通信仿真平臺設計學士學位論文(已修改)

　

【正文】 沈陽理工大學學士學位論文摘 要通信系統的設計、實驗過程中，通信信號仿真具有靈活性好、經濟等諸多優點，為通信系統研究工作帶來了極大的方便。本通信仿真平臺的任務是對調幅、雙邊帶、單邊帶、調頻、調相五種模擬通信信號的調制和解調進行建模和計算，以及對2ASK，2FSK，2PSK，2DPSK四種數字通信信號的調制和解調進行建模和計算。該仿真平臺實現了不同設計參數下各個信號的時域和頻域圖形的繪制，從而很好的為教學提供了幫助。通信仿真充分考慮了調制樣式和噪聲大小以及在調制過程中的各種參數對通信信號性能的影響，完成了對模擬以及數字信號建模計算，得到了時域波形和頻譜，能夠直觀的顯示各種參數對各種調制樣式的通信的影響。本文做了以下工作：以MATLAB為工具，主要應用MATLAB中的GUI（圖形用戶接口）程序設計，設計實現了一個通信平臺，能模擬九種調制信號的產生，傳輸以及解調接收，實現了在平臺上進行參數輸入和圖形輸出的交互功能。
關鍵詞：調制；解調；仿真；MATLAB；GUIAbstractIn the design and test of the munication system, municating signal simulation possesses many advantages, such as good flexibilities, economy . And it takes great convenience to the research of munication system. The target of the munication system flat is modeling and calculating to modulation and demodulation of five kinds of signals: AM,DSB,SSB,FM, task of the munication simulation platform for modeling and calculation of 2ASK, 2FSK, 2PSK, 2DPSK four digital munications signal modulation and demodulation. The simulation platform realized the drawing of time domain graphics and frequency domain graphics to the different design parameters of each signal .Communicating simulation considers the effects of modulation mode, noise level and modulating parameters to munication, modeling calculation, creation of the four time periods waveform and spectrum deeply and widely. It’s convenient to display intuitionisticly the effects of parameters to modulation modes. This paper made the following job: by using MATLAB, mainly using the tool of the MATLAB graphical user interface (GUI) program design, designed a munication platform, which can simulate the eight kinds of modulation signal’s generation, transmission and demodulation and realized the input of the parameters and the output of the graphics. Keywords: modulation。 demodulation 。 simulation。 MATLAB。 