通信系统仿真 - 第四章

第一章信号通过系统的仿真1.若x(t)=（1/（2л）1/2）e-t2/2，t∈[a,b],将x(t)进行周期拓展，信号周期为T(可任意设置)，计算和描绘出期信号x(t)的幅度和相位频谱。

实验结果：(以下所示为a=-6,b=6,n=24,tol=的图形)(1)已知信号幅度谱(2)已知信号相位谱2.信号定义为x(t)= cos(2л*47t)+cos(2л*219t), 0≤t≤100, 其它假设信号以1000抽样/秒进行抽样。

用MATLAB设计一个低通Butterworth滤波器。

确定并绘出输出的功率谱和输入功率谱比较（滤波器的阶数及截频可自行确定）。

实验结果：(以下为阶数=4，截频=100Hz的图形)(1)输入信号功率谱密度(2)输出信号功率谱密度第二章随机过程仿真1．从下式的递归关系中产生一个高斯马尔可夫过程的1000个（等间距）样本的序列Xn=+ωn n=1,2,…1000，式中X0=0，ωn是一个零均值，方差为1，独立的随机变量序列。

绘出序列{ Xn，1≤n≤1000}与时序n的关系及相关函数N-mRx(m)=1/(N-m)ΣXn Xn+m m=0,1,…50 式中N=1000.n-1实验结果：(1)高斯——马尔可夫过程(2)高斯马尔可夫过程的自相关函数2.假设一个具有抽样序列{X(n)}的白噪声过程通过一个脉冲响应如下所示的线性滤波器nh(n)= ，n≥00， n<0求输出过程{Y(n)}的功率谱和自相关函数Ry(τ)。

实验结果：(1)输出的功率谱(2)输出的自相关第三章模拟调制仿真1．用MATLAB软件仿真AM调制。

被调信号为1, (t0/3)>t>0;m(t)=-2, (t0/3)≤t≤(2*t0/3);0, 其它;利用AM 调制方式调制载波。

假设t0=,fc=250hz；调制系数a=。

实验结果：1)调制信号、载波、已调信号的时域波形2)已调信号的频域波形2.被调信号为1, t0/3>t>0;m(t)=-2, t0/3<= t<2*t0/3;0, 其它;采用频率调制方案。

目录第一章SystemView简介............................................................................... - 1 -1.1 功能简介及特点....................................................................... - 1 -1.2 安装SystemView ...................................................................... - 3 -1.3 SystemView的环境要求........................................................... - 5 - 第二章SystemView用户环境及仿真条件................................................... - 6 -2.1 设计窗口简介........................................................................... - 6 -2.2 系统设置................................................................................. - 10 -2.3 分析窗口简介......................................................................... - 13 - 第三章图符库.............................................................................................. - 23 -3.1 信号源库................................................................................. - 23 -3.2 算子库..................................................................................... - 25 -3.3 函数库..................................................................................... - 27 -3.4 接收器库................................................................................. - 29 - 第四章通信系统的SystemView仿真设计................................................ - 32 -4.1 题目一：SystemView仿真设计入门.................................... - 32 -4.2 题目二：模拟信号的线性调制（AM）............................... - 37 -4.3 题目三：模拟信号的线性调制（DSB、SSB） .................. - 39 -4.4 题目四：低通型采样定理..................................................... - 41 -4.5 题目五：数字基带系统......................................................... - 43 -4.6 题目六：数字频带系统（2ASK）....................................... - 45 -4.7 题目七：数字频带系统（2FSK）........................................ - 47 -4.8 题目八：数字频带系统（2PSK）........................................ - 49 -4.9 题目九：数字频带系统（2DPSK）..................................... - 51 -4.10 题目十：超外差收音机....................................................... - 52 -第一章SystemView简介1.1 功能简介及特点Elanix公司的SystemView是一个完整的动态系统设计、仿真和分析的可视化环境，是一个适合多种操作系统的单机和网络平台。

第4章通信仿真常用模块简介SCICOM是一个基于SCICOS的通信仿真工具箱。

针对不同通信仿真系统模型的需求，整个工具可分为信号源模块库(Scicom_sources)、信源编码模块库(Scicom_SourceEncode)、信道编码模块库(Scicom_ChannelCoding)、滤波器模块库(Scicom_Filter)、模拟调制与解调模块库(Scicom_Modulation&DemodulationAnalog)、数字调制与解调模块库(Scicom_Modulation&DemodulationDigital)、信号处理模块库(Scicom_signalprocess)、信号接收模块库(Scicom_sinks)，其他模块库(Scicom_others)。

