基于SIMULINK的通信系统仿真

1、北京邮电大学世纪学院北京邮电大学世纪学院毕业设计毕业设计( (论文论文) )题 目 基于基于 SIMULINKSIMULINK 的通信系统仿真的通信系统仿真 学 号 08010432 学生姓名 罗倩为 专业名称 通信工程 所在系(院) 通信与信息工程系 指导教师 丁海洋 2012年 6月 1日北京邮电大学世纪学院毕业设计（论文）任务书北京邮电大学世纪学院毕业设计（论文）任务书姓名罗倩为学号08010432专业通信工程系（院）通信与信息工程系设计（论文）题目基于 SIMULINK 的通信系统仿真题目分类 工程设计； 工程技术研究； 软件工程（如 CAI 课题等）； 专题研究；艺术设计； 其他 题

2、目来源 自然科学基金与部、省、市级以上科研课题； 企、事业单位委托课题； 院级课题； 自拟课题 其他 指导教师（指导教师组组长及成员姓名）职 称工作单位备注丁海洋讲师北京印刷学院指导教师毕业设计(论文)的内容和要求：注意：选题尽量与实际应用需求相结合。要求写明本设计（论文）所涉及的分析方法或技术手段（如定性、定量分析的方法） ；要求有学生独立的见解，设计内容要详细写明具体步骤和技术指标。要求该学生独立基于 SIMULINK 的通信系统仿真。该学生首先要熟悉通信系统的概念，查阅有关资料，掌握模拟系统和数字调制解调技术以及其通信原理，课程设计需要运用 SIMULINK 实现AM,DSB,SSB,2

3、ASK,2FSK,2PSK 调制解调原理，实现 3 种模拟信号和 3 种数字信号调制过程，至少完成AM 信号和 2ASK 信号的解调过程，分析调制解调波形，记录仿真结果，最后实现模拟系统和数字系统的系统仿真。应完成的工作和提交材料要求（课题完成后应提交成果的种类、数量、质量等方面的要求）：1.基于 SIMULINK 的通信系统仿真模型；仿真结果记录；2.毕业设计论文3.外文翻译主要参考文献（参考文献不少于 4 篇，参考文献目录按 GB/T77142005 的要求填写）：1 王兴亮. 通信系统原理教程 M.西安：西安电子科技大学出版社， 2007：20264.2 刘保柱等.MATLAB 7.0

4、从入门到精通（修订版） M.北京：人民邮电出版社 ，2010： 4380.3 孙屹.SIMULINK 通信仿真开发手册 M.北京: 国防工业出版社， 2004：1278.4 李贺冰.SIMULINK 通信仿真教程 M.北京：国防工业出版社， 2006：2457.5 刘斐.基于 SIMULINK 的通信系统仿真 J. 电脑知识与技术， 2011，53(3)：110.6 周国正等 .无线技术的发展与演进 D中国通信技术年会 ,2012. 7 贺超英.MATLAB 应用与实验教程 M.北京：电子工业出版社， 2010：45151.8 邓华.SIMULINK 通信仿真及工程应用 M.北京：人民邮电出版

5、社， 2003：195219.9 刘保柱.MATLAB7.0 从入门到精通 M.北京：人民邮电出版社， 2010：2251. 10 张化光.MATLAB/SIMULINK 实用教程 M.北京：人民邮电出版社， 2009：2251. 11 托马斯迈克尔金.基于数字信号处理器全球定位系统处理器内存减少的方法P. 中国专利： C042800376.4，2002-02-05.12 张德丰.MATLAB 通信工程仿真 M.北京：机械工业出版社， 2010：161365. 毕业设计（论文）进度计划（从正式启动时间开始，以周为单位填写）：第七学期末 向学生下达任务书，开始毕业设计第 1 周-第 3 周 学生

6、进行课题调研，文献查阅，完成开题报告第 4 周 各教学单位检查开题情况，学院抽查第 7 周-第 9 周 中期检查，要求学生每人进行口头报告，并填写中期检查表第 14 周前 学生完成毕业设计（论文）第 14 周-第 15 周 评阅毕业设计（论文）第 15 周-第 16 周 答辩：学生将设计（论文） ，按要求装订成册，由所在专业答辩小组组织答辩指导教师签字： 日期： 年 月 日教学单位意见 审核人签字： 系（院） （盖章） 年 月 日学院意见 审核专家签字： 年 月 日备注 1、由指导教师撰写，可根据长度加页，一式三份，教务处、系（院）各留存一份，发给学生一份，任务完成后附在论文内；2、凡审核不通

7、过的任务书，请重新申报。北京邮电大学世纪学院北京邮电大学世纪学院毕业毕业设计（论文）诚信声明设计（论文）诚信声明 本人声明所呈交的毕业设计（论文） ，题目基于 SIMULINK 的通信系统仿真是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果，除了文中特别加以标注和致谢中所罗列的内容以外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京邮电大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名： 日期： 毕业设计（论文）使用权的说明毕业设计（论文）使用权的说明 本人完全了解北京邮电大学世纪学院有关保管、使

