【正文】 (2)MATLAB通信工具箱的構(gòu)成及功能 (3)現(xiàn)代通信系統(tǒng) (4)運(yùn)用 Simulink模塊設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)并仿真比較 (5)結(jié)論 5 提交設(shè)計(jì)（論文）形式（設(shè)計(jì)說明與圖紙或論文等）及要求： (1)畢業(yè)設(shè)計(jì)以論文形式提交 (2)一律用 word排版 (3)嚴(yán)格按照湖南科技大學(xué)的本科設(shè)計(jì)（論文）的格式要求 (4)圖紙符合工程制圖規(guī)范 6 發(fā)題時(shí)間： 2021 年 3 月 1 日 指導(dǎo)教師： （簽名） 學(xué) 生： （簽名） 湖 南 科 技 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）指導(dǎo)人評(píng)語 指導(dǎo)人： （簽名） 年 月 日 指導(dǎo)人評(píng)定成績： 湖 南 科 技 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）評(píng)閱人評(píng)語 評(píng)閱人： （簽名） 年 月 日 評(píng)閱人評(píng)定成績： 湖 南 科 技 大 學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）答辯記錄 日期： 學(xué)生： 學(xué)號(hào)： 班級(jí)： 題目： 提交畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 答辯委員會(huì)下列材料： 1 設(shè)計(jì)（ 論文）說明書 共 頁 2 設(shè)計(jì)（論文）圖 紙 共 頁 3 指導(dǎo)人、評(píng)閱人評(píng)語 共 頁 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 答辯委員會(huì) 評(píng)語： 答辯委員會(huì)主任： （簽名） 委員： （簽名） （簽名） （簽名） （簽名） 答辯成績： 總 評(píng)成績： 摘 要 本文首先介紹了通信系統(tǒng)仿真的基本內(nèi)容，包括通信系統(tǒng)仿真的一般步驟，MATLAB中的可視化仿真工具 Simulink的相關(guān)概念。 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) PCM和 DPCM這兩種數(shù)字電 話通信系統(tǒng)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。simulation 。 實(shí) 際的通信系統(tǒng)是一個(gè)功能結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)，對(duì)這個(gè)系統(tǒng)作出的任何改變 (如改變某個(gè)參數(shù)的設(shè)置、改變系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)等 )都可能影響到整個(gè)系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定。離 散事件仿真是對(duì)實(shí)際通信系統(tǒng)的一種簡化，它的仿真建模比較簡單，整個(gè)仿真過程需要花費(fèi)的時(shí)間也比連續(xù)仿真少。從圖中可以看到，通信系統(tǒng)仿真是一個(gè)循環(huán)往復(fù)的過程，它從當(dāng)前系統(tǒng)出發(fā)，通過分析建立起一個(gè)能夠在一定程度上描述原通信系統(tǒng)的仿真模型，然后通過仿真實(shí)驗(yàn)得到相關(guān)的數(shù)據(jù) 。與此同時(shí)出現(xiàn)了一系列新的技術(shù)，如用于數(shù)字信號(hào)處理的價(jià)格不高但速度很快的硬件、光纖光 學(xué)器件、集成光學(xué)設(shè)備和單片微波集成電路，這些對(duì)通信系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)均有重要影響。以簡化模型為 基礎(chǔ)的公式法只能應(yīng)用于一些理想化和過于簡單的例子，要想估計(jì)出復(fù)雜通信系統(tǒng)的性能是非常困難的。 當(dāng)前 系統(tǒng) 仿真建模 仿真實(shí)驗(yàn) 仿真分析 結(jié)論分析 改造后的系統(tǒng) 湖南 科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 通信系統(tǒng)仿真問題的研究價(jià)值 通信系統(tǒng)仿真實(shí)質(zhì)上就是把硬件實(shí)驗(yàn)搬進(jìn)了計(jì)算機(jī)，可以把它看成是一種軟件實(shí)驗(yàn)。與硬件實(shí)驗(yàn)相比，軟件實(shí)驗(yàn)具有如下一些優(yōu)點(diǎn) ： (1)軟件實(shí)驗(yàn)具有廣泛的適應(yīng)性和極好的靈活性。 (3)硬件實(shí)驗(yàn)的精確度取決于元器件及工藝水平，軟件實(shí)驗(yàn)的精度取決于 CPU的運(yùn)算速度或者說是程序的運(yùn)算量。 