唐山學(xué)院12通信工程-通信原理實(shí)習(xí)課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、- - 唐 山 學(xué) 院通信原理課 程 設(shè) 計(jì)題目數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真分析系(部) 信息工程系班級(jí)12 通信一班姓名學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師張銀蒲、王金紅2014 年 12 月 22 日至 2015 年 1 月 2 日 共2 周- - 通信原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、設(shè)計(jì)題目、內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)題目： 數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真分析內(nèi)容及要求：1.了解 matlab/simulink 的運(yùn)行環(huán)境及應(yīng)用領(lǐng)域；2.逐步熟悉各種數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)的仿真，由簡(jiǎn)到難；3.系統(tǒng)仿真及波形分析(1) 2ask 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)與仿真分析；(2) 2fsk數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)與仿真分析；(3) 2psk數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)與仿真分析；(4) q

2、psk 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)與仿真分析。二、設(shè)計(jì)原始資料通信原理；軟件 matlab；計(jì)算機(jī)一臺(tái)三、要求的設(shè)計(jì)成果（課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)、設(shè)計(jì)實(shí)物、圖紙等）設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)1 份，不少于2000 字，應(yīng)包含數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)原理、相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、相關(guān)軟件matlab/simulink 介紹、系統(tǒng)仿真及波形分析。四、進(jìn)程安排第 1-2 天課設(shè)理論講解及仿真軟件介紹、學(xué)生練習(xí)使用軟件第 3-4 天相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計(jì)第 5-6 天系統(tǒng)仿真及波形分析第 7-8 天整理、撰寫(xiě)說(shuō)明書(shū)第 9-10 天進(jìn)行測(cè)試或答辯五、主要參考資料1樊昌信、曹麗娜 .通信原理 .北京:國(guó)防工業(yè)出版社， 2006 2劉學(xué)勇 .詳解 matlab/simul

3、ink通信系統(tǒng)建模與仿真 .北京:電子工業(yè)出版社， 2011 3邵玉斌 .matlab/simulik通信系統(tǒng)建模與仿真實(shí)例分析.北京:清華大學(xué)出版社， 2008 4張水英，徐偉強(qiáng) .通信原理及 matlab/simulink 仿真.北京:人民郵電出版社， 2012 5邵佳，董辰輝 . matlab/simulink通信系統(tǒng)建模與仿真實(shí)例精講.北京:電子工業(yè)出版社， 2009指導(dǎo)教師（簽名）：教研室主任（簽名）：- - 課程設(shè)計(jì)成績(jī)?cè)u(píng)定表出勤情況出勤天數(shù)缺勤天數(shù)成績(jī)?cè)u(píng)定出勤情況及設(shè)計(jì)過(guò)程表現(xiàn)(20 分) 課設(shè)答辯 (20 分) 設(shè)計(jì)成果 (60 分) 總成績(jī) (100 分) 提問(wèn)(答辯) 問(wèn)題

4、情況綜合評(píng)定指導(dǎo)教師簽名：年月日- - 目錄引言. 1 一 數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理. 2 1.1 2ask 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)介. 2 1.2 2fsk數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)介 . 3 1.3 2psk 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)介 . 5 1.4 qpsk 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)介 . 8 二 matlab 和 simulink 的簡(jiǎn)介 . 11 三 調(diào)制與解調(diào)仿真 . 12 3.1 2ask 的調(diào)制與解調(diào)仿真 . 13 3.1.1 2ask 調(diào)制仿真 . 13 3.2 2fsk的調(diào)制與解調(diào)仿真 . 18 3.2.1 2fsk調(diào)制仿真 . 18 3.2.2 2fsk解調(diào)仿真 .

5、21 3.2.2.1： 2fsk信號(hào)解調(diào)21 3.2.2.2：2fsk參數(shù)設(shè)置21 3.2.2.1： 2fsk系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形圖23 3.3 2psk的調(diào)制與解調(diào)仿真 . 24 3.3.1 2psk調(diào)制仿真 . 24 3.3.2 2psk解調(diào)仿真 . 27 3.4 qpsk的調(diào)制與解調(diào)仿真 . 29 3.4.1 qpsk調(diào)制仿真 . 29 3.4.2 qpsk解調(diào)仿真 . 33 四 總結(jié). 35 參考文獻(xiàn) . 36- - 引言隨著微電子技術(shù)、 計(jì)算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用以及超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)備復(fù)雜程度大大降低。 同時(shí)高效的數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)以及光纖等大容量傳輸媒質(zhì)的使用正逐步使帶寬問(wèn)題

