数字通信系统的建模仿真

数字频带通信系统仿真数字频带通信系统仿真数字频带通信系统是一种利用数字信号传输信息的通信系统。

它主要通过将模拟信号转换为数字信号来实现传输。

数字频带通信系统仿真就是对数字频带通信系统进行模拟网络测试和评估的过程。

数字频带通信系统仿真的目的是验证数字频带通信系统的性能，发现并改正系统的缺陷，为系统升级提供数据支持。

数字频带通信系统仿真能够消除数字频带通信系统在实际网络中的误差和噪音，提高数字频带通信系统的精度和可靠性。

同时也能够对数字频带通信系统中的各种参数进行测试和分析，找出系统中的瓶颈，优化系统的效率。

数字频带通信系统仿真通常包括以下步骤：首先，需要确定仿真系统的目标。

通过确定系统的目标，可以确保仿真系统的设计和实施为用户提供有意义的结果。

目标通常包括测试和评估数字频带通信系统的各种参数，如可靠性、响应时间、吞吐量、延迟等。

其次，需要设计仿真系统。

这涉及到仿真系统的整体结构和各个模块的设计。

仿真系统的结构应该清晰明了，每个模块必须与其他模块互相协调，每个部分的交互必须能够实现模拟真实系统的操作。

然后，需要确定仿真的输入和输出。

仿真的输入可以是真实网络数据或人工输入数据，仿真的输出需要包括仿真测试结果、统计数据、网络流量图表等。

接下来，需要实现仿真系统。

此步骤包括开发软件工具和编写仿真脚本。

此外，还需要进行仿真系统的数据生成、分析和处理，以便为仿真结果提供有价值的数据。

最后，需要执行仿真系统并分析结果。

执行仿真系统需要权衡时间、物力和财务方面的成本。

通过分析仿真结果，可以识别系统的性能瓶颈、检测系统的问题并进行优化、评估系统的可靠性和准确性。

分析不断演变的仿真数据可以帮助发现随时间而变化的趋势和瓶颈。

最后，还可以将仿真数据与实际网络数据进行比较。

总之，数字频带通信系统仿真对于评估系统的各种参数、检测系统的问题以及优化系统的性能和可靠性至关重要。

其有效性和准确性可以从多个方面确保网络的高品质和高可靠性运行。

一、物理层仿真实验1、实验目的：初步掌握数字通信系统的仿真方法。

完成一个通信系统的搭建，并仿真得到相应的BER-Eb/No性能曲线，完成系统性能的分析。

2、实验原理通信系统仿真就是要通过计算机产生各种随机信号，并对这些信号做相应的处理以获得期望的结果，但是要求计算机产生完全随机的数据时不可能的，只能算是伪随机数。

从预测的角度看，周期数据是完全可以预测的，但当周期趋于无穷大时，可以认为该数据具有伪随机特性。

产生伪随机数的算法通常有：Wishmann-Hill算法产生均匀分布随机变量该算法是通过将3个周期相近的随机数发生器产生的数据序列进行相加，进而得到更大周期的数据序列。

定义三个随机数发生器：Xi+1=(171xi)mod(30269)Yi+1=(170yi)mod(30307)Zi+1=(172zi)mod(30323)以上三式中均需要设定一初始值（x0,y0,z0），这三个初始值一般称为种子。

产生的三个序列的周期分别是：30269、30307、30323。

将这三个序列组合相加即可得到一个周期更大的均匀分布随机序列：Ui=（Xi/30269+Yi/30307+Zi/30323）mod(1)逆变换法产生Rayleigh分布随机变量逆变换法的基本思想是：将一个不相关均匀分布的随机序列U映射到一个具有概率分布函数Fx(x)的不相关序列随机序列X，条件是要产生的随机变量的分布函数具有闭合表达式。

