基于MATLABSimulink的模拟通信系统的仿真线性调制.docx
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基于MATLABSimulink的模拟通信系统的仿真线性调制
基于MATLABSimulink的模拟通信系统的仿真（线性调制
通信原理课程设计
题目
基于SIMULINK的通信系统仿真
学号
1113024132
学生姓名
周龙刚
专业名称
通信工程
所在系（院）
物理与电信工程学院
指导教师
侯宝生
2021
年
2
月
24
日
题目基于SIMULINK的模拟通信系统的仿真〔线性调制〕
摘要
在模拟通信系统中，由模拟信源产生的携带信息的消息通过传感器转换成电信号，模拟基带信号在通过调制将低通频谱搬移到载波频率上适应信道，最终解调还原成电信号；在数字传输系统中，数字信号对高频载波进行调制，变为频带信号，通过信道传输，在接收端解调后复原成数字信号。
本文应用了幅度调制以及键控法产生调制与解调信号。
本论文中要紧通过对SIMULINK工具箱的学习和使用，利用其丰富的模板以及本科对通信原理知识的把握，完成了AM、DSB、SSB、2ASK、2FSK、2PSK三种模拟信号和三种数字信号的调制与解调，以及用SIMULINK进行设计和仿真。
第一我进行了两种通信系统的建模以及不同信号系统的原理研究，然后将学习总结出的相应理论与SIMULINK中丰富的模块相结合实现仿真系统的建模,同时调整参数直到仿真波形输出，观看成效，最终对设计结论进行总结。
关键词通信系统调制SIMULINK
TitleBasedonSIMULINKcommunicationssystemsimulation
Abstract
Insimulationofcommunicationsystem,producedbysimulationsourcecarryinformationnewsaftersensorintoelectricalsignal,analogbasebandsignalafteralowpassspectrumwillmovetoadapttothecarrierfrequencychannel,eventuallydemodulationreductiveintoelectricalsignals;Indigitaltransmissionsystem,digitalsignaltothehighfrequencymodulatedcarrier,abandsignal,throughthechanneltransmission,atthereceivingendafterdemodulationbackintoadigitalsignal.Thispaperappliedtheamplitudemodulationandkeyingmethodproducemodulationanddemodulationsignal.
ThispapermainlythroughSimulinktoolboxthestudyanduseoftheuseofitsrichtemplatesandtheundergraduatecoursecommunicationprincipleoftheknowledge,andcompletedtheAM,DSB,SSB,2ASK,2FSK,2PSKthreesimulationsignalandthreekindsofdigitalsignalmodulationanddemodulation,andusingSimulinkfordesignandsimulation.FirstItwokindsofcommunicationsystemmodelandtheprincipleofdifferentsignalsystemresearch,andthenwillstudysummarizedthecorrespondingtheoryandSimulinkrichmoduleincombiningthemodelingofthesimulationsystemisrealized,andadjusttheparametersofthesimulationoutputwaveformuntil,observingeffect,ultimatelyfordesignconclusionsweresummarizedinthispaper.
