基于simulink的仿真本科学位论文.docx

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基于simulink的仿真本科学位论文

河北北方学院

毕业论文

题目：

数字调制系统的SIMULINK实现研究

三种基本调制制度的功率谱密度研究

院系：

信息工程系

专业：

信息工程

年级：

07级

河北北方学院教务处制

三种基本调制制度的功率谱密度研究

摘要

随着通信系统的规模和复杂度不断增加,传统的设计方法已经不能适应发展的需要,通信系统的模拟仿真技术越来越受到重视。

而通信系统的计算机模拟仿真技术是一种全新的系统设计方法，它可以让用户在很短的时间内建立整个通信系统模型，并对其进行模拟仿真。

本文首先介绍了SIMULINK应用及通信技术的发展状况。

然后对SIMULINK的工作原理及使用方法进行阐述，接着介绍基本的数字调制系统并分析三种调制制度2ASK、2FSK和2PSK的基本原理。

再对三种调制制度的功率谱密度进行分析，最后利用SIMULINK建立系统模型对三种调制制度的功率谱密度进行模拟仿真并分析结果。

关键词：

调制制度SIMULINK功率谱密度系统模型

Abstract

Ascommunicationssystemscontinuetoincreaseinsizeandcomplexity,traditionaldesignmethodshavebeenunabletomeettheneedsofdevelopment,communicationsystemsimulationtechnologymoreandmoreattention.ErCommunicationSystemComputersimulationtechnologyisanewdesignmethod,whichallowsusersinaveryshortperiodoftimetoestablishthecommunicationsystemmodel,anditssimulation.ThispaperintroducestheapplicationandcommunicationtechnologiesSIMULINKdevelopment.ThentheworkingprincipleandtheuseofSIMULINKmethoddescribed,thenintroducedthebasicdigitalmodulationsystemsandanalyzethethreemodulationsystem2ASK,2FSKand2PSKthebasicprinciples.Re-modulationsystem,thethreepowerspectraldensityanalysis,andfinallycreateasystemmodelusingSIMULINKthreemodulationpowerspectraldensityofthesystemsimulationandanalysisresults.

Keywords:

