通信系統(tǒng)仿真參考模板

1、 / 23題目題目 基于 SIMULINK 的通信系統(tǒng)仿真 摘要摘要在模擬通信系統(tǒng)中，由模擬信源產(chǎn)生的攜帶信息的消息經(jīng)過傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，模擬基帶信號(hào)在經(jīng)過調(diào)制將低通頻譜搬移到載波頻率上適應(yīng)信道，最終解調(diào)還原成電信號(hào)；在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，數(shù)字信號(hào)對(duì)高頻載波進(jìn)行調(diào)制，變?yōu)轭l帶信號(hào)，通過信道傳輸，在接收端解調(diào)后恢復(fù)成數(shù)字信號(hào)。本文應(yīng)用了幅度調(diào)制以及鍵控法產(chǎn)生調(diào)制與解調(diào)信號(hào)。本論文中主要通過對(duì) SIMULINK 工具箱的學(xué)習(xí)和使用，利用其豐富的模板以及本科對(duì)通信原理知識(shí)的掌握，完成了 AM、DSB、SSB、2ASK、2FSK、2PSK 三種模擬信號(hào)和三種數(shù)字信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)，以及用 SIMULINK

2、 進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真。首先我進(jìn)行了兩種通信系統(tǒng)的建模以及不同信號(hào)系統(tǒng)的原理研究，然后將學(xué)習(xí)總結(jié)出的相應(yīng)理論與 SIMULINK 中豐富的模塊相結(jié)合實(shí)現(xiàn)仿真系統(tǒng)的建模,并且調(diào)整參數(shù)直到仿真波形輸出，觀察效果，最終對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)論進(jìn)行總結(jié)。關(guān)鍵詞 通信系統(tǒng) 調(diào)制 SIMULINK 目錄1. 前言 .11.1 選題的意義和目的.11.2 通信系統(tǒng)及其仿真技術(shù).23. 現(xiàn)代通信系統(tǒng)的介紹 .73.1 通信系統(tǒng)的一般模型.73.2 模擬通信系統(tǒng)模型和數(shù)字通信系統(tǒng)模型.73.2.1 模擬通信系統(tǒng)模型.73.2.2 數(shù)字通信系統(tǒng)模型.83.3 模擬通信和數(shù)字通信的區(qū)別和優(yōu)缺點(diǎn).94. 通信系統(tǒng)的仿真原理及框圖 .12

3、4.1 模擬通信系統(tǒng)的仿真原理.124.1.1 DSB 信號(hào)的調(diào)制解調(diào)原理 .12 4.2 數(shù)字通信系統(tǒng)的仿真原理.164.2.1 ASK 信號(hào)的調(diào)制解調(diào)原理 .165. 通信系統(tǒng)仿真結(jié)果及分析 .215.1 模擬通信系統(tǒng)結(jié)果分析.215.1.1 DSB 模擬通信系統(tǒng) .215.2 仿真結(jié)果框圖.245.2.1 DSB 模擬系統(tǒng)仿真結(jié)果 .245.3 數(shù)字通信系統(tǒng)結(jié)果分析.285.3.1 ASK 數(shù)字通信系統(tǒng) .285.4 仿真結(jié)果框圖.355.4.1 ASK 數(shù)字系統(tǒng)仿真結(jié)果 .351. 前言1.1 選題的意義和目的隨著現(xiàn)代通信系統(tǒng)的飛速發(fā)展,計(jì)算機(jī)仿真已經(jīng)成為分析和設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)的主要工具,

4、在通信系統(tǒng)的研發(fā)和教學(xué)中具有越來越重要的意義。計(jì)算機(jī)仿真是衡量系統(tǒng)性能的工具,它通過構(gòu)建模型運(yùn)行結(jié)果來分析實(shí)物系統(tǒng)的性能從而為新系統(tǒng)的建立或原系統(tǒng)的改造提供可靠的參考。通過仿真,可以降低新系統(tǒng)失敗的可能性,消除系統(tǒng)中潛在的瓶頸,優(yōu)化系統(tǒng)的整體性能。因此,仿真是通信系統(tǒng)研究和工程建設(shè)中不可缺少的環(huán)節(jié)。仿真也稱模擬,在本質(zhì)上,系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真就是根據(jù)實(shí)際的物理系統(tǒng)的運(yùn)行原理建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)描述并進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)值求解。根據(jù)實(shí)際的目標(biāo)問題提出相應(yīng)的數(shù)學(xué)描述,通常可以表達(dá)為一系列數(shù)學(xué)方程以及一系列邊界條件。把系統(tǒng)的數(shù)學(xué)描述稱為系統(tǒng)的仿真模型。用計(jì)算機(jī)語言重新表達(dá)的數(shù)學(xué)模型稱為系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真模型。對(duì)用戶而言

