MatlabSimulink通信系统设计与仿真.docx

MatlabSimulink通信系统设计与仿真.docx

《MatlabSimulink通信系统设计与仿真.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《MatlabSimulink通信系统设计与仿真.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

MatlabSimulink通信系统设计与仿真

课程设计报告

课程名称：

通信系统课程设计

设计题目：

Matlab/Simulink通信系统设计与仿真。

成绩：

姓名：

XX

学号：

XXXXXXXX

专业：

通信工程

班级：

XXXXXXXX

学院：

机电与信息工程学院

指导教师：

XXX

时间：

XX年XX月XX日

课程设计内容及要求

（一）设计内容

在现代通信系统中，一个最简单的通信系统由信源、信道和信宿组成。

实际的数字通信系统需要完成从信源到信宿的全数功能，这一般是比较复杂的，因此，在设计新系统或对原有系统进行改良时，通常要进行建模和仿真，通过仿真结果来衡量方案的可行性，从当选择合理的方案进行配置，然后再应用于实际系统中。

本课程设计内容是用基于MATLAB的Simulink仿真工具来构建一通信系统的仿真模型并进行性能测试

（二）设计要求

1.系统的组成应尽可能完整（信源、信源编码、加密编码、信道编码、发送滤波、信道、接收滤波、信道译码、信源译码、信宿），能实现发送端和接收端的正常通信；

2.实现3路以上用户的多路复用与解复用；

3.对通信系统的性能（信噪比、误码率）进行测试，并进行理论分析和比较；

4.对传输进程中信号的功率谱进行测试，并进行理论分析和比较。

系统原理介绍

本课程设计设计的是QPSK正交移相键控基带调制仿真系统，用二进制数字基带信号操纵载频的相位来实现调制称为移相键控PSK，即随着基带信号0、1的转变，载波的相位发生0、∏的转变。

若是载波是一对正交的函数，如sinwt,coswt，同时对它们PSK调制，如此的调制称为QPSK（正交移相键控）。

（三）系统组成结构框图

信源

QPSK调制

信道

QPSK解调

信宿

噪声源

图2-1　系统组成结构框图

（四）各模块原理

1.信源模块

信源是通信系统中的一个重要部份，它决定了通信系统的信号类型。

不同的信源组成了不同的系统。

依照信号的特点把信源分为不同的类型，如数字信号源和模拟信号源，周期信号源和非周期信号源。

2.信源编码模块

信源编码有三个部份：

抽样、量化、编码。

模拟信号一般是时刻上持续的信号。

在一系列离散点上，对这种信号抽样取样值称为抽样。

所谓量化，确实是把通过抽样取得的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电平，把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示。

编码采纳DPCM（DifferentialPulseCodeModulation）差分脉冲编码调制，简称差值编码。

3.QPSK调制模块

QPSK调制信号的产生方式有两种，第一种是用相乘电路，第二种是选择法。

4.信道模块

本次设计的信道模块是加性高斯白噪声信道。

QPSK信号能够看做两个载波正交的2PSK调制器组成。

串/并变换器将输入的二进制序列分为速度减半的两个并行的双极性序列，然后别离对sinwct和coswct调制，相加后取得QPSK调制信号。

5.QPSK解调模块

由于QPSK信号能够看做是两个正交2PSK信号的叠加，因此用两路正交的相干载波去解调

6.误码率模块

该模块是由信源的输出通过延时后和最后的输出进行比对，由于串并变换问题最初会有一些误码。

系统方案设计

本次课程设计是模拟语音信号通过抽样量化编码为DPCM，经QPSK调制为带通信号

（五）方案论证

通信系统按数据类型可分为模拟通信和数字通信。

模拟通信抗干扰能力差但易于实现，而数字通信抗噪声性能好、过失可控、保密性好、容易与现代技术相结合，因此采纳数字通信有更多的益处。

数字通信系统要紧的三种通信模式是数字频带传输通信系统、数字基带传输通信系统和模拟信号数字化传输通信系统。

本课程设计采纳的是模拟信号数字化传输通信系统。

调制是将信号转换为适合信道传输或便于信道多路复用的已调信号，即将基带信号变换为适合于信道传输的频带信号。

调制在通信系统中的作用相当重要，它的要紧作用和目的是将基带信号（调制信号）变换成适合在信道中传输的已调信号、实现信道的多路复用和改善系统抗噪声性能。

因此咱们需要把语音信号进行调制。

数字调制的方式有振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）等多种形式，但这三种是大体的数字调制方式。