R=sqrt(-2σ2 ln(u))根据上式即可将均匀分布的随机变量映射为Rayleigh分布的随机变量。

根据Rayleigh分布随机变量产生Gussian分布随机变量通信系统中的噪声通常建模为白高斯噪声，其含义是功率谱是白的，信号分布是满足高斯的。

基于Rayleigh随机变量，可以方便的产生Gussian分布的随机变量。

关系如下：X=R*COS(2πu1)Y=R*SIN(2πu2)其中U1和U2分别是两个均匀分布的随机变量，产生的X和Y均为高斯随机变量。

实验一模拟信源数字化的建模与仿真一．实验目的：1、掌握MATLAB语言的基本命令、基本运算、函数等基本知识；2、掌握MATLAB语言的程序设计流程和方法；3、掌握模拟信源数字化的建模与仿真方法。

二．实验内容及步骤：1、编写MATLAB函数文件仿真实现模拟信号的抽样过程；1）单频正弦波模拟信号的抽样实现。

要求输入信号的幅度A、频率F和相位P可变；要求仿真时间从0到2/F，抽样频率分别为Fs=F、Fs=2F、Fs=20F；要求给出相应抽样信号samp11、samp12、samp13的波形图。

2）多频正弦波合成模拟信号的抽样实现。

要求输入信号为幅度A1、频率F1、相位P1的正弦波和幅度A2、频率F2、相位P2的正弦波的叠加；要求仿真时间从0到2/min（F1，F2），抽样频率为Fs=max(F1,F2)、Fs=2*max(F1,F2)、Fs=20*max(F1,F2)；要求给出相应抽样信号samp21、samp22、samp23的波形图。

2、编写MATLAB程序仿真实现模拟信号的量化过程；1）单频正弦波模拟信号均匀量化的实现。

要求对抽样信号sampl3归一化后再进行均匀量化；要求量化电平数D可变；要求输出信号为平顶正弦波；要求给出量化序号indx1，给出量化输出信号quant1的波形图，并与抽样信号samp13画在同一图形窗口中进行波形比较。

2）改变量化电平数，分析它和量化误差的关系，并给出仿真图；3）多频正弦波合成模拟信号均匀量化的实现。

要求对抽样信号samp23归一化后再进行均匀量化；要求量化电平数D可变；要求输出信号为平顶正弦波；要求给出量化序号indx2，给出量化输出信号quant2的波形图，并与抽样信号samp23画在同一图形窗口中进行波形比较。

4）要求对抽样信号sampl3归一化后再分别进行满足A律和u律压缩的非均匀量化；要求压缩参数a、u可变；要求量化电平数D可变；要求输出信号为平顶正弦波；要求给出量化输出信号quant11和quant12的波形图，并与抽样信号samp13画在同一图形窗口中进行波形比较。

