【正文】 .............................................. 15 模擬通信系統(tǒng)模型和數(shù)字通信系統(tǒng)模型 .............................................................. 16 模擬通信系統(tǒng)模型 .......................................................................................... 16 數(shù)字通信系統(tǒng)模型 .......................................................................................... 17 與模擬通信相比數(shù)字通信的主要特點(diǎn) .......................................................... 18 小結(jié) .......................................................................................................................... 19 第五章 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸研究及其仿真 ......................................................... 20 模擬信號(hào)的數(shù)字傳 輸模型及抽樣定理 .................................................................. 20 模擬信號(hào)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(jì)（論文） ii 模擬信號(hào)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(huà)通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介 .................................................................................. 24 系統(tǒng)仿真的軟件實(shí)現(xiàn) ...................................................................................... 25 小結(jié) .......................................................................................................................... 27 第六章 結(jié)論 ...................................................................................................................... 28 參考文獻(xiàn) ............................................................................................................................... 29 致謝 ......................................................................................................................................... 30 湖南 科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(guò)仿真模型的仿真結(jié)果來(lái)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。 與一般的仿真過(guò)程類(lèi)似，在對(duì)通信系統(tǒng)實(shí)施仿真之前，首先需要研究通信系統(tǒng)的特性，通過(guò)歸納和抽象建立通信系統(tǒng)的仿真模型。所以，通信系統(tǒng)仿真在通信系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中起著舉足輕重的作用。在軟件實(shí)驗(yàn)中我們也是這樣做，只不過(guò)所有通信模塊及通信儀表的功能都是用程序來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通信系統(tǒng)的全過(guò)程在計(jì)算機(jī)中仿真運(yùn)行。 通信系統(tǒng)仿真問(wèn)題的研究現(xiàn)狀 計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展十分迅速，出現(xiàn)了大量實(shí)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(jì)，使得通信系統(tǒng)仿真發(fā)展很快。 本論文針對(duì)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。數(shù)學(xué)模型有多種分類(lèi)方式，包括確定性模型和隨機(jī)性模型，靜態(tài)模型和動(dòng)態(tài)模型。 有了上面的準(zhǔn)備工作，下一步就可以通過(guò)仿真軟件來(lái)建立仿真模型了。編寫(xiě)文檔是一個(gè)好 習(xí)慣 ，它能夠幫助我們回憶起仿真設(shè)計(jì)過(guò)程的一些細(xì)節(jié)。 圖表是最簡(jiǎn)潔的說(shuō)明工具，它具有很強(qiáng)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。連續(xù)模塊是指輸出信 號(hào)隨著輸入信號(hào)發(fā)生連續(xù)變化的模塊，離散模塊則是輸出信號(hào)以固定間隔變化的模塊。用戶(hù)可以通過(guò)下拉菜單執(zhí)行仿真，或使用命令行進(jìn)行批處理。 DSP Blockset可 以用于 DSP算法的開(kāi)發(fā)。 湖南 科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(jìn)行理論研究、系統(tǒng)開(kāi)發(fā)、分析設(shè)計(jì)和仿真的專(zhuān)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(kù)和 Simulink庫(kù)。如果模塊庫(kù)中包括子模塊庫(kù)時(shí)，用鼠標(biāo)雙擊模塊庫(kù)就能打開(kāi)下一級(jí)子庫(kù)，例如， Channel Coding（信道編碼庫(kù)）、Interleaving（交錯(cuò)控制模塊庫(kù)）、 Modulation（調(diào)制庫(kù)）和 Basic Comm Function（基本通信函數(shù)庫(kù)）都包含下一級(jí)子模塊庫(kù)。 圖 MATLAB中通信工具箱的頂層仿真模塊庫(kù) 信源 解調(diào) 調(diào)制 信宿 信源編碼 糾錯(cuò)編碼 發(fā)送濾波器 多址接入 接收濾波器 多址接入 糾錯(cuò)譯碼 信源譯碼 信 道 湖南 科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 MATLAB通信工具箱的函數(shù)庫(kù) 在通信工具箱中包含了對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、分析和仿真時(shí)最常用的函數(shù)，由七十多個(gè)函數(shù)組成，每個(gè)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(gè)方面。