ModulationsystemSIMULINKThepowerspectraldensitySystemModel

目录

摘要1

Abstract2

1.绪论4

1.1研究目的及意义4

1.2SIMULINK简介5

1.3通信技术发展状况6

1.3.1通信的概念6

1.3.2通信的发展史简介8

1.3.3通信技术的发展现状和趋势8

1.4本论文的任务9

1.4研究内容与安排9

2．SIMULINK工作原理10

2.1Simulink求解器10

2.1.1连续求解器11

2.1.2离散求解器11

2.1.3关于求解器的其他内容11

2.2过零检测和时间通知12

2.2.1过零检测12

2.2.2时间通知14

2.3代数环15

2.3.1直接馈入电路（directfeedthrough）15

2.4改善仿真的性能和精确度15

2.4.1加速仿真16

2.4.2改善仿真的精度17

2.5本章小结17

3．数字调制系统基本原理17

3.1二进制振幅键控（2ASK）18

3.1.12ASK信号的功率谱密度20

3.2二进制移频键控（2FSK）22

3.2.12FSK信号的功率谱密度25

3.3二进制移相键控（2PSK）27

3.3.12PSK的功率谱密度30

3.4二进制差分相位键控（2DPSK）30

3.5本章小结34

4.Simulink的模型建立和仿真34

3.2Suzuki信道模型35

3.2.1Suzuki衰落分布35

3.2.2Suzuki信道模型35

3.3本章小结36

4．平坦衰落信道仿真37

4.1计算机模型的参数计算38

4.1.1均方误差法（MSEM）38

4.1.2等面积取样法（MEA）42

4.1.3实际多普勒扩散法（MEDS）46

4.2平均多普勒偏移因子及多普勒扩散因子50

4.3Suzuki信道仿真53

4.4本章小结55

5.总结与展望56

致谢57

参考文献58

附录59

1.绪论

1.1研究目的及意义

随着现代通信系统的飞速发展，计算机仿真已经成为分析和设计通信系统的主要工具，在通信系统的研发和教学中具有越来越重要的意义。

计算机仿真是衡量系统性能的工具，它通过构建模型运行结果来分析实物系统的性能从而为新系统的建立或原系统的改造提供可靠的参考。

通过仿真，可以降低新系统失败的可能性，消除系统中潜在的瓶颈，优化系统的整体性能。

因此，仿真是通信系统研究和工程建设中不可缺少的环节。

1.2SIMULINK简介

SIMULINK是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接口是基于Windows的模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多的精力投入到系统模型的构建，而非语言的编程上。

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。

在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。

Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。

同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。

Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，也是目前在动态系统的建模和仿真等方面应用最广泛的工具之一。

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，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。

Simulink可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。

为了创建动态系统模型，Simulink提供了一个建立模型方块图的图形用户接口（GUI），这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。

它的主要特点在于：

1、建模方便、快捷；2、易于进行模型分析；3、优越的仿真性能。

它与传统的仿真软件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直观、方便、灵活的优点。

Simulink模块库（或函数库）包含有Sinks（输出方式）、Sources（输入源）、Linear（线性环节）、Nonlinear（非线性环节）、Connection（连接与接口）和Extra（其他环节）等具有不同功能或函数运算的Simulink库模块（或库函数），而且每个子模型库中包含有相应的功能模块，用户还可以根据需要定制和创建自己的模块。

用Simulink创建的模型可以具有递阶结构，因此用户可以采用从上到下或从下到上的结构创建模型。

Simulink是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。

对各种时变系统，包括通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。

构架在Simulink基础之上的其他产品扩展了Simulink多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。

Simulink与MATLAB紧密集成，可以直接访问MATLAB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批处理脚本的创建、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。

1.3通信技术发展状况

1.3.1通信的概念

通信就是克服距离上的障碍，从一地向另一地传递和交换消息。

消息是信息源所产生的，是信息的物理表现，例如，语音、文字、数据、图形和图像等都是消息（Message）。

消息有模拟消息（如语音、图像等）以及数字消息（如数据、文字等）之分。

所有消息必须在转换成电信号（通常简称为信号）后才能在通信系统中传输。

所以，信号（Signal）是传输消息的手段，信号是消息的物质载体。

相应的信号可分为模拟信号和数字信号，模拟信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是连续的（分别如图1-2-1所示），如电话机、电视摄像机输出的信号就是模拟信号。

数字信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是离散的（分别如图1-2-2所示），如电船传机、计算机等各种数字终端设备输出的信号就是数字信号。

通信的目的是传递消息，但对受信者有用的是消息中包含的有效内容，也即信息（Information）。

消息是具体的、表面的，而信息是抽象的、本质的，且消息中包含的信息的多少可以用信息量来度量。

通信技术，特别是数字通信技术近年来发展非常迅速，它的应用越来越广泛。

通信从本质上来讲就是实现信息传递功能的一门科学技术，它要将大量有用的信息无失真，高效率地进行传输，同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。

当今的通信不仅要有效地传递信息，而且还有储存、处理、采集及显示等功能，通信已成为信息科学技术的一个重要组成部分。

通信系统就是传递信息所需要的一切技术设备和传输媒质的总和，包括信息源、发送设备、信道、接收设备和信宿（受信者），它的一般模型如图1-2-3所示。

↑

图1-2-3通信系统一般模型

通信系统可分为数字通信系统和模拟通信系统。

数字通信系统是利用数字信号来传递消息的通信系统，其模型如图1-2-4所示，

↑

图1-2-4数字通信系统模型

模拟通信系统是利用模拟信号来传递消息的通信系统，其模型如图1-2-5所示。

图1-2-5模拟通信系统模型

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

1.3.2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