6、得到解決。因此，數(shù)字通信的應(yīng)用必將越來(lái)越廣泛。數(shù)字調(diào)制技術(shù)的兩種方法， 利用模擬調(diào)制的方法去實(shí)現(xiàn)數(shù)字式調(diào)制，即把數(shù)字調(diào)制看成是模擬調(diào)制的一個(gè)特例， 把數(shù)字基帶信號(hào)當(dāng)做模擬信號(hào)的特殊情況處理；利用數(shù)字信號(hào)的離散取值特點(diǎn)通過(guò)開(kāi)關(guān)鍵控載波，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。高度信息化的社會(huì)中信息和通信已成為現(xiàn)代社會(huì)的“ 命脈” 。 信息作為一種資源，只有通過(guò)廣泛地傳播與交流， 才能產(chǎn)生利用價(jià)值， 促進(jìn)社會(huì)成員之間的合作，推動(dòng)社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展， 創(chuàng)造出巨大的經(jīng)濟(jì)利益。 而通信作為傳輸信息的手段和方式，與傳感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)相互融合，已成為21 世紀(jì)國(guó)際社會(huì)和世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)力。 可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)的通信對(duì)人們的生活方

7、式和社會(huì)的發(fā)展將會(huì)產(chǎn)生更加重大和意義深遠(yuǎn)的影響。目前，無(wú)論是模擬通信還是數(shù)字通信，在不同的通信業(yè)務(wù)中都得到了廣泛的應(yīng)用。但是，數(shù)字通信的發(fā)展速度已明顯超過(guò)了模擬通信，成為當(dāng)代通信技術(shù)的主流。與模擬通信相比， 數(shù)字通信具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：抗干擾能力強(qiáng)， 且噪聲不積累；傳輸差錯(cuò)可控；便于用現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)數(shù)字信息進(jìn)行處理、變換、存儲(chǔ)；易于集成，使通信設(shè)備微型化，重量輕；易于加密處理，且保密性好。數(shù)字通信的缺點(diǎn)是，一般需要較大的帶寬。另外，由于數(shù)字通信對(duì)同步要求高，因而系統(tǒng)設(shè)備復(fù)雜。但是，本課程設(shè)計(jì)主要是設(shè)計(jì)2ask，2fsk,2psk以及 qpsk頻帶傳輸系統(tǒng)并對(duì)其進(jìn)行仿真與性能分析。在設(shè)計(jì)此

8、頻帶傳輸系統(tǒng)時(shí)， 首先對(duì)輸入信號(hào)利用相關(guān)的模塊進(jìn)行調(diào)制，再通過(guò)加入高斯白噪聲傳輸信道，接著在接收端對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，最后把輸出的信號(hào)和輸入的信號(hào)進(jìn)行比較。- - 一 數(shù)字頻帶通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理在數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中，為了使數(shù)字基帶信號(hào)能夠在信道中傳輸，要求信道應(yīng)具有低通形式的傳輸特性。然而，在實(shí)際信道中，大多數(shù)信道具有帶通傳輸特性，數(shù)字基帶信號(hào)不能直接在這種帶通傳輸特性的信道中傳輸。必須用數(shù)字基帶信號(hào)對(duì)載波進(jìn)行調(diào)制，產(chǎn)生各種已調(diào)數(shù)字信號(hào)。數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制原理是相同的，一般可以采用模擬調(diào)制的方法實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。但是，數(shù)字基帶信號(hào)具有與模擬基帶信號(hào)不同的特點(diǎn)，其取值是有限的離散狀態(tài)。這樣，可以用載波的

9、某些離散狀態(tài)來(lái)表示數(shù)字基帶信號(hào)的離散狀態(tài)。圖 1-1 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)1.1 2ask 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)介幅度鍵控是利用載波的幅度變化來(lái)傳遞數(shù)字信息，而其頻率和初始相位保持不變。 在 2ask 中， 載波的幅度只有兩種變化形態(tài)， 分別對(duì)應(yīng)二進(jìn)制信息 “0”或“1”。一種常用的，也是最簡(jiǎn)單的二進(jìn)制振幅鍵控方式成為通-斷鍵控，其表達(dá)式為：0tacosw)(cteook2ask信號(hào)的一般表達(dá)式為：（1-2）其中nsnnttgats)()(（1-3）式中：st為碼元持續(xù)時(shí)間；)(tg為持續(xù)時(shí)間為st的基帶脈沖波形。為簡(jiǎn)便起見(jiàn)，通常假設(shè))(tg是高度為 1、寬度等于st 的矩形脈沖；na

