电信专业基于matlab的psk系统仿真.doc
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1、摘 要Simulink 是MATLAB提供的实现动态系统建模和仿真的一个软件包,它让用户把精力从编程转向模型的构造,为用户省去了许多重复的代码编写工作;Simulink 的每个模块对用户而言都是透明的,用户只须知道模块的输入、输出以及模块的功能,而不必管模块内部是怎么实现的,于是留给用户的事情就是如何利用这些模块来建立模型以完成自己的仿真任务;至于Simulink 的各个模块在运行时是如何执行,时间是如何采样,事件是如何驱动等细节性问题,用户可以不去关心,正是由于Simulink 具有这些特点,所以它被广泛的应用在通信仿真中,利用Simulink 强大的工具箱和其建模的优势建立了常用的DPCM
2、数字电话通信系统仿真模型,对该通信系统进行了模型构建、系统设计、仿真演示、结果显示以及综合性能分析,而且该分析方法同样可推广到其它的通信系统,具有普遍意义。关键词:Simulink;PSK通信系统;8PSK;系统仿真ABSTRACTSimulink implementation provided is the MATLAB system modeling and simulation of dynamic a package, it allows users to energy from programming to model for users tectonic, saves the ma
3、ny repeated code work; Each module to users simulink.this concerned are transparent, users just know module inputs, output and modules of the system, and dont tube module of how to implement internal is, then left to the user thing is how to use these modules to establish model in order to complete
4、their simulation task; As for Simulink modules in the runtime is how to enforce, time is how to sampling, event is how to drive details such as sexual problems, users can not to care, because with these features, so simulink.this it by widespread application in communication simulation, using Simuli
5、nk powerful tool kit and the advantage of the model established common DPCM digital telephone communication system of the simulation model, the model building communication system, system design, the simulation demonstrates, the results indicate, and comprehensive performance analysis, and the analy
6、sis method is also can be generalized to other communications system of general significance. Key words: Simulink; PSK communication systems; 8PSK; System simulation目 录 第一章 绪论11.1课题背景11.2通信系统仿真软件的应用31.3 本课题主要研究内容4 第二章 MATLAB仿真综述62.1通信与电子系统仿真62.2 MATLAB仿真软件应用领域82.3 Simulink仿真原理11 第三章 数字调制技术223.1调制技术发