GUI 目 錄1 緒 論 12 模擬通信系統基礎理論 3 模擬通信系統概述 3 模擬通信系統中的線性調制 4 普通幅度調制（AM） 4 雙邊帶幅度調制（DSB） 8 單邊帶調制（SSB） 10 模擬通信系統中的非線性調制 13 頻率調制（FM） 13 相位調制（PM） 163 數字通信系統基礎理論 17 數字通信系統概述 17 數字通信系統調制解調原理 18 二進制幅度鍵控(2ASK) 18 二進制頻移鍵控(2FSK) 21 二進制相移鍵控(2PSK) 23 二進制差分相移鍵控(2DPSK) 264 模擬通信系統仿真平臺總體設計 28 模擬通信系統仿真平臺的功能 28 系統總體設計 28 總體設計參數 29 模擬通信系統仿真實現 30 信號調制解調程序流程圖 30 普通調幅（AM）信號仿真 31 雙邊帶調幅（DSB）信號仿真 33 單邊帶調幅（SSB）信號仿真 35 調頻（FM）信號仿真 37 調相（PM）信號仿真 39 仿真結果分析 415 數字通信系統仿真實現 42 仿真平臺功能 42 總體設計方案 42 總體設計參數 43 仿真實現 44 信號調制解調程序流程圖 44 二進制幅度鍵控(2ASK)信號仿真 44 二進制頻移鍵控(2FSK)信號仿真 46 二進制相移鍵控(2PSK)信號仿真 48 二進制差分相移鍵控(2DPSK)信號仿真 50 仿真結果及分析 51結 論 52致 謝 53參考文獻 54附錄A 英文原文 57附錄B 漢語翻譯 63附錄C 部分程序 67 AM程序 67 DSB調制函數 68 FM調制函數 69 “畫圖”按鈕的回調函數 70 2ASK程序 72 2FSK程序 76 2PSK程序 80III沈陽理工大學學士學位論文1 緒 論隨著技術的發展，現代無線通信系統功能日趨強大；性能指標越來越高；無線通信系統越來越復雜；其工作的過程描述又很抽象。與此相對應的是，研制費用不斷上升，對各部分及系統的研究變得更加困難。如果無線通信系統的研究全部用實際設備來實現，人力、物力、財力花費都是巨大的，而且研制周期也會增加，此外有的研究實際的設備也不一定能有效地實現。回顧數字通信的發展歷程，調制解調技術和個人通信的移動性以及無縫隙覆蓋多媒體綜合業務需求將愈來愈突出。頻譜延伸至毫米波、亞毫米波的電磁“無線光纖”乃至激光與粒子通信范疇的無線通信將有愈來愈廣闊的活動舞臺及光明的發展前景。市場是發展的驅動力。盡管我國的數字通信和互聯網發展十分迅速，但面對我國13億人口，我國在網絡規模和容量方面有很大的發展空間。同時競爭局面的形成，促使運營企業積極拓展新業務、新應用，向用戶提供豐富的選擇，以滿足用戶多方面、多層次的需求。因此，在數字通信和互聯網上的應用開發也有很大的發展潛力。我們要積極促進無線領域的科技進步、技術創新，為實現科教興國戰略，增強中華民族的綜合國力，為全球信息化及經濟全球化環境下的國際社會與全人類的發展而積極貢獻力量[1]。通信技術的發展日新月異，通信系統也日趨復雜，現代通信系統要求通信距離遠、通信容量大、傳輸質量好。作為其關鍵技術之一的調制解調技術一直是人們研究的一個重要方向。從最早的模擬調幅調頻技術的日臻完善，到現在數字調制技術的廣泛運用，使得信息的傳輸更為有效和可靠。二進制數字振幅鍵控是一種古老的調制方式，也是各種數字調制的基礎。通信系統的模擬仿真技術越來越受到重視。因此，在通信系統的設計研發環節中，在進行實際硬件系統試驗之前，軟件仿真已成為必不可少的一部分。因此，通信信號模擬仿真以其經濟、靈活和逼真等特點逐漸成為通信系統的設計、分析過程中不可或缺的手段。通信信號模擬仿真是系統模擬仿真技術與通信技術相結合的產物，它模擬的對象是各種通信信號的調制和解調以及通信的環境，模擬的結果蘊含通信系統的各種參數和環境噪聲對通信信號的影響。所以，通信信號模擬系統具有很高的實用價值和戰略意義[2]。隨著通信系統復雜性的增加，傳統的手工分析與電路板試驗等分析設計方法已經不能適應發展的需要，通信系統計算機模擬仿真技術日益顯示出其巨大的優越性。計算機仿真是根據被研究的真實系統的模型，利用計算機進行實驗研究的一種方法。它具有利用模型進行仿真的一系列優點，如費用低，易于進行真實系統難于實現的各種試驗，以及易于實現完全相同條件下的重復試驗等。另外，由于數字通信具有建網靈活，容易采用數字差錯控制技術和數字加密，便于集成化，并能夠進入綜合業務數字網，所以通信系統都有由模擬方式向數字方式過渡的趨勢。因此，對數字通信系統的分析與研究越來越重要，數字調制作為數字通信系統的重要部分之一，對它的研究也是有必要的。