基于malab的通信原理仿真平臺(tái)

基于malab的通信原理仿真平臺(tái)

“通信原理”課程理論嚴(yán)謹(jǐn)，強(qiáng)化實(shí)踐環(huán)節(jié)更為重要。通過實(shí)踐環(huán)節(jié),可以較好地提高學(xué)生對(duì)抽象概念的理解能力。然而通信技術(shù)的發(fā)展日新月異,實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)備難以經(jīng)常更新,不能滿足理論密切聯(lián)系實(shí)踐的需要。隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展,構(gòu)筑通信系統(tǒng)仿真平臺(tái),可以在計(jì)算機(jī)上顯示不同系統(tǒng)的工作原理,進(jìn)行波形觀察、頻譜分析和性能分析等,為通信原理實(shí)踐教學(xué)提供了強(qiáng)有力的工具。MATLAB最初是Mathworks公司推出的一種數(shù)學(xué)應(yīng)用軟件,經(jīng)過多年的發(fā)展,開發(fā)了包括通信系統(tǒng)在內(nèi)的多個(gè)工具箱,從而成為目前科學(xué)研究和工程應(yīng)用最流行的軟件包之一。MATLAB的動(dòng)態(tài)仿真軟件SIMULINK提供了可視化的系統(tǒng)仿真環(huán)境和多個(gè)模型庫,在模型庫中提供了豐富的功能模塊,采用模塊化設(shè)計(jì),可以方便、靈活地建立通用性較強(qiáng)的通信仿真模型。一、simulink通信工具箱是一個(gè)運(yùn)算函數(shù)和仿真模塊的集合體,包括了對(duì)通信系統(tǒng)進(jìn)行分析和仿真所需的信源編碼、糾錯(cuò)編碼、信道、調(diào)制解調(diào)以及其他所用的全部庫函數(shù)和模塊,它是以MATLAB和SIMULINK為工作平臺(tái)運(yùn)行的,用戶可以在MATLAB的工作空間中直接調(diào)用工具箱函數(shù),也可以利用SIMULINK的平臺(tái)構(gòu)造自己的仿真模塊,擴(kuò)充通信工具箱的內(nèi)容。MATLAB通信工具箱的設(shè)計(jì)界面如圖1所示整個(gè)設(shè)計(jì)界面包括了通信系統(tǒng)的各個(gè)部分,用戶可以根據(jù)需要進(jìn)行系統(tǒng)整體或任一部分的仿真研究,十分方便。二、現(xiàn)代通信的觀點(diǎn)數(shù)字通信系統(tǒng)具有抗干擾能力強(qiáng)、保密性好、易于集成、體積小等優(yōu)點(diǎn),受現(xiàn)代通信系統(tǒng)的青睞,也是通信原理教學(xué)的重點(diǎn)。典型數(shù)字通信系統(tǒng)模型如圖2所示:1.fsk信號(hào)仿真數(shù)字調(diào)制是用基帶信號(hào)控制載波的某些參數(shù)作離散變化,將數(shù)字基帶信號(hào)變換成適于信道傳輸?shù)臄?shù)字頻帶信號(hào)。數(shù)字調(diào)制共有三種基本形式,即振幅鍵控(ASK)、頻移鍵(FSK)、相移鍵控(PSK)。二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的狀態(tài)只有“1”和“0”兩種,由它們決定著變化狀態(tài)。下面以二進(jìn)制FSK為例介紹數(shù)字調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的仿真。(1)2FSK信號(hào)的形成與解調(diào)在二進(jìn)制移頻鍵控(2FSK)中載波頻率隨著調(diào)制信號(hào)“1”或“0”而變,“1”對(duì)應(yīng)于載波f1,“0”對(duì)應(yīng)于載波頻率f2。在一個(gè)FSK系統(tǒng)中,發(fā)端把基帶信號(hào)的變化規(guī)則轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的載波變化,而在收端則完成與發(fā)端相反的轉(zhuǎn)換。