数字通信系统的matlab设计与仿真-本科-毕业设计-学位论文.doc
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1、湖南工程学院毕业设计(论文) 毕 业 设 计题 目: 数字通信系统的MATLAB设计与仿真 毕业设计(论文)任务书 题目: 数字通信系统的MATLAB设计与仿真 姓名 系 计算科学与技术 专业 通信工程 班级 0402 学号 200403040204 指导老师 职称 讲师 教研室主任 一、 基本任务及要求:实际的通信系统是一个功能结构相当复杂的系统,对通信系统作出的任何改变都可能影响到整个系统的性能和工作效率。因此,在构建一个新的通信系统或改进原有通信系统前,必须要对通信系统进行建模和仿真,从仿真结果衡量设计方案的可行性,选择最合理和高效的系统配置与参数设置,在应用到实际系统中。可见,通信系统
2、仿真在整个通信系统的构建中处于先导、验证、重要的地位。通信系统仿真在一般分为3个步骤,即仿真建模、仿真实验、仿真分析。 基本任务: 1.熟悉并掌握数字通信系统结构; 2.搭建起数字通信的基带、频带传输系统,采用合适的信源编码、信道编码和数字调制技术,实现有效、正确的信息传输; 3. 仿真分析,学会观察仿真结果,并以此来调整系统参数或改变2中的所使用的各种通信技术。 基本要求:掌握数字通信系统结构及常用技术;熟悉仿真语言。 二、 进度安排及完成时间:第1周: 老师讲解课题,明确课题任务与要求,学习资料收集检索方法并搜索收集所需中文资料。第2周: 阅读资料、书籍,学习所需知识,撰写文献综述。第35
3、周:毕业实习。第6周: 完成毕业实习报告撰写;建立毕业设计实验环境;初步拟订设计方案;准备开题报告。第7周: 撰写开题报告。第813周:具体设计、调试、修改、实现。第1415周:撰写毕业论文(说明书),完成毕业答辩资格审查。第16周: 毕业答辩准备、毕业答辩。59目 录摘要1Abstract2前 言3第一章 MATLAB与通信仿真41.1 MATLAB简介41.2 通信仿真61.2.1 通信仿真的概念61.2.2 通信仿真的基本步骤71.2.3 通信系统仿真的重要作用101.3 通信系统仿真问题的提出、研究价值及研究现状101.3.1 通信系统仿真问题的提出101.3.2 通信系统仿真问题的研
4、究价值101.3.3 通信系统仿真问题的研究现状111.4 本论文的主要研究内容11第二章 simulink入门132.1 simulink简介132.2 simulink的工作环境142.2.1 simulink的模型库142.2.2 设计仿真模型152.2.3 运行仿真162.2.4 建立子系统162.2.5 封装子系统182.3 S函数及其简介182.3.1 S函数工作原理192.3.2 S函数基本概念20第三章 通信系统信道和噪声研究及其仿真223.1 通信系统信道模型及其分类223.1.1 恒参信道223.1.2 随参信道233.2 通信系统中噪声概述及高斯白噪声243.2.1 噪声
5、概述243.2.2 高斯白噪声243.3 仿真系统设计BFSK在三种传输信道中的传输性能分析24第四章 模拟信号的数字传输研究及其仿真294.1 模拟信号的数字传输模型及抽样定理294.1.1 模拟信号的数字传输模型294.1.2 抽样定理294.2 模拟信号的量化304.2.1 均匀量化304.2.2 非均匀量化304.3 脉冲编码调制及差分脉冲编码调制原理314.3.1 脉冲编码调制(PCM)原理314.3.2 差分脉冲编码调制(DPCM)原理324.4 仿真系统设计324.4.1 A律十三折与u律十五折量化误差分析32第五章 通信系统信道编码研究及其仿真355.1 信道编码概念355.2
6、 信道编码分类355.2.1 分组编码355.2.2 循环冗余码365.2.3 卷积编码365.3 仿真系统设计375.3.1 RS编码纠错性能分析375.3.2 CRC-16编码检错性能分析38第六章 通信系统信号调制研究及其仿真416.1 信号调制的概念416.2 信号调制416.2.1 脉冲振幅调制(PAM)416.2.2 正交振幅调制(QAM)426.2.3 数字频率调制426.2.4 数字相位调制436.3 仿真系统设计446.3.1 PAM和QAM抗噪声性能分析446.3.2 QPSK在IS-95前向信道中的应用466.3.3 DQPSK在USDC中的应用476.3.4 OQPSK
7、在IS-95反向信道中的应用496.3.5 GMSK在GSM中的应用50小 结53参 考 文 献54致 谢55附录A56数字通信系统的MATLAB设计与仿真摘 要:现代社会发展要求通信功能越来越强,性能越来越高,构成越来越复杂;另一方面,要求通信系统技术研究和产品开发缩短周期,降低成本,提高水平。这样尖锐对立的两方面的要求,只有通过使用强大的计算机辅助分析设计技术和工具才能实现。现代计算机科学技术快速发展,已经研发出新一代的可视化仿真软件。这些功能强大的仿真软件,使得通信系统仿真的设计和分析过程变得相对直观和便捷,由此也使得通信系统仿真技术得到了更快的发展。本文首先介绍了通信系统仿真的基本内容
