【正文】 .................................................................................. 17 與模擬通信相比數(shù)字通信的主要特點 .......................................................... 18 小結(jié) .......................................................................................................................... 19 第五章 模擬信號的數(shù)字傳輸研究及其仿真 ......................................................... 20 模擬信號的數(shù)字傳 輸模型及抽樣定理 .................................................................. 20 模擬信號的數(shù)字傳輸模型 .............................................................................. 20 抽樣定理 .......................................................................................................... 20 湖南科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） ii 模擬信號的量化 ...................................................................................................... 21 均勻量化 .......................................................................................................... 21 非均勻 量化 ...................................................................................................... 21 脈沖編碼調(diào)制及差分脈沖編碼調(diào)制原理 .............................................................. 22 脈沖編碼調(diào)制 (PCM)原理 ............................................................................... 22 差分脈沖編碼調(diào)制 (DPCM)原理 .................................................................... 23 數(shù)字通信系統(tǒng)的建模與仿真 .................................................................................. 24 基本步驟 .......................................................................................................... 24 數(shù)字電話通信系統(tǒng)簡介 .................................................................................. 24 系統(tǒng)仿真的軟件實現(xiàn) ...................................................................................... 25 小結(jié) .......................................................................................................................... 27 第六章 結(jié)論 ...................................................................................................................... 28 參考文獻 ............................................................................................................................... 29 致謝 ......................................................................................................................................... 