8、用论文的规定，其中包括：学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存论文；学校可允许论文被查阅或借阅；学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；学校可以公布学位论文的全部或部分内容。 本人签名： 日期： 指导教师签名： 日期： 题目题目 基于 SIMULINK 的通信系统仿真 摘要摘要在模拟通信系统中，由模拟信源产生的携带信息的消息经过传感器转换成电信号，模拟基带信号在经过调制将低通频谱搬移到载波频率上适应信道，最终解调还原成电信号；在数字传输系统中，数字信号对高频载波进行调制，变为频带信号，通过信道传输，在接收端解调后恢复成数字信

9、号。本文应用了幅度调制以及键控法产生调制与解调信号。本论文中主要通过对 SIMULINK 工具箱的学习和使用，利用其丰富的模板以及本科对通信原理知识的掌握，完成了 AM、DSB、SSB、2ASK、2FSK、2PSK 三种模拟信号和三种数字信号的调制与解调，以及用 SIMULINK 进行设计和仿真。首先我进行了两种通信系统的建模以及不同信号系统的原理研究，然后将学习总结出的相应理论与 SIMULINK 中丰富的模块相结合实现仿真系统的建模,并且调整参数直到仿真波形输出，观察效果，最终对设计结论进行总结。关键词 通信系统 调制 SIMULINK ITitleTitle Based on SIMUL

10、INK communications system simulation AbstractAbstractIn simulation of communication system, produced by simulation source carry information news after sensor into electrical signal, analog baseband signal after a low pass spectrum will move to adapt to the carrier frequency channel, eventually demod

11、ulation reductive into electrical signals; In digital transmission system, digital signal to the high frequency modulated carrier, a band signal, through the channel transmission, at the receiving end after demodulation back into a digital signal. This paper applied the amplitude modulation and keyi

12、ng method produce modulation and demodulation signal. This paper mainly through Simulink tool box the study and use of the use of its rich templates and the undergraduate course communication principle of the knowledge, and completed the AM, DSB, SSB, 2 ASK, 2 FSK, 2 PSK three simulation signal and

13、three kinds of digital signal modulation and demodulation, and using Simulink for design and simulation. First I two kinds of communication system model and the principle of different signal system research, and then will study summarized the corresponding theory and Simulink rich module in combinin

14、g the modeling of the simulation system is realized, and adjust the parameters of the simulation output waveform until, observing effect, ultimately for design conclusions were summarized in this paper.KeywordsKeywords Communication system modulation Simulink 目录1. 前言 .11.1 选题的意义和目的.11.2 国内外研究现状.21.3

15、 通信系统及其仿真技术.31.4 毕设的主要内容.42. SIMULINK 与通信系统仿真.52.1 SIMULINK 和其模块简介 .52.2 通信系统仿真的研究方法和技术路线.52.2.1 通信系统仿真的研究方法.52.2.2 通信系统仿真的技术路线.63. 现代通信系统的介绍 .73.1 通信系统的一般模型.73.2 模拟通信系统模型和数字通信系统模型.73.2.1 模拟通信系统模型.73.2.2 数字通信系统模型.83.3 模拟通信和数字通信的区别和优缺点.94. 通信系统的仿真原理及框图 .124.1 模拟通信系统的仿真原理.124.1.1 AM 信号的调制解调原理 .124.1.2

16、 DSB 信号的调制解调原理 .134.1.3 SSB 信号的调制解调原理 .144.2 数字通信系统的仿真原理.164.2.1 ASK 信号的调制解调原理 .164.2.2 FSK 信号的调制解调原理 .174.2.3 PSK 信号的调制解调原理 .185. 通信系统仿真结果及分析 .215.1 模拟通信系统结果分析.21I5.1.1 AM 模拟通信系统 .215.1.2 DSB 模拟通信系统 .225.1.3 SSB 模拟通信系统 .225.2 仿真结果框图.245.2.1 AM 模拟系统仿真结果 .245.2.2 DSB 模拟系统仿真结果 .255.2.3 SSB 模拟系统仿真结果 .2

17、65.3 数字通信系统结果分析.285.3.1 ASK 数字通信系统 .285.3.2 FSK 数字通信系统 .305.3.3 PSK 数字通信系统 .335.4 仿真结果框图.355.4.1 ASK 数字系统仿真结果 .355.4.3 FSK 数字系统仿真结果 .385.4.4 PSK 数字系统仿真结果 .406. 结论 .44致谢 .45参考文献 .47北京邮电大学世纪学院毕业设计（论文）01. 前言1.1 选题的意义和目的随着现代通信系统的飞速发展,计算机仿真已经成为分析和设计通信系统的主要工具,在通信系统的研发和教学中具有越来越重要的意义。计算机仿真是衡量系统性能的工具,它通过构建模型

