基于simulink的通信系统仿真本科毕设论文

摘要

随着科学技术的发展，计算机仿真技术呈现出越来越强大的活力，它大大节省了人力、物力和时间成本，在当今教学、科研、生产等各个领域发挥着巨大的作用。使用MATLAB和SIMULINK作为辅助教学软件，一方面可以摆脱繁杂的大规模计算；另一方面还可以使学生有机会自己动手构建模型，所花费的代价要远小于实际建模。Simulink是Mathworks公司推出的基于Matlab平台的著名仿真环境Simulink作为一种专业和功能强大且操作简单的仿真工具，目前已被越来越多的工程技术人员所青睐，它搭建积木式的建模仿真方式既简单又直观，而且已经在各个领域得到了广泛的应用。

本文主要探究数字频带通信系统的各种传输方式的优良特性，分别为ASK、FSK、PSK、QPSK几种基本但是非常重要的方式，并通过使用MATLAB中SIMULINK功能对各种方式进行仿真，展示数字通信系统的工作过程，最后通过数字信号的分析可以得出各种数字通信方式的误码率，并且分析得出QPSK为最佳的传输方式。主要由于QPSK信号的相位是四个正交的点，这样相对别的方式拥有最好的欧氏距离，也就是说抗干扰能力最强，而且QPSK信号产生非常简单，所以QPSK在日常数字传输中得到广泛应用。

关键字:数字通信系统,Matlab,ASK,FSK,PSK,仿真.

Abstract

With the development of science and technology, computer simulation technology becomes more and more powerful vitality, it saves the manpower, material resources and time , it plays an important role in the teaching, scientific research, production and other fields. MATLAB with its powerful function in simulation software in many science and engineering talent showing itself, it becomes the most popular international computing software tools. MATLAB not only has strong function and easy operation, the user can concentrates on the research questions, and it doesn't need to spend too much time on programming. MATLAB and SIMULINK are used as the auxiliary teaching software, one can get rid of the large-scale complicated computation; on the other hand, also can make the students have the opportunity to do-it-yourself model construction, the cost to be far less than the actual modeling. Simulink is Mathworks's famous Simulink simulation environment based on Matlab platform as a professional and functional simulation tool with powerful and simple operation, it has been favored by more and more engineering and technical personnel, it builds the modeling method building is simple and intuitive, and has been in various fields has been widely applied.

The excellent properties of various transmission methods this paper mainly research on digital band communication system, respectively ASK, FSK, PSK, QPSK several basic but very important, and by using the SIMULINK function in MATLAB of various simulation, to show the reader the work process of digital communication system, finally, through the analysis of digital signal can be obtained. Rate of various digital communication mode, and analysis of the transmission mode of QPSK the best. Mainly due to the phase of the QPSK signal is four orthogonal, so relative to other ways to have the best Euclidean distance, that is to say the anti-interference ability is the strongest, and the QPSK signal generation is very simple, so

QPSK has been widely used in the daily digital transmission.

Key words: digital communication system, Matlab, ASK, FSK, PSK, simulation.

毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明

原创性声明

本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。

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作者签名：日期：年月日

导师签名：日期：年月日

教研室（或答辩小组）及教学系意见

目录

1 前言 (1)

1.1 选题的意义和目的 (1)

1.2 国内外研究现状 (2)

1.3 通信系统及其仿真技术 (4)

1.4 毕设的主要内容 (5)

2 Simulink与通信系统仿真 (6)

2.1 通信系统仿真的研究方法和技术路线 (6)

2.1.1 通信系统仿真的研究方法 (6)

2.1.2 通信系统仿真的技术路线 (6)

3 现代通信系统原理 (7)

3.1 通信系统的一般模型 (7)

3.2 数字通信系统模型 (7)

3.3 各种数字调制方式比较 (8)

4 数字通信系统的仿真原理及框图 (10)

4.1 ASK信号的调制和解调原理及频谱分析 (11)

4.1.1 ASK信号调制解调原理 (11)

4.1.2 ASK信号的功率谱密度 (13)

4.2 FSK信号调制解调原理及功率谱和抗噪声性能 (15)

4.2.1 FSK基本原理 (15)

4.2.2 FSK信号调制基本原理 (16)

4.2.3 FSK信号的功率谱密度 (17)

4.2.4 FSK的解调原理和抗噪声性能 (19)

4.2.5 仿真思路 (21)

4.3 PSK信号的调制解调原理及功率谱 (22)

4.3.1 PSK信号的调制解调原理 (23)

4.3.2 PSK信号的功率谱密度 (24)

4.4 QPSK调制解调原理 (24)

4.4.1 QPSK 调制原理 (26)

4.4.2 QPSK解调原理 (27)

5 数字通信系统仿真结果及分析 (29)

5.1 ASK数字通信系统 (29)

5.1.1 ASK数字通信系统框图及参数设置 (29)

5.1.2 ASK仿真结果波形 (30)

5.1.3 总结 (30)

5.2 FSK数字通信系统 (31)

5.2.1 FSK数字通信系统仿真波形 (31)

5.2.2 总结 (35)

5.3 PSK数字通信系统 (36)

5.3.1 PSK通信系统模拟框图及参数设置 (36)

5.3.2 结果波形 (37)

5.4 QPSK数字通信系统 (37)

5.4.1 QPSK数字通信系统框图及参数 (38)

5.4.2 QPSK模拟程序 (40)

5.4.3 模拟结果 (41)

5.4.4 总结 (41)

5.5 QPSK系统与4-FSK系统性能比较 (41)

5.5.1 程序 (41)

5.5.2 结果波形 (43)

5.5.3 总结 (44)

6 总结 (45)

致谢............................................. 错误！未定义书签。参考文献 (46)

基于simulink的数字通信仿真平台设计

1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,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[1]。

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、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。

随着MATLAB/Simulink通信、信号处理专业函数库和专业工具箱的成熟，它们逐渐为广大通信技术领域的专家学者和工程师所熟悉，在通信理论研究、算法设计、系统设计、建模仿真和性能分析验证等方面的应用也更加广泛。Simulink可视化仿真工具能够以非常直观的方框图方式形象地对通信系统进行建模，并以“实时”和动画的方式来将模型仿真结果（如波形、频谱、数据曲线等）显示出来，更便于对通信系统的物理概念和运行过程的直观理解，所以近年来在通信工程专业中得到广大师生的重视和广泛应用，在理论教学、课程实践环节以及理论和技术前沿的研究中发挥了重要作用。

从理论和实践上对通信系统进行深入细致的研究是非常必要的，本文对通信系统的一些重要环节，由于目前数字频带传输占数字传输的很大比重，所以特别对数字调制和解调进行了细致和全面的研究和讲解。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自编程序，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。着重关注仿真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。目前数字调制系统得到广泛应用，所以对数字通信系统仿真非常重要，利用MATLAB对数字调制系统进行仿真，并结合MATALB模块和Simulink工具箱的实现，并对仿真结果进行分析，从而更深入地掌握数字调制系统的相关知识[2]。

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。

数字技术的飞速发展与数字器件的广泛使用，数字信号处理在通信系统中的应用已经越来越重要。数字信号传输系统分为基带传输系统和频带传输系统，频带传输系