通信仿真模型的研究

1、石河子大學信息科學與技術學院畢業(yè)設計開題報告課題名稱：學生姓名：學 號：學 院：專業(yè)年級：指導教師：職 稱：完成日期：一、本課題來源及研究的目的和意義1、課題來源石河子大學信息科學與技術學院2、本課題研究的目的和意義1）研究目的本課題通過對于通信仿真模型的研究，利用MATLAB所提供的豐富的專業(yè)工具箱，有效地結合所學專業(yè)知識，編寫相應的仿真程序,構建電子通訊仿真模型。介紹電子通信系統(tǒng)的工作原理和體系結構。在電子通信中，經(jīng)常會對不能或者難以隨時用實驗室中的實驗設備來加以驗證的內容進行計算機仿真，可以很快地作出相應的特性圖，對其性質和規(guī)律進行了解，并且可以方便頻繁地應用軟件工具對基本原理、計算方法

2、、先進技術、復雜系統(tǒng)進行反復的實驗研究。2）研究意義本課題能夠能夠提高對通信系統(tǒng)的理解與認識，鍛煉分析問題，解決問題的能力；獲得獨立策劃、實施課題，并按照既定計劃進行開發(fā)的經(jīng)驗，以及查找相關文獻的能力。每個仿真模型建立的過程，就是一次對專業(yè)知識的鞏固、完善與提高。同時可以在仿真平臺上展現(xiàn)的創(chuàng)造性、想象力。利用MATLAB所提供的豐富的專業(yè)工具箱，有效地結合所學專業(yè)知識，編寫相應的仿真程序,構建電子通訊仿真模型。通信系統(tǒng)仿真具有廣泛的適應性和極好的靈活性，有助于我們更好地研究通信系統(tǒng)的性能。二、本課題所涉及的問題在國內(外)研究現(xiàn)狀及分析1、國外研究現(xiàn)狀MATLAB名字由MATrix和LABor

3、atory兩詞的前3個字母組合而成。MATLAB是美國MathWorks公司研發(fā)的一款軟件產(chǎn)品。作為與Mathematica、Maple并列的三大數(shù)學軟件，其具有強大的矩陣計算及仿真能力。MATLAB具有良好的數(shù)值計算和圖形可視能力，并集成了交互式的動態(tài)系統(tǒng)建模仿真及分析的Simulink模塊，以及以Maple為基礎的Symbolic Math Toolbox來完成符號運算。在國際學術界，MATLAB已經(jīng)被確認為準確、可靠的科學計算標準軟件。在許多國際一流學術刊物上，（尤其是信息科學刊物），都可以看到MATLAB的應用。 在設計研究單位和工業(yè)部門，MATLAB被認作進行高效研究、開發(fā)的首選軟件

4、工具。如美國National Instruments公司信號測量、分析軟件LabVIEW，Cadence公司信號和通信分析設計軟件SPW等，或者直接建筑在MATLAB之上，或者以MATLAB為主要支撐。又如HP公司的VXI硬件，TM公司的DSP，Gage公司的各種硬卡、儀器等都接受MATLAB的支持。 Matlab是 Matlab產(chǎn)品家族的基礎，它提供了基本的數(shù)學算法，例如矩陣運算、數(shù)值分析算法，Matlab集成了 2D 和 3D 圖形功能，以完成相應數(shù)值可視化的工作，并且提供了一種交互式的高級編程語言 M 語言，利用 M 語言可以通過編寫腳本或者函數(shù)文件實現(xiàn)用戶自己的算法。 Simulink

5、是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構造出復雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應面廣、結構和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點Simulink已被廣泛應用于控制理論和數(shù)字信號處理的復雜仿真和設計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應用于或被要求應用于Simulink。2、國內研究現(xiàn)狀國內在教學、通信仿真、數(shù)學建模、工程計算等方面對MATLAB均有廣泛的應用。Simulink是The MathWorks公司開發(fā)的用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領域仿真和基于模型的設

6、計工具，常集成于MATLAB中與之配合使用。在通信領域中高等院校、研究單位較多的使用MATLAB及Simulink進行通信系統(tǒng)仿真教學及理論研究。通信系統(tǒng)仿真也已經(jīng)貫穿于通信系統(tǒng)工程設計的全過程，對通信系統(tǒng)的發(fā)展起著舉足輕重的作用。3、通信系統(tǒng)仿真的未來動向現(xiàn)代社會發(fā)展要求通信系統(tǒng)功能越來越強，性能越來越高，構成越來越復雜；另一方面：要求通信系統(tǒng)技術研究和產(chǎn)品開發(fā)縮短周期，降低成本，提高水平。這樣尖銳對立的兩個方面的要求，只有通過使用強大的計算機輔助分析設計技術和工具才能實現(xiàn)?，F(xiàn)代計算機科學技術快速發(fā)展，已經(jīng)研發(fā)出了新一代的可視化仿真軟件。這些功能強大的仿真軟件使得通信系統(tǒng)的仿真的設計和分析過