KeywordsCommunicationsystemmodulationSimulink
名目
1.前言
1.1选题的意义和目的
随着现代通信系统的飞速进展,运算机仿真差不多成为分析和设计通信系统的要紧工具,在通信系统的研发和教学中具有越来越重要的意义。
运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,能够降低新系统失败的可能性,排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。
仿真也称模拟,在本质上,系统的运算机仿真确实是依照实际的物理系统的运行原理建立相应的数学描述并进行运算机数值求解。
依照实际的目标问题提出相应的数学描述,通常能够表达为一系列数学方程以及一系列边界条件。
把系统的数学描述称为系统的仿真模型。
用运算机语言重新表达的数学模型称为系统的运算机仿真模型。
对用户而言,使用仿真软件的平台不同,所建立的运算机仿真模型形式也不同,能够是字符形式的一系列程序代码,也能够是图形化的一些列一组信号流程图、系统方框图或者状态转移图。
在当代社会中，信息的交换日益频繁，随着通信技术和运算机技术的进展及它们的紧密结合，通信能克服对空间和时刻的限制，大量的、远距离的信息传递和存取已成为可能。
展望以后，通信技术正在向数字化、智能化、综合化、宽带化、个人化方向迅速进展，各种新的电信业务也应运而生，正沿着信息服务多种领域广泛延伸。
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已被广泛应用于操纵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。
从理论上对通信系统进行深入细致的研究是专门必要的，本文对通信系统中的一些重要环节，如数字信号的调制解调，模拟信号的数字化传输等有着深入的研究学习。
本文在深刻明白得通信系统理论的基础上，利用MATLAB提供的通信工具箱和信号处理工具箱中的模块，对通信系统中的典型信号进行了模型构建、系统设计、仿真演示、结果显示。
通过系统的仿真与分析能够看出Simulink在系统建模和仿真中的庞大优势，是学习、研究和设计通信系统强有力的工具。
1.2国内外研究现状
在国外通信技术的进展中，通信系统的仿真技术是一个技术重点。
着重关注模拟通信系统中的调制解调系统的差不多原理以及抗噪声性能，并在MATLAB软件平台上仿真实现几种常见的调制方式。
最常用最重要的模拟调制方式是用正弦波作为载波的幅度调制和角度调制。
利用MATLAB对模拟调制系统进行仿真，将结合MATALB模块和Simulink工具箱的实现，并对仿真结果进行分析，从而更深入地把握模拟调制系统的相关知识。
通信系统的一样模型实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总和称为通信系统。
以差不多的点对点通信为例，通信系统的组成〔通常也称为一样模型〕。
利用系统仿真能够迅速构建一个通信系统模型，为通信和信号处理系统的设计和分析提供一个便利，高效且精准的评估平台。
能够将软件模型和硬件原型输出的数据以及从真实系统的信号相互结合起来，从而使设计过程和评估过程统一起来，协同工作，使得设计中的错误得以及时的修正，最终使得设计结果与实际系统的运行环境相吻合，保证后期产品化过程的顺利进行。
在我国，现代社会进展要求通信系统功能越来越强,性能越来越高,构成越来越复杂;另一方面,要求通信系统技术研究和产品开发缩短周期,降低成本,提高水平。
如此要求只有通过使用强大的运算机辅助分析设计技术和工具才能实现。
利用系统建模和软件仿真技术，几乎能够对所有的设计细节进行分层次的建模和评估，而且模型无需针对解析分析简化，因此评判结果更加精准，更接近实际的运行情形。
，随着超大规模集成电路工艺的成熟以及运算机和数字信号处理技术的充分进展，数字通信进展迅速，大多数的模拟通信系统已被数字通信系统所取代。
尽管在以后的一段时刻内数字通信系统还不能完全取代模拟通信系统那个，但通信朝着数字化方向进展是可不能改变的，这是有数字通信和模拟通信自身的特点所决定的。
从宏观看，世界通信方式，仍以为主，在通信中，那么以程控交换和移动进展最快。
目前模拟通信系统还在使用，但由于人们对各种通信业务的需求迅速增加，数字通信正向着小型化、智能化、高速大容量的方向迅速进展，最终必将取代模拟通信。
从中我们能够看出通信在我们生活中的重要，它给我们带来了各种各样的消息，假如有一天它消逝了，我不敢想象世界会变成如何样。
1.3通信系统及其仿真技术