由于QPSK有能够克服相位模糊的特性，故，目前已经普遍应用于无线通信中，成为现代通信中一种十分重要的调制解调方式。

图3-1　模拟信号数字化传输通信系统

（六）系统设计

本次课程设计采纳模块化设计方式，各模块具体设计如下。

整体系统结构图如图3-2。

图3-2　整体系统组成结构连线图

1.信源模块

本次系统设计的信源由Random-IntegerGenerator（随机整数发生器）产生的随机离散0、1序列，然后通过UnipolartoBipolarConverter（非极性到极性的转换器）把0、1序列转换为双极性码。

图3-3

Random-IntegerGenerator参数设置为见图3-4。

图3-4

UnipolartoBipolarConverter参数设置见图3-5

图3-5　　

2.信源编码模块

一个MPSK信号码元能够表示为：

k=1,2,3,4,……,M;

k=1,2,3,4……,M;

k=正整数

当M=4时，即为4PSK，常称为正交相移控键，亦称为QPSK。

它的每一个码元含有2b的信息，现用ab代表这两个比特。

发送码元序列在编码时需要两个比特分为一组，然后用4种相位之一

之间的关系通常都按格雷码的规律安排，如表3-1所示，它们的矢量关系在图3-6

a

b

0

0

90

0

1

0

1

1

270

1

0

180

表3-1QPSK信号的编码

00

1001

参考相位

11

图3-6QPSK信号的矢量图

3.QPSK调制模块

QPSK调制信号的产生方式有两种，第一种是用相乘电路，其原理图为３-7，图中输入基带信号A（t）是二进制不归零双极性码元，它被“串并变换”电路变成码元a和b后，其每一个码元的持续时刻是输入码元的2倍，这两路并行码元序列别离用以和两路正交载波相乘。

相乘结果用虚线矢量地示于图3-8。

图中矢量a

（1）代表a路的信号码元二进制“1”，a（0）代表a路信号码元二进制“0”；类似地，b

（1）代表b路的信号码元二进制“1”，b（0）代表b路信号码元二进制“0”。

这两路信号在相加电路中相加后取得输出矢量s（t），每一个矢量代表2b，如图中实绩矢量所示。

相乘电路

a

相干载波产生

A（t）

串并转换

相加电路

s（t）

Pi/2相移

-sinwt

相乘电路

b

图3-7相乘电路产生QPSK信号

应当注意的是，上述二进制信号码元“0”和“1”在相乘电路中与不归零双极性矩形脉冲振幅的关系如下：

二进制码元“1”→双极性脉冲“+1”；

二进制码元“0”→双极性脉冲“－1”；

图3-8　QPSK矢量的产生

第二种方式是选择法，其原理方框图见图3-9，这时输入基带信号通过串并转换后用于操纵一个相位选择电路，依照那时的输入双比特ab，决定选择哪个相位的载波输出。

候选的4个相位θ一、θ二、θ3和θ4仍然能够是图中的4个实线矢量，也能够是按A方式规定的4个相位。

带通滤波

相位选择

串并转换

a

b

θ1θ2θ3θ4

4相载波产生器

图3-9　选择法产生QPSK信号

本模块的系统结构连接图见图3-10。

图3-10　QPSK调制子系统组成结构连线图

各模块的参数设置为

Buffer（缓存器）参数设置见图3-11

图3-11

SelectRows参数设置见图3-12

图3-12

SineWave参数设置见图３-13

图３-13

Product参数设置见图３-14

图３-14

Sum参数设置见图3-15

图3-15

4.信道模块

本次设计的信道模块是加性高斯白噪声信道。

图3-16

其参数设置见图３-17

图３-17

5.QPSK解调模块

QPSK信号的解调原理方框图地示于图3-18，由于QPSK信号能够看做是两个正交2PSK信号的叠加，因此用两路正交的相干载波去解调，能够很容易地分离这两路正交的2PSK信号。