5、,使用仿真軟件的平臺(tái)不同,所建立的計(jì)算機(jī)仿真模型形式也不同,可以是字符形式的一系列程序代碼,也可以是圖形化的一些列一組信號(hào)流程圖、系統(tǒng)方框圖或者狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖。在當(dāng)代社會(huì)中，信息的交換日益頻繁，隨著通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及它們的密切結(jié)合，通信能克服對(duì)空間和時(shí)間的限制，大量的、遠(yuǎn)距離的信息傳遞和存取已成為可能。展望未來，通信技術(shù)正在向數(shù)字化、智能化、綜合化、寬帶化、個(gè)人化方向迅速發(fā)展，各種新的電信業(yè)務(wù)也應(yīng)運(yùn)而生，正沿著信息服務(wù)多種領(lǐng)域廣泛延伸。Simulink 是 MATLAB 最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀

6、的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink 具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn) Simulink 已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于 Simulink。從理論上對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行深入細(xì)致的研究是非常必要的，本文對(duì)通信系統(tǒng)中的一些重要環(huán)節(jié)，如數(shù)字信號(hào)的調(diào)制解調(diào)，模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸?shù)扔兄钊氲难芯繉W(xué)習(xí)。本文在深刻理解通信系統(tǒng)理論的基礎(chǔ)上，利用 MATLAB 提供的通信工具箱和信號(hào)處理工具箱中的模塊，對(duì)通信系統(tǒng)中的典型信號(hào)進(jìn)行了模型構(gòu)建、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真演示、結(jié)果顯示。通過系統(tǒng)

7、的仿真與分析可以看出 Simulink 在系統(tǒng)建模和仿真中的巨大優(yōu)勢，是學(xué)習(xí)、研究和設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)強(qiáng)有力的工具。1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國外通信技術(shù)的發(fā)展中，通信系統(tǒng)的仿真技術(shù)是一個(gè)技術(shù)重點(diǎn)。著重關(guān)注模擬通信系統(tǒng)中的調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的基本原理以及抗噪聲性能，并在 MATLAB 軟件平臺(tái)上仿真實(shí)現(xiàn)幾種常見的調(diào)制方式。最常用最重要的模擬調(diào)制方式是用正弦波作為載波的幅度調(diào)制和角度調(diào)制。利用 MATLAB 對(duì)模擬調(diào)制系統(tǒng)進(jìn)行仿真，將結(jié)合 MATALB模塊和 Simulink 工具箱的實(shí)現(xiàn)，并對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析，從而更深入地掌握模擬調(diào)制系統(tǒng)的相關(guān)知識(shí)。通信系統(tǒng)的一般模型實(shí)現(xiàn)信息傳遞所需的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)

8、的總和稱為通信系統(tǒng)。以基本的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信為例，通信系統(tǒng)的組成（通常也稱為一般模型） 。利用系統(tǒng)仿真可以迅速構(gòu)建一個(gè)通信系統(tǒng)模型，為通信和信號(hào)處理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和分析提供一個(gè)便捷，高效且精準(zhǔn)的評(píng)估平臺(tái)。可以將軟件模型和硬件原型輸出的數(shù)據(jù)以及從真實(shí)系統(tǒng)的信號(hào)相互結(jié)合起來，從而使設(shè)計(jì)過程和評(píng)估過程統(tǒng)一起來，協(xié)同工作，使得設(shè)計(jì)中的錯(cuò)誤得以及時(shí)的修正，最終使得設(shè)計(jì)結(jié)果與實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境相吻合，保證后期產(chǎn)品化過程的順利進(jìn)行。在我國，現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展要求通信系統(tǒng)功能越來越強(qiáng),性能越來越高,構(gòu)成越來越復(fù)雜;另一方面,要求通信系統(tǒng)技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)縮短周期,降低成本,提高水平。如此要求只有通過使用強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助分析設(shè)

