基于MATLAB的通信系统的仿真报告参考例文

摘要Simulink是Mathworks公司推出的基于Matlab平台的著名仿真环境Simulin作为一种专业和功能强大且操作简单的仿真工具，目前已被越来越多的工程技术人员所青睐，它搭建积木式的建模仿真方式既简单又直观，而且已经在各个领域得到了广泛的应用。本文主要是以simulink为基础平台，对2ASK、2FSK、2PSK信号的仿真。文章第一章内容是对simulink的简单介绍和通信技术的目前发展和未来展望；第二章是对2ASK、2FSK和2PSK信号调制及解调原理的详细说明；第三章是本文的主体也是这个课题所要表现的主要内容，第三章是2ASK、2FSK和2PSK信号的仿真部分，调制和解调都是simulink建模的的方法，在解调部分各信号都是采用相干解调的方法，而且在解调的过程中都对整个系统的误码率在display模块中有所显示本文的主要目的是对simulink的熟悉和对数字通信理论的更加深化和理解。关键词：2ASK、2FSK、2PSK，simulink,调制，相干解调目录第一章绪论 311.1MATLAB/Smulink的简介 311.2通信发展简史 错误!未定义书签。11.3通信技术的现状和发展趋势 错误!未定义书签。4第二章2ASK、2FSK、2PSK和2DPSK的基本原理和实现 错误!未定义书签。72.12ASK的基本原理和调制解调实现 错误!未定义书签。82.22FSK的基本原理和调制解调实现 错误!未定义书签。112.32PSK的基本原理和调制解调实现 错误!未定义书签。142.2DPSK的基本原理和调制解调实现 错误!未定义书签。18第三章Smulink的模型建立和仿真 错误!未定义书签。243.12ASK的仿真 错误!未定义书签。243.22FSK的仿真 错误!未定义书签。323.32PSK的仿真 错误!未定义书签。41总结 46致谢 47参考文献 47数字通信系统较模拟通信系统而言，具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。因而，数字通信更能适应对通信技术的越来越高的要求。近二十年来，数字通信发展十分迅速，在整个通信领域中所占比重日益增长，在大多数通信系统中已代替模拟通信，成为当代通信系统的主流。1.2.2通信的发展史简介远古时代,远距离的传递消息是以书信的形式来完成的,这种通信方式明显具有传递时间长的缺点。为了在尽量短的时间内传递尽量多的消息,人们不断地尝试所能找到的各种最新技术手段。1837年发明的莫尔斯电磁式电报机标志着电通信的开始,之后，利用电进行通信的研究取得了长足的进步。1866年利用海底电缆实现了跨大西洋的越洋电报通信。1876年贝尔发明了电话,利用电信号实现了语音信号的有线传递，使信息的传递变的既迅速又准确，这标志着模拟通信的开始，由于它比电报更便于交流使用，所以直到20世纪前半叶这种采用模拟技术的电话通信技术比电报的到了更为迅速和广泛的发展。1937年瑞威斯发明的脉冲编码调制标志数字通信的开始。20世纪60年代以后集成电路、电子计算机的出现，使得数字通信迅速发展。在70年代末在全球发展起来的模拟移动电话在90年代中期被数字移动电话所代替，现有的模拟电视也正在被数字电视所代替。数字通信的高速率和大容量等各方面的优越性也使人们看到了它的发展前途。进入20世纪以来，随着晶体管、集成电路的出现与普及、无线通信迅速发展。特别是在20世纪后半叶，随着人造地球卫星的发射，大规模集成电路、电子计算机和光导纤维等现代技术成果的问世，通信技术在以下几个不同方向都取得了巨大的成功。微波中继通信使长距离、大容量的通信成为了现实。移动通信和卫星通信的出现，使人们随时随地可通信的愿望可以实现。光导纤维的出现更是将通信容量提高到了以前无法想象的地步。电子计算机的出现将通信技术推上了更高的层次，借助现代电信网和计算机的融合，人们将世界变成了地球村。微电子技术的发展，使通信终端的体积越来越小，成本越来越低，范围越来越广。例如，2003年我国的移动电话用户首次超过了固定电话用户。根据国家信息产业部的统计数据，到2005年底移动电话用户近4亿。随着现代电子技术的发展，通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带化的方向发展。随着科学技术的进步，人们对通信的要求越来越高，各种技术会不断地应用于通信领域，各种新的通信业务将不断地被开发出来。到那时人们的生活将越来越离不开通信。第二章数字频带传输系统在数字基带传输系统中，为了使数字基带信号能够在信道中传输，要求信道应具有低通形式的传输特性。然而，在实际信道中，大多数信道具有带通传输特性，数字基带信号不能直接在这种带通传输特性的信道中传输。必须用数字基带信号对载波进行调制，产生各种已调数字信号。图2-1数字调制系统的基本结构数字调制与模拟调制原理是相同的，一般可以采用模拟调制的方法实现数字调制。但是，数字基带信号具有与模拟基带信号不同的特点，其取值是有限的离散状态。这样，可以用载波的某些离散状态来表示数字基带信号的离散状态。基本的三种数字调制方式是：振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)和移相键控(PSK或DPSK)。本章重点论述二进制数字调制系统的原理及其抗噪声性能，简要介绍多进制数字调制原理。2.1二进制振幅键控(2ASK)