使用MATLAB进行通信系统设计和仿真引言：通信系统在现代社会中扮演着至关重要的角色，使人们能够传递信息和数据。

为了确保通信系统的可靠性和效率，使用计算工具进行系统设计和仿真是至关重要的。

在本篇文章中，我们将讨论使用MATLAB这一强大的工具来进行通信系统的设计和仿真。

一、通信系统的基本原理通信系统由多个组件组成，包括发射机、传输媒介和接收机。

发射机负责将输入信号转换为适合传输的信号，并将其发送到传输媒介上。

传输媒介将信号传输到接收机，接收机负责还原信号以供使用。

二、MATLAB在设计通信系统中的应用1. 信号生成与调制使用MATLAB，可以轻松生成各种信号，包括正弦波、方波、脉冲信号等。

此外，还可以进行调制，例如将低频信号调制到高频载波上，以实现更高的传输效率。

2. 信号传输与路径损耗建模MATLAB提供了各种工具和函数，可以模拟信号在传输媒介上的传播过程。

通过加入路径损耗模型和噪声模型，可以更准确地模拟实际通信环境中的传输过程。

这些模拟结果可以帮助我们评估和优化通信系统的性能。

3. 调制解调与信道编码MATLAB提供了用于调制解调和信道编码的函数和工具箱。

通过选择适当的调制方式和编码方案，可以提高信号传输的可靠性和容错能力。

通过使用MATLAB进行仿真，我们可以评估不同方案的性能，从而选择出最优的设计。

4. 多天线技术与信道建模多天线技术可显著提高通信系统的容量和性能。

MATLAB提供了用于多天线系统仿真的工具箱，其中包括多天线信道建模、空分复用和波束成形等功能。

这些工具可以帮助我们评估多天线系统在不同场景下的性能，并优化系统设计。

5. 频谱分析与功率谱密度估计频谱分析是评估通信系统性能的重要方法之一。

MATLAB提供了各种频谱分析函数和工具，可以对信号进行频谱分析，并计算功率谱密度估计。

这些结果可以帮助我们了解系统的频率分布特性，并进行性能优化。

6. 误码率分析与性能评估对于数字通信系统而言，误码率是一个重要的性能指标。

详解MATLAB/Simulink通信系统建模与仿真教学设计MATLAB/Simulink是一款广泛应用于各个领域的数学工具，其中Simulink可用于建立系统级仿真模型，以便进行电子、机械、流体和控制系统等领域内的实验分析和设计。