4.1信号源模块库SCICOM的信号源模块，是用户仿真时用来产生基本输入信号的一类模块集合，是每个系统中都必不可少的组成部分。

图2-1 信号源模块库(Scicom_sources)表2-3 信号源模块正弦波发生器二进制随机数产生器重点模块示例与解析：(1)触发时钟模块的使用。

按照图2-17连接系统。

图2-17 触发时钟测试系统其中的显示模块来自SCICOS模块库”Sinks”中的自带模块，专门观测输入的触发信号。

触发时钟模块参数设置如图2-18。

图2-18 触发时钟模块参数设置触发信号的周期为1，起始时刻为0.1。

运行结果如图2-19。

图2-19 触发时钟测试系统运行结果由图可见，触发时钟输出信号的起始时刻为0.1，周期为1，幅度为0.8。

但往往在使用的时候我们并不关心信号幅度。

(2)二进制随机数产生器的使用。

图2-17 二进制随机序列的生成其中二进制随机数产生器触发时钟的周期设置为1，单路示波器触发时钟的周期设置为0.01观察到的波形为：图2-18 二进制随机码生成器输出结果注意：示波器触发时钟周期的设置会影响到示波器上显示的波形。

毕业论文基于MATLAB的扩频通信系统仿真毕业设计（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。

作者签名：日期：指导教师签名：日期：使用授权说明本人完全了解大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。

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通信系统级仿真流程
一、确定仿真目标
1.确定系统级仿真的目标
（1）确定仿真的具体问题或需求
（2）明确仿真的范围和目的
二、收集系统参数
1.收集通信系统的参数
（1）收集系统组成部分的参数
（2）获取通信信道的特性参数
三、建立仿真模型
1.选择仿真工具
（1）选择合适的仿真软件或工具
（2）确保工具能够支持系统级仿真需求2.建立系统模型
（1）构建系统各组成部分的模型
（2）建立信道模型和传输模型
四、运行仿真
1.设定仿真参数
（1）设定仿真的时间范围和步长（2）确定仿真条件和初始状态2.运行仿真模型
（1）启动仿真软件进行仿真（2）监控仿真过程中的输出结果
五、仿真结果分析
1.分析仿真数据
（1）对仿真结果进行数据分析（2）检查系统性能和指标
2.优化系统设计
（1）根据仿真结果优化系统设计（2）提出改进建议和调整方案。