18、运行结果来分析实物系统的性能从而为新系统的建立或原系统的改造提供可靠的参考。通过仿真,可以降低新系统失败的可能性,消除系统中潜在的瓶颈,优化系统的整体性能。因此,仿真是通信系统研究和工程建设中不可缺少的环节。仿真也称模拟,在本质上,系统的计算机仿真就是根据实际的物理系统的运行原理建立相应的数学描述并进行计算机数值求解。根据实际的目标问题提出相应的数学描述,通常可以表达为一系列数学方程以及一系列边界条件。把系统的数学描述称为系统的仿真模型。用计算机语言重新表达的数学模型称为系统的计算机仿真模型。对用户而言,使用仿真软件的平台不同,所建立的计算机仿真模型形式也不同,可以是字符形式的一系列程序代码,

19、也可以是图形化的一些列一组信号流程图、系统方框图或者状态转移图。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。Simulink 是 MATLAB 最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink 具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、

20、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。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于 Simulink。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，如数字信号的调制解调，模拟信号的数字化传输等有着深入的研究学习。本文在深刻理解通信系统理论的基础上，利用 MATLAB 提供的通信工具箱和信号处理工具箱中的模块，对通信系统中的典型信号进行了模型构建、系统设计、仿真演示、结果显示。通过系统的仿真与分析可以看出 Simulink 在系统建模和仿北京邮电大学世纪学院毕业设计（论文）1

21、真中的巨大优势，是学习、研究和设计通信系统强有力的工具。1.2 国内外研究现状在国外通信技术的发展中，通信系统的仿真技术是一个技术重点。着重关注模拟通信系统中的调制解调系统的基本原理以及抗噪声性能，并在 MATLAB 软件平台上仿真实现几种常见的调制方式。最常用最重要的模拟调制方式是用正弦波作为载波的幅度调制和角度调制。利用 MATLAB 对模拟调制系统进行仿真，将结合 MATALB模块和 Simulink 工具箱的实现，并对仿真结果进行分析，从而更深入地掌握模拟调制系统的相关知识。通信系统的一般模型实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总和称为通信系统。以基本的点对点通信为例，通信系统的

22、组成（通常也称为一般模型） 。利用系统仿真可以迅速构建一个通信系统模型，为通信和信号处理系统的设计和分析提供一个便捷，高效且精准的评估平台。可以将软件模型和硬件原型输出的数据以及从真实系统的信号相互结合起来，从而使设计过程和评估过程统一起来，协同工作，使得设计中的错误得以及时的修正，最终使得设计结果与实际系统的运行环境相吻合，保证后期产品化过程的顺利进行。在我国，现代社会发展要求通信系统功能越来越强,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。如此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。利用系统建模和软件仿真技术，几乎

23、可以对所有的设计细节进行分层次的建模和评估，而且模型无需针对解析分析简化，因此评价结果更加精准，更接近实际的运行情况。 ，随着超大规模集成电路工艺的成熟以及计算机和数字信号处理技术的充分发展，数字通信发展迅速，大多数的模拟通信系统已被数字通信系统所取代。尽管在未来的一段时间内数字通信系统还不能完全取代模拟通信系统那个，但通信朝着数字化方向发展是不会改变的，这是有数字通信和模拟通信自身的特点所决定的。 从宏观看，世界通信方式，仍以电话为主，在电话通信中，则以程控交换和移动电话发展最快。目前模拟通信系统还在使用，但由于人们对各种通信业务的需求迅速增加，数字通信正向着小型化、智能化、高速大容量的方向

24、迅速发展，最终必将取代模拟通信。从中我们可以看出通信在我们生活中的重要，它给我们带来了各种各样的消息，如果有一天它消失了，我不敢想象世界会变成怎样。北京邮电大学世纪学院毕业设计（论文）21.3 通信系统及其仿真技术在我们的生活中，当人们提到通信时，自然会想到传递消息最常用、最方便和最快捷的电话、E-mail、手机等通信方式。在这些通信方式中，是用电信号来传递消息，因而称之为电信。这些产生、传输电信号和在接收端把它恢复为原来的消息的设备的总体，就构成了一个通信系统通信系统的一般模型实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总和称为通信系统。在实际的通信中，由于通信业务的多样性，消息的来源也是多种

25、多样的，但基本可以分为两大类：连续的和离散的。连续的消息如话音，声波振动的幅度是随时间连续变化的。若把它转换为随时间连续变化的电压信号，信号幅度是时间连续函数。这样的信号称作模拟信号；而离散消息，如打字机产生的消息，输出的消息符号个数是有限的。如信号的参数与离散消息对应而离散取值，这就是数字信号。构架在 Simulink 基础之上的其他产品扩展了 Simulink 多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。 利用可视化仿真工具 Simulink 对通信系统进行了仿真分析的技术路线分为:对仿真数学模型的有效性验证；对通信系统仿真模型（程序）的验证；对仿真算法的验证；对仿真