在通信领域中，Simulink非常适合建立通信系统的仿真模型，并用于进行传输计算、信道建模、信号处理和多模调制等。

本文将介绍MATLAB/Simulink通信系统模型的建立，及如何将其应用于通信系统教学设计。

通信系统模型建立数字调制数字调制是通信系统中的关键技术之一。

首先，我们需要在Simulink中建立基带信号源，并使用Math Function模块产生载波信号。

Modulation 模块可用于将基带信号和载波信号结合起来。

为了使得调制系统工作稳定和正常，通常在模型中加入Equalization和Resampling模块，以消除接收端接收到的噪声和信号失真。

当系统处理完成后，我们可以使用Scope模块来对模型工作情况进行进一步的分析。

数字解调数字解调需要在接收端建立解调器模型。

接收端模型包括匹配滤波器、采样器、时钟恢复器、色散补偿器和多值/二次干扰恢复器。

在这个模型中，也需要添加Equalization和Resampling模块以消除接收端所受的噪声和信号失真。

在接收端处理完成之后，我们也可以使用Scope模块对模型结果进行进一步分析。

信道建模信道建模是通信系统中另一个关键环节。

在Simulink中建造通信信道仿真模型，需要引入建立通信信道的数学模型，并建立符合通道模型的信道传输系统。

在建立仿真模型中，包括噪声源、多路复用技术、OFDM技术、信号调制和解调技术。

对于每个信道结构，我们都可以建立相应的仿真模型，进行仿真分析。

OFDM信息传输系统OFDM技术利用多个正交子载波来传输信息，以提高通信质量和可靠性，同时提高频带利用率。

OFDM系统建模主要包括加脉冲造型、IFFT、添加循环前缀、调制调制、运动模糊和色散模拟、反向调制、解压缩、去定时和轻度等模块。

matlab通信仿真实例通信仿真在工程领域中具有广泛的应用，MATLAB作为一种强大的数学建模工具，能够帮助工程师进行通信系统的仿真设计和分析。

在本文中，我们将通过一个具体的MATLAB通信仿真实例来展示如何使用MATLAB进行通信系统的建模和仿真。

首先，我们需要定义一个简单的通信系统，假设我们要设计一个基于QPSK调制的数字通信系统。

我们可以按照以下步骤进行仿真实例的设计：1. 生成随机比特序列：首先我们需要生成一组随机的比特序列作为发送端的输入。

我们可以使用MATLAB的randi函数来生成随机的二进制比特序列。

2. QPSK调制：接下来，我们需要将生成的二进制比特序列进行QPSK调制，将比特序列映射到QPSK星座图上的相应点。

我们可以使用MATLAB的qammod 函数来进行QPSK调制。

3. 添加高斯噪声：在通信信道中，往往会存在各种噪声的干扰，为了模拟通信信道的实际情况，我们需要在信号上添加高斯噪声。

我们可以使用MATLAB的awgn函数来添加高斯噪声。

4. QPSK解调：接收端接收到信号后，需要进行QPSK解调，将接收到的信号映射回比特序列。

我们可以使用MATLAB的qamdemod函数来进行QPSK解调。

5. 比特误码率计算：最后，我们可以计算仿真的比特误码率（BER），用来评估通信系统的性能。

我们可以通过比较发送端和接收端的比特序列来计算比特误码率。

通过以上步骤，我们就可以完成一个基于QPSK调制的数字通信系统的MATLAB仿真实例。

在实际的通信系统设计中，我们可以根据具体的需求和系统参数进行更加复杂的仿真设计，例如考虑信道编码、信道估计等因素，以更加准确地评估通信系统的性能。

MATLAB的强大数学建模和仿真功能，为工程师提供了一个非常有用的工具，可以帮助他们设计和分析各种通信系统。

通过不断的实践和学习，工程师可以更加熟练地运用MATLAB进行通信系统的仿真设计，为通信系统的性能优化提供有力的支持。

通信系统建模与仿真心得体会本学期的实习课程中，我们开展了通信系统建模与仿真，通过动手操作，我们收获很大，现将心得体会汇总如下：通信系统建模是通信工程和电子信息类专业一门重要的专业主干课，理论性强、概念抽象，公式推导繁琐，学生难以理解和掌握。

实验教学作为通信原理课程教学工作的重要组成部分，对提高学生动手能力、分析解决问题的能力等各方面起着重要作用。

由于计算机仿真技术的广泛应用和飞速发展，能够引入软件仿真技术对复杂通信系统进行建模,利用集成仿真环境和图形图像处理等技术，在PC机上实现可视化的系统虚拟仿真、可以替代传统实验各操作环节的相关软硬件操作环境[4]。

这是现代高校实验教学的发展模式，弥补了实验箱验证性实验教学的不足，能够有效解决实验方式机械、实验设备维护困难和实验内容不系统等问题，其优势在于利用率高，易维护，便于开展综合性和设计性实验。

实验室环境下的仿真模块能够提供动态系统的建模、仿真和综合分析的集成环境，模块库中拥有丰富的模块组，还可以把有特定功能的代码转换成模块，多个模块之间可以组织成一个子系统，因此具有内在的模块化设计功能，可以满足用户设计出各种需要的系统。

为了在仿真过程中可以随时观察结果，仿真模块提供了专门用于显示输出信号的模块，比如示波器和频谱仪。

另外，考虑到用户在仿真结束之后需要进行数据分析和处理，仿真模块的存储模块可以把仿真结果以波形、数据等形式保存到实验室工作空间中。

基于实验室的上述功能，在仿真模块环境下完全可以实现在硬件设备上要完成的实验内容，通过可视化的各种GUI控件，建立直观的动态系统模型，从而为实验教学提供功能丰富、操作便捷的虚拟仿真环境。

实验室具有强大的数值运算能力、方便实用的绘图功能，以及语言的高度集成性和可视化建模仿真等功能，使得它在众多学科领域成为应用开发的基本工具和首选平台。

实验室下的仿真模块仿真环境可以对动态系统进行建模、仿真和分析，采用图形化和模块化的建模方式，模型结构直观，提供专门的输出显示模块和存储模块，便于对仿真数据进行分析和处理。