10、是第 n 個(gè)符號(hào)的電平取值。若取01an則相應(yīng)的 2ask 信號(hào)為 ook 信號(hào)。以概率 p 發(fā)送 “1”時(shí)以概率 1-p 發(fā)送 “0”時(shí)（1-1）ttstecaskcos)()(2概率為 p 概率為 1-p （1-4）基帶信號(hào)輸入調(diào)制器信道解調(diào)器基帶信號(hào)輸出噪聲- - 圖 1-2 2ask/ook信號(hào)時(shí)間波形2ask/ook 信號(hào)的產(chǎn)生方法通常有兩種：模擬調(diào)制法和鍵控法與 am 信號(hào)的解調(diào)方法一樣。 2ask 信號(hào)也有兩種基本的解調(diào)方法：非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）和相干解調(diào)（同步檢波法），相應(yīng)的接收系統(tǒng)組成方框如圖1-3 所示。與模擬信號(hào)的接收系統(tǒng)相比，這里增加了一個(gè)“ 抽樣判決器 ” 方框，

11、這對(duì)于提高數(shù)字信號(hào)的接收性能是必要的。)(2teask)(2teask圖 1-3 2ask 信號(hào)的接收系統(tǒng)組成方框圖1.2 2fsk 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)介頻移鍵控是利用載波的頻率變化來(lái)傳遞數(shù)字信息。在2fsk 中，載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號(hào)在1f和2f兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化。故其表達(dá)式為：)cos()cos(te21fsk2nntwatwa）（由圖 1-4 可以看出， 2fsk 信號(hào)的波形（ g）可以分解成波形（ e)和波形（ f） ，也就是說(shuō)，一個(gè) 2fsk 信號(hào)可以看成是兩個(gè)不同的載頻的2ask 信號(hào)的疊加。因此 2fsk 的時(shí)域表達(dá)式又可寫(xiě)成：帶通濾波器全波整流器低通濾波器抽樣判決器ab

12、cd輸出定時(shí)脈沖發(fā)送“ 1”時(shí)發(fā)送“ 0”時(shí)（1-5）帶通濾波器tccos定時(shí)脈沖（b）相干解調(diào)方式相乘器低通濾波器抽樣判決器（a）非相干解調(diào)方式輸出- - )cos()()cos()()(e212nnsnnsnfsktwnttgatwnttgat（1-6）式中： g(t) 為單個(gè)矩形脈沖，脈寬為st；01nana是na 的反碼，若na =1，則na=0；若na =0，則na=1，于是01ann和n分別是第 n 個(gè)信號(hào)碼元（1 或 0）的初始相位。 在移頻鍵控中，n和n不攜帶信息，通?？闪頽和n為 0。如圖 1-4 所示， 2fsk 信號(hào)的時(shí)間波形：圖 1-4 2fsk 信號(hào)的時(shí)間波形2fsk

13、 信號(hào)的產(chǎn)生方法主要有兩種。一種可以采用模擬調(diào)頻電路來(lái)實(shí)現(xiàn)；另一種可以采用鍵控法來(lái)實(shí)現(xiàn)。這兩種方法產(chǎn)生2fsk 信號(hào)的差異在于：由調(diào)頻法產(chǎn)生的 2fsk 信號(hào)在相鄰碼元之間的相位時(shí)連續(xù)變化的。而鍵控法產(chǎn)生的2fsk信號(hào)，是由電子開(kāi)關(guān)在兩個(gè)獨(dú)立的頻率源之間轉(zhuǎn)換形成，故相鄰碼元之間的相位不一定連續(xù)。概率為 p 概率為 1-p （1-7）概率為 1-p 概率為 p （1-8）- - 圖 1 5 數(shù)字鍵控法產(chǎn)生2fsk 信號(hào)的原理圖）（tefsk2（ a） 非相干解調(diào))(2tefsk（b）相干解調(diào)圖 1-62fsk 信號(hào)解調(diào)原理圖1.3 2psk 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)介相移鍵控是利用載波的相位變化

14、來(lái)傳遞數(shù)字信息，而振幅和頻率保持不變。在 2psk中，通常用初始相位 0 和分別表示二進(jìn)制的“ 1”和“0” 。因此，2psk信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為：)cos()(2ncpsktate（1-9）振蕩器 1 1f選通開(kāi)關(guān)相加器反相器振蕩器 2 2f選通開(kāi)關(guān)帶通濾波器1帶通濾波器2包絡(luò)檢波器包絡(luò)檢波器抽樣判決器定時(shí)脈沖輸出帶通濾波器1帶通濾波器2包絡(luò)檢波器定時(shí)脈沖包絡(luò)檢波器輸出抽樣判決器輸出- - 其中，n表示第 n 個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位：0n所以，式（ 1-9）可以寫(xiě)成：ttpskcctecosacosa2)(如圖 1-7 所示，由于表示信號(hào)的兩種碼元的波形相同，極性相反，故2psk信號(hào)一般可以表述為一