30 湖南 科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 第一章 緒 論 通信系統(tǒng)仿真概念及其重要作用 通信系統(tǒng)仿真的概念 仿真是衡量系統(tǒng)性能的工具 ， 它通過仿真模型的仿真結(jié)果來判斷原系統(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。 通信系統(tǒng)仿真可以分成離散事件仿真和連續(xù)事件仿真。 與一般的仿真過程類似，在對通信系統(tǒng)實施仿真之前，首先需要研究通信系統(tǒng)的特性，通過歸納和抽象建立通信系統(tǒng)的仿真模型。如果改造后通信系統(tǒng)的性能并不像仿真結(jié)果那樣令人滿意，還需要重新實施通信系統(tǒng)仿真，這時候改造后的通信系統(tǒng)就成了當(dāng)前系統(tǒng)，并且開始新一輪的通信系統(tǒng)仿真過程。所以，通信系統(tǒng)仿真在通信系統(tǒng)工程設(shè)計中起著舉足輕重的作用。用基于仿真的方法來估計性能時，系統(tǒng)可以用任何所期待的細節(jié)來模擬。在軟件實驗中我們也是這樣做，只不過所有通信模塊及通信儀表的功能都是用程序來實現(xiàn)的，通信系統(tǒng)的全過程在計算機中仿真運行。 (2)軟件實驗更有助于我們較為全面地研究通信系統(tǒng)。 通信系統(tǒng)仿真問題的研究現(xiàn)狀 計算機輔助分析和設(shè)計技術(shù)發(fā)展十分迅速，出現(xiàn)了大量實用仿真軟件與工具，并應(yīng)用于通信系統(tǒng)建模、分析和設(shè)計，使得通信系統(tǒng)仿真發(fā)展很快。 現(xiàn)代計算機軟硬件技術(shù)的快速發(fā)展，新一代的可視化的仿真軟件的使用使得通信系統(tǒng)仿真的設(shè)計和分析過程變得相對直觀和便捷 ，推動了通信系統(tǒng)仿真的快速發(fā)展 。 本論文針對通信系統(tǒng)仿真的 探討 主要做了以下的工作 ： (1)介紹了通信系統(tǒng)仿真的相關(guān)內(nèi)容，包括通信系統(tǒng)仿真的一般步驟、 MATLAB 中的一種可視化仿真工 具 Simulink的相關(guān)概念。 湖南 科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 第二章 Simulink與通信 系統(tǒng) 仿真 通信系統(tǒng)仿真的一般步驟 通信系統(tǒng)仿真一般分成 3個步驟，即仿真建模、仿真實驗和仿真分析。數(shù)學(xué)模型有多種分類方式，包括確定性模型和隨機性模型，靜態(tài)模型和動態(tài)模型。 在仿 真建模過程中，首先需要分析實際系統(tǒng)存在的問題或設(shè)立系統(tǒng)改造的目標，并且把這些問題和目標轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)變量和公式。 有了上面的準備工作，下一步就可以通過仿真軟件來建立仿真模型了。需要強調(diào)的一點是，仿真過程中使用的輸入數(shù)據(jù)必須具有一定的代表性，即能夠從各個角度顯著地改變仿真輸 出信號的數(shù)值。編寫文檔是一個好 習(xí)慣 ，它能夠幫助我們回憶起仿真設(shè)計過程的一些細節(jié)。如果需要比較仿真系統(tǒng)在不同參數(shù)設(shè)置下的性能，應(yīng)該使仿真系統(tǒng)在取不同參數(shù)值時具有相同的輸入信號，這樣才能夠保證分析和比較的客觀性和可靠性。 圖表是最簡潔的說明工具，它具有很強的直觀性，便于分析和比較，因此，仿真分析的結(jié)果一般都繪制成圖表形式。同時，通過 Smiulink的存儲模塊，仿真數(shù)據(jù)可以方便地以各種形式保存在工作區(qū)或文件中，供用戶在仿真結(jié)束之后對數(shù)據(jù)進行分析和處理。連續(xù)模塊是指輸出信 號隨著輸入信號發(fā)生連續(xù)變化的模塊，離散模塊則是輸出信號以固定間隔變化的模塊。 湖南 科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 Simulink仿真有以下特點： 1) 交互建模 Simulink提供了大量的功能模塊，方便用戶快速地建立動態(tài)系統(tǒng)模型 ，建模時只需要使用鼠標拖放庫中的功能模塊并將它們連接起來。用戶可以通過下拉菜單執(zhí)行仿真，或使用命令行進行批處理。 （ 2）將用戶原有的 Fortran或 C編寫的代碼連接進來。 DSP Blockset可 以用于 DSP算法的開發(fā)。更重要的是，用戶還可以對系統(tǒng)模型進行代碼生成，并將生成的代碼下載到不同的目標機上。 湖南 科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 第三章 MATLAB 通信工具箱 MATLAB 通信工具箱概述 MATLAB 通信工具箱是一套用于通信領(lǐng)域進行理論研究、系統(tǒng)開發(fā)、分析設(shè)計和仿真的專業(yè)化工具軟件包，主要由兩部分組成：通信系統(tǒng)功能函數(shù)庫和 Simulink庫。 