光纤通信系统的建模与仿真第一章：光纤通信系统的基本原理光纤通信是一种高速传输数据的方式，其基本原理是利用光的全内反射特性在光纤中传输信息。

光纤通信系统由三部分组成：光源、光纤和接收器。

光源是发出光信号的设备，光纤则是把光信号传输到接收器的载体，接收器则把光信号转换为电信号，经过一定处理后输出信息。

在光纤传输过程中，光信号不断衰减，同时还会受到色散、非线性等影响，因此需要建立相应的光纤传输模型进行仿真分析。

第二章：光纤通信系统建模光纤通信系统建模的核心是光纤传输模型，其目的是描述光信号在光纤中的传输过程。

光纤传输模型有两种常见的描述方式：一种是时域描述方法，也就是在时间域内研究光信号的传输规律；另一种是频域描述方法，也就是在频域内研究光信号的传输规律。

时域描述模型主要包括传输矩阵法和传输线法等。

传输矩阵法通过矩阵运算来描述光纤中光信号的传输过程，求得出射光强度与入射光强度的比值，从而得到光信号的传输特性。

传输线法则是通过建立微小元件的等效模型来描述光信号的传输规律。

频域描述模型则主要包括功率谱密度法和传递函数法等，其基本思路是将复杂的光信号分解为一系列频率分量，在频域内研究光信号的传输规律。

第三章：光纤通信系统仿真光纤通信系统的仿真工作是在光纤传输模型的基础上进行的。

光纤传输模型可以借助各种数学工具进行仿真，如MATLAB、OptiSystem等仿真软件。

MATLAB是一种功能强大的数值计算软件，可以用于各种数学建模分析问题，包括光纤传输模型的仿真。

利用MATLAB进行光纤传输模型的仿真，可以结合其MATHEMATICA工具箱来进行高级数学运算，以及各种数值模拟方法进行算法实现。

OptiSystem是一种专业的光学系统仿真软件，可以有效地模拟光学元件的特性，包括光源、光纤、接收器等，同时还支持频域和时域的仿真模式。

第四章：光纤通信系统仿真案例光纤通信系统的仿真可以应用于各种实际场景，以下是一些典型的仿真案例。

课题一：二进制基带通信系统的蒙特卡罗仿真设计任务：运用MA TLAB 语言，对采用匹配滤波器的二进制通信系统的误码性能进行仿真。

先利用一个均匀分布的随机信源产生大量的随机信号（5000个），然后根据基带波形映射成相应的基带波形。

信号通过AWGN 信道，信号将受到高斯分布白噪声的影响，这个高斯噪声可以通过一个高斯随机数发生器模拟。

在接收端，将通过AWGN 信道后的信号通过一个最佳接收机（匹配滤波器）进行接收判决，就得到接收到的信号。

最后，将这个信号与原始信号相比较，就可以得到误码率。

分别作出二进制通信系统仿真得到的误码率曲线和理论上的误码率曲线。

课题二：2FSK 通信系统的蒙特卡罗仿真设计任务：完成2FSK 通信系统的仿真，运用MA TLAB 语言，仿真它的误码性能，并与理论误码曲线相比较。

b 12T /1f f +=，检测器为平方律检测器，信道相移为0。

信道中的加性噪声可认为是统计独立，均值为0的高斯分量。

分别作出2FSK 通信系统仿真得到的误码率曲线和理论上的误码率曲线。

课题三：PSK 系统的信号仿真设计任务：完成M=8的PSK 通信系统的仿真，运用MA TLAB 语言，仿真其信号。

对于M=8，产生恒定包络的PSK 信号波形。

信号幅度归一化，T /6f c =。

课题四：4PSK 系统的蒙特卡罗仿真设计任务：完成M=4的PSK 通信系统的仿真，运用MA TLAB 语言，仿真它的误码性能，并与理论误码曲线相比较。

设消息序列的采样速率为1Hz ，已调信号的采样速率为3Hz ，可利用y=dmodce(x,Fd,Fs,’psk’,M)和z=ddemodce(y ,Fd,Fs,’psk’,M)函数对PSK 信号进行调制和解调。

信道中的加性噪声可认为是统计独立，均值为0的高斯分量。

分别作出4PSK 通信系统仿真得到的误码率曲线和理论上的误码率曲线。

课题五：M=16的PSK 系统的蒙特卡罗仿真设计任务：完成M=16的PSK 通信系统的仿真，运用MA TLAB 语言，仿真它的误码性能，并与理论误码曲线相比较。

湖南科技大学毕业设计（论文）题目基于Simulink的通信系统设计与仿真作者谭思维学院信息与电气工程学院专业通信工程学号0604040215指导教师席在芳二〇一〇年六月二日湖南科技大学毕业设计（论文）任务书信息与电气工程学院通信工程系（教研室）系（教研室）主任: （签名）年月日学生姓名: 谭思维学号: 0604040215 专业: 通信工程1 设计（论文）题目及专题：基于Simulink的通信系统设计与仿真2 学生设计（论文）时间：自2010 年3 月 1 日开始至2010 年 6 月 2 日止3 设计（论文）所用资源和参考资料：(1)通信原理教程樊昌信电子工业出版社2008(2)Simulink通信仿真教程李贺冰国防工业出版社2006(3)Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析邵玉斌清华大学出版社2008(4)现代通信系统分析与仿真-MATLAB通信工具箱李建新西安电子科技大学出版社20004 设计（论文）应完成的主要内容：(1)Simulink的基本知识(2)MATLAB通信工具箱的构成及功能(3)现代通信系统(4)运用Simulink模块设计通信系统并仿真比较(5)结论5 提交设计（论文）形式（设计说明与图纸或论文等）及要求：(1)毕业设计以论文形式提交(2)一律用word排版(3)严格按照湖南科技大学的本科设计（论文）的格式要求(4)图纸符合工程制图规范6 发题时间：2010 年 3 月 1 日指导教师：（签名）学生：（签名）湖南科技大学毕业设计（论文）指导人评语指导人：（签名）年月日指导人评定成绩：湖南科技大学毕业设计（论文）评阅人评语评阅人：（签名）年月日评阅人评定成绩：湖南科技大学毕业设计（论文）答辩记录日期：学生：学号：班级：题目：提交毕业设计（论文）答辩委员会下列材料：1 设计（论文）说明书共页2 设计（论文）图纸共页3 指导人、评阅人评语共页毕业设计（论文）答辩委员会评语：答辩委员会主任：（签名）委员：（签名）（签名）（签名）（签名）答辩成绩：总评成绩：摘要本文首先介绍了通信系统仿真的基本内容，包括通信系统仿真的一般步骤，MATLAB中的可视化仿真工具Simulink的相关概念。