15、個(gè)雙極性全占空矩形脈沖與一個(gè)正弦載波的相乘，即：twtstecpskcos)()(2（1-12）其中)()( snsnnttgat（1-13）這里， g(t)是脈寬為st的單個(gè)矩形脈沖，而na 的統(tǒng)計(jì)特性為：11na圖 1 7 2psk 信號(hào)的時(shí)間波形由式可看出 ,當(dāng)發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)1 時(shí),已調(diào)信號(hào))(2tepsk取 0 相位,發(fā)送二進(jìn)制符號(hào) 0 時(shí),)(2tepsk取 180 相位.若用 n 表示第 n 個(gè)符號(hào)的絕對(duì)相位 ,則有n= 0 , 發(fā)送 1 符號(hào)；n= 180 , 發(fā)送 0 符號(hào)；這種以載波的不同相位直接表示相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的調(diào)制方式,稱為二進(jìn)制絕對(duì)移相方式。2psk信號(hào)的調(diào)制原理

16、圖如圖1-8所示. 其中圖 (a)是采用模擬調(diào)制的方法產(chǎn)生 2psk 信號(hào),圖(b)是采用數(shù)字鍵控的方法產(chǎn)生2psk 信號(hào). 2psk信號(hào)的解調(diào)通常都是采用相干解調(diào), 解調(diào)器原理圖如圖 1-9所示.在相發(fā)送“0”時(shí)發(fā)送“1”時(shí)（1-10）概率為 p 概率為 1-p （1-11）概率為 p 概率為 1-p （1-14）- - 干解調(diào)過(guò)程中需要用到與接收的2psk 信號(hào)同頻同相的相干載波, 2psk 信號(hào)相干解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間波形如圖1-10 所示. 當(dāng)恢復(fù)的相干載波產(chǎn)生180 倒相時(shí) ,解調(diào)出的數(shù)字基帶信號(hào)將與發(fā)送的數(shù)字基帶信號(hào)正好是相反,解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號(hào)全部出錯(cuò)。ts（a）模擬調(diào)制方法（b）鍵

17、控法圖 1- 82psk 信號(hào)的解調(diào)原理圖碼型變換乘法器雙極性不歸零)(2tepsktwccostwccos180 移 相開(kāi)關(guān)電路0 tstepsk2帶通濾波器)(2tepsk相乘器低通濾波器圖 1-92psk 信號(hào)的解調(diào)原理框圖抽樣判決器twccos輸出定時(shí)脈沖- - 圖 1-10 2psk 信號(hào)相干解調(diào)時(shí)各點(diǎn)時(shí)間波形這種現(xiàn)象通常稱為 倒 現(xiàn)象.由于在 2psk 信號(hào)的載波恢復(fù)過(guò)程中存在著180 的相位模糊 ,所以 2psk 信號(hào)的相干解調(diào)存在隨機(jī)的倒 現(xiàn)象 ,從而使得2psk 方式在實(shí)際中很少采用。1.4 qpsk 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理簡(jiǎn)介qpsk 信號(hào)產(chǎn)生方法有兩種。第一種是用相乘電路

18、，如圖1-11所示。圖中輸入基帶信號(hào) a(t)是二進(jìn)制不歸零雙極性碼元， 它被” 串并變換 ” 電路變成兩路碼元a和 b。變成行碼元 a和 b 后，其每個(gè)碼元的持續(xù)時(shí)間是輸入碼元的2倍。第二種產(chǎn)生方法是選擇法，其原理方框圖示于圖2-12中。這時(shí)輸入基帶信號(hào)經(jīng)過(guò)串/并變換后用于控制一個(gè)相位電路，按照當(dāng)時(shí)的輸入雙比特ab，決定選擇哪個(gè)相位的載波輸出。候選的 4個(gè)相位1，2，3，4可以是按 a 方式規(guī)定的 4個(gè)相位。- - 圖 1-11 第一種 qpsk 信號(hào)產(chǎn)生方法圖 1-12 第二種 qpsk 信號(hào)產(chǎn)生方法qpsk 信號(hào)的解調(diào)原理方框圖示于1-13 中。由于 qpsk 信號(hào)可以看做是兩個(gè)正交 2