通過對調制系統的仿真，我們可以更加直觀的了解數字調制系統的性能及影響性能的因素，從而便于改進系統，獲得更佳的傳輸性能。數字調制技術的發展日新月異，如今在現實中應用的數字調制系統大部分是經過改進的，性能較好的系統，但是，作為理論發展最成熟的調制方式，ASK，FSK，PSK等的研究仍然具有很重大的意義，因此，我們選擇了這幾種調制方式做仿真研究。仿真這幾種理論已經很成熟的數字調制方式，一方面，可以更容易將仿真結果與成熟的理論進行比較，從而驗證仿真的合理性；另一方面，也可以以此為基礎將仿真系統進行改進擴展，使其成為仿真更多的數字調制方式的模板。仿真理論的日益成熟和計算機及數字技術的飛速進步，使通信信號的仿真可以做到交互性好，直觀，精確。MATLAB仿真軟件就是分析通信系統常用的工具之一。本題中仿真平臺可實現基本模擬信號和數字信號的產生和解調。普通調幅、雙邊帶、單邊帶、調頻、調相五種調制樣式的通信系統信號的產生和解調，產生該五種信號的信源、調制后、通過信道后(即加入了噪聲后)、解調后的信號的時域波形和頻譜。以及2ASK，2FSK，2PSK，2DPSK四種種調制樣式的通信系統信號的產生和解調，產生該五種信號的信源、調制后、通過信道后(即加入了噪聲后)、解調后的信號的時域波形和頻譜。2 模擬通信系統基礎理論 模擬通信系統概述通信按照傳統的理解就是信息的傳輸與交換。實際上，基本的點對點通信，均是把發送端的消息通過某種通道傳遞到接收端。因而。圖中，在發送端信息源（也稱發送端）的作用是把各種可能消息轉換成原始電信號。為了使這個原始信號適合在信道中傳輸，由發送設備對原始信號完成某種變換，然后再送入信道。信道是指信號傳輸的通道。在接收端，接收設備的功能與發送設備的相反，它能從接收信號中恢復出相應的原始信號，而受信者（也稱信息宿或收終端）是將復原的原始信號轉換成相應的消息。圖中的噪聲源是信道中的噪聲及分散在通信系統其他各處的噪聲的集中表示。（接收端） 通信系統模型上述模型概括地反映了通信系統地共性。通信傳輸的消息是多種多樣的，可以是符號、文字、話音、數據、圖象等等。各種不同的消息可以分成兩類：一類稱作離散消息；另一類稱作連續消息。離散消息是指消息的狀態是可數的或離散型的。離散消息也稱為數字消息。而連續消息則是某狀態連續變化的消息。連續消息也稱為模擬消息。為了傳遞消息，各種消息轉換成電信號。，消息與電信號之間必須建立單一的對應關系，否則在接收端就無法復制出原來的消息。通常，消息被載荷在電信號的某一參量上，如果電信號的該參量攜帶著離散消息，則該參量必將是離散取值的。這樣的信號就稱為數字信號。如果電信號的參量連續取值，則稱這樣的信號為模擬信號。模擬通信系統需要兩種變換。首先，發送端的連續消息要變換成原始電信號，接收端收到的信號要反變換成原連續消息。這里所說的原始電信號，由于它通常具有頻率很低的頻譜分量，一般不宜直接傳輸。因此，模擬通信系統里常需要有第二種變換：將原始電信號變換成其頻帶適合信道傳輸的信號，并在接收端進行反變換。這種變換和反變換通常稱為調制和解調。經過調制后的信號稱為已調信號，它應有兩個基本特征：一是攜帶有消息，二是適應在信道中傳輸。通常，我們將發送端調制前和接收端解調后的信號稱為基帶信號。因此，原始電信號又稱為基帶信號，而已調信號則常稱為頻帶信號。消息從發送端傳遞到接收端并非僅經過以上兩種變換，系統里可能還有濾波、放大、變頻、輻射等等過程。但是主要還是上述兩種變換和反變換，其余過程被認為都是足夠理想的。于是。[3][4]。（接收端） 模擬通信系統模型 模擬通信系統中的線性調制線性調制是通過改變載波的幅度來實現基帶調制信號的頻譜搬移，它所形成的信號頻譜保持原來基帶信號頻譜的結構。也就是說，已調信號頻譜與基帶信號頻譜之間存在著線性變換關系。本文介紹模擬通信系統線性調制中的普通幅度調制、雙邊帶調幅、單邊帶調幅三種調制方法。 普通幅度調制（AM）調幅信號的產生，假設單頻調制信號為，其疊加直流后與載波相乘，就可形成調幅(AM)信號。其時域和頻域表示式分別為 () ()式中，A0為外加的直流分量；可以是均值為零的確知信號，也可以是隨機信號（此時，已調信號的頻域表示必須用功率譜描述），但通常認為其平均值=0。 AM調制器模型當滿足條件時，AM信號的包絡與調制信號成正比，所以用包絡檢波的方法很容易恢復出原始的調制信號，否則，將會出現過調幅現象而產生包絡失真。振幅調制信號一個重要的參數