9、計(jì)技術(shù)和工具才能實(shí)現(xiàn)。利用系統(tǒng)建模和軟件仿真技術(shù)，幾乎可以對(duì)所有的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)進(jìn)行分層次的建模和評(píng)估，而且模型無需針對(duì)解析分析簡化，因此評(píng)價(jià)結(jié)果更加精準(zhǔn)，更接近實(shí)際的運(yùn)行情況。 ，隨著超大規(guī)模集成電路工藝的成熟以及計(jì)算機(jī)和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的充分發(fā)展，數(shù)字通信發(fā)展迅速，大多數(shù)的模擬通信系統(tǒng)已被數(shù)字通信系統(tǒng)所取代。盡管在未來的一段時(shí)間內(nèi)數(shù)字通信系統(tǒng)還不能完全取代模擬通信系統(tǒng)那個(gè)，但通信朝著數(shù)字化方向發(fā)展是不會(huì)改變的，這是有數(shù)字通信和模擬通信自身的特點(diǎn)所決定的。 從宏觀看，世界通信方式，仍以電話為主，在電話通信中，則以程控交換和移動(dòng)電話發(fā)展最快。目前模擬通信系統(tǒng)還在使用，但由于人們對(duì)各種通信業(yè)務(wù)的需求迅

10、速增加，數(shù)字通信正向著小型化、智能化、高速大容量的方向迅速發(fā)展，最終必將取代模擬通信。從中我們可以看出通信在我們生活中的重要，它給我們帶來了各種各樣的消息，如果有一天它消失了，我不敢想象世界會(huì)變成怎樣。3. 現(xiàn)代通信系統(tǒng)的介紹3.1 通信系統(tǒng)的一般模型通信就是克服距離上的障礙，從一地向另一地傳遞和交換消息。消息是信息源所產(chǎn)生的，是信息的物理表現(xiàn)，例如，語音、文字、數(shù)據(jù)、圖形和圖象等都是消息(Message)。消息有模擬消息（如語音、圖象等）以及數(shù)字消息（如數(shù)據(jù)、文字等）之分。所有消息必須在轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（通常簡稱為信號(hào)）后才能在通信系統(tǒng)中傳輸。所以，信號(hào)（Signal）是傳輸消息的手段，信號(hào)是消

11、息的物質(zhì)載體。通信的目的是傳遞消息，但對(duì)受信者有用的是消息中包含的有效內(nèi)容，也即信息(Information) 。消息是具體的、表面的，而信息是抽象的、本質(zhì)的，且消息中包含的信息的多少可以用信息量來度量。通信系統(tǒng)就是傳遞信息所需要的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和，包括信息源、發(fā)送設(shè)備、信道、接收設(shè)備和信宿(受信者) ，它的一般模型如圖 3-1。圖 3-1 通信系統(tǒng)一般模型3.2 模擬通信系統(tǒng)模型和數(shù)字通信系統(tǒng)模型3.2.1 模擬通信系統(tǒng)模型在模擬通信系統(tǒng)中， 信源（信息源，也稱發(fā)終端）的作用是把待傳輸?shù)南⑥D(zhuǎn)換成原始電信號(hào)，如電話系統(tǒng)中電話機(jī)可看成是信源。信源輸出的信號(hào)稱為基帶信號(hào)。所謂基帶信號(hào)

12、是指沒有經(jīng)過調(diào)制（進(jìn)行頻譜搬移和變換）的原始電信號(hào)，其特點(diǎn)是信號(hào)頻譜從零頻附近開始，具有低通形式。根據(jù)原始電信號(hào)的特征，基帶信號(hào)可分為數(shù)字基帶信號(hào)和模擬基帶信號(hào)，相應(yīng)地，信源也分為數(shù)字信源和模擬信源。發(fā)送設(shè)備的基本功能是將信源和信道匹配起來，即將信源產(chǎn)生的原始電信號(hào)（基帶信號(hào)）變換成適合在信道中傳輸?shù)男盘?hào)。變換方式是多種多樣的，在需要頻譜搬移的場合，調(diào)制是最常見的變換方式；對(duì)傳輸數(shù)字信號(hào)來說，發(fā)送設(shè)備又常常包含信源編碼和信道編碼等。信道是指信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ?，可以是有線的，也可以是無線的，甚至還可以包含某些設(shè)備。圖中的噪聲源，是信道中的所有噪聲以及分散在通信系統(tǒng)中其它各處噪聲的集合。在接收端，接收

13、設(shè)備的功能與發(fā)送設(shè)備相反，即進(jìn)行解調(diào)、譯碼、解碼等。它的任務(wù)是從帶有干擾的接收信號(hào)中恢復(fù)出相應(yīng)的原始電信號(hào)來。信宿（也稱受信者或收終端）是將復(fù)原的原始電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息，如電話機(jī)將對(duì)方傳來的電信號(hào)還原成了聲音。如圖 3-2 所示：圖 3-2 模擬通信系統(tǒng)一般模型3.2.2 數(shù)字通信系統(tǒng)模型在數(shù)字通信系統(tǒng)中， 信源，信道，調(diào)制器，解調(diào)器，收信者和模擬的一樣，加密器，編碼器看名字就能猜出功能了吧，需要說明的是，圖中調(diào)制器 / 解調(diào)器、加密器 / 解密器、編碼器 / 譯碼器等環(huán)節(jié)，在具體通信系統(tǒng)中是否全部采用，這要取決于具體設(shè)計(jì)條件和要求。但在一個(gè)系統(tǒng)中，如果發(fā)端有調(diào)制 / 加密 / 編碼，則收