8、,包括通信系统仿真的一般步骤MATLAB中的一种可视化仿真工具Simulink以及S-函数的相关概念。从理论上对通信系统进行深入细致的研究是非常必要的。本文对通信系统中的一些重要环节,包括信道、噪声、模拟信号的数字化传输、信道编码以及信号调制的原理、方法和过程进行了详细的阐述。理论知识是用来指导具体实践的。本文在深刻理解通信系统理论的基础上利用MATLAB强大的仿真功能,设计了许多具体的通信系统仿真模型。在仿真模型设计过程中,本文对模型设计的目的、具体的结构组成、仿真流程以及仿真结果都给出了具体详实的分析和说明。最后,本文对所做的研究工作进行了总结,并且提出了今后的工作和研究方向。关键词:MA
9、TLAB;数字通信;系统设计。Digital Communication System Design and Simulation MATLABAbstract: The development of modern society requires communications system has more powerful function, higher performance and complicated structure. On the other hand,the research of technology and development of product should
10、truncate cycle, cut costs and increase production levels. We can resolve the conflict by using the computer aided design technology and tools. The rapid development of computer science causes the successful research and development of new generation visual simulation software. The simulation softwar
11、e is powerful which makes the process of design and analysis of communications system simulation more intuitional and convenient. Today, the communications system simulation is rapid developing. The paper firstly introduces the basic content of communications system simulation, which include common
12、steps of simulation, visual simulation tool called Simulink and the concept of S-function. It is necessary to research the theory of communications system intensively. The paper expands some important links of the communications system which include channel, noise, digital transmission of analog sig
13、nal, channel encode and signal modulation. Theory aims to guide practice. On the base of deep comprehension of communications system theory, the paper designs many concrete simulation models In the process of models design, the paper analyses the intention, configuration, simulation links and simula
14、tion results.In the end, the paper summarizes main content of the research and some following study and research objects are suggested.Key Words: MATLAB, Digital Communication, System Design前 言在过去的几十年里,通信和信号处理系统的复杂程度显著地提高了。与此同时出现了一系列新的技术,如:用于数字信号处理的价格不高但速度很快的硬件、光纤光学器件、集成光学设备和单片微波集成电路,这些对通信系统的实现均有重要影
15、响。通信系统复杂度的提高使得用来分析和设计系统的时间和精力也相应提高了,然而在商用产品中引入新技术要求设计能做到短时、高效、省力,而这些要求只有通过使用强大的计算机辅助分析和设计工具才能实现。所以,通信系统仿真在通信系统工程设计中起着举足轻重的作用。虽然软件实验不像硬件实验那样让人感到“真实”,但对于许多通信问题的研究来说的确非常有效。与硬件实验相比,软件实验具有如下一些优点:(1) 软件实验具有广泛的适应性和极好的灵活性。在硬件实验中改变系统参数也许意味着要重做硬件,而在软件实验中则是改一、两个数据,甚至只是在屏幕上按几下鼠标。(2) 软件实验更有助于我们较为全面地研究通信系统。有许多问题,