在我们的生活中，当人们提到通信时，自然会想到传递消息最常用、最方便和最快捷的、E-mail、手机等通信方式。
在这些通信方式中，是用电信号来传递消息，因而称之为电信。
这些产生、传输电信号和在接收端把它复原为原先的消息的设备的总体，就构成了一个通信系统通信系统的一样模型实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总和称为通信系统。
在实际的通信中，由于通信业务的多样性，消息的来源也是多种多样的，但差不多能够分为两大类：
连续的和离散的。
连续的消息如话音，声波振动的幅度是随时刻连续变化的。
假设把它转换为随时刻连续变化的电压信号，信号幅度是时刻连续函数。
如此的信号称作模拟信号；而离散消息，如打字机产生的消息，输出的消息符号个数是有限的。
如信号的参数与离散消息对应而离散取值，这确实是数字信号。
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。
利用可视化仿真工具Simulink对通信系统进行了仿真分析的技术路线分为:
对仿真数学模型的有效性验证；对通信系统仿真模型〔程序〕的验证；对仿真算法的验证；对仿真结果置信度分析。
近年来,在通信系统建模的,分析和仿真评估领域差不多进展了大量的运算机辅助技术，这技术大体分为三大类：
〔1〕基于理论分析的解析方法，如利用运算机对复杂的系统性能评估公式进行数值运算等；
〔2〕结合通信系统硬件原型和测试设备的运算机辅助仿真方法，通常应用于原型系统实现的中后期和原型系统调试中；
〔3〕基于纯软件的系统仿真方法，即第一对通信系统进行数学建模，然后通过运算机来模拟系统行为，波形以及信号通过系统的过程，并对系统性能指标进行仿真测试和统计分析的一系列方法。
利用系统建模和软件仿真技术，几乎能够对所有的设计细节进行分层次的建模和评估，而且模型无需针对解析分析简化，因此评判结果更加精准，更接近实际的运行情形。
通信系统仿确实差不多步骤如下：
〔1〕建立数学模型：
依照通信系统的差不多原理，将整个系统简化到有源系统，确定总的系统功能，并将各部分功能模块化，找出各部分之间的关系，画出系统流程框图模型。
〔2〕仿真系统：
依照建立的模型从SIMULINK通信模型库〔MATLAB所提供的CommunicationToolboxSimulinkBlockLibrary〕的各个子库中将所需要的单元功能模块拷贝到Untitled窗口，按系统流程框图模型连接，组建要仿确实通信系统模型。
〔3〕设置、调整参数：
参数设置包括运行系统参数设置〔如系统运行时刻。
采样速率等〕和功能模块运行参数设置〔如正弦信号的频率、幅度、初相；低通滤波器的截止频率、通带增益、阻带衰减等〕。
〔4〕设置观看窗口，分析仿真数据和波形：
在系统模型的关键点处设置观测输出模块，用于观测仿真系统的运行情形，以便及时调整参数，分析结果。
〔5〕生成新的模块：
关于CommunicationToolbox中没有的功能模块，能够依照以把握的技术生成所需新的子模块，以便随时调用。
1.4课设的要紧内容
本人在进行通信系统仿真时的要紧内容，简单介绍如下：
第一，学习相关的基础知识，如通信系统各部分的组成，各部分的作用，理论上不同信号在通过系统每个部分后该发生的变化，以及Simulink建模和仿真原理，以及它的使用，必须清晰丰富的模块组的功能和应用；
其次，做出通信系统的差不多模型，分为模拟的和数字的，同时用Simulink来实现通信系统中各个部分的仿真，调制部分，解调部分等等，同时整合到一起，设置不同的参数，观看示波器的波形图；
最后，依照设置的不同的参数来进行仿真结果的分析，不同的参数不同的波形图，同时对模拟通信系统和数字通信系统都做出分析比较。
2.SIMULINK与通信系统仿真
2.1SIMULINK和其模块简介
近几年，在学术界和工业领域，Simulink已成为在动态系统领域建模和仿真方面分，Simulink具有相对独立的功能和使用方法。
确切的说，它是一个用来对动态系统进行建模、应用最广泛的软件包之一。
它的魅力在于强大的功能和简便的饿操作。
作为MATLAB的重要组成部仿真和分析的软件包。
它支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统，也支持具有多种采样频率的系统，而且系统能够是多进程的。
在Simulink环境中，利用鼠标就能够在模型窗口中直观地"画"出系统模型，然后直截了当进行仿真。
它为用户提供了方框图进行建模的图形接口，采纳这种结构画模型就像你用手和纸来画一样容易。