14、端必須有解調(diào) / 解密 / 譯碼。通常把有調(diào)制器 / 解調(diào)器的數(shù)字通信系統(tǒng)稱為數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)。 數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)與頻帶傳輸系統(tǒng)相對(duì)應(yīng)，我們把沒有調(diào)制器 / 解調(diào)器的數(shù)字通信系統(tǒng)稱為數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)，如圖所示。圖中基帶信號(hào)形成器可能包括編碼器、加密器以及波形變換等，接收濾波器亦可能包括譯碼器、解密器等。模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸通信系統(tǒng)上面論述的數(shù)字通信系統(tǒng)中，信源輸出的信號(hào)均為數(shù)字基帶信號(hào)，實(shí)際上，在日常生活中大部分信號(hào)（如語音信號(hào)）為連續(xù)變化的模擬信號(hào)。那么要實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)在數(shù)字系統(tǒng)中的傳輸，則必須在發(fā)端將模擬信號(hào)數(shù)字化，即進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在接收端需進(jìn)行相反的轉(zhuǎn)換，即 D/A 轉(zhuǎn)換。

15、實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)數(shù)字化傳輸?shù)南到y(tǒng)如圖3-3 所示。圖 3-3 數(shù)字通信系統(tǒng)一般模型 圖 3-4 數(shù)字通信系統(tǒng)仿真模型3.3 模擬通信和數(shù)字通信的區(qū)別和優(yōu)缺點(diǎn)根據(jù)信號(hào)方式的不同，通信可分為模擬通信和數(shù)字通信。什么是模擬通信呢？比如在電話通信中，用戶線上傳送的電信號(hào)是隨著用戶聲音大小的變化而變化的。這個(gè)變化的電信號(hào)無論在時(shí)間上或是在幅度上都是連續(xù)的，這種信號(hào)稱為模擬信號(hào)。在用戶線上傳輸模擬信號(hào)的通信方式稱為“模擬通信” 。 數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)不同，它是一種離散的、脈沖有無的組合形式，是負(fù)載數(shù)字信息的信號(hào)。電報(bào)信號(hào)就屬于數(shù)字信號(hào)?，F(xiàn)在最常見的數(shù)字信號(hào)是幅度取值只有兩種(用 0 和 1 代表)的波形，稱為

16、“二進(jìn)制信號(hào)” 。 “數(shù)字通信”是指用數(shù)字信號(hào)作為載體來傳輸信息，或者用數(shù)字信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行數(shù)字調(diào)制后再傳輸?shù)耐ㄐ欧绞健?數(shù)字通信與模擬通信相比具有明顯的優(yōu)點(diǎn)：首先是抗干擾能力強(qiáng)。數(shù)字通信中的信息是包含在脈沖的有無之中的，只要噪聲絕對(duì)值不超過某一門限值，接收端便可判別脈沖的有無，以保證通信的可靠性。其次是遠(yuǎn)距離傳輸仍能保證質(zhì)量。因?yàn)閿?shù)字通信是采用再生中繼方式，能夠消除噪音，再生的數(shù)字信號(hào)和原來的數(shù)字信號(hào)一樣，可繼續(xù)傳輸下去，這樣通信質(zhì)量便不受距離的影響，可高質(zhì)量地進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。此外，它還便于采用大規(guī)模集成電路，便于實(shí)現(xiàn)加密處理，便于實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)的計(jì)算機(jī)管理等優(yōu)點(diǎn)。 實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信，必須使發(fā)送端發(fā)出