7、展概况223.2数字调制技术243.3 数字调制技术在现代通信中的应用28 第四章 PSK通信系统原理304.1 数字相位调制(PSK)基本原理304.2 4PSK调制解调基本原理304.3 8PSK调制解调基本原理324.4 MPSK的调制原理33 第五章 基于MATLAB/Simulink的8PSK通信系统仿真345.1 8PSK仿真基本原理介绍345.2 用Simulink搭建8PSK仿真图355.3 8PSK的Simulink仿真结果及分析36 附 录40 总 结41 参考文献42 致 谢43*理工大学2011届毕业论文第一章 绪论1.1课题背景人类社会一直从自然界获取、处理、分析、传
8、递和利用信息。从20世纪70年代以来,一场一信息技术为中心的新技术革命正席卷全球。在人类社会的三大基础要素“物质、能源、信息”中,“信息”的地位已经上升到一个新的高度。这场新技术革命以高科技为标志,对世界政治、经济和社会生活的影响以远远超过了以往任何一次技术革命,他使传统的工业技术、农业技术和军事技术发生了根本性的变化,使人类社会由工业社会跨入了信息社会的新时代。在过去的几十年,通信技术得到了迅猛的发展和广泛的应用,极大的推动了社会经济的发展,改变着人们的生活方式。其中在与人类联系最为紧密的个人通信方面,需要无线通信技术来实现“任何时间、任何地点以任何方式进行信息交流”。所以移动通信的迅速发展
9、给人类的生活带来了极大的便利。在过去的20年,移动通信经历了从第一代模拟通信到第二代数字通信到第三代多媒体通信的3个阶段。在我国,移动通信也是最具发展活力的产业之一。与世界上移动通信普及率最高的国家相比,我国移动通信的发展潜力巨大。通信技术、计算机技术和信号处理技术构成了信息科学的3大支柱。他们在微电子技术支撑下,交叉融合,相互支持,相互促进,飞速发展,从而大大加速了信息化进程。远古时代,远距离的传递消息是以书信的形式来完成的。这种通信方式明显具有传递时间长的缺点。为了在尽量短的时间内传递尽量多的消息,人们不断地尝试所能找到的各种最新技术手段。1837年发明的莫尔斯电磁式电报机标志着电通信的开
10、始,之后,利用电进行通信的研究取得了长足的进步。1866年利用海底电缆实现了跨大西洋的越洋电报通信。1876年贝尔发明了电话,利用电信号实现了语音信号的有线传递,使信息的传递变的既迅速又准确,这标志着模拟通信的开始,由于它比电报更便于交流使用,所以直到20世纪前半叶这种采用模拟技术的电话通信技术比电报的到了更为迅速和广泛的发展。1937年瑞威斯发明的脉冲编码调制标志数字通信的开始。20世纪60年代以后集成电路、电子计算机的出现,使得数字通信迅速发展。在70年代末在全球发展起来的模拟移动电话在90年代中期被数字移动电话所代替,现有的模拟电视也正在被数字电视所代替,数字通信的高速率和大容量等各方面
11、的优越性也使人们看到了它的发展前途。进入20世纪以来,随着晶体管、集成电路的出现与普及、无线通信迅速发展,特别是在20世纪后半叶,随着人造地球卫星的发射,大规模集成电路、电子计算机和光导纤维等现代技术成果的问世,通信技术在以下几个不同方向都取得了巨大的成功:(1)微波中继通信使长距离、大容量的通信成为了现实。(2)移动通信和卫星通信的出现,使人们随时随地可通信的愿望可以实现。(3)光导纤维的出现更是将通信容量提高到了以前无法想象的地步。(4)电子计算机的出现将通信技术推上了更高的层次,借助现代电信网和计算机的融合,人们将世界变成了地球村。(5)微电子技术的发展,使通信终端的体积越来越小,成本越
12、来越低,范围越来越广。例如,2003年我国的移动电话用户首次超过了固定电话用户。根据国家信息产业部的统计数据,到2005年底移动电话用户近4亿。随着现代电子技术的发展,通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带化的方向发展。随着科学技术的进步,人们对通信的要求越来越高,各种技术会不断地应用于通信领域,各种新的通信业务将不断地被开发出来。到那时人们的生活将越来越离不开通信。移动通信是个神奇新兴的产业,它使人类居住的地球变的越来越小,在任何时间、任何地点、与任何人进行任何类型的信息业务都能够得以实现。但是要做到这些比并不容易。他意味着移动通信网的覆盖面要大、覆盖质量要好、业务种类要多,在本地、全国