19、psk 信號(hào)的疊加，所以用兩路正交的相干載波去解調(diào)，可以很容易地分離這兩路正交的 2psk 信號(hào)。相干解調(diào)后的兩路并行碼元a 和 b，經(jīng)過(guò)并 /串變換后，成為串行數(shù)據(jù)輸出。此法是一種正交相平解調(diào)法，又稱極性比較法。相乘電路相 干 載波產(chǎn)生2/相移相乘電路串 / 并變換相加電路串/并變換相位選擇帶通濾波4相載波產(chǎn)生器a b - - 圖 1-14 qpsk 信號(hào)解調(diào)原理方框圖在 qpsk 體制中，它的相鄰碼元最大相位差達(dá)到o180。由于這樣的相位突變?cè)陬l帶受限的系統(tǒng)中會(huì)引起信號(hào)包絡(luò)的很大起伏，所以為了減小此相位突變，將兩個(gè)正交分量的兩個(gè)比特a和 b在時(shí)間上錯(cuò)開(kāi)半個(gè)碼元， 使之不可能同時(shí)改變，這樣安

20、排后相鄰碼元相位差的最大值僅為o90 ，從而減小了信號(hào)振幅的起伏。相乘低通抽判載波提取2相乘低通抽判定時(shí)抽取并/串s （t）tw0cosa a（t）b tw0sin- - 二 matlab 和 simulink 的簡(jiǎn)介美國(guó) mathworks 公司于 1967 年推出了矩陣實(shí)驗(yàn)室 “matrix laboratory”（縮寫(xiě)為 matlab）這就是 matlab 最早的雛形。開(kāi)發(fā)的最早的目的是幫助學(xué)校的老師和學(xué)生更好的授課和學(xué)習(xí)。從matlab 誕生開(kāi)始，由于其高度的集成性及應(yīng)用的方便性，在高校中受到了極大的歡迎。由于它使用方便， 能非?？斓膶?shí)現(xiàn)科研人員的設(shè)想，極大的節(jié)約了科研人員的時(shí)間，受到

21、了大多數(shù)科研人員的支持，經(jīng)過(guò)一代代人的努力， 目前已發(fā)展到了 7.x 版本。matlab 是一種解釋性執(zhí)行語(yǔ)言， 具有強(qiáng)大的計(jì)算、仿真、繪圖等功能。由于它使用簡(jiǎn)單，擴(kuò)充方便，尤其是世界上有成千上萬(wàn)的不同領(lǐng)域的科研工作者不停的在自己的科研過(guò)程中擴(kuò)充matlab 的功能，使其成為了巨大的知識(shí)寶庫(kù)。可以毫不夸張的說(shuō)， 哪怕是你真正理解了一個(gè)工具箱，那么就是理解了一門(mén)非常重要的科學(xué)知識(shí)?？蒲泄ぷ髡咄ǔ？梢酝ㄟ^(guò)matlab 來(lái)學(xué)習(xí)某個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)知識(shí)，這就是matlab 真正在全世界推廣開(kāi)來(lái)的原因。目前的 matlab 版本已經(jīng)可以方便的設(shè)計(jì)漂亮的界面，它可以像vb 等語(yǔ)言一樣設(shè)計(jì)漂亮的用戶接口，同時(shí)因?yàn)?/p>

22、有最豐富的函數(shù)庫(kù)（工具箱），所以計(jì)算的功能實(shí)現(xiàn)也很簡(jiǎn)單，進(jìn)一步受到了科研工作者的歡迎。另外，,matlab 和其他高級(jí)語(yǔ)言也具有良好的接口， 可以方便的實(shí)現(xiàn)與其他語(yǔ)言的混合編程，進(jìn)一步拓寬了 matlab 的應(yīng)用潛力?？梢哉f(shuō)， matlab 已經(jīng)也很有必要成為大學(xué)生的必修課之一，掌握這門(mén)工具對(duì)學(xué)習(xí)各門(mén)學(xué)科有非常重要的推進(jìn)作用。simulink 是 matlab 中的一種可視化仿真工具，也是目前在動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等方面應(yīng)用最廣泛的工具之一。確切的說(shuō)， simulink 是一個(gè)用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包，它支持線性和非線性系統(tǒng)，連續(xù)、離散時(shí)間模型， 或者是兩者的混合。 系統(tǒng)還可