17、的模擬信號(hào)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，這個(gè)過程稱為“模數(shù)變換” 。模擬信號(hào)數(shù)字化最基本的方法有三個(gè)過程，第一步是“抽樣” ，就是對(duì)連續(xù)的模擬信號(hào)進(jìn)行離散化處理，通常是以相等的時(shí)間間隔來抽取模擬信號(hào)的樣值。第二步是“量化” ，將模擬信號(hào)樣值變換到最接近的數(shù)字值。因抽樣后的樣值在時(shí)間上雖是離散的，但在幅度上仍是連續(xù)的，量化過程就是把幅度上連續(xù)的抽樣也變?yōu)殡x散的。第三步是“編碼” ，就是把量化后的樣值信號(hào)用一組二進(jìn)制數(shù)字代碼來表示，最終完成模擬信號(hào)的數(shù)字化。數(shù)字信號(hào)送入數(shù)字網(wǎng)進(jìn)行傳輸。接收端則是一個(gè)還原過程，把收到的數(shù)字信號(hào)變?yōu)槟M信號(hào)，即“數(shù)據(jù)摸變換” ，從而再現(xiàn)聲音或圖像。 如果發(fā)送端發(fā)出的信號(hào)本來就是數(shù)字信

18、號(hào)，則用不著進(jìn)行模數(shù)變換過程，數(shù)字信號(hào)可直接進(jìn)入數(shù)字網(wǎng)進(jìn)行傳輸。區(qū)別在于調(diào)制方式不同。模擬通信，技術(shù)很成熟，就是將模擬信號(hào)與載波進(jìn)行調(diào)制，使其帶有一定載波特性，又不失模擬信號(hào)的獨(dú)特性，接受端通過低通濾波器，還原初始模擬信號(hào)。而數(shù)字信號(hào)，首先進(jìn)行采樣，對(duì)于采樣幅值進(jìn)行編碼（0，1 編碼） ，然后進(jìn)行調(diào)制，相移鍵控等。接受端還原即可。區(qū)別在于，由于數(shù)字通信其傳輸數(shù)字抽樣信號(hào)，在接受端可以得到還原，所以信號(hào)傳輸率高。而模擬信號(hào)，是對(duì)于信號(hào)的直接調(diào)制，與載波相乘，當(dāng)傳輸途中有干擾時(shí)，對(duì)于系統(tǒng)的沖擊，是不可修復(fù)的，所以造成失楨。數(shù)字通信的主要優(yōu)點(diǎn):（1）抗干擾能力強(qiáng)由于在數(shù)字通信中，傳輸?shù)男盘?hào)幅度是離散

19、的，以二進(jìn)制為例，信號(hào)的取值只有兩個(gè)，這樣接收端只需判別兩種狀態(tài)。信號(hào)在傳輸過程中受到噪聲的干擾，必然會(huì)使波形失真，接收端對(duì)其進(jìn)行抽樣判決，以辨別是兩種狀態(tài)中的哪一個(gè)。只要噪聲的大小不足以影響判決的正確性，就能正確接收（再生） 。而在模擬通信中，傳輸?shù)男盘?hào)幅度是連續(xù)變化的，一旦疊加上噪聲，即使噪聲很小，也很難消除它。數(shù)字通信抗噪聲性能好，還表現(xiàn)在微波中繼通信時(shí)，它可以消除噪聲積累。這是因?yàn)閿?shù)字信號(hào)在每次再生后，只要不發(fā)生錯(cuò)碼，它仍然像信源中發(fā)出的信號(hào)一樣，沒有噪聲疊加在上面。因此中繼站再多，數(shù)字通信仍具有良好的通信質(zhì)量。而模擬通信中繼時(shí)，只能增加信號(hào)能量（對(duì)信號(hào)放大） ，而不能消除噪聲。（2）

20、差錯(cuò)可控?cái)?shù)字信號(hào)在傳輸過程中出現(xiàn)的錯(cuò)誤（差錯(cuò)） ，可通過糾錯(cuò)編碼技術(shù)來控制，以提高傳輸?shù)目煽啃?。?）易加密數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)相比，它容易加密和解密。因此，數(shù)字通信保密性好。（4）易于與現(xiàn)代技術(shù)相結(jié)合由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字存貯技術(shù)、數(shù)字交換技術(shù)以及數(shù)字處理技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)飛速發(fā)展，許多設(shè)備、終端接口均是數(shù)字信號(hào)，因此極易與數(shù)字通信系統(tǒng)相連接。數(shù)字通信的缺點(diǎn)相對(duì)于模擬通信來說，數(shù)字通信主要有以下兩個(gè)缺點(diǎn)：（1）頻帶利用率不高系統(tǒng)的頻帶利用率，可用系統(tǒng)允許最大傳輸帶寬（信道的帶寬）與每路信號(hào)的有效帶寬之比來表征。數(shù)字通信中，數(shù)字信號(hào)占用的頻帶寬，以電話為例，一路模擬電話通常只占據(jù) 4kHz 帶寬，但一