7、程變得相對直觀和便捷，由此也使得通信系統(tǒng)仿真技術得到了更快的發(fā)展。計算機輔助分析和設計技術發(fā)展十分迅速，出現(xiàn)了大量實用仿真軟件與工具，并應用于通信系統(tǒng)建模、分析和設計，使得通信系統(tǒng)仿真發(fā)展很快。計算機輔助技術基本上有兩大類：一是基于公式的方法，用計算機計算復雜的公式；二是用計算機仿真系統(tǒng)的信號波形，即波形級仿真。通信系統(tǒng)仿真應用到了通信系統(tǒng)工程設計的各個階段，無論是從早期的概念設計，還是實現(xiàn)、測試、使用等各個階段。在概念定義階段，通信系統(tǒng)仿真獲得項層指標；在接下來的設計和研發(fā)中，通信系統(tǒng)仿真確定硬件研發(fā)的指標，檢驗己完成子系統(tǒng)對整個系統(tǒng)性能的影響；在運行階段，通信系統(tǒng)仿真可以用來確定解決問題的

8、方法；通信系統(tǒng)仿真還可以預測系統(tǒng)的使用壽命?，F(xiàn)代計算機軟硬件技術的快速發(fā)展，新一代的可視化的仿真軟件的使用使得通信系統(tǒng)仿真的設計和分析過程變得相對直觀和便捷，推動了通信系統(tǒng)仿真的快速發(fā)展。4、通信仿真的概念仿真是衡量系統(tǒng)性能的工具，它通過仿真模型的仿真結果來判斷原系統(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。通過仿真可以降低新系統(tǒng)失敗的可能性，消除系統(tǒng)中潛在的瓶頸，防止對系統(tǒng)中某些功能部件造成過量的負載，優(yōu)化系統(tǒng)的整體性能，因此，仿真是科學研究和工程建設中不可缺少的方法。實際的通信系統(tǒng)是一個功能結構相當復雜的系統(tǒng)，對這個系統(tǒng)作出的任何改變(如改變某個參數(shù)的設置、改變系統(tǒng)的結構等)

9、都可能影響到整個系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定。因此，在對原有的通信系統(tǒng)作出改進或建立一個新系統(tǒng)之前，通常需要對這個系統(tǒng)進行建模和仿真，通過仿真結果衡量方案的可行性，從中選擇最合理的系統(tǒng)配置和參數(shù)設置，然后再應用于實際系統(tǒng)中，這個過程就是通信系統(tǒng)仿真。5、通信仿真的一般步驟通信系統(tǒng)仿真可以分成離散事件仿真和連續(xù)事件仿真。在離散事件仿真中，仿真系統(tǒng)只對離散事件做出反應，而在連續(xù)事件仿真中，仿真系統(tǒng)對輸入信號產(chǎn)生連續(xù)的輸出信號。離散事件仿真是對實際通信系統(tǒng)的一種簡化，它的仿真建模比較簡單，整個仿真過程需要花費的時聞也比連續(xù)仿真少。雖然離散事件仿真舍棄了一些仿真細節(jié)，在有些場合顯得不夠具體，但仍然是通信系統(tǒng)仿真的

10、主要形式。與一般的仿真過程類似，在對通信系統(tǒng)實施仿真之前，首先需要研究通信系統(tǒng)的特性，通過歸納和抽象建立通信系統(tǒng)的仿真模型。圖2-1是關于通信系統(tǒng)仿真流程的一個示意圖。從圖中可以看到，通信系統(tǒng)仿真是一個循環(huán)往復的過程，它從當前系統(tǒng)出發(fā)，通過分析建立起一個能夠在一定程度上描述原通信系統(tǒng)的仿真模型，然后通過仿真實驗得到相關的數(shù)據(jù)。通過對仿真數(shù)據(jù)的分析可以得到相應的結論，然后把這個結論應用到對當前通信系統(tǒng)的改造中。如果改造后通信系統(tǒng)的性能并不像仿真結果那樣令人滿意，還需要重新實施通信系統(tǒng)仿真，這時候改造后的通信系統(tǒng)就成了當前系統(tǒng)，并且開始新一輪的通信系統(tǒng)仿真過程。值得注意的是，在整個通信系統(tǒng)的仿真過