13、各地以及全球任何地方,利用手机不仅可以打电话,还可以看新闻、接受电子邮件、炒古、购物等。现代移动通信的主要标志就是通信技术和计算机技术、数字信号处理技术的融合。由于大量采用计算机技术和数字信号处理技术,并有大规模集成电路的技术的支持,在通信领域取得了许多突破性的进展,为信息话社会提供了物理技术基础。通信技术融入计算机技术和数字信号处理技术后发生了革命性的变化,是未来信息社会的支柱。正是由于移动通信技术对于社会发展的重要性,对于专业的通信人才的需求变的越来越强烈,通信技术的普及已经迫在眉睫。这要求我们除了掌握坚实的理论基础之外,还应具有更广的知识面和强烈的创新意识,能够掌握工程技术领域的新成就,
14、了解科学技术的发展动向。随着通信技术日新月异的发展,尤其是数字通信的快速发展越来越普及,研究人员对其相关技术投入了极大的兴趣。为使数字信号能在带通信道中传输,必须用数字信号对载波进行调制,其调制方式与模拟信号调制相类似。根据数字信号控制载波的参量不同也分为调幅、调频和调相三种方式。因数字信号对载波参数的调制通常采用数字信号的离散值对载波进行键控,故这三种数字调制方式被称为幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)。经调制后的信号,通过信道传输,在接收端解调后恢复成数字信号。因此,调制解调技术是实现现代通信的重要手段,促进通信的快速发展。1.2通信系统仿真软件的应用科学技术的发展
15、使得各种系统的构建与仿真变得越来越复杂。如何快速有效地构建系统并进行仿真,已经成为各领域工程师急需解决的核心问题。Simulink是MathWorks公司推出的高性能的动态系统建模与仿真平台,而且已经在各领域得到广泛的应用。近几年,在学术界和工业领域,Simulink已成为在动态系统领域建模和仿真重要工具。Simulink具有相对独立的功能和使用方法,确切的说,它是一个用来对动态系统进行建模、应用最广泛的软件包之一 。Simulink适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点,并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计,它的直接魅力
16、在于强大的功能和简便的操作。作为MATLAB的重要组成部仿真和分析的软件包,它支持连续、离散及两者混合的线性和非线性系统,也支持具有多种采样频率的系统,而且系统可以是多进程的。在Simulink环境中,利用鼠标就可以在模型窗口中直观地画出系统模型,然后直接进行仿真。它为用户提供了方框图进行建模的图形接口,采用这种结构画模型就像你用手和纸来画一样容易。它与传统的仿真软件包微分方程和差分方程建模相比,具有更直观、方便、灵活的优点。 Simulink包含有SINKS(输出方式)、SOURCE(输入源)、LINEAR(线性环节)、NONLINEAR(非线性环节)、CONNECTIONS(连接与接口)和
17、EXTRA(其他环节)子模型库,而且每个子模型库中包含有相应的功能模,用户也可以定制和创建用户自己的模块。用Simulink创建的模型可以具有递阶结构,因此用户可以采用从上到下或从下到上的结构创建模型。用户可以从最高级开始观看模型,然后用鼠标双击其中的子系统模块,来查看其下一级的内容,以此类推,从而可以看到整个模型的细节,帮助用户理解模型的结构和各模块之间的相互关系。在定义完一个模型后,用户可以通过Simulink的菜单或MATLAB的命令窗口键入命令来对它进行仿真。菜单方式对于交互工作非常方便,而命令行方式对于运行一大类仿真非常有用。采用SCOPE模块和其他的画图模块,在仿真进行的同时,就可
18、观看到仿真结果。除此之外,用户还可以在改变参数后来迅速观看系统中发生的变化情况。仿真的结果还可以存放到MATLAB的工作空间里做事后处理。 模型分析工具包括线性化和平衡点分析工具、MATLAB的许多工具及MATLAB的应用工具箱。由于MATLAB和SIMULINK的集成在一起的,因此用户可以在这两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改。1.3 本课题主要研究内容在当代社会中,信息的交换日益频繁,随着通信技术和计算机技术的发展及它们的密切结合,通信能克服对空间和时间的限制,大量的、远距离的信息传递和存取已成为可能。展望未来,通信技术正在向数字化、智能化、综合化、宽带化、个人化方向迅速发展,各种
