基于MATLAB的通信系统设计(本科毕业论文).doc

基于MATLAB的通信系统设计(本科毕业论文).doc

《基于MATLAB的通信系统设计(本科毕业论文).doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于MATLAB的通信系统设计(本科毕业论文).doc（43页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

本科毕业设计（论文）

基于MATLAB的通信系统设计

2009年6月

摘要

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

仿真是衡量系统性能的工具，它通过仿真模型的仿真结果来判断原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，防止对系统中某些功能部件造成的负载，优化系统的整体性能。

本文阐述现代通信系统的理论基础，介绍了移动通信、现代通信网、通信系统和扩频通信的等CDMA通信系统的重要基础知识，以及MATLAB/SIMULINK工具箱的基础知识和基于MATLAB的现代通信系统的仿真实现方法，利用MATLAB提供的可视化工具SIMULINK建立现代通信系统仿真模型，并以CDMA通信系统为例，详细讲述各模块的设计，并指出了仿真设计中要注意的问题。

关键词：

通信系统，码分多址，仿真，建模，扩频

注:

本设计（论文）题目来源于教师的教学实践。

Abstract

Withtherapiddevelopmentofmoderncommunication,computersimulationhasbecomeimportanttoolsinanalyzinganddesigningcommunicationsystemstoday,hasbecomeincreasinglyimportantinresearchingcommunicationsystemandteaching.Simulationisatooltomeasuresystemperformance,throughthesimulationresultsofthesimulationmodeltodeterminetheperformanceoftheoriginalsystemsoastoestablishanewsystemorthetransformationoftheoriginalsystemtoprovideareliablereference.Bysimulation,itcanreducethefailprobabilityofnewsystemandeliminatethepotentialbottle-neckinsystem.Italsocanpreventtheburdenofsomefunctionalparts,inordertooptimizetheperformanceofthewholesystem.

ThispaperdescribesthebasictheoryofthecommunicationsystemsandtheimportantbasicknowledgeofCDMAlikesthemobilecommunications,moderncommunicationnetworks,communicationssystemsandspreadspectrumcommunication.AswellasthebasicknowledgeofMATLAB/SIMULINKtoolboxandmethodstoachievingthesimulationofthecommunicationsystemswhichmakeuseofthevisualizationtool（SIMULINK）tocarryoutthemodelofthemoderncommunicationsystem.Atthesametime,thispapertakestheCDMAcommunicationsystemastheexampletoexplainthewayofmodelinginSIMULINKindetailsandnarratetheproblemswhichyouwillfaceinsimulation.

KeyWords：

communicationsystem,CDMA,simulation,modeling,spreadspectrum

目录

摘要 3

1.通信系统基本理论 8

1.1通信与移动通信基本概念 8

1.2通信网的基本概念 8

1.2.1通信网的定义和构成 8

1.2.2通信网的基本结构 9

1.3通信系统 10

1.3.1信源与信宿 11

1.3.2发送设备 11

1.3.3信道 12

1.3.4接收设备 12

1.4通信方式 12

1.4.1单工通信 12

1.4.2双工通信 13

1.4.3半双工通信 13

1.5通信系统的主要性能指标 14

1.5.1模拟通信系统性能的衡量 14

1.5.2数字通信系统性能的衡量 15

1.6通信的基本技术 15

1.6.1调制技术 15

1.6.2信道中电波传播特性的研究 16

1.6.3多址方式 17

1.7常用移动通信系统 17

1.7.1无线电寻呼系统 17

1.7.2蜂窝移动通信系统 17

1.7.3无绳电话系统 18

1.7.4集群移动通信系统 20

1.7.5移动卫星通信系统 20

1.7.6分组无线网 21

2.扩频通信与CDMA基本知识 22

2.1扩展频谱通信技术 22

2.1.1扩频通信理论基础[4] 22

2.1.2实现方法[11] 23

2.2CDMA技术简介 23

2.2.1CDMA系统概述 23

2.2.2CDMA系统的通信原理 24

2.2.3CDMA技术前景 24

3.SIMULINK仿真平台简介 25

3.1通信仿真的概念[14] 25

3.2通信仿真的一般步骤[8] 25

3.2.1仿真建模 25

3.2.2仿真实验 26

3.2.3仿真分析 26

3.3MATLAB/SIMULINK工具箱简介[7] 26

3.4SIMULINK仿真工作原理[9] 27

3.4.1初始化阶段 27

3.4.2模型执行阶段 28

4.模块建模 29

4.1信源模块 30

4.2编码模块 31

4.3扩频序列模块 32

4.4信道模块 34

4.5调制与解调模块 35

4.6接收端模块 37

5.系统整体建模 39

5.1系统简介 39

5.2系统整体框图 39

6.仿真分析以及结论 40

6.1仿真分析 40

6.1.1单用户在不同信道环境下的仿真 40

6.1.2多用户在相同信道环境下的仿真 40

6.2结论 41

参考文献 42

致谢 43

1.通信系统基本理论

1.1通信与移动通信基本概念

通信：

是人与人或人与自然之间同过某种行为或媒介进行的信息交流与传递，从广义上指需要信息的双方或多方在不违背各自意愿的情况下无论采用何种方法，使用何种媒质，将信息从某方准确安全传送到另一方[1,4]。