26、结果置信度分析。近年来,在通信系统建模的,分析和仿真评估领域已经发展了大量的计算机辅助技术，这技术大体分为三大类： （1）基于理论分析的解析方法，如利用计算机对复杂的系统性能评估公式进行数值计算等； （2）结合通信系统硬件原型和测试设备的计算机辅助仿真方法，通常应用于原型系统实现的中后期和原型系统调试中； （3）基于纯软件的系统仿真方法，即首先对通信系统进行数学建模，然后通过计算机来模拟系统行为，波形以及信号通过系统的过程，并对系统性能指标进行仿真测试和统计分析的一系列方法。利用系统建模和软件仿真技术，几乎可以对所有的设计细节进行分层次的建模和评估，而且模型无需针对解析分析简化，因此评价结果更

27、加精准，更接近实际的运行情况。通信系统仿真的基本步骤如下：（1）建立数学模型：根据通信系统的基本原理，将整个系统简化到有源系统，确定总的系统功能，并将各部分功能模块化，找出各部分之间的关系，画出系统流北京邮电大学世纪学院毕业设计（论文）3程框图模型。（2）仿真系统：根据建立的模型从SIMULINK通信模型库（MATLAB 所提供的Communication Toolbox Simulink Block Library）的各个子库中将所需要的单元功能模块拷贝到Untitled窗口，按系统流程框图模型连接，组建要仿真的通信系统模型。（3）设置、调整参数：参数设置包括运行系统参数设置（如系统运行时间

28、。采样速率等）和功能模块运行参数设置（如正弦信号的频率、幅度、初相；低通滤波器的截止频率、通带增益、阻带衰减等）。（4）设置观察窗口，分析仿真数据和波形：在系统模型的关键点处设置观测输出模块，用于观测仿真系统的运行情况，以便及时调整参数，分析结果。（5）生成新的模块：对于Communication Toolbox中没有的功能模块，可以根据以掌握的技术生成所需新的子模块，以便随时调用。1.4 毕设的主要内容本人在进行通信系统仿真时的主要内容，简单介绍如下：首先，学习相关的基础知识，如通信系统各部分的组成，各部分的作用，理论上不同信号在通过系统每个部分后该发生的变化，以及 Simulink 建模和

29、仿真原理，以及它的使用，必须清晰丰富的模块组的功能和应用；其次，做出通信系统的基本模型，分为模拟的和数字的，并且用 Simulink 来实现通信系统中各个部分的仿真，调制部分，解调部分等等，并且整合到一起，设置不同的参数，观察示波器的波形图；最后，根据设置的不同的参数来进行仿真结果的分析，不同的参数不同的波形图，并且对模拟通信系统和数字通信系统都做出分析比较。北京邮电大学世纪学院毕业设计（论文）42. SIMULINK 与通信系统仿真2.1 SIMULINK 和其模块简介近几年，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方面分，Simulink 具有相对独立的功能和使

30、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 。它的魅力在于强大的功能和简便的饿操作。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）

31、、LINEAR（线性环节） 、NONLINEAR（非线性环节） 、CONNECTIONS（连接与接口）和 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

32、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。2.2 通信系统仿真的研究方法和技术路线 2.2.1 通信系统仿真的研究方法北京邮电大学世纪学院毕业设计（论文）5研究方法如

33、下三种，做简单的介绍： 1.动态系统模型的状态方程求解方法：对动态系统仿真就是利用计算机对所得出的状态方程进行数值求解的过程，通信系统则是以时间为自变量，所以相应的状态方程中的状态变量，输入输 出变量也都是时间的函数； 2.蒙卡罗法：是一种基于随机试验和统计计算的数值方法，也成为计算机随机模拟法； 3.混合法：在随机变量的条件下的微分方程数值求解问题，同时使用了基于数值计算的状态方程求解和基于统计计算的 Monte Carlo 方法。2.2.2 通信系统仿真的技术路线了解通信系统的概念，在此基础上建立系统的模型，并且根据概念模型与MATLA 中 SIMULINK 的相应的模块进行系统各组成部分

34、的仿真，再统一调制和解调的过程，实现整个系统的仿真，当然，分为模拟通信系统和数字通信系统两种不同的基本模型分别实现和分析。在 SIMULINK 通信系统仿真模型库中，MATLAB 提供的图形界面仿真工具 Simulink 由一系列模型库组成,包括 Sources(信源模块)，Sinks(显示模块)，Discrete(离散系统模块)，Linear(线性环节)，Nonlinear(非线性环节)，Connections(连接)，Blocksets&Toolboxes(其他环节)， 了解其中模块库子模块的作用，并且分类此次仿真中需要用到的常用模块，根据原理来进行仿真建模。整个通信系统的流程图被