21、路接近同樣話音質(zhì)量的數(shù)字電話可能要占據(jù) 20 60kHz 的帶寬。因此，如果系統(tǒng)傳輸帶寬一定的話，模擬電話的頻帶利用率要高出數(shù)字電話的 5 15 倍。（2）系統(tǒng)設(shè)備比較復(fù)雜數(shù)字通信中，要準(zhǔn)確地恢復(fù)信號(hào)，接收端需要嚴(yán)格的同步系統(tǒng)，以保持收端和發(fā)端嚴(yán)格的節(jié)拍一致、編組一致。因此，數(shù)字通信系統(tǒng)及設(shè)備一般都比較復(fù)雜，體積較大。不過，隨著新的寬帶傳輸信道（如光導(dǎo)纖維）的采用、窄帶調(diào)制技術(shù)和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，數(shù)字通信的這些缺點(diǎn)已經(jīng)弱化。隨著微電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和廣泛應(yīng)用，數(shù)字通信在今后的通信方式中必將逐步取代模擬通信而占主導(dǎo)地位。4. 通信系統(tǒng)的仿真原理及框圖4.1 模擬通信系統(tǒng)的仿真原

22、理 調(diào)制的作用: (1)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的頻譜搬移，適應(yīng)在頻帶信道內(nèi)的傳輸； (2)當(dāng)頻帶信道帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬時(shí)，可以將多路基帶信號(hào)調(diào)制到互不重疊的 頻帶上，充分利用信道帶寬，實(shí)現(xiàn)頻分復(fù)用（FDM)； (3)不同的調(diào)制方式具有不同的有效性和可靠性（如 FM 的可靠性好而有效性差，AM 有效性好而可靠性差） ，可以根據(jù)需要選用合適的調(diào)制方法。4.1.1 DSB 信號(hào)的調(diào)制解調(diào)原理調(diào)制原理：在幅度調(diào)制的一般模型中，若假設(shè)濾波器為全通網(wǎng)絡(luò)（1） ，調(diào)制信號(hào)中無直流分量，則輸出的已調(diào)信號(hào)就是無載波分量的雙邊帶調(diào)制信號(hào)（DSB） 。每當(dāng)信源信號(hào)極性發(fā)生變化時(shí)，調(diào)制信號(hào)的相位都會(huì)發(fā)生一次突變 。 式（4-3）t

23、tmtSCDSBcos 調(diào)制的目的就是進(jìn)行頻譜搬移，把調(diào)制信號(hào)的頻譜搬移到所希望的位置上，從而提高系統(tǒng)信息傳輸?shù)挠行院涂煽啃浴?DSB 調(diào)制原理框圖如圖 4-3:m(t)SDSB(t)cos ct 圖 4-3 DSB 調(diào)制原理框圖DSB 信號(hào)實(shí)質(zhì)上就是基帶信號(hào)與載波直接相乘，頻域上就是卷積，表示式為： 式（4-4） CCDSBMMS21（1）經(jīng)調(diào)制后，調(diào)制信號(hào)的帶寬變?yōu)樵鶐盘?hào)的 2 倍：模擬基帶信號(hào)帶寬為 W，則調(diào)制信號(hào)的帶寬為 2W；（2) 調(diào)制信號(hào)中不含離散的載頻分量：因?yàn)樵M基帶信號(hào)中不含離散直流分量。（3) 包含上下兩個(gè)邊帶，且攜帶相同信息（雙邊帶） ； (4) 不論是確定信號(hào)

24、的頻譜，還是隨機(jī)信號(hào)的功率譜，都是基帶信號(hào)頻譜/功率譜的線性搬移。因而被稱為線性調(diào)制。解調(diào)原理：DSB 只能進(jìn)行相干解調(diào)，其原理框圖與 AM 信號(hào)相干解調(diào)時(shí)完全相同，利用恢復(fù)的載波與信號(hào)相乘，將頻譜搬移到基帶，還原出原基帶信號(hào)。 LPFm0(t)cosctSDSB(t) 圖 4-4 DSB 解調(diào)原理框圖 (1) 當(dāng)恢復(fù)載波與原載波頻率不完全一樣時(shí)，解調(diào)信號(hào)是原基帶信號(hào)與低頻正弦波的乘積； (2) 若恢復(fù)載波與原載波頻率相同，而相位不同時(shí)，輸出信號(hào)達(dá)不到最大值。4.2 數(shù)字通信系統(tǒng)的仿真原理 數(shù)字信號(hào)的傳輸方式分為基帶傳輸和帶通傳輸，在實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)信道具有帶通特性而不能直接傳輸基帶信號(hào)。為