数字通信系统的设计与仿真摘要：数字通信系统是数字传输的过程，模拟信号到达接收端必须先将模拟信号转换成数字信号，数字信号在信道中传输会有损耗，因此合理的采用信道的编/译码和调制、解调是十分重要的，本实验采用systemview 进行仿真.关键字：眼图、误码率、调制、解调.1数字通信系统模型与原理1.1数字通信系统模型数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统，如图1所示.图1数字通信系统模型1.1.1 信源编码与译码信源编码有两个基本功能：一是提高信息传输的有效性，即通过某种数据压缩技术设计减少码元数目和降低码元速率.二是完成模/数（A/D）转换，即当信息源给出的是模拟信号时，信源编码器将其转换成数字信号，以实现模拟信号的数字化传输.信源译码是信源编码的逆过程．1.1.2 信道编码与译码信道编码的目的是增强数字信号的抗干扰能力.数字信号在信道传输时受到噪声等影响后将会引起差错.为了减少差错，信道编码器对传输的信息码元按一定的规则加入保护成分，组成所谓“抗干扰编码”.接收端的信道译码器按相应的规则进行解码，从中发现错误或纠正错误，提高通信系统的可靠性.1.1.3 加密与解密在需要实现保密通信的场合，为了保证所穿信息的安全，认为地将被传输的数字序列扰乱，即加上密码，这种处理过程叫加密.在接收端利用与发送端相同的密码复制品对收到的数字序列进行解密，恢复原来信息.1.1.4 数字调制与解调数字调制就是把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的带通信号.基带的数字调制方式有振幅键控（ASK）、频移键控（FSK）、绝对相移键控、相对相移键控（DPSK）.在接收端可以采用相干解调或非相干解调还原数字基带信号.对高斯噪声下的信号检测，一般用相关器或匹配滤波器来实现.1.1.5 同步同步是使收发两端的信号在时间上保持步调一致，是保证数字通信系统有序、准确、可靠工作的前提条件.按照同步的公用不同，分为载波同步、位同步、群同步和网同步.数字通信的主要特点(1) 抗干扰能力强，尤其是数字信号通过中继再生后可消除噪声积累(2) 数字信号通过差错控制编码，可提高通信的可靠性.(3) 由于数字通信传输一般采用二进制码，所以可使用计算机对数字信号进行处理，实现复杂的远距离大规模自动控制系统和自动数据处理系统，实现以计算机为中心的通信网.(4) 在数字通信中，各种消息(模拟的和离散的)都可变成统一的数字信号进行传输.在系统对数字信号传输情况的监视信号、控制信号及业务信号都可采用数字信号.数字传输和数字交换技术结合起来组成的ISDN 对于来自不同信源的信号自动地进行变换、综合、传输、处理、存储和分离，实现各种综合业务.(5) 数字信号易于加密处理，所以数字通信保密性强.数字通信的缺点是比模拟信号占带宽，然而，由于毫米波和光纤通信的出现，带宽已不成问题．2 系统的设计过程为了使数字信号在带通信道中传输，必须使用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配.这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带同信号的过程称为数字调制.在接收端通过解调器把带通信号还原成数字基带信号的过程称为数字解调.通常把包括调制和解调过程的数字传输系统叫做数字带通传输系统.一般来说，数字调制与模拟调制技术有的方法：把数字基带信号当作模拟信号的特殊情况处理；是利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波，2．1 信源编码模拟信号转换成数字信号包括三个步骤:抽样,量化,编码.(1) 抽样：把模拟信号在时间上离散化,变换为模拟抽样信号.(2) 量化:将抽样信号在幅度上离散化,变换成量化信号.(3) 编码:用二进制码元来表示有限的量化电平.抽样定理指出：设一个连续模拟信号m（t）中的最高频率〈f h ,则以间隔时间T〈1/2f h的周期性冲激脉冲对它抽样时，m（t）将被这些抽样值所完全确定.由于抽样时间间隔相等，所以此定理又称均匀抽样定理.例如模拟信号的最高频率为10hz，则采样频率为30hz.2.2 信道格雷码的编/译码数字信号在传输过程中,由于受到干扰的影响,码元波形将变坏,,接收端收到后可能发生错误判决,故采用GRAY编\译码方式来进行差错控制. 格雷码的编码和译码设备都不太复杂，而且检错的能力较强.格雷码除了具有线性码的一般性质外，还具有循环性.