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包含有SINKS〔输出方式〕、SOURCE〔输入源〕、LINEAR〔线性环节〕、NONLINEAR〔非线性环节〕、CONNECTIONS〔连接与接口〕和EXTRA〔其他环节〕子模型库，而且每个子模型库中包含有相应的功能模，用户也能够定制和创建用户自己的模块。
用Simulink创建的模型能够具有递阶结构，因此用户能够采纳从上到下或从下到上的结构创建模型。
用户能够从最高级开始观看模型，然后用鼠标双击其中的子系统模块，来查看其下一级的内容，以此类推，从而能够看到整个模型的细节，关心用户明白得模型的结构和各模块之间的相互关系。
在定义完一个模型后，用户能够通过Simulink的菜单或MATLAB的命令窗口键入命令来对它进行仿真。
菜单方式关于交互工作专门方便，而命令行方式关于运行一大类仿真专门有用。
采纳SCOPE模块和其他的画图模块，在仿真进行的同时，就可观看到仿真结果。
除此之外，用户还能够在改变参数后来迅速观看系统中发生的变化情形。
仿确实结果还能够存放到MATLAB的工作空间里做事后处理。
模型分析工具包括线性化和平稳点分析工具、MATLAB的许多工具及MATLAB的应用工具箱。
由于MATLAB和SIMULINK的集成在一起的，因此用户能够在这两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改。
2.2通信系统仿确实研究方法和技术路线
2.2.1通信系统仿确实研究方法
研究方法如下三种，做简单的介绍：
1.动态系统模型的状态方程求解方法：
对动态系统仿真确实是利用运算机对所得出的状态方程进行数值求解的过程，通信系统那么是以时刻为自变量，因此相应的状态方程中的状态变量，输入输出变量也差不多上时刻的函数；
2.蒙卡罗法：
是一种基于随机试验和统计运算的数值方法，也成为运算机随机模拟法；
3.混合法：
在随机变量的条件下的微分方程数值求解问题，同时使用了基于数值运算的状态方程求解和基于统计运算的MonteCarlo方法。
2.2.2通信系统仿确实技术路线
了解通信系统的概念，在此基础上建立系统的模型，同时依照概念模型与MATLA中SIMULINK的相应的模块进行系统各组成部分的仿真，再统一调制和解调的过程，实现整个系统的仿真，因此，分为模拟通信系统和数字通信系统两种不同的差不多模型分别实现和分析。
在SIMULINK通信系统仿真模型库中，MATLAB提供的图形界面仿真工具Simulink由一系列模型库组成,包括Sources（信源模块），Sinks（显示模块），Discrete（离散系统模块），Linear（线性环节），Nonlinear（非线性环节），Connections（连接），Blocksets&Toolboxes（其他环节），了解其中模块库子模块的作用，同时分类此次仿真中需要用到的常用模块，依照原理来进行仿真建模。
整个通信系统的流程图被概括为：
信号的产生与输出、编码与解码、调制与解调。
多址接入方式、滤波器以及传输介质的模型。
每个框图都由一个子仿真模型库构成。
在通信系统中，一样情形下，传输和同意所采纳的技术是相互对应的，因此，能够将发射与接收部分中各个子仿真模型库进行相应的归类。
最后连接出框图，设置各个元件的参数，就能在SCOPE中观看输出。
再进行不同系统的分析总结和比较等等。
3.现代通信系统的介绍
3.1通信系统的一样模型
通信确实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、图形和图象等差不多上消息（Message）。
消息有模拟消息〔如语音、图象等〕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。
因此，信号〔Signal〕是传输消息的手段，信号是消息的物质载体。
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能够用信息量来度量。
通信系统确实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），它的一样模型如图3-1。
图3-1通信系统一样模型
3.2模拟通信系统模型和数字通信系统模型
3.2.1模拟通信系统模型
在模拟通信系统中，信源〔信息源，也称发终端〕的作用是把待传输的消息转换成原始电信号，如系统中机可看成是信源。
信源输出的信号称为基带信号。
所谓基带信号是指没有通过调制〔进行频谱搬移和变换〕的原始电信号，其特点是信号频谱从零频邻近开始，具有低通形式。