相干解调后的两路并行码元a和b，通过并串变换后，成为串行数据输出。

QPSK信号解调原理方框图见图3-18

抽判

低通

相乘

载波提取

Cosw0ta

定时提取

并串

Pi/2

s（t）

-sinw0tb

抽判

低通

相乘

图3-18　QPSK信号解调原理方框图

QPSK解调模块系统组成图见图3-19

图3-19QPSK解调模块系统组成图

各参数的设置为

DigitalFilterDesign参数设置见图2-20

图2-20

SampleandHold参数设置见图3-21

图3-21

Sign参数设置见图3-22

图3-22

Switch参数设置见图3-23

图3-23

6.误码率模块

本次设计由错误率统计模块和误码率显示模块组成。

错误率统计模块的Tx输入端口接收发送方的输入信号，Rx输入端口接收信宿端恢复的输入信号，模块的输出数据是长度为3的向量，别离是：

误码率、总的错误个数、总的参加比较的码元数。

图3-24

其参数设置为

ErrorRateCaloulation参数设置见图3-25

图3-25

Display参数设置见图3-26

图3-26

7.功率谱模块

该模块要紧由两个频谱仪组成，用来显示输入信号和输出信号的功率谱密度，功率谱反映了单位频带内随机信号功率的大小，它是频率的函数。

图3-27

SpectrumScope的参数设置见图3-28

图3-28

系统仿真及结果分析

（七）系统仿真与调试

Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。

Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被普遍应用于线性系统、非线性系统、数字操纵及数字信号处置的建模和仿真中。

本课程设计是采纳Simulink仿真工具来进行系统的仿真设计并进行性能测试的。

（八）仿真实验与结果分析

1.仿真实验

输入信源信号并通过极性转换为双极性码波形图见图４-1

图４-1

通过QPSK调制系统调制后波形图见图4-2

图4-2

通过加性高斯白噪声信道后波形图见图4-3

图4-3

通过QPSK解调系统解调后的波形和输入波形图见图４-4

图４-4

输入信号的功率谱见图4-5

图4-5输入信号的功率谱

输出信号的功率谱见图4-6

图4-6输出信号的功率谱

2.结果分析

误码率分析：

误码率是衡量数据在规按时刻内数据传输精准性的指标。

误码率=传输中的误码/所传输的总码数*100%。

由图4-4显示结果知，输入的波形与输出的波形很相似，而且由图3-24显示的结果得知，系统的误码率也较低，符合设计的要求，故此系统是符合要求的。

功率谱分析：

功率谱是描述信号功率随频率转变的函数，它反映了单位频带内随机信号功率的大小，它是频率的函数，其物理单位是W/Hz。

由图4-5和图4-6的输入和输出功率谱比较知，两个功率谱几乎相同，说明该系统性能稳固，符合设计要求。

总结与体会

课程设计是培育学生综合运用所学知识，发觉，提出，分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察进程。

通过这次课程设计，我对通信系统的仿真有了专门大的了解，把握了设计的方式和思路，提高了对系统的分析能力和解决能力。

（九）设计总结

通过这次通信系统设计，我了解了系统设计的方式和思路，第一，应该明确设计的要求，到底让咱们做什么，要达到什么样的成效，目的要明确。

第二，将设计问题分解，分成几个模块，画出方框图并说明各个模块间的联系，有针对性的别离去设计各个模块，分块检错，排除模块内的问题。

最后，将各个模块联系起来，整体来调试，发觉模块间的问题，不断的修改调试，已达到最终的要求。

通过这次课程设计，我关于设计有了一个具体的了解，明白了设计的具体流程。

我以为这关于咱们来讲是超级重要的，因为有了如此的设计思路和设计流程，咱们才能设计其他不同的课题，才能达到触类旁通的境界。

（十）个人体会

在这次系统设计中，尽管在期间碰到了许多问题，如参数的设置，模块的整合等，可是在教师同窗的帮忙指导下，我踊跃查找相关资料来解决显现的问题，最终完成了这次课程设计。

总的来讲，在这次课程设计进程中咱们学到了很多，既是对咱们过去所学通信原理知识的巩固,又熟练了以前学过的MATLAB软件，又锻炼了咱们碰到问题、分析并解决问题的能力，能够有针对性地查找资料，然后加以吸收利用，以提高自己的应用能力，而且还能增加自己见地，补充最新的专业知识。

相信通过这次设计的锻炼，咱们对专业知识和技术的把握将加倍牢靠，在尔后的工作和学习中，必将使咱们收成颇丰，取得应有的优势。

参考文献

[1]樊昌信，曹丽娜，通信原理[M]，北京：

国防工业出版社，，218-220.

[2]徐明远，邵玉斌，MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用[M]，西安：

西安电子科技大学出版社，，120-224.

[3]邵玉斌，Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析[M]，北京：

清华大学出版社，，147-213.