通信系統(tǒng)仿真應(yīng)用到了通信系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的各個(gè)階段，無論是從早期的概念設(shè)計(jì)，還是實(shí)現(xiàn)、測試、使用等各個(gè)階段。這樣尖銳對(duì)立的兩個(gè)方面的要求，只有通過使用強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助分析設(shè)計(jì)技術(shù)和工具才能實(shí)現(xiàn)。 (3)在理解通信系統(tǒng)理論的基礎(chǔ)上，利用 Simulink強(qiáng)大的仿真功能， 對(duì) PCM和 DPCM這兩種數(shù)字電話通信系統(tǒng)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。 （ 1）仿真建模 仿真建模是根據(jù)實(shí)際通信系統(tǒng)建立仿真模型的過程，它是整個(gè)通信系統(tǒng)仿真過程中的一個(gè)關(guān)鍵步驟，因?yàn)榉抡婺Ｐ偷暮脡闹苯佑绊懼抡娼Y(jié)果的真實(shí)性和可靠性。靜態(tài)模型不需要考慮時(shí)間變化因素，動(dòng)態(tài)模型的輸入輸出變量則需要考慮時(shí)間變化因素。有了這些具體的仿真目標(biāo)之后，下一步是獲取實(shí)際通信系統(tǒng)的各種運(yùn)行參數(shù)，如通信系統(tǒng)占用的帶寬及其頻率分布，系統(tǒng)對(duì)于特定的輸入信號(hào)產(chǎn)生的輸出等。 （ 2）仿真實(shí)驗(yàn) 仿真實(shí)驗(yàn)是一個(gè)或一系列針對(duì)仿真模型的測試。性能尺度指的是能夠衡量仿真過程中系統(tǒng)性能的輸出信號(hào)的數(shù)值 (或根據(jù)輸出信號(hào)計(jì)算得到的數(shù)值 )，因此，在實(shí)施仿真之前，首先需要確定仿真過程中應(yīng)該收集哪些仿真數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)以什么樣的格式存在，以及收集多少數(shù)據(jù)。最后，還應(yīng)該明確各個(gè)輸入信 號(hào)的初始設(shè)置以及仿真系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)狀態(tài)的初始值。在仿真分析過程中，用戶已經(jīng)從仿真過程中獲得了足夠多的關(guān)于系統(tǒng)性能的信息，但是這些信息只是一個(gè)原始的數(shù)據(jù)，一般還需要經(jīng)過數(shù)值分析和處理才能夠獲得衡量系統(tǒng)性能的尺度，從而獲 得對(duì)仿真系統(tǒng)的一個(gè)總體評(píng)價(jià)。 Simulink簡介 Simulink是 MATLAB提供的用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的工具包?；谏鲜鰞?yōu)點(diǎn)， Simulink成為一種通用的仿真建模工具，廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)仿真、數(shù)字信號(hào)處理、模糊邏輯、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機(jī)械控制和虛擬現(xiàn)實(shí)等領(lǐng)域。離散模塊的輸出信號(hào)在下一個(gè)抽樣時(shí)刻到來之前保持恒定，這時(shí)候 Smiulnik只需以一定的間隔計(jì)算輸出信號(hào)的數(shù)值。對(duì)塊和連接的數(shù)目沒有限制。有了 Simulink，用戶可以在仿真的同時(shí)，采用交互或批處理的方式，方便地更換參數(shù)來進(jìn)行“ Whatif”分析。工具箱提供的高級(jí)的設(shè)計(jì)和分析能力可以通過 Simulink的屏蔽手段在仿真過程中執(zhí)行。 Simulink的專用模型庫（ Blocksets） 作為 Simulink建模系統(tǒng)的補(bǔ)充， MathWorks 公司開發(fā)了專用功能快程序包，如 DSP Blockset和 Commuication Blockset等。而且，為了方便用戶系統(tǒng)的實(shí)施， MathWorks 公司還開發(fā)了實(shí)施軟件包，如TI和 Mortorola 開發(fā)工具包，以方便用戶進(jìn)行目標(biāo)系統(tǒng)的開發(fā)。用戶可以根據(jù)需要選擇這些仿真函數(shù)和模塊構(gòu)筑自己的通信系統(tǒng)仿真模型，這種方法即適合于一般初學(xué)者，也適合于通信技術(shù)方面的專家。 運(yùn)行通信工具箱需要的軟件平臺(tái)包括： MATLAB和 Signal Processing Toolbox（信號(hào)處理工具箱）等。 Communications Blockset（通信模塊集）中包括 10個(gè)子模塊庫，這里只列 出這些通信模塊庫的名稱： ? Comm Sourses（通信源模塊庫）； ? Comm Sinks（通信輸入模塊庫）； ? Sources Coding（信源編碼庫）； ? Channel Coding（信道編碼庫）； ? Interleaving（交錯(cuò)控制模塊庫）； ? Modulation（調(diào)制庫）； ? Channels（信道庫）； 湖南 科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 ? Basic Comm Function（基本通信函數(shù)庫）； ? Utility Functions（實(shí)用函數(shù)庫） ? Synchronziation（同步庫）。 