振幅键控是正弦载波的幅度随数字基带信号而变化的数字调制.当数字基带信号为二进制时,则为二进制振幅键控.设发送的二进制符号序列由0,1序列组成,发送0符号的概率为P,发送1符号的概率为1-P,且相互独立.该二进制符号序列可表示为

（2-1-1）

其中:

（2-1-2）Ts是二进制基带信号时间间隔,g(t)是持续时间为Ts的矩形脉冲:

（2-1-3）

则二进制振幅键控信号可表示为

（2-1-4）

二进制振幅键控信号时间波型如图2-2所示.由图2-2可以看出,2ASK信号的时间波形e2ASK(t)随二进制基带信号s(t)通断变化,所以又称为通断键控信号(OOK信号).二进制振幅键控信号的产生方法如图2-3所示,图(a)是采用模拟相乘的方法实现,图(b)是采用数字键控的方法实现.

由图2-2可以看出,2ASK信号与模拟调制中的AM信号类似.所以,对2ASK信号也能够采用非相干解调(包络检波法)和相干解调(同步检测法),其相应原理方框图如图2-4所示.2ASK信号非相干解调过程的时间波形如图2-5所示._

图2–2二进制振幅键控信号时间波型

图2-3二进制振幅键控信号调制器原理框图

图2–4二进制振幅键控信号解调器原理框图

图2-52ASK信号非相干解调过程的时间波形2.2二进制移频键控(2FSK)

在二进制数字调制中,若正弦载波的频率随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化,则产生二进制移频键控信号(2FSK信号).二进制移频键控信号的时间波形如图2-6所示,图中波形g可分解为波形e和波形f,即二进制移频键控信号可以看成是两个不同载波的二进制振幅键控信号的叠加.若二进制基带信号的1符号对应于载波频率f1,0符号对应于载波频率f2,则二进制移频键控信号的时域表达式为

（2-1-5）（2-1-6）（2-1-7）

图2-6二进制移频键控信号的时间波形

由图2-6可看出,bn是an的反码,即若an=1,则bn=0,若an=0,则bn=1,于是bn=，θn和分别代表第n个信号码元的初始相位.在二进制移频键控信号中,和θn不携带信息,通常可令和θn为零.因此,二进制移频键控信号的时域表达式可简化为

（2-1-8）

二进制移频键控信号的产生,可以采用模拟调频电路来实现,也可以采用数字键控的方法来实现.图2-7是数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图,图中两个振荡器的输出载波受输入的二进制基带信号控制,在一个码元Ts期间输出f1或f2两个载波之一.

二进制移频键控信号的解调方法很多,有模拟鉴频法和数字检测法,有非相干解调方法也有相干解调方法.采用非相干解调和相干解调两种方法的原理图如图2-8所示.其解调原理是将二进制移频键控信号分解为上下两路二进制振幅键控信号,分别进行解调,通过对上下两路的抽样值进行比较最终判决出输出信号.非相干解调过程的时间波形如图2-9所示.

图2–7数字键控法实现二进制移频键控信号的原理图

图2–8二进制移频键控信号解调器原理图

(a)非相干解调;(b)相干解调

图2-92FSK非相干解调过程的时间波形

过零检测法解调器的原理图和各点时间波形如图2-10所示.其基本原理是,二进制移频键控信号的过零点数随载波频率不同而异,通过检测过零点数从而得到频率的变化.在图2-10中,输入信号经过限幅后产生矩形波,经微分,整流,波形整形,形成与频率变化相关的矩形脉冲波,经低通滤波器滤除高次谐波,便恢复出与原数字信号对应的基带数字信号.

图2–10过零检测法原理图和各点时间波形2.3二进制移相键控(2PSK)

在二进制数字调制中,当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时,则产生二进制移相键控(2PSK)信号.通常用已调信号载波的0°和180°分别表示二进制数字基带信号的1和0.二进制移相键控信号的时域表达式为

e2PSK(t)=g(t-nTs)]cosωct(2-1-9)

其中,an与2ASK和2FSK时的不同,在2PSK调制中,an应选择双极性,即

（2-1-10）（2–1-11）若g(t)是脉宽为Ts,高度为1的矩形脉冲时,则有

e2PSK(t)=cosωct,发送概率为P

-cosωct,发送概率为1-P

由式(2-1-11)可看出,当发送二进制符号1时,已调信号e2PSK(t)取0°相位,发送二进制符号0时,e2PSK(t)取180°相位.若用φn表示第n个符号的绝对相位,则有

φn=0°,发送1符号

180°,发送0符号

这种以载波的不同相位直接表示相应二进制数字信号的调制方式,称为二进制绝对移相方式.二进制移相键控信号的典型时间波形如图2

二进制移相键控信号的调制原理图如图2-12所示.其中图(a)是采用模拟调制的方法产生2PSK信号,图(b)是采用数字键控的方法产生2PSK信号.