11、程中，人為因素自始至終起著相當重要的作用。除了仿真程序的運行之外，通信系統(tǒng)的每個步驟都需要進行人工干預，由人對當前的情況做出正確的判斷。因此，通信系統(tǒng)仿真并不是一個機械的過程，它實際上是人的思維活動在計算機協(xié)助下的一種延伸。三、對課題提出的任務要求及實現(xiàn)預期目標的可行性分析1、對課題提出的任務要求：(1) 介紹通信系統(tǒng)仿真的相關內容，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以及S函數(shù)的相關概念。(2) 對通信系統(tǒng)中的主要環(huán)節(jié)，包括通信系統(tǒng)信道、噪聲、模擬信號的數(shù)字傳輸系統(tǒng)、信道編碼以及信號調制的原理、方法和過程進行詳細的闡述。(3) 在理解透信系統(tǒng)理論的基

12、礎上，利用MATLAB強大的仿真功能，設計了具體的通信系統(tǒng)模型。在模型的設計過程，對模型設計的目的、具體的結構組成、仿真流程以及仿真結果都給出具體詳實的說明和分析。2、完成本課題需要使用的系統(tǒng)平臺和主要開發(fā)工具（1）Windows 2000 Server / Windows XP 操作系統(tǒng)（2）MATLAB7.0（4）Visual Studio C+ 6.03、實現(xiàn)預期目標的可行性分析1）技術可行性本課題所涉及的研究內容，MATLAB中的通信工具箱已經(jīng)提供了比較成熟的通信系統(tǒng)模擬仿真工具，用戶既可以在MATLAB的工作空間中直接調用工具箱函數(shù)， 也可以利用Simulink平臺構造自己的仿真模塊

13、，擴大通信工具箱的內容。2）經(jīng)濟可行性本課題通過對既有開發(fā)平臺的使用，能夠構建出比較完成的通信系統(tǒng)仿真模型，沒有任何經(jīng)濟上的負擔，通過本課題可以構建出完整的電子通信系統(tǒng)模型，為今后的教學和實驗提供參考，又鍛煉了學生的自我探索意識和自己動手的能力。3）操作可行性本課題要求對于各種通信系統(tǒng)原理有比較細致的了解，能夠通過對于既有文獻的學習和對既有技術文檔研習，深入的學習使用MATLAB平臺的相關功能。利用所學的通信相關知識在MATLAB平臺上發(fā)揮創(chuàng)造力、想象力，構建完善的電子通信仿真模型。四、本課題需要重點研究的、關鍵的問題及解決的思路通信系統(tǒng)仿真并不是一個機械的過程，它實際上是人的思維活動在計算機

14、協(xié)助下的一種延伸。實際的通信系統(tǒng)是一個功能結構相當復雜的系統(tǒng)，對這個系統(tǒng)作出的任何改變(如改變某個參數(shù)的設置、改變系統(tǒng)的結構等)都可能影響到整個系統(tǒng)的性能和穩(wěn)定。因此，課題難點所在就是通信系統(tǒng)中的許多參數(shù)如何選擇與調節(jié)。解決方法是通過仿真結果衡量方案的可行性，從中選擇最合理的系統(tǒng)配置和參數(shù)設置，然后再應用于實際仿真系統(tǒng)中，并根據(jù)相關通信模塊的系統(tǒng)原理進行分析確定最終通信系統(tǒng)配置與參數(shù)設置。五、完成本課題所必須的工作條件及解決的辦法1、完成本課題所必須的工作條件（1）需要相關通信系統(tǒng)知識（2）要求能夠連入計算機網(wǎng)絡的個人計算機一臺。（3）相關的書籍和學習資料。2、解決的辦法（1）對所學過的相關知

15、識進行復習并進行深入理解。（2）使用自己的電腦，并接入寬帶。（3）通過個人購買，網(wǎng)絡搜索，和大學圖書館和學院資料室借閱解決。六、完成本課題的工作方案及進度計劃1、完成本課題的工作方案為完成本課題的基本任務要求，擬定工作方案如下：（1） 確定畢業(yè)設計題目之后，首先從個人圖書、學院資料室、大學圖書館，因特網(wǎng)上搜集相關的文獻和技術文檔，以及可能涉及到的軟件程序，搜集開發(fā)平臺所需要的插件，幫助文檔等。（2）閱讀搜集到的文檔，熟悉課題所涉及到的通信知識和開發(fā)工具。查漏補缺，繼續(xù)完善文獻和技術文檔。（3）對于課題進行功能分解，建立其通信系統(tǒng)模型，劃定通信功能模塊。（4）嘗試編寫功能模塊，堅持完成一塊，調試一塊，解決一塊的原則。（5）進行系統(tǒng)合并調試。（6）在各階段中，做好相關的文檔；在調試結束后進行文檔的整理與匯總，完成畢業(yè)設計文檔的