16、通过硬件实验来研究可能非常困难,但在软件实验中却易于解决。(3)硬件实验的精确度取决于元器件及工艺水平,软件实验的精度取决于CPU的运算速度或者说是程序的运算量。(4) 软件实验建设开发周期短,成本低。而且近年来,随着计算机硬件性能的不断提升和计算机软件技术的飞速发展,利用计算机进行实验系统仿真成为一种国际潮流。国内也逐步开始了这一方面的工作,并正取得积极的成果。第一章 MATLAB与通信仿真1.1 MATLAB简介Matlab软件系列产品是一套高效强大的工程技术数值运算和系统仿真软件,广泛应用于当今的航空航天、汽车制造、半导体创造、电子通信、医学研究、财经研究和高等教育答领域,被誉为“巨人肩
17、膀上的工具”,研发人员借助Matlab软件能迅速测试设计构想,综合评测系统性能,快速设计出更好的方案来确保更高技术的要求。同时,Matlab也是国家教委重点提倡的一种计算工具。综合起来,Matlab有以下几个特点:(1)友好的工作平台和编程环境Matlab由一系列工具组成。这些工具方便用户使用Matlab的函数和文件,其中许多工具采用的是图形用户界面。包括Matlab桌面和命令窗口、历史命令窗口、编辑器和调试器、路径搜索和用于用户浏览帮助、工作空间、文件的浏览器。随着Matlab的商业化以及软件本身的不断升级,Matlab的用户界面也越来越精致,更加接近Windows的标准界面,人机交互性更强
18、,操作更简单。而且新版本的Matlab提供了完整的联机查询、帮助系统,极大的方便了用户的使用。简单的编程环境提供了比较完备的调试系统,程序不必经过编译就可以直接运行,而且能够及时地报告出现的错误及进行出错原因分析。(2)简单易用的程序语言Matlab一个高级的距阵/阵列语言,它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步,也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序(M文件)后再一起运行。新版本的MATLAB语言是基于最为流行的C语言基础上的,因此语法特征与C语言极为相似,而且更加简单,更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。使之更利于非计
19、算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强,这也是Matlab能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。(3)强大的科学计算机数据处理能力Matlab是一个包含大量计算算法的集合。其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数,可以方便的实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果,而前经过了各种优化和容错处理。在通常情况下,可以用它来代替底层编程语言,如C和C+ 。在计算要求相同的情况下,使用Matlab的编程工作量会大大减少。MATLAB的这些函数集合包括从最简单最基本的函数到诸如距阵,特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。函数所能解决
20、的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。(4)出色的图形处理功能Matlab自产生之日起就具有方便的数据可视化功能,以将向量和距阵用图形表现出来,并且可以对图形进行标注和打印。高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。可用于科学计算和工程绘图。新版本的Matlab对整个图形处理功能作了很大的改进和完善,使他不仅在一般数据可视化软件都具有的功能(例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等)方面更加完善
21、,而且对于一些其他软件所没有的功能(例如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等),Matlab同样表现了出色的处理能力。同时对一些特殊的可视化要求,例如图形对话等,Matlab也有相应的功能函数,保证了用户不同层次的要求。另外新版本的Matlab还着重在图形用户界面(GUI)的制作上作了很大的改善,对这方面有特殊要求的用户也可以得到满足。(5)应用广泛的模块集合工具箱Matlab对许多专门的领域都开发了功能强大的模块集和工具箱。一般来说,他们都是由特定领域的专家开发的,用户可以直接使用工具箱学习、应用和评估不同的方法而不需要自己编写代码。目前,Matlab已经把工具箱延伸到了科学研究和工
22、程应用的诸多领域,诸如数据采集、数据库接口、概率统计、样条拟合、优化算法、偏微分方程求解、神经网络、小波分析、信号处理、图像处理、系统辨识、控制系统设计、LMI控制、鲁棒控制、模型预测、模糊逻辑、金融分析、地图工具、非线性控制设计、实时快速原型及半物理仿真、嵌入式系统开发、定点仿真、DSP与通讯、电力系统仿真等,都在工具箱(Toolbox)家族中有了自己的一席之地。(6)实用的程序接口和发布平台新版本的Matlab可以利用Matlab编译器和C/C+数学库和图形库,将自己的Matlab程序自动转换为独立于Matlab运行的C和C+代码。允许用户编写可以和Matlab进行交互的C或C语言程序。另
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