35、概括为：信号的产生与输出、编码与解码、调制与解调。多址接入方式、滤波器以及传输介质的模型。每个框图都由一个子仿真模型库构成。在通信系统中，一般情况下，传输和接受所采用的技术是相互对应的，因此，可以将发射与接收部分中各个子仿真模型库进行相应的归类。最后连接出框图，设置各个元件的参数，就能在 SCOPE 中观察输出。再进行不同系统的分析总结和比较等等。北京邮电大学世纪学院毕业设计（论文）63. 现代通信系统的介绍3.1 通信系统的一般模型通信就是克服距离上的障碍，从一地向另一地传递和交换消息。消息是信息源所产生的，是信息的物理表现，例如，语音、文字、数据、图形和图象等都是消息(Message)。消

36、息有模拟消息（如语音、图象等）以及数字消息（如数据、文字等）之分。所有消息必须在转换成电信号（通常简称为信号）后才能在通信系统中传输。所以，信号（Signal）是传输消息的手段，信号是消息的物质载体。通信的目的是传递消息，但对受信者有用的是消息中包含的有效内容，也即信息(Information) 。消息是具体的、表面的，而信息是抽象的、本质的，且消息中包含的信息的多少可以用信息量来度量。通信系统就是传递信息所需要的一切技术设备和传输媒质的总和，包括信息源、发送设备、信道、接收设备和信宿(受信者) ，它的一般模型如图 3-1。图 3-1 通信系统一般模型3.2 模拟通信系统模型和数字通信系统模型

37、3.2.1 模拟通信系统模型在模拟通信系统中， 信源（信息源，也称发终端）的作用是把待传输的消息转换成原始电信号，如电话系统中电话机可看成是信源。信源输出的信号称为基带信号。所谓基带信号是指没有经过调制（进行频谱搬移和变换）的原始电信号，其特点是信号频谱从零频附近开始，具有低通形式。根据原始电信号的特征，基带信号可分为数字基带信号和模拟基带信号，相应地，信源也分为数字信源和模拟信源。发送设备的基本功能是将信源和信道匹配起来，即将信源产生的原始电信号（基带信号）变换成适合在信道中传输的信号。变换方式是多种多样的，在需要频谱搬移的场合，调制是最常见的变换方式；对传输数北京邮电大学世纪学院毕业设计（

38、论文）7字信号来说，发送设备又常常包含信源 编码和信道编码等。信道是指信号传输的通道，可以是有线的，也可以是无线 的，甚至还可以包含某些设备。图中的噪声源，是信道中的所有噪声以及分散在通信系统中其它各处噪声的集合。在接收端，接收设备的功能与发送设备相反，即进行解调、译码、解码等。它的任务是从带有干扰的接收信号中恢复出相应的原始电信号来。信宿（也称受信者或收终端）是将复原的原始电信号转换成相应的消息，如电话机将对方传来的电信号还原成了声音。 如图 3-2 所示：图 3-2 模拟通信系统一般模型3.2.2 数字通信系统模型在数字通信系统中， 信源，信道，调制器，解调器，收信者和模拟的一样，加密器，

39、编码器看名字就能猜出功能了吧，需要说明的是，图中调制器 / 解调器、加密器 / 解密器、编码器 / 译码器等环节，在具体通信系统中是否全部采用，这要取决于具体设计条件和要求。但在一个系统中，如果发端有调制 / 加密 / 编码，则收端必须有解调 / 解密 / 译码。通常把有调制器 / 解调器的数字通信系统称为数字频带传输通信系统。 数字基带传输通信系统与频带传输系统相对应，我们把没有调制器 / 解调器的数字通信系统称为数字基带传输通信系统，如图所示。图中基带信号形成器可能包括编码器、加密器以及波形变换等，接收滤波器亦可能包括译码器、解密器等。模拟信号数字化传输通信系统上面论述的数字通信系统中，信

40、源输出的信号均为数字基带信号，实际上，在日常生活中大部分信号（如语音信号）为连续变化的模拟信号。那么要实现模拟信号在数字系统中的传输，则必须在发端将模拟信号数字化，即北京邮电大学世纪学院毕业设计（论文）8进行 A/D 转换；在接收端需进行相反 的转换，即 D/A 转换。实现模拟信号数字化传输的系统如图 3-3 所示。图 3-3 数字通信系统一般模型 图 3-4 数字通信系统仿真模型3.3 模拟通信和数字通信的区别和优缺点根据信号方式的不同，通信可分为模拟通信和数字通信。什么是模拟通信呢？比如在电话通信中，用户线上传送的电信号是随着用户声音大小的变化而变化的。这个变化的电信号无论在时间上或是在幅

41、度上都是连续的，这种信号称为模拟信号。在用户线上传输模拟信号的通信方式称为“模拟通信” 。 数字信号与模拟信号不同，北京邮电大学世纪学院毕业设计（论文）9它是一种离散的、脉冲有无的组合形式，是负载数字信息的信号。电报信号就属于数字信号。现在最常见的数字信号是幅度取值只有两种(用 0 和 1 代表)的波形，称为“二进制信号” 。 “数字通信”是指用数字信号作为载体来传输信息，或者用数字信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式。 数字通信与模拟通信相比具有明显的优点：首先是抗干扰能力强。数字通信中的信息是包含在脉冲的有无之中的，只要噪声绝对值不超过某一门限值，接收端便可判别脉冲的有无，以保证通信的