25、了使數(shù)字信號(hào)在帶通信道中傳輸，必須使用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，以使信號(hào)與信道的特性相匹配。這種用數(shù)字基帶信號(hào)控制載波，把數(shù)字基帶信號(hào)變換為數(shù)字帶通信號(hào)的過程稱為數(shù)字調(diào)制。通常使用鍵控法來實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，比如對(duì)載波的振幅、頻率和相位進(jìn)行鍵控。數(shù)字調(diào)制：（1）數(shù)字信號(hào)通過正弦載波調(diào)制成頻帶信號(hào)；（2）數(shù)字信號(hào)控制正弦載波的某個(gè)參量；（3）鍵控信號(hào)：對(duì)載波參量的離散調(diào)制。4.2.1 ASK 信號(hào)的調(diào)制解調(diào)原理 調(diào)制原理：數(shù)字信號(hào)對(duì)載波振幅調(diào)制稱為振幅鍵控即 ASK（AmplitudeShift Keying） ，OOK 就是用單極性不歸零碼控制正弦載波的開啟與關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)非常簡單，抗噪聲性能不好。A

26、SK 實(shí)現(xiàn)方法：乘法器實(shí)現(xiàn)法。乘法器實(shí)現(xiàn)法的輸入是隨機(jī)信息序列，經(jīng)過基帶信號(hào)形成器，產(chǎn)生波形序列，乘法器用來進(jìn)行頻譜搬移，相乘后的信號(hào)通過帶通濾波器濾除高頻諧波和低頻干擾。脈沖成型低通濾波器nbnnTta)(an取值為1或0tAccos)(tgT)(tSooknbTnnTtgatb)()(圖 4-8 ASK 乘法器實(shí)現(xiàn)法框圖解調(diào)原理：ASK 的解調(diào)：包絡(luò)檢波法。由于 AM 信號(hào)波形的包絡(luò)與輸入基帶信號(hào)成正比，故也可以用包絡(luò)檢波的方法恢復(fù)原始調(diào)制信號(hào)。包絡(luò)檢波器一般由半波或全波整流器和低通濾波器組成。包絡(luò)檢波框圖如圖 4-1： 帶通濾波全波整流低通濾波抽樣判決S(t)A(t) 圖 4-1 ASK

27、 包絡(luò)檢波框圖5. 通信系統(tǒng)仿真結(jié)果及分析5.1 模擬通信系統(tǒng)結(jié)果分析5.1.1 DSB 模擬通信系統(tǒng)5.1.1.1 DSB 相干解調(diào)框圖圖 5-1 DSB 相干解調(diào)框圖信源參數(shù)參數(shù)：幅度 1 頻率 10rad/s載波參數(shù)：幅度 1 頻率 100rad/sBPF 參數(shù)：下限頻率 90rad/s 上限頻率 110rad/sLPF 參數(shù)：截止頻率 10rad/s高斯白噪聲參數(shù)：均值 0 標(biāo)準(zhǔn)差 0.015.2 仿真結(jié)果框圖5.2.1 DSB 模擬系統(tǒng)仿真結(jié)果5.2.1.1 DSB 相干解調(diào)波形上：解調(diào)波形 下：信源波形圖 5-2 DSB 相干解調(diào)波形5.2.1.2 DSB 在調(diào)制過程中的調(diào)制波形上

28、：調(diào)制波形 下：信源波形圖 5-3 DSB 調(diào)制波形從波形圖可以看出 DSB，由于系統(tǒng)模型經(jīng)歷多個(gè)模塊，會(huì)造成一定的時(shí)延。解調(diào)過后的信號(hào)波形不僅有相位的延遲，而且在幅度上也低于信源波形。5.3 數(shù)字通信系統(tǒng)結(jié)果分析5.3.1 ASK 數(shù)字通信系統(tǒng) 5.3.1.1 ASK 模擬相乘法、包絡(luò)檢波解調(diào)框圖圖 5-4 ASK 模擬相乘法、包絡(luò)檢波解調(diào)框圖信源參數(shù)：0 碼概率 0.5 采樣時(shí)間 1s載波參數(shù)：幅度 1 頻率 100rad/s高斯白噪聲參數(shù)：均值 0 標(biāo)準(zhǔn)差 0.001BPF 參數(shù)：下限頻率 90rad/s 上限頻率 110rad/sLPF 參數(shù)：截止頻率 10rad/s判決器參數(shù)：門限