23、以使多種采樣頻率的系統(tǒng)，而且系統(tǒng)可以是多進(jìn)程的。 simulink 工作環(huán)境進(jìn)過(guò)幾年的發(fā)展， 已經(jīng)成為學(xué)術(shù)和工業(yè)界用來(lái)建模和仿真的主流工具包。在simulink 環(huán)境中，它為用戶提供了方框圖進(jìn)行建模的圖形接口，采用這種結(jié)構(gòu)畫(huà)模型圖就如同用手在紙上畫(huà)模型一樣自如、方便，故用戶只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的點(diǎn)擊和拖動(dòng)就能完成建模，并可直接進(jìn)行系統(tǒng)的仿真， 快速的得到仿真結(jié)果。它的主要特點(diǎn)在于：1、建模方便、快捷； 2、易于進(jìn)行模型分析； 3、優(yōu)越的仿真性能。它與傳統(tǒng)的仿真軟件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直觀、 方便、靈活的優(yōu)點(diǎn)。 simulink 模塊庫(kù)（或函數(shù)庫(kù)） 包含有 sinks（輸出方式）、sou

24、rces （輸入源）、linear（線性環(huán)節(jié)）、nonlinear（非線性環(huán)節(jié)）、connection（連接與接口）和extra（其他環(huán)節(jié)）等具有不同功能或函數(shù)運(yùn)算的simulink 庫(kù)模塊（或庫(kù)函數(shù)），而且每個(gè)子模型庫(kù)中包含有相應(yīng)的功能模塊，用戶還可以根據(jù)需要定制和創(chuàng)建自己的模塊。用simulink 創(chuàng)建的模型可以具有遞階結(jié)構(gòu)，因此用戶可以采用從上到下或從下到上的結(jié)構(gòu)創(chuàng)建模型。用戶可以從最高級(jí)開(kāi)始觀看模型，然后用鼠標(biāo)雙擊其中的子系統(tǒng)模塊， 來(lái)查看其下一級(jí)的內(nèi)容，- - 以此類推，從而可以看到整個(gè)模型的細(xì)節(jié)， 幫助用戶理解模型的結(jié)構(gòu)和各模塊之間的相互關(guān)系。在定義完一個(gè)模型后， 用戶可以通過(guò) s

25、imulink 的菜單或 matlab的命令窗口鍵入命令來(lái)對(duì)它進(jìn)行仿真。菜單方式對(duì)于交互工作非常方便，而命令行方式對(duì)于運(yùn)行仿真的批處理非常有用采用scope模塊和其他的顯示模塊， 可以在仿真進(jìn)行的同時(shí)就可立即觀看到仿真結(jié)果，若改變模塊的參數(shù)并再次運(yùn)行即可觀察到相應(yīng)的結(jié)果，這適用于因果關(guān)系的問(wèn)題研究。仿真的結(jié)果還可以存放到matlab的工作空間里做事后處理。模型分析工具包括線性化和整理工具，matlab的所有工具及simulink 本身的應(yīng)用工具箱都包含這些工具。由于matlab 和 simulink 的集成在一起的， 因此用戶可以在這兩種環(huán)境下對(duì)自己的模型進(jìn)行仿真、分析和修改模型。但是simu

26、link 不能脫離 matlab 而獨(dú)立工作。三 調(diào)制與解調(diào)仿真- - 3.1 2ask 的調(diào)制與解調(diào)仿真3.1.1 2ask 調(diào)制仿真1）2ask 信號(hào)調(diào)制的模型方框圖由dsp模塊中的 sine wave信號(hào)源、方波信號(hào)源、相乘器等模塊組成，2ask 仿真模型如下圖所示：圖 3-1 2ask 調(diào)制仿真模型圖其中正弦信號(hào)是載波信號(hào)，方波代表s(t)序列的信號(hào)塬，正弦信號(hào)和方波相乘后就得到鍵控 2ask 信號(hào)。2）參數(shù)設(shè)置建立好模型之后，開(kāi)始設(shè)置各點(diǎn)的參數(shù)，以達(dá)到系統(tǒng)的最佳仿真。正弦信號(hào)參數(shù)設(shè)置：- - 圖 3-2 正弦信號(hào)參數(shù)設(shè)置其中 sin 函數(shù)是幅度為 2，頻率為 1hz，采樣周期為 0.

27、002 的雙精度 dsp信號(hào)。方波信號(hào)參數(shù)設(shè)置：圖 3-3 方波信號(hào)源的參數(shù)設(shè)置- - 方波信號(hào)是基于采樣的，其幅度設(shè)置為2，周期為 3，占 1 比為 2/3。3）系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形圖圖 3-4 各點(diǎn)時(shí)間的波形圖由上圖可以看出， 信息源是第一個(gè)波， 載波是第二個(gè)波， 信息源和載波信號(hào)相乘之后就產(chǎn)生了受幅度控制的2ask 信號(hào)。2ask 的解調(diào)分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)，下面采用相干解調(diào)對(duì)2ask 信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。4）解調(diào)仿真模型如下圖所示：圖 3-5 2ask 相干解調(diào)的simulink 模型方框圖- - 相干解調(diào)也叫同步解調(diào)， 就是用已調(diào)信號(hào)恢復(fù)出載波既同步載波。 再用載波和已調(diào)信號(hào)相乘，經(jīng)過(guò)低