42、可靠性。其次是远距离传输仍能保证质量。因为数字通信是采用再生中继方式，能够消除噪音，再生的数字信号和原来的数字信号一样，可继续传输下去，这样通信质量便不受距离的影响，可高质量地进行远距离通信。此外，它还便于采用大规模集成电路，便于实现加密处理，便于实现通信网的计算机管理等优点。 实现数字通信，必须使发送端发出的模拟信号变为数字信号，这个过程称为“模数变换” 。模拟信号数字化最基本的方法有三个过程，第一步是“抽样” ，就是对连续的模拟信号进行离散化处理，通常是以相等的时间间隔来抽取模拟信号的样值。第二步是“量化” ，将模拟信号样值变换到最接近的数字值。因抽样后的样值在时间上虽是离散的，但在幅度上

43、仍是连续的，量化过程就是把幅度上连续的抽样也变为离散的。第三步是“编码” ，就是把量化后的样值信号用一组二进制数字代码来表示，最终完成模拟信号的数字化。数字信号送入数字网进行传输。接收端则是一个还原过程，把收到的数字信号变为模拟信号，即“数据摸变换” ，从而再现声音或图像。 如果发送端发出的信号本来就是数字信号，则用不着进行模数变换过程，数字信号可直接进入数字网进行传输。区别在于调制方式不同。模拟通信，技术很成熟，就是将模拟信号与载波进行调制，使其带有一定载波特性，又不失模拟信号的独特性，接受端通过低通滤波器，还原初始模拟信号。而数字信号，首先进行采样，对于采样幅值进行编码（0，1 编码） ，

44、然后进行调制，相移键控等。接受端还原即可。区别在于，由于数字通信其传输数字抽样信号，在接受端可以得到还原，所以信号传输率高。而模拟信号，是对于信号的直接调制，与载波相乘，当传输途中有干扰时，对于系统的冲击，是不可修复的，所以造成失桢。数字通信的主要优点:（1）抗干扰能力强由于在数字通信中，传输的信号幅度是离散的，以二进制为例，信号的取值只有两个，这样接收端只需判别两种状态。信号在传输过程中受北京邮电大学世纪学院毕业设计（论文）10到噪声的干扰，必然会使波形失真，接收端对其进行抽样判决，以辨别是两种状态中的哪一个。只要噪声的大小不足以影响判决的正确性，就能正确接收（再生） 。而在模拟通信中，传输

45、的信号幅度是连续变化的，一旦叠加上噪声，即使噪声很小，也很难消除它。数字通信抗噪声性能好，还表现在微波中继通信时，它可以消除噪声积累。这是因为数字信号在每次再生后，只要不发生错码，它仍然像信源中发出的信号一样，没有噪声叠加在上面。因此中继站再多，数字通信仍具有良好的通信质量。而模拟通信中继时，只能增加信号能量（对信号放大） ，而不能消除噪声。（2）差错可控数字信号在传输过程中出现的错误（差错） ，可通过纠错编码技术来控制，以提高传输的可靠性。（3）易加密数字信号与模拟信号相比，它容易加密和解密。因此，数字通信保密性好。（4）易于与现代技术相结合由于计算机技术、数字存贮技术、数字交换技术以及数字

46、处理技术等现代技术飞速发展，许多设备、终端接口均是数字信号，因此极易与数字通信系统相连接。数字通信的缺点相对于模拟通信来说，数字通信主要有以下两个缺点：（1）频带利用率不高系统的频带利用率，可用系统允许最大传输带宽（信道的带宽）与每路信号的有效带宽之比来表征。数字通信中，数字信号占用的频带宽，以电话为例，一路模拟电话通常只占据 4kHz 带宽，但一路接近同样话音质量的数字电话可能要占据 20 60kHz 的带宽。因此，如果系统传输带宽一定的话，模拟电话的频带利用率要高出数字电话的 5 15 倍。（2）系统设备比较复杂数字通信中，要准确地恢复信号，接收端需要严格的同步系统，以保持收端和发端严格的

47、节拍一致、编组一致。因此，数字通信系统及设备一般都比较复杂，体积较大。不过，随着新的宽带传输信道（如光导纤维）的采用、窄带调制技术和超大规模集成电路的发展，数字通信的这些缺点已经弱化。随着微电子技术和计算机技术的迅猛发展和广泛应用，数字通信在今后的通信方式中必将逐步取代模拟通信而占主导地位。北京邮电大学世纪学院毕业设计（论文）114. 通信系统的仿真原理及框图4.1 模拟通信系统的仿真原理 调制的作用: (1)实现信号的频谱搬移，适应在频带信道内的传输； (2)当频带信道带宽远大于信号带宽时，可以将多路基带信号调制到互不重叠的 频带上，充分利用信道带宽，实现频分复用（FDM)； (3)不同的调