依照原始电信号的特点，基带信号可分为数字基带信号和模拟基带信号，相应地，信源也分为数字信源和模拟信源。
发送设备的差不多功能是将信源和信道匹配起来，立即信源产生的原始电信号〔基带信号〕变换成适合在信道中传输的信号。
变换方式是多种多样的，在需要频谱搬移的场合，调制是最常见的变换方式；对传输数字信号来说，发送设备又常常包含信源编码和信道编码等。
信道是指信号传输的通道，能够是有线的，也能够是无线的，甚至还能够包含某些设备。
图中的噪声源，是信道中的所有噪声以及分散在通信系统中其它各处噪声的集合。
在接收端，接收设备的功能与发送设备相反，即进行解调、译码、解码等。
它的任务是从带有干扰的接收信号中复原出相应的原始电信号来。
信宿〔也称受信者或收终端〕是将复原的原始电信号转换成相应的消息，如机将对方传来的电信号还原成了声音。
如图3-2所示：
图3-2模拟通信系统一样模型
3.2.2数字通信系统模型
在数字通信系统中，信源，信道，调制器，解调器，收信者和模拟的一样，加密器，编码器看名字就能猜出功能了吧，需要说明的是，图中调制器/解调器、加密器/解密器、编码器/译码器等环节，在具体通信系统中是否全部采纳，这要取决于具体设计条件和要求。
但在一个系统中，假如发端有调制/加密/编码，那么收端必须有解调/解密/译码。
通常把有调制器/解调器的数字通信系统称为数字频带传输通信系统。
数字基带传输通信系统与频带传输系统相对应，我们把没有调制器/解调器的数字通信系统称为数字基带传输通信系统，如下图。
图中基带信号形成器可能包括编码器、加密器以及波形变换等，接收滤波器亦可能包括译码器、解密器等。
模拟信号数字化传输通信系统上面论述的数字通信系统中，信源输出的信号均为数字基带信号，实际上，在日常生活中大部分信号〔如语音信号〕为连续变化的模拟信号。
那么要实现模拟信号在数字系统中的传输，那么必须在发端将模拟信号数字化，即进行A/D转换；在接收端需进行相反的转换，即D/A转换。
实现模拟信号数字化传输的系统如图3-3所示。
图3-3数字通信系统一样模型
图3-4数字通信系统仿真模型
3.3模拟通信和数字通信的区别和优缺点
依照信号方式的不同，通信可分为模拟通信和数字通信。
什么是模拟通信呢？
比如在通信中，用户线上传送的电信号是随着用户声音大小的变化而变化的。
那个变化的电信号不管在时刻上或是在幅度上差不多上连续的，这种信号称为模拟信号。
在用户线上传输模拟信号的通信方式称为〝模拟通信〞。
数字信号与模拟信号不同，它是一种离散的、脉冲有无的组合形式，是负载数字信息的信号。
电报信号就属于数字信号。
现在最常见的数字信号是幅度取值只有两种（用0和1代表）的波形，称为〝二进制信号〞。
〝数字通信〞是指用数字信号作为载体来传输信息，或者用数字信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式。
数字通信与模拟通信相比具有明显的优点：
第一是抗干扰能力强。
数字通信中的信息是包含在脉冲的有无之中的，只要噪声绝对值不超过某一门限值，接收端便可判别脉冲的有无，以保证通信的可靠性。
其次是远距离传输仍能保证质量。
因为数字通信是采纳再生中继方式，能够排除噪音，再生的数字信号和原先的数字信号一样，可连续传输下去，如此通信质量便不受距离的阻碍，可高质量地进行远距离通信。
此外，它还便于采纳大规模集成电路，便于实现加密处理，便于实现通信网的运算机治理等优点。
实现数字通信，必须使发送端发出的模拟信号变为数字信号，那个过程称为〝模数变换〞。
模拟信号数字化最差不多的方法有三个过程，第一步是〝抽样〞，确实是对连续的模拟信号进行离散化处理，通常是以相等的时刻间隔来抽取模拟信号的样值。
第二步是〝量化〞，将模拟信号样值变换到最接近的数字值。
因抽样后的样值在时刻上虽是离散的，但在幅度上仍是连续的，量化过程确实是把幅度上连续的抽样也变为离散的。
第三步是〝编码〞，确实是把量化后的样值信号用一组二进制数字代码来表示，最终完成模拟信号的数字化。
数字信号送入数字网进行传输。
接收端那么是一个还原过程，把收到的数字信号变为模拟信号，即〝数据摸变换〞，从而再现声音或图像。
假如发送端发出的信号本来确实是数字信号，那么用不着进行模数变换过程，数字信号可直截了当进入数字网进行传输。
区别在于调制方式不同。
模拟通信，技术专门成熟，确实是将模拟信号与载波进行调制，使其带有一定载波特性，又不失模拟信号的专门性，同意端通过低通滤波器，还原初始模拟信号。
而数字信号，第一进行采样，关于采样幅值进行编码〔0，1编
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