28、通濾波器和抽樣判決器恢復(fù)出s(t)信號(hào)。5） 參數(shù)設(shè)置建立好模型之后，開(kāi)始設(shè)置各點(diǎn)的參數(shù)， 由于低通濾波器是濾去高頻的載波，才能恢復(fù)出原始信號(hào)， 所以為了使已調(diào)信號(hào)的頻譜有明顯的搬移，就要使載波和信息源的頻率有明顯的差別，所以載波的頻率設(shè)置為100hz.為了更好的恢復(fù)出信源信號(hào)，所以在此直接使用原載波信號(hào)作為同步載波信號(hào)。低通濾波器的參數(shù)設(shè)置：圖 3-6 低通濾波器的參數(shù)設(shè)置圖sign 器件的參數(shù)設(shè)置：圖 3-7 sign器件的參數(shù)設(shè)置圖- - error rate calculation器件的參數(shù)設(shè)置：圖 3-8 error rate calculation 器件的參數(shù)設(shè)置圖6）系統(tǒng)仿真及各

29、點(diǎn)波形圖圖 3-9 2ask 信號(hào)解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間的波形圖- - 由上圖可以看出由于載波頻率的提高使的示波器在波形顯示上出現(xiàn)了一定的困難，不過(guò)要想顯示調(diào)制部分的理想波形只要調(diào)整示波器的顯示范圍即可。3.2 2fsk 的調(diào)制與解調(diào)仿真3.2.1 2fsk調(diào)制仿真1）2fsk 信號(hào)是利用載波頻率變化來(lái)傳遞數(shù)字信息。在2fsk 中，載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號(hào)在f1和 f2兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化，其中f1和 f2是兩個(gè)頻率有明顯差別的且都遠(yuǎn)大于信號(hào)源頻率的載波信號(hào)，2fsk 信號(hào)產(chǎn)生的 simulink 仿真模型圖如下 3-10 所示：圖 3-10 2fsk 信號(hào)的 simulink 模型方框圖其中 sine

30、wave和 sine wave1是兩個(gè)頻率分別為f1和 f2的載波， pulse generator模塊是信號(hào)源， not 實(shí)現(xiàn)方波的反相，最后經(jīng)過(guò)相乘器和相加器生成2fsk 信號(hào)。2）參數(shù)設(shè)置：建立好模型之后，開(kāi)始設(shè)置各點(diǎn)的參數(shù)，以達(dá)到系統(tǒng)的最佳仿真。- - 載波 f1的參數(shù)設(shè)置：圖 3-11 載波 sine wave1 的參數(shù)設(shè)置其中幅度為 2，f1=1hz,采樣時(shí)間為 0.002s的單精度信號(hào)。載波 f2的參數(shù)設(shè)置：- - 圖 3-12 載波 sine wave 的參數(shù)設(shè)置載波是幅度為 2，f 2=2,采樣時(shí)間 .為 0.002 的單精度信號(hào)?；诓蓸拥?pulse generator信

31、號(hào)模塊的參數(shù)設(shè)置：- - 圖 3-13 pulse generator 信號(hào)模塊參數(shù)設(shè)置其中方波是幅度為1，周期為 3，占 1 比為 1/3 的基于采樣的信號(hào)。3）系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形圖：圖 3-14 2fsk 信號(hào)調(diào)制各點(diǎn)時(shí)間的波形圖3.2.2 2fsk解調(diào)仿真2fsk 信號(hào)的常用解調(diào)方法分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)。下面采用相干解調(diào)對(duì) 2fsk 進(jìn)行解調(diào)。3.2.2.1：2fsk 信號(hào)解調(diào)2fsk 信號(hào)解調(diào)的 simulink 仿真模型圖如下3-15所示：- - 圖 3-15 2fsk 信號(hào)解調(diào)的simulink 仿真模型3.2.2.2：2fsk 參數(shù)設(shè)置建立好模型之后就要設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，以達(dá)到系

32、統(tǒng)的最佳仿真。digital filter designer 模塊參數(shù)設(shè)置：圖 3-16 digital filter designer模塊參數(shù)設(shè)置- - digital filter designer2 模塊參數(shù)設(shè)置：圖 3-17 digital filter designer2模塊參數(shù)設(shè)置error rate calculation的參數(shù)設(shè)置：圖 3-18 error rate calculation 模塊參數(shù)設(shè)置- - 3.2.2.1：2fsk 系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形圖：圖 3-19 2fsk 信號(hào)解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間的波形圖3.3 2psk 的調(diào)制與解調(diào)仿真3.3.1 2psk調(diào)制仿真1） 相移鍵