用戶既可以在 MATLAB的工作空間中直接調(diào)用工具箱中的函數(shù)，也可以使用Simulink平臺構(gòu)造自己的仿真模塊，以達到擴充工具箱的內(nèi)容。如果模塊庫中包括子模塊庫時，用鼠標雙擊模塊庫就能打開下一級子庫，例如， Channel Coding（信道編碼庫）、Interleaving（交錯控制模塊庫）、 Modulation（調(diào)制庫）和 Basic Comm Function（基本通信函數(shù)庫）都包含下一級子模塊庫。因此，可以將發(fā)射與解調(diào)部分中各個子仿真模型庫進行相應(yīng)的歸類。 圖 MATLAB中通信工具箱的頂層仿真模塊庫 信源 解調(diào) 調(diào)制 信宿 信源編碼 糾錯編碼 發(fā)送濾波器 多址接入 接收濾波器 多址接入 糾錯譯碼 信源譯碼 信 道 湖南 科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 MATLAB通信工具箱的函數(shù)庫 在通信工具箱中包含了對通信系統(tǒng)進行設(shè)計、分析和仿真時最常用的函數(shù)，由七十多個函數(shù)組成，每個函數(shù)有多種選擇參數(shù)，函數(shù)功能覆蓋了現(xiàn)代通信系統(tǒng)的各個方面。用戶需要實現(xiàn)系統(tǒng)的某項功能時，可以先到上述函數(shù)集中尋找相應(yīng)的函 數(shù)，找到后在查詢該函數(shù)的詳細內(nèi)容（包括函數(shù)功能說明。最后介紹了通信工具箱的函數(shù)庫 。所以人們不得不依賴于一些通信系統(tǒng)來實現(xiàn)長距離上的信息傳輸。通信系統(tǒng)的一般模型 如圖 示。有多種變換方式，在需要頻譜搬移的場合，調(diào)制是最常見的變換方式。噪聲是有害的，會降低通信的質(zhì)量。連續(xù)消受信者 接收設(shè)備 信道 發(fā)送設(shè) 備 信息源 噪聲源 湖南 科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 16 息是指消息的狀態(tài)連續(xù)變化或是不可數(shù)的，如語音、活動圖片等。消息與電信號之間必須建立單一的對應(yīng)關(guān)系，否則在接收端就無法恢復(fù)出原來的消息。例如，普通電話機輸出的信號就是模擬信號。數(shù)字信號有時也稱離散信號，這個離散是指信號的某一參量是離散變化的，而不一定在時間上也離散，如 2PSK信號。首先，發(fā)送端的連續(xù)消息要變換成原始電信號，接收端收到的信號要反變換成原來的連續(xù)消息。已調(diào)信號又稱頻帶信號。圖中的調(diào)制器和解調(diào)器就代表圖 。 數(shù)字通信系統(tǒng)模型 數(shù)字通信的基本特征是：它傳遞的信號是“離散”的或數(shù)字的。這是通過差錯控制編碼等手段來實現(xiàn)的。第五，由于數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸?shù)氖且粋€接一個按節(jié)拍傳送的數(shù)字信號單元，即碼元，因而在接收端必須按與發(fā)送端相同的節(jié)拍接收。圖中同步子系統(tǒng)沒有畫出， 因為 它的位置往往是不固定的。如圖 。圖 組成框圖。其中，信道在不同的應(yīng)用環(huán)境中會有不同的模型。與模擬通信相比，數(shù)字通信更能適應(yīng)現(xiàn)代社會對通信技術(shù)越來越高的要求。只要噪聲的大小不足以影響判決的正確，就能正確接收?？梢圆捎眯诺谰幋a技術(shù)使誤碼率降低，提高傳輸?shù)目煽啃浴? 一般來說數(shù)字通信的許多優(yōu)點都是用比模擬通信占用更寬的系統(tǒng)頻帶而換得的。這就需要對其做些改造，或者加裝數(shù)字終端設(shè)備。 小結(jié) 本章首先介紹了通信系統(tǒng)的一般模型，然后 具體 介紹了模擬通信系統(tǒng)模型和數(shù)字通信系統(tǒng)模型，最后對模擬通信和數(shù)字通信進行了比較。 抽樣定理 抽樣定理是指 :一個頻帶限制在 (0， fH)赫茲內(nèi)的時間連續(xù)信號 m(t)，如果以 T≦ 1/ fH的間隔對它進行等間隔抽樣，則 m(t)將被所得到的抽樣值完全確定。 模擬信號進行抽樣以后，其抽樣值還是隨信號幅度連續(xù)變化的，即抽樣值 m(kT)可以取無窮多個可能值，如果用 N個二進制數(shù)字信號來代表該樣值的大小，以便利用數(shù)字傳輸系統(tǒng)來傳輸該樣值信息，那么 N個二進制數(shù)字信號只能同 M=2N個電平樣值相對應(yīng)，而不能同無窮多個電平樣值相對應(yīng)。 模擬信號的量化 模擬信息源 抽樣量化編碼 數(shù)字隨機序列 模擬隨機信號 m(t) 譯碼和低通濾 波 模擬隨機信號 數(shù)字隨機序列 {Sk} ?m k(t) 數(shù)字傳輸系統(tǒng) 圖 模擬信號數(shù)字傳輸系統(tǒng) {s? k} 湖南 科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 21 均勻量化 把輸入信號的取值區(qū)域按等距離分割的量化稱為均勻量化。通常使用的壓縮器中，大多數(shù)采用對數(shù)式壓縮，即 y