最后介紹了通信工具箱的函數(shù)庫(kù) 。通信系統(tǒng)的一般模型 如圖 示。噪聲是有害的，會(huì)降低通信的質(zhì)量。消息與電信號(hào)之間必須建立單一的對(duì)應(yīng)關(guān)系，否則在接收端就無(wú)法恢復(fù)出原來(lái)的消息。數(shù)字信號(hào)有時(shí)也稱(chēng)離散信號(hào)，這個(gè)離散是指信號(hào)的某一參量是離散變化的，而不一定在時(shí)間上也離散，如 2PSK信號(hào)。已調(diào)信號(hào)又稱(chēng)頻帶信號(hào)。 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(hào)是“離散”的或數(shù)字的。第五，由于數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸?shù)氖且粋€(gè)接一個(gè)按節(jié)拍傳送的數(shù)字信號(hào)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。如圖 。其中，信道在不同的應(yīng)用環(huán)境中會(huì)有不同的模型。只要噪聲的大小不足以影響判決的正確，就能正確接收。 一般來(lái)說(shuō)數(shù)字通信的許多優(yōu)點(diǎn)都是用比模擬通信占用更寬的系統(tǒng)頻帶而換得的。 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(duì)模擬通信和數(shù)字通信進(jìn)行了比較。 模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣以后，其抽樣值還是隨信號(hào)幅度連續(xù)變化的，即抽樣值 m(kT)可以取無(wú)窮多個(gè)可能值，如果用 N個(gè)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)來(lái)代表該樣值的大小，以便利用數(shù)字傳輸系統(tǒng)來(lái)傳輸該樣值信息，那么 N個(gè)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)只能同 M=2N個(gè)電平樣值相對(duì)應(yīng)，而不能同無(wú)窮多個(gè)電平樣值相對(duì)應(yīng)。通常使用的壓縮器中，大多數(shù)采用對(duì)數(shù)式壓縮，即 y=lnx。 模擬信號(hào)的量化 模擬信息源 抽樣量化編碼 數(shù)字隨機(jī)序列 模擬隨機(jī)信號(hào) m(t) 譯碼和低通濾 波 模擬隨機(jī)信號(hào) 數(shù)字隨機(jī)序列 {Sk} ?m k(t) 數(shù)字傳輸系統(tǒng) 圖 模擬信號(hào)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(jì)（論文） 21 均勻量化 把輸入信號(hào)的取值區(qū)域按等距離分割的量化稱(chēng)為均勻量化。 抽樣定理 抽樣定理是指 :一個(gè)頻帶限制在 (0， fH)赫茲內(nèi)的時(shí)間連續(xù)信號(hào) m(t)，如果以 T≦ 1/ fH的間隔對(duì)它進(jìn)行等間隔抽樣，則 m(t)將被所得到的抽樣值完全確定。這就需要對(duì)其做些改造，或者加裝數(shù)字終端設(shè)備?？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?。與模擬通信相比，數(shù)字通信更能適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)對(duì)通信技術(shù)越來(lái)越高的要求。圖 組成框圖。圖中同步子系統(tǒng)沒(méi)有畫(huà)出， 因?yàn)?它的位置往往是不固定的。這是通過(guò)差錯(cuò)控制編碼等手段來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖中的調(diào)制器和解調(diào)器就代表圖 。首先，發(fā)送端的連續(xù)消息要變換成原始電信號(hào)，接收端收到的信號(hào)要反變換成原來(lái)的連續(xù)消息。例如，普通電話(huà)機(jī)輸出的信號(hào)就是模擬信號(hào)。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(jì)（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(yǔ)音、活動(dòng)圖片等。有多種變換方式，在需要頻譜搬移的場(chǎng)合，調(diào)制是最常見(jiàn)的變換方式。所以人們不得不依賴(lài)于一些通信系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離上的信息傳輸。用戶(hù)需要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的某項(xiàng)功能時(shí)，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(xún)?cè)摵瘮?shù)的詳細(xì)內(nèi)容（包括函數(shù)功能說(shuō)明。因此，可以將發(fā)射與解調(diào)部分中各個(gè)子仿真模型庫(kù)進(jìn)行相應(yīng)的歸類(lèi)。 用戶(hù)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(tái)構(gòu)造自己的仿真模塊，以達(dá)到擴(kuò)充工具箱的內(nèi)容。更重要的是，用戶(hù)還可以對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行代碼生成，并將生成的代碼下載到不同的目標(biāo)機(jī)上。 （ 2）將用戶(hù)原有的 Fortran或 C編寫(xiě)的代碼連接進(jìn)來(lái)。 湖南 科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 Simulink仿真有以下特點(diǎn)： 1) 交互建模 Simulink提供了大量的功能模塊，方便用戶(hù)快速地建立動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型 ，建模時(shí)只需要使用鼠標(biāo)拖放庫(kù)中的功能模塊并將它們連接起來(lái)。同時(shí)，通過(guò) Smiulink的存儲(chǔ)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(hù)在仿真結(jié)束之后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。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(shí)具有相同的輸入信號(hào)，這樣才能夠保證分析和比較的客觀性和可靠性。需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)是，仿真過(guò)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(gè)角度顯著地改變仿真輸 出信號(hào)的數(shù)值。 在仿 真建模過(guò)程中，首先需要分析實(shí)際系統(tǒng)存在的問(wèn)題或設(shè)立系統(tǒng)改造的目標(biāo)，并且把這些問(wèn)題和目標(biāo)轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)變量和公式。 湖南 科技大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（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