2PSK信号的解调通常都是采用相干解调,解调器原理图如图2-13所示.在相干解调过程中需要用到与接收的2PSK信号同频同相的相干载波,有关相干载波的恢复问题将在第11章同步原理中介绍.

2PSK信号相干解调各点时间波形如图2-14所示.当恢复的相干载波产生180°倒相时,解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号正好是相反,解调器输出数字基带信号全部出错.

图2-122PSK信号的调制原理图

图2-132PSK信号的解调原理图

图2-142PSK信号相干解调各点时间波形

这种现象通常称为"倒π"现象.由于在2PSK信号的载波恢复过程中存在着180°的相位模糊,所以2PSK信号的相干解调存在随机的"倒π"现象,从而使得2PSK方式在实际中很少采用.

第三章调制与解调仿真3-12ASK的调制与解调仿真1。调制仿真（1）建立模型方框图2ASK信号调制的模型方框图由DSP模块中的sinwave信号源、方波信号源、相乘器等模块组成，Simulink模型图如下所示：图3-12ASK信号调制的模型方框图其中正玄信是载波信号，方波代表S（t）序列的信号塬，正玄信号和方波相乘后就得到键控2ASK信号。参数设置建立好模型之后就要设置系统参数，以达到系统的最佳仿真。从正玄信号源开始依次的仿真参数设置如下：图3-2正玄信号参数设置其中sin函数是幅度为2频率为1Hz采样周期为0.002的双精度DSP信号图3-3方波信号源的参数设置方波信号是基于采样的，其幅度设置为2，周期为3，占1比为2/3系统仿真及各点波形图经过上面参数的设置后，就可以进行系统的仿真下面是示波器显示的各点的波形图：图3-4各点的时间波形图由上图可以看出信息源和载波信号相乘之后就产生了受幅度控制的2ASK信号。解调仿真2ASK的解调分为相干解调和非相干解调法，下面采用相干解调法对2ASK信号进行解调(1)建立simulink模型方框图相干解调也叫同步解调，就是用已调信号恢复出载波——既同步载波。再用载波和已调信号相乘，经过低通滤波器和抽样判决器恢复出S(t)信号，simulink模型图如下：图3-52ASK相干解调的simulink模型方框图（2）参数设置建立好模型之后，开始设置各点的参数，由于低通滤波器是滤去高频的载波，才能恢复出原始信号，所以为了使已调信号的频谱有明显的搬移，就要使载波和信息源的频率有明显的差别，所以载波的频率设置为100Hz.为了更好的恢复出信源信号，所以在此直接使用原载波信号作为同步载波信号。下面是低通滤波器的参数设置：图3-6低通滤波器的参数设置图（3）系统仿真及各点时间波形图图3-72ASK信号解调的各点时间波形图由上图可以看出由于载波频率的提高使的示波器在波形显示上出现了一定的困难，不过要想显示调制部分的理想波形只要调整示波器的显示范围即可。（4）误码率分析由于在解调过程中没有信道和噪声，所以误码率相对较小，一般是由于码间串扰或是参数设置的问题，由3-5图可以看出此系统的误码率为0.3636。3-22FSK的调制与解调仿真1．调制仿真2FSK信号是由频率分别为f1和f2的两个载波对信号源进行频率上的控制而形成的，其中f1和f2是两个频率有明显差别的且都远大于信号源频率的载波信号，2FSK信号产生的simulink仿真模型图如下所示：图3-82FSK信号的simulink模型方框图其中sinwave和sinwave1是两个频率分别为f1和f2的载波，PulseGenerator模块是信号源，NOT实现方波的反相，最后经过相乘器和相加器生成2FSK信号，各参数设置如下：载波f1的参设图3-9载波sinwave的参数设置其中幅度为2，f1=1Hz,采样时间为0.002s在此选择载波为单精度信号f2的参数设置图3-10载波sinwave1的参数设置载波是幅度为2，f2=2,采样时间.为0.002的单精度信号。本来信号源s(t)序列是用随机的01信号产生，在此为了方便仿真就选择了基于采样的PulseGenerator信号模块其参数设置如下：图3-11PulseGenerator信号模块参数设置其中方波是幅度为1，周期为3，占1比为1/3的基于采样的信号。经过以上参数的设置后就可以进行系统的仿真，其各点的时间波形如下：图3-122FSK信号调制各点的时间波形由上图可以看出经过f1和f2两个载波的调制，2FSK信号有明显的频率上的差别。2．解调仿真解调方框图如下所示：图3-132FSK信号解调方框图其中FromFile是一个封装模块，就是2FSK信号的调制模块，两个带通滤波器分别将2FSK信号上下分频f1和f2,后面就和2ASK信号的解调过程相同，各参数设置如下：图3-142FSK信号f1带通滤波器参数设置图3-152FSK信号f2带通滤波器参数设置经过系统仿真后的各点时间波形如下：图3-152FSK信号解调各点时间波形经过系统的仿真可以观察出系统的误码率为0.7273，如下图所示：图3-162FSK相干解调误码率3-32PSK的调制与解调仿真1．调制仿