48、制方式具有不同的有效性和可靠性（如 FM 的可靠性好而有效性差，AM 有效性好而可靠性差） ，可以根据需要选用合适的调制方法。4.1.1 AM 信号的调制解调原理调制原理：AM 调制是用调制信号去控制高频正弦载波的幅度，使其按调制信号的规律变化的过程,就是按原始电信号的变化规律去改变载波某些参量的过程。+m(t)SAM(t)A0cosct 图 4-1 AM 调制原理框图AM 信号的时域和频域的表达式分别为 : 式（4-1）ttmtAttmAtSCCCAMcoscoscos00 式（4-2） CCCCAMMMAS210 在式中，为外加的直流分量；可以是确知信号也可以是随机信号，但通常认为其平均值

49、为 0，即。其频谱是 DSB SC-AM 信号的频谱加上离散大载波的频谱。解调原理：AM 信号的解调是把接收到的已调信号还原为调制信号。 AM 信号的解调方法有两种：相干解调和包络检波解调。AM 相干解调原理框图如图 4-2。相干解调（同步解调）：利用相干载波（频率和相位都与原载波相同的恢复载波）进行的解调，相干解调的关键在于必须产生一个与调制器同频同相位的载波。如果同频同相位的条件得不到满足，则会破坏原始北京邮电大学世纪学院毕业设计（论文）12信号的恢复。相干载波的提取：（1）导频法：在发送端加上一离散的载频分量，即导频，在接收端用窄带滤波器提取出来作为相干载波，导频的功率要求比调制信号的功

50、率小；（2）不需导频的方法：平方环法、COSTAS 环法。 LPFm0(t)SAM(t)cosct图 4-2 AM 相干解调 原理框图AM 信号波形的包络与输入基带信号成正比，故可以用包络检波的方法恢复原始调制信号。包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成： （1）整流：只保留信号中幅度大于 0 的部分；（2）低通滤波器：过滤出基带信号；（3）隔直流电容：过滤掉直流分量。可以使用包络检波器进行解调，成本低，大功率离散载波造成的成本问题由广播电台解决，解调不需要载波提取电路。并且在高信噪比情况下，包络检波解调具有与相干解调相同的解调输出信噪比，在小信噪比时，输出信噪比不是按比例的随着输入

51、信噪比下降，而是急剧下降，这种现象称为“门限效应” ，相干解调不存在门限效应，因为有用信号和噪声在相干解调中不会相混，包络检波中输出有用信号和噪声不再是相加的，而是相混的，即是有用信号分量乘以噪声，这时已经很难从输出中区分出有用信号了。4.1.2 DSB 信号的调制解调原理调制原理：在幅度调制的一般模型中，若假设滤波器为全通网络（1） ，调制信号中无直流分量，则输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号（DSB） 。每当信源信号极性发生变化时，调制信号的相位都会发生一次突变 。 式（4-3）ttmtSCDSBcos 调制的目的就是进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而提高系

52、统信息传输的有效性和可靠性。 DSB 调制原理框图如图 4-3:北京邮电大学世纪学院毕业设计（论文）13m(t)SDSB(t)cos ct 图 4-3 DSB 调制原理框图DSB 信号实质上就是基带信号与载波直接相乘，频域上就是卷积，表示式为： 式（4-4） CCDSBMMS21（1）经调制后，调制信号的带宽变为原基带信号的 2 倍：模拟基带信号带宽为 W，则调制信号的带宽为 2W；（2) 调制信号中不含离散的载频分量：因为原模拟基带信号中不含离散直流分量。（3) 包含上下两个边带，且携带相同信息（双边带） ； (4) 不论是确定信号的频谱，还是随机信号的功率谱，都是基带信号频谱/功率谱的线性

53、搬移。因而被称为线性调制。解调原理：DSB 只能进行相干解调，其原理框图与 AM 信号相干解调时完全相同，利用恢复的载波与信号相乘，将频谱搬移到基带，还原出原基带信号。 LPFm0(t)cosctSDSB(t) 图 4-4 DSB 解调原理框图 (1) 当恢复载波与原载波频率不完全一样时，解调信号是原基带信号与低频正弦波的乘积； (2) 若恢复载波与原载波频率相同，而相位不同时，输出信号达不到最大值。4.1.3 SSB 信号的调制解调原理 对于 DSB 信号上下两个边带携带着相同的信息，造成频率资源的浪费，解决方法：只要一个边带即可，出现了 SSB 信号。北京邮电大学世纪学院毕业设计（论文）1