FSK信號(hào)在信道中傳輸?shù)氖莾蓚€(gè)載頻的切換。二進(jìn)制移頻鍵控的調(diào)制器可以采用模擬信號(hào)調(diào)頻電路來實(shí)現(xiàn),但更容易的方法是采用鍵控法,兩個(gè)獨(dú)立的載波發(fā)生器的輸出受控于輸入的二進(jìn)制信號(hào),按照“1”或“0”分別選擇一個(gè)載波作為輸出。解調(diào)有非相干解調(diào)和相干解調(diào)兩種。另一種常用而簡便的解調(diào)方法是過零檢測法,其基本原理是根據(jù)移頻鍵控的過零率的檢測已調(diào)信號(hào)中的頻率變化。輸入已調(diào)信號(hào)經(jīng)限幅、微分、整流后形成與頻率變化相應(yīng)的脈沖序列,由此形成一定寬度的矩形波,經(jīng)低通濾波器濾除高次諧波,抽樣判決后即可得到原始的調(diào)制。(2)2FSK的仿真模型2FSK的仿真模型如圖3所示基帶信號(hào)為幅度為2,周期為3秒,占空比為1:1的脈沖信號(hào)。其波形如圖4所示?！?”或“0”分別選擇頻率為20.877rad/sec和8.377rad/sec的正弦波作為載波輸出。解調(diào)采用相干解調(diào)。經(jīng)過該調(diào)制解調(diào)系統(tǒng),接收到的信號(hào)波形如圖5所示?？梢姷玫降姆抡娼Y(jié)果比較理想。2.dm的電路及仿真模型將語音模擬信號(hào)在數(shù)字通信系統(tǒng)里進(jìn)行傳輸,需通過抽樣、量化和編碼等手段將模擬語音信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)。這種數(shù)字信號(hào)經(jīng)傳輸后,在接收端進(jìn)行上述過程的逆變換就可恢復(fù)出原模擬信號(hào)。廣泛使用的編碼技術(shù)很多,本文以增量調(diào)制系統(tǒng)(DM)為例,介紹語音信號(hào)的數(shù)字化傳輸仿真系統(tǒng)。同時(shí)給出脈沖編碼調(diào)制系統(tǒng)的仿真模型。(1)增量調(diào)制DM的仿真(1)DM信號(hào)的形成與解調(diào)隨著中、大規(guī)模集成電路技術(shù)的進(jìn)步,各種通信專用集成電路迅速發(fā)展。DM編譯碼器、開關(guān)電容濾波器以及用戶接口電路的集成化,為全集成化DM數(shù)字電話終端設(shè)備提供了物質(zhì)條件。與通用的分立元件及小規(guī)模集成電路的編譯碼器相比,集成化系統(tǒng)在縮小體積、降低功耗方面有明顯效益,對(duì)減少量化噪聲、增大動(dòng)態(tài)范圍等指標(biāo)起了良好的作用。DM是用一位二進(jìn)制碼元進(jìn)行編碼,且這一位碼元不是用來表示信號(hào)抽樣值大小,而是用來表示抽樣時(shí)刻波形的變化趨勢,DM近似于輸入信號(hào)的高抽樣率階梯信號(hào),其差值信號(hào)被量化成+§、-§兩個(gè)電平,當(dāng)任意一個(gè)樣點(diǎn)上近似信號(hào)曲線下方,應(yīng)升高一個(gè)§值,反之,應(yīng)減少一個(gè)§值。DM系統(tǒng)包括增量調(diào)制器、信道、檢測器、積分器(譯碼器)和低通濾波器等。將模擬信號(hào)m(t)與本地譯碼器輸出的波形m'(t)比較,在抽樣脈沖作用下,將相減結(jié)果進(jìn)行極性判決。m(t)|t=ti前-m'(t)|t=ti前>0,則DM信號(hào)為1;m(t)|t=ti前-m(t)|t=ti前<0,則DM信號(hào)為0。其中,t=ti前為在階梯信號(hào)波形躍變點(diǎn)的前一瞬間(上升沿)。(2)DM的仿真模型DM仿真模型如圖6所示。音頻信號(hào)波形與接收端還原信號(hào)波形如圖7,圖8所示。(3)PCM的仿真模型PCM仿真模型如圖9所示,音頻信號(hào)及接收端還原信號(hào)如圖10,圖11所示。從仿真結(jié)果可見,DM系統(tǒng)要優(yōu)于PCM通信系統(tǒng)。三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析本文以實(shí)例闡述