33、控是利用載波的相位變化來(lái)傳遞數(shù)字信息，而振幅和頻率保持不變。在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中 ,當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)離散變化時(shí),則產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控 (2psk)信號(hào). 在此用已調(diào)信號(hào)載波的0 和 180 分別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的1 和 0.用兩個(gè)反相的載波信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。2psk 仿真模型如下圖所示：圖 3-20 2psk 信號(hào)的 simulink 模型方框圖- - 2）參數(shù)設(shè)置建立好模型之后就要設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，以達(dá)到系統(tǒng)的最佳仿真。載波 f1的參數(shù)設(shè)置：圖 3-21 載波 sine wave 的參數(shù)設(shè)置載波 f2的參數(shù)設(shè)置：圖 3-22 載波 sine wave1 的參數(shù)設(shè)置- - 從圖

34、中可以看出， sine wave和 sine wave1是反相的載波。且載波是幅度為3 頻率為 4hz 采樣時(shí)間為 0.002s的反相信號(hào)。switch 的參數(shù)設(shè)置：圖 3-23 switch 的參數(shù)設(shè)置脈沖信號(hào) pulse generator信號(hào)模塊的參數(shù)設(shè)置：圖 3-24 pulse generator 信號(hào)模塊參數(shù)設(shè)置- - 脈沖信號(hào)是幅度為2 周期為 1 占空比為 50%的基于時(shí)間的信號(hào)。3）系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形圖：圖 3-25 2psk 調(diào)制的各點(diǎn)時(shí)間波形3.3.2 2psk解調(diào)仿真1）2psk信號(hào)解調(diào)的 simulink 仿真模型圖如下3-26所示：圖 3-26 2psk 信號(hào)解調(diào)的

35、simulink 仿真模型- - 由 3-26 圖可以看出其誤碼率為0.7273，由于系統(tǒng)的不準(zhǔn)確性和碼間影響所以誤碼率稍微偏大。2）參數(shù)設(shè)置建立好模型之后就要設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，以達(dá)到系統(tǒng)的最佳仿真。digital filter designer 模塊參數(shù)設(shè)置：圖 3-27 digital filter designer模塊參數(shù)設(shè)置error rate calculation的參數(shù)設(shè)置：圖 3-28 error rate calculation 模塊參數(shù)設(shè)置- - 3）系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)波形圖：圖 3-29 2psk 解調(diào)各點(diǎn)的時(shí)間波形3.4 qpsk 的調(diào)制與解調(diào)仿真3.4.1 qpsk 調(diào)制仿真1

36、）qpsk 信號(hào)產(chǎn)生的方法有兩種方法。第一種是用相乘電路，第二種方法是選擇法。下面我們用相乘法，qpsk 的 simulink 仿真模型如圖 3-30所示：圖 3-30 qpsk 調(diào)制各點(diǎn)的時(shí)間波形- - 圖中輸入基帶信號(hào)是二進(jìn)制不歸零雙極性碼元。2）參數(shù)設(shè)置建立好模型之后就要設(shè)置系統(tǒng)參數(shù)，以達(dá)到系統(tǒng)的最佳仿真。bernoulli binary generator 的參數(shù)設(shè)置：圖 3-31 bernoulli binary generator的參數(shù)設(shè)置multiport selector 的參數(shù)設(shè)置：圖 3-32 multiport selector 的參數(shù)設(shè)置- - coswt 的參數(shù)設(shè)置：圖 3-33 coswt 的參數(shù)設(shè)置sinwt 的參數(shù)設(shè)置：圖 3-34 sinwt 的參數(shù)設(shè)置- - awgn channel 的參數(shù)設(shè)置：圖 3-35 awgn channel 的參數(shù)設(shè)置awgn 信道模塊可以將加性高斯白噪聲加到一個(gè)實(shí)數(shù)的或復(fù)數(shù)的輸入信號(hào)。當(dāng)輸入信號(hào)是實(shí)數(shù)時(shí)， 這個(gè)塊增加了實(shí)的高斯噪聲，產(chǎn)生一個(gè)實(shí)數(shù)的輸出信號(hào)。當(dāng)輸入信號(hào)是復(fù)數(shù)的， 這個(gè)模塊增加了復(fù)數(shù)的高斯噪聲，產(chǎn)生復(fù)數(shù)的輸出信號(hào)。3）系統(tǒng)仿真及各點(diǎn)