54、4调制原理：SSB 调制分为滤波法和相移法。滤波法 SSB 调制原理框图如图 4-5。图中的为单边带滤波器。产生 SSB信号最直观方法的是，将设计成具有理想高通特性或理想低通特性的单边带滤波器，从而只让所需的一个边带通过，而滤除另一个边带。产生上边带信号时即为，产生下边带信号时即为。cosctm(t)HSSB()SDSB(t)SSSB(t) 图 4-5 SSB 滤波法调制 原理框图滤波法 SSB 调制的频域表达式 式（4-5） SSBCCSSBDSBSSBHMMHSS21相移法 SSB 调制的原理框图如图 4-6。图中，为希尔伯特滤波器，它实质上是一个宽带相移网络，对中的任意频率分量均相移。H

55、h()cosctSSSB(t)-/2m(t)2m(t)cosct/2sinctm(t)2m(t)cosct/2 图 4-6 SSB 相移法调制原理框图相移法 SSB 调制时域表达式中， “”对应上边带信号， “+”对应下边带信号；表示把的所有频率成分均相移，称是的希尔伯特变换。 式（4-6）ttmttmtSCCSSBsin21cos21解调原理：SSB 只能进行相干解调。具有离散大载波的 SSB AM 信号的非相干解调：当离散大载波的幅度远大于信号幅度时，可以使用包络检波进行解调，如图 4-北京邮电大学世纪学院毕业设计（论文）157。SSB 的相关问题：（1）产生单边带调幅信号需要使用边带滤波

56、器；（2）对于含有直流分量和低频分量丰富的信号（如视频信号） ，边带滤波器必须具有极其陡峭的截止特性，实现非常困难；（3）对于不含直流分量且低频成分很少的信号（如语声信号） ，边带滤波器比较容易实现。Sp(t)SSSB(t)LPFm0(t)cosct图 4-7 SSB 相干解调原理框图4.2 数字通信系统的仿真原理 数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输，在实际应用中，大多数信道具有带通特性而不能直接传输基带信号。为了使数字信号在带通信道中传输，必须使用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。通常

57、使用键控法来实现数字调制，比如对载波的振幅、频率和相位进行键控。数字调制：（1）数字信号通过正弦载波调制成频带信号；（2）数字信号控制正弦载波的某个参量；（3）键控信号：对载波参量的离散调制。4.2.1 ASK 信号的调制解调原理 调制原理：数字信号对载波振幅调制称为振幅键控即 ASK（AmplitudeShift Keying） ，OOK 就是用单极性不归零码控制正弦载波的开启与关闭，实现非常简单，抗噪声性能不好。ASK 有两种实现方法：1.乘法器实现法 2.键控法。乘法器实现法的输入是随机信息序列，经过基带信号形成器，产生波形序列，乘法器用来进行频谱搬移，相乘后的信号通过带通滤波器滤除高频

58、谐波和低频干扰。键控法是产生北京邮电大学世纪学院毕业设计（论文）16ASK 信号的另一种方法。二元制 ASK 又称为通断控制（OOK） 。最典型的实现方法是用一个电键来控制载波振荡器的输出而获得。脉冲成型低通滤波器nbnnTta)(an取值为1或0tAccos)(tgT)(tSooknbTnnTtgatb)()(图 4-8 ASK 乘法器实现法框图解调原理：ASK 的解调有两种方法：1.包络检波法 2.相干解调。同步解调也称相干解调,信号经过带通滤波器抑制来自信道的带外干扰，乘法器进行频谱反向搬移，以恢复基带信号。低通滤波器用来抑制相乘器产生的高次谐波干扰。由于 AM信号波形的包络与输入基带信

59、号成正比，故也可以用包络检波的方法恢复原始调制信号。包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成。相干解调框图和包络检波框图分别如图 4-9 和图 4-10：带通滤波相乘电路低通滤波抽样判决S(t)A(t)cos(0t)图 4-9 ASK 相干解调框图 带通滤波全波整流低通滤波抽样判决S(t)A(t) 图 4-10 ASK 包络检波框图4.2.2 FSK 信号的调制解调原理调制原理：2FSK 信号的产生通常有两种方式：(1)频率选择法；(2)载波调频北京邮电大学世纪学院毕业设计（论文）17法。由于频率选择法产生的 2FSK 信号为两个彼此独立的载波振荡器输出信号之和，在二进制码元状态转换（

60、 0 1 或 1 0 ）时刻，2FSK 信号的相位通常是不连续的，这会不利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛。载波调频法是在一个直接调频器中产生 2FSK 信号，这时的已调信号出自同一个振荡器，信号相位在载频变化时始终时连续的，这将有利于已调信号功率谱旁瓣分量的收敛，使信号功率更集中于信号带宽内。在这里，我们采用的是频率选择法，其调制原理框图如图 4-11 所示： 图 4-11 FSK 调制原理框图解调原理：FSK 信号的解调方法很多，我们主要讨论 1.非相干解调 2.相干解调。非相干解调框图如图 4-12：带带通通滤滤波波器器带带通通滤滤波波器器包包络络检检波波器器包包络络检检波波器器l=y1+y2y2