在打開的窗口中在雙擊“ Comm Tbx Library”的圖標(biāo)，最終可以看到通信工具箱仿真模塊的最頂層模塊庫。 這些函數(shù)放置在 Comm的子目錄下。 例如查詢基帶模擬調(diào)制的函數(shù)信息：用戶先在上述函數(shù)集合中找到Modulation/Demodulation.（調(diào)制 /解調(diào)函數(shù)），接著查找與基帶信號(hào)模擬調(diào)制對(duì)應(yīng)的函數(shù)，amodce。通信的形式有很多種，交談就是人與人之間進(jìn)行通信的一種最普遍的方式。 一個(gè)通信系統(tǒng)由三個(gè)部分組成： 1. 發(fā)送端； 2. 信道（信號(hào)的傳輸介質(zhì)）； 3. 接收端。電話、電視、攝像機(jī)和電傳機(jī)、計(jì)算機(jī)等各種數(shù)字終端設(shè)備就是信源。在無線通信中，信道可以是大氣（自由空間）；在有線信道中，信道可以是明線、電纜或光纖。 信宿（受信者）是傳 輸信息的歸宿點(diǎn)，其作用是將接收設(shè)備恢復(fù)出的原始信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息。離散消息則是指消息的狀態(tài)是可數(shù)的或離散的，離散消息也稱數(shù)字消息。按照信號(hào)參量的取值方式不同可把信號(hào)分為兩類，即模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。如果電信號(hào)的參量攜帶著模擬消息，則該參量必將是離散取值的。 模擬通信系統(tǒng)模型和數(shù)字通信系統(tǒng)模型 模擬通信系統(tǒng)模型 模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號(hào)來傳遞信息的通信系統(tǒng)。這種變換和反變換通常稱為調(diào)制 和解調(diào)。 需要指出的是：消息從發(fā)送端到接收端的傳遞過程中，不僅僅只有上述兩種變換，實(shí)際通信系統(tǒng)中可能還有濾波、放大、天線輻射、控制等過程。多址接入是一種共享技模擬信息 源 噪聲源 調(diào)制器 信道 解調(diào)器 受信者 湖南 科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 術(shù)，依靠信號(hào)的按序發(fā)送，多個(gè)終端可以共享同一個(gè)信道資源。第一，模擬通信系統(tǒng)中強(qiáng)調(diào)調(diào)制參數(shù)與基帶信號(hào)成比例，在數(shù)字通信系統(tǒng)中，強(qiáng)調(diào)已調(diào)參量與基帶信號(hào)之間的一一對(duì)應(yīng)。第二，當(dāng)需要保密時(shí)，可以有效地對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行人為的“擾亂”，即加密，此時(shí)，在接收端就需要進(jìn)行解密。在數(shù) 字通信中節(jié)拍一致稱為同步，可見，數(shù)字通信中必須有一個(gè)同步子系統(tǒng)。究竟采用哪些模塊，還取決于具體設(shè)計(jì)方法及要求。系統(tǒng)的發(fā)送端包括信源編碼、差錯(cuò)控制編碼、數(shù)字調(diào)制、多址接入等幾個(gè)部分。在大多數(shù)情況下，接收端采用的結(jié)構(gòu)要與發(fā)送端的結(jié)構(gòu)相匹配，這樣才可以保證正確恢復(fù)出原始信息。 與模擬通信相比數(shù)字通信的主要特點(diǎn) 目前，無論是模擬通信還是數(shù)字通信，在不同的通信業(yè) 務(wù)中都得到了廣泛的應(yīng)用。 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)。數(shù)字通信在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，如微波中繼通信，各中繼站可利用數(shù)字通信特有的判決再生接收方式，對(duì)數(shù)字信號(hào)波形進(jìn)行整形再生而消除噪聲積累。 （ 4）易于集成化，從而使通信設(shè)備微型化。在系統(tǒng)頻帶緊張的場合，數(shù)字通信的這一缺點(diǎn)顯得很突出，但是在系統(tǒng)頻帶富裕的場合，比如毫米波通信、光通信等場合，數(shù)字通信幾乎成為唯一的選擇。撥號(hào)上網(wǎng)就是典型的數(shù)字信號(hào)通過模擬電話線路傳輸?shù)睦?。采用最早的和目前使用比較廣泛的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換方法是脈沖編碼調(diào)制，即 PCM(簡稱脈碼調(diào)制 )。這就是說，若要傳輸模擬信號(hào)，不一定要傳輸模擬信號(hào)本身，可以只傳輸抽樣定理得到的抽樣值。 利用預(yù)先給定的有限個(gè)電平來表示模擬抽樣值的過程被稱為抽樣。量化間隔△ V取決于輸入信號(hào)的變化范圍和量化電