29、0.25全波整流器參數(shù)：下限 0 上限 inf5.4 仿真結(jié)果框圖5.4.1 ASK 數(shù)字系統(tǒng)仿真結(jié)果5.4.1.1 ASK 模擬相乘法調(diào)制包絡(luò)檢波法解調(diào)波形上：信源波形 下：解調(diào)信號(hào)波形圖 5-5 ASK 模擬相乘法調(diào)制包絡(luò)檢波法解調(diào)波形仿真結(jié)果可知，相比而言，ASK 調(diào)制在解調(diào)時(shí)對(duì)于濾波器與噪聲參數(shù)的設(shè)置最為敏感，在理論值情況下，其解調(diào)波形邊沿仍存在不規(guī)則形狀。6. 結(jié)論在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的過程中，我對(duì)于對(duì)通信系統(tǒng)仿真的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行了一定范圍的學(xué)習(xí)和實(shí)踐，利用 SIMULINK 工具包分別實(shí)現(xiàn)模擬和數(shù)字系統(tǒng)的仿真，并且在調(diào)整參數(shù)后以及輸出波形和理論的比較得出以下結(jié)論：模擬通信系統(tǒng)：1.AM 信

30、號(hào)波形的包絡(luò)與輸入基帶信號(hào)成正比，故用包絡(luò)檢波的方法很容易恢復(fù)原始調(diào)制信號(hào)。但為了保證包絡(luò)檢波時(shí)不發(fā)生失真，即確保使調(diào)制信號(hào)不產(chǎn)生相位突變，必須滿足直流分量大于等于信源幅度，否則將出現(xiàn)過調(diào)幅現(xiàn)象而帶來失真。DSB 信號(hào)的包絡(luò)不再與 m(t)成正比，故不能進(jìn)行包絡(luò)檢波，需采用相干解調(diào)；除不再含有載頻分量離散譜外，DSB 信號(hào)的頻譜與 AM 信號(hào)的完全相同，仍由上下對(duì)稱的兩個(gè)邊帶組成。2.相干解調(diào)的關(guān)鍵是必須產(chǎn)生一個(gè)與調(diào)制器同頻同相位的載波。如果同頻同相位的條件得不到滿足，則會(huì)破壞原始信號(hào)的恢復(fù)。3.包絡(luò)檢波解調(diào)電路簡單，特別是接收端不需要與發(fā)送端同頻同相位的載波信號(hào)，大大降低實(shí)現(xiàn)難度。4.系統(tǒng)存

31、在延遲，且解調(diào)后信號(hào)幅度變小，最好能對(duì)其進(jìn)行放大。5.高斯白噪聲模塊只能模擬噪聲，而不能完全替代信號(hào)環(huán)境，可以考慮使用信道模塊進(jìn)行替換。數(shù)字通信系統(tǒng)：1.ASK 信號(hào)解調(diào)時(shí)對(duì)于濾波器參數(shù)敏感，應(yīng)注意根據(jù)實(shí)際調(diào)整濾波器參數(shù)。而且，與其他數(shù)字調(diào)制方式相比，ASK 對(duì)噪聲更為敏感。2.DPSK 進(jìn)行碼變換時(shí)應(yīng)注意，相對(duì)碼由絕對(duì)碼與相對(duì)碼前一碼元模二加得來，而非絕對(duì)碼與其自身前一碼元模二加得來。詳情見本報(bào)告第四部分 DPSK 調(diào)制原理。3.PSK 信號(hào)無法通過包絡(luò)檢波進(jìn)行解調(diào)。4.通信系統(tǒng)存在時(shí)延，解調(diào)信號(hào)波形與信源波形存在相位差。從接到題目到設(shè)計(jì)結(jié)束的過程中經(jīng)歷了很多，總的來說可以概括為以下幾點(diǎn)。 （1）查資料，結(jié)合任務(wù)書寫開題報(bào)告。拿到論題后，我和小組的成員首先去見了我們的指導(dǎo)老師，聽取了丁老師給我們對(duì)該課題大概的講解的和一些重要建議，先找相關(guān)方面的資料并對(duì)論題進(jìn)行分析。接著便是看與此有關(guān)的資料，讀懂這方面的知識(shí)，從而列出該設(shè)計(jì)的具體步驟。 （2）遇到困難，鍥而不舍。從前在學(xué)習(xí)過程中碰見點(diǎn)困難就想著去找老師同學(xué)詢問，只在一些大的方面給了我一些提示，細(xì)節(jié)必須由自己來完成。丁老師還不斷提醒我設(shè)計(jì)方向，而對(duì)于一些小的方面，一些細(xì)節(jié)性的問題要求我們自己去思考。這樣就提高了我們的獨(dú)立思考和動(dòng)手實(shí)踐能力，這對(duì)我們以后不管是進(jìn)入社會(huì)工作還是繼續(xù)學(xué)習(xí)深造都有極其重要的幫助。 （3）