19、新的电信业务也应运而生,正沿着信息服务多种领域广泛延伸。计算机仿真可以用于大部分电子工程、现代通信技术和通信系统的实验研究工作。采用计算机仿真的方法可以在很大程度上克服没有仪器设备所带来的问题。利用计算机对实际电子通信系统的物理模型或数学模型进行实验,通过这样的模型试验来对一个实际系统的性能和工作状态进行研究。另外,在现代通信系统协议的性能研究中,直接试验几乎是不可能的,在这种情况下只能通过仿真数据来检验所选用的对象,以验证有关的假设。在研究通信系统理论过程中,仿真技术也是验证理论,进行探索和发现的有效工具。设计目标:了解工程设计的一般过程,学会资料检索方法、综合所学知识完成课题设计。熟悉MA
20、TLAB软件、PSK通信系统以及各类信号处理单元,掌握以SIMULINK为核心的系统建模和仿真技术以及通信系统的组成原理、开发及应用技术。本课题研究基于MATLAB中SIMULINK的DPCM通信系统,深刻理解模拟信号数字化的过程,学习研究PSK系统的原理,并借助MATLAB仿真工具,利用Simulink模块搭建仿真框图,实现通信系统的仿真。并对实验结果进行深刻的分析和讨论,得出PSK通信系统的优缺点,再设计改进方案。志在通过此次设计掌握MATLAB的通信仿真方法,深入研究DPSK系统,达到探索研究的目的。45第二章 MATLAB仿真综述2.1通信与电子系统仿真2.1.1通信与电子系统仿真的概
21、念系统仿真(Simulation)技术也称为系统模拟技术。由于计算机仿真具有精度高,通用性强,重复性好,建模迅速以及成本低廉等许多优点,尤其是近年来发展了以MATLAB/Simulink为代表的多种科学计算和系统仿真语言,使用起来比利用传统的C/C+语言进行仿真方便快捷得多。系统仿真技术在国内学术界和科技界的迅速普及,也大大提高了科学研究的效率。该课题就是以MATLAB/Simulink为仿真语言来进行系统仿真试验的。所谓电子通信系统的计算机仿真,就是利用计算机对实际电子通信系统的物理模型或数学模型进行试验,通过这样的模型试验来对一个实际系统的性能和工作状态进行分析和研究。当在实际电子通信系统
22、中进行试验研究比较困难或者根本无法实现时,仿真技术就成为必然的选择。例如,要测试某种调制方式在时变多径无线电信道中的性能表现,通常只能通过建立时变多径无线电信道的数学模型,利用计算机来实现仿真的无线电信道,通过数值计算以及蒙特卡罗方法进行仿真研究。又如,在对新一代通信体制进行性能分析和系统设计时,实际系统根本不存在,因此必须采用仿真手段。按照系统的数学模型的性质,系统可划分为有记忆系统和无记忆系统两大类。无记忆系统又称为静态系统,其数学描述的一般形式是代数方程、逻辑表达式等。有记忆系统又称为动态系统,其数学描述的一般形式是微分方程、差分方程和排队论等,特别是在现代系统分析理论中,常常将微分方程
23、或差分方程采用其等效形式传递函数和状态方程来描述。状态方程的数值求解是Simulink系统仿真工作的基础。采用微分方程形式描述的系统称为连续系统。采用差分方程形式描述的系统称为时间离散系统。如果系统需要采用微分方程和差分方程来描述,则称为(连续和离散)混合系统。本质上,只要能够构造出系统的数学模型,MATLAB/Simulink就可以对任意系统进行仿真分析。但是在实际应用中,就方便性而言,MATLAB/Simulink特别适合于针对电子通信系统模块的系统级仿真,因此,该课题主要讨论电子通信系统的系统级(方框图级)的仿真问题。2.1.2计算机仿真的步骤计算机仿真的一般步骤有以下几个方面。(1)仿
24、真问题的提出。系统设计之前,应该有一个完整、准确的需求说明。建立系统仿真的第一步,必须清楚、准确地提出仿真试验所要解决的问题。(2)仿真系统分析。对所提出的仿真系统给出详细定义,明确系统中的模块、系统构成、模块之间的相互关系,系统的输入输出、边界条件以及系统的约束条件,并确定仿真所要达到的目标。 (3)建立系统的数学模型。根据仿真系统分析的结果,确定系统中的参数、变量及其相互之间的关系,并以数学形式将这些关系描述出来,从而构成仿真系统的数学模型。数学建模是系统仿真中最关键的一步,所建立的数学模型必须尽可能准确地反映所关心的真实系统的特性,而又不能过于复杂,以免降低模型的效率,增加不必要的计算过
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