以视觉声音传递为主的古代的烽火台、击鼓、旗语、现代电信等及以实物传递为主的驿站快马接力、信鸽、邮政通信等。

古代的通信对远距离来说，最快也要几天的时间，而现代通信往往以电信方式为主如电报，电话，快信，短信，E-MAIL等注重即时通信，做为自然科学来说邮政通信更能体现人与自然的和谐与沟通，但在现今注重经济利益的时期往往不注意人与自然的关系致使邮政通信相对即时通信不宜接受。

顾名思义，移动通信是指通信双方至少有一方在移动中（或者临时停留在某一非预定的位置上）进行信息传输和交换，这包括移动体（车辆、船舶、飞机或行人）和移动体之间的通信，移动体和固定点（固定无线电台或有线用户）之间的通信。

早在1897年，马可尼在陆地和一只拖船之间，用无线电进行了消息传输，这是移动通信的开端。

至今，移动通信已有100多年的历史。

近20年来，移动通信的发展极为迅速，已广泛应用于国民经济的各个部门和人民生活的各个领域之中。

1.2通信网的基本概念

1.2.1通信网的定义和构成

（1）定义。

什么是通信网？

对于一个复杂的大系统，站在不同的角度，应该有不同的观点。

从用户的角度看，通信网是一个信息服务设施，甚至是一个娱乐服务设施，用户可以使用它获取信息、发送信息、娱乐等；而从工程师的角度来看，通信网则是由各种软硬件设施按照一定得规则互联在一起，完成信息传递任务的系统。

工程师希望这个系统应该可测、可控，便于管理和扩充[3,4]。

通俗的定义是，通信网是由一定数量的节点（包括终端节点、交换节点）和连接这些节点的传输系统有机地组织在一起的，按约定的信令或者协议完成任意用户间交换信息的通信系统[4]。

用户使用它可以克服空间、时间等障碍来进行有效的信息交换。

交换的信息包括用户信息（如话音、数据、图像等）、控制信息（如信令、路由信息等）和网络管理信息三类。

由于信息在网上通常以电或者光信号的形式进行传输，因而现代通信网又称电信网。

（2）通信网的构成要素。

实际的通信网是由软件和硬件按特定的方式构成的一个通信系统，每一次通信都需要软件和硬件的协调配合来完成[3]。

从硬件构成来看，通信网由终端节点、交换节点、业务节点和传输系统过程，他们完成通信网的基本功能：

接入、交换和传输。

从软件设施构成来看，则包括信令、协议、控制、管理、计费等，它们主要完成通信网的控制、管理、运营和维护，实现通信网的智能化。

1.2.2通信网的基本结构

我们日常生活中遇到的通信网络可能在传送方式，所提供的服务的种类等方面不尽相同，但是它们在网络结构、基本功能、实现原理上都是相似的，它们都实现了一下四种主要的网络功能：

（1）信息传送。

它是通信网的基本任务，传送的信息主要分为三大类：

用户信息、信令信息、管理信息。

信息传输主要由交换节点和传输系统完成。

（2）信息处理。

网络对信息的处理方式对最终用户是不可见的，主要目的是增强通信的有效性、可靠性和安全性，信息最终的语义解释一般由终端应用来完成。

（3）信令机制。

它是通信网上任意两个通信实体之间为实现某一通信任务，进行控制信息交换的机制，例如电话网上的NO.7信令、Internet上的各种路由信息协议、TCP连接建立协议等均属于此范畴。

（4）网络管理。

它负责网络的运营管理。

维护管理、资源管理，以保证网络在正常和故障情况下的服务质量。

它是整个通信网中最具智能的部分。

已经形成的网络管理标准有：

电信管理标准TMN系列，计算机网络管理标准SNNP等。

从功能的角度看，一个完整的现代通信网可分为相互依存的三部分：

业务网、传送网、支撑网，如图1.1所示：

（1）业务网。

业务网负责向用户提供各种通信业务，如基本话音、数据、多媒体、租用线、VPN等，采用不同交换技术的交换节点设备通过传送网互连在一起就形成了不

电话网

Internet

移动网

ATM网

FR网

业务网

同步网

同步网

同步网

支撑网

SDH/SONET

光纤传输网

传送网