目录第一章绪论 (1)1.1 扩频通信系统简介 (1)1.2 扩频通信发展综述 (1)1.2.1 扩频技术的历史 (1)1.2.2 扩频技术的现状 (2)1.2.3 扩频技术的未来展望 (2)1.3 课题研究意义和研究内容 (2)第二章扩频通信系统 (3)2.1 扩频通信技术基本原理 (3)2.2 目前常用的扩频通信系统 (3)2.2.1 直接序列扩频系统原理 (3)2.2.2 跳频扩频系统原理 (5)2.2.3 直扩/跳频扩频系统原理 (6)第三章扩频通信系统的仿真实现 (8)3.1 MATLAB软件的相关知识 (8)3.1.1 MATLAB简介 (8)3.1.2 Simulink简介 (9)3.2 扩频通信系统的仿真模型 (9)3.2.1 基于Simulink的直接序列扩频通信系统的仿真 (9)3.2.2 基于Simulink的跳频扩频通信系统的仿真 (10)3.3 扩频通信系统的仿真结果及分析 (11)3.3.1 直接序列扩频系统 (11)3.3.2 跳频扩频系统 (15)第四章扩频通信系统的特点和用途 (18)4.1 直扩系统的特点和用途 (18)4.2 跳频系统的特点和用途 (19)4.3 混合扩频系统的特点和用途 (19)结论 (20)主要参考文献 (21)致谢 (22)第一章绪论1.1扩频通信系统简介扩频通信系统具备3 个主要特征：①载波是一种不可预测的，或称之为伪随机的宽带信号；②载波的带宽比调制数据的带宽要宽得多；③接收过程是通过将本地产生的宽带载波信号的复制信号与接收到的宽带信号相关来实现的。

频谱扩展的方式主要有以下几种:直序扩频(DS-SS)使用高速伪随机码对要传输的低速数据进行扩频调制；跳频系统则利用伪随机码控制载波频率在一个更宽的频带内变化；跳时则是数据的传输时隙是伪随机的；线性调频系统中的频率扩展则是一个线性变化的过程。

几种方式组合的混合系统也经常得到应用衡量扩频系统最重要的一个指标就是扩频增益，又称为处理增益。

[实验四] 数字基带传输系统
一、实验目的
1、掌握数字基带信号传输的无失真条件。

2、掌握奈奎斯特第一准则。

3、掌握通过眼图分析法来衡量基带传输系统性能的方法。

二、实验内容
1、学习掌握数字基带信号传输的无失真条件。

2、通过仿真验证奈奎斯特第一准则。

3、通过仿真观测系统眼图。

三、实验结果分析
实验内容1：验证奈奎斯特第一准则仿真原理图：
图4-1验证奈奎斯特第一准则仿真原理图结果如下：
图4-2 输入信号的波形
图4-3 输出信号的波形
图4-4 输入信号与输出信号的波形叠加
图4-5 经过升余弦滤波器整形后的信号波形
图4-6 经过升余弦滤波器整形后的信号与原信号的叠加波形
结果分析：由输入信号与输出信号的波形叠加可观察到收发波形基本一致，加入一定幅度的噪声仍然能正常传输，奈奎斯特第一准则得到验证。

改变噪声幅度，错误波形可能增多。

实验内容2：用于观察眼图的基带传输系统仿真原理图：
结果如下：
图4-8 二元码眼图（噪声幅度为0.1V）
图4-9 二元码眼图（噪声幅度为1V）
图4-10 三元码眼图
图4-11 四元码眼图
结果分析：增大噪声幅度，眼图的“眼睛”张开的幅度变小，二进制信号传输时的眼图只有
一只“眼睛”，当传输三元码时，会显示两只“眼睛”，传输四元码时，会显示三只“眼睛”。