循环性是指任一码组循环一位（即将最右端的一个码元移至左端，或反之）后，仍为该码中的一个码组.2.3 2FSK信号的调制与非相干解调2.3.1 调制原理键控法:在二进制基带矩形脉冲序列的控制下通过开关电路对两个不同的独立频率进行选通,使其在每一个码元T s 期间输出 f1或f0两个载波之一, 图2所示.键控法产生的2FSK信号,是由于电子开关在两个独立的频率源之间转换形成,故相邻码元之间的相位不一定连续. 2FSK信号可以看成两个ASK的相加,图3所示.图2 键控法产生2FSK 信号的原理图图3 相位连续的2FSK 信号波形2.3.2 2FSK 信号的非相干解调2FSK 的非相干解调：其原理是将2FSK 信号分解为上下两路2ASK 信号分别进行解调，然后进行判决.这里的抽样判决是直接比较两路信号抽样值的大小，可以不专门设置门限.判决规则应与调制规则相呼应，调制时若规定“1”符号对应载波频率w 1,则接收时上支路的样值较大，应判为“1”；反之则判为“0”.2FSK 信号的非相干解调方框图如图４所示，其可视为由两路2ASK 解调电路组成.这里，两个带通滤波器（带宽相同，皆为相应的2ASk 信号带宽；中心频率不同，分别为w 1、w 2 起分路作用，用以分开两路2ASK 信号. 振荡器f 1选通开关 反相器 想加器 振荡器f 2 选通开关基带信号 2FSK 信号图4 2FSK信号非相干解调方框图2.4 模拟FIR滤波器的设计通过选择菜单上的”Filter/Analog”按扭,可以设计五种模拟滤波器.它们是:巴特沃斯,巴赛尔,切比契夫,椭圆,线性相位.这些滤波器可以是低通、高通或带通,所选滤波器的一般形状由滤波器的类型决定,需要输入的数据是滤波器的极点数、-3db带通或截止频率、相位纹波系数、增益等参数,按”finish”完成设计.低通滤波器：去掉信号中不必要的高频成分，降低采样频率，避免频率混淆，去掉高频干扰.带通滤波器：高通滤波器同低通滤波器的组合.对滤波器而言，所有频率都应是采样速率的分数，即相对的百分比系数.例如，系统的采样速率为1MHZ，所涉及的FIR低通滤波器的截止频率为50KH Z,则滤波器涉及窗口输入的截止频率为0.05（50KH Z/1MH Z）,如果在滤波器前面连接的是抽样器或采样器的图符，则这些图符的频率也必须是滤波器采样速率的分数. 2.5 眼图分析眼图是指利用实验的方法估计和改善（通过调整）传输系统性能时在示波器上观察到的一种图形.观察眼图的方法是：用一个示波器跨接在接收滤波器的输出端，然后调整示波器扫描周期，使示波器水平扫描周期与接收码元的周期同步，这时示波器屏幕上看到的图形像人的眼睛，故称为“眼图”.从“眼图”上可以观察出码间串扰和噪声的影响，从而估计系统优劣程度.另外也可以用此图形对接收滤波器的特性加以调整，以减小码间串扰和改善系统的传输性能.眼图的“眼睛” 张开的大小反映着码间串扰的强弱.“眼睛”张的越大，且眼图越端正，表示码间串扰越小；反之表示码间串扰越大当存在噪声时，噪声将叠加在信号上，观察到的眼图的线迹会变得模糊不清.若同时存在码间串扰,“眼睛”将张开得更小.与无码间串扰时的眼图相比，原来清晰端正的细线迹，变成了比较模糊的带状线，而且不很端正.噪声越大，线迹越宽，越模糊；码间串扰越大，眼图越不端正.眼图对于展示数字信号传输系统的性能提供了很多有用的信息：可以从中看出码间串扰的大小和噪声的强弱，有助于直观地了解码间串扰和噪声的影响，评价一个基带系统的性能优劣；可以指示接收滤波器的调整，以减小码间串扰.(1) 最佳抽样时刻应在“眼睛” 张开最大的时刻.(2) 对定时误差的灵敏度可由眼图斜边的斜率决定.斜率越大，对定时误差就越灵敏. 在抽样．(3) 时刻上，眼图上下两分支阴影区的垂直高度，表示最大信号畸变.眼图中央的横轴位置应对应判决门限电平.(4) 在抽样时刻上，上下两分支离门限最近的一根线迹至门限的距离表示各相应电平的噪声容限，噪声瞬时值超过它就可能发生错误判决.(5) 对于利用信号过零点取平均来得到定时信息的接收系统，眼图倾斜分支与横轴相交的区域的大小，表示零点位置的变动范围，这个变动范围的大小对提取定时信息有重要的影响.2.6 误码率分析对于二进制双极性信号，假设它在抽样时刻的点平取值为+A或-A（分别对应信码“1或“0”），在-A 和+A之间选择一个适当的电平V d作为判决门限，根据判决准则将会出现以下几种情况：(1) 对“1”码:当X>V d,判为“1”码（正确）;当X<V d,判为“0”码（错误）.(2) 对“0”码:当X<V d,判为“0”码（正确）;当X>V d,判为“1”码（错误）.假设信源发送“1”码的概率为P(1),发送“0”码的概率为P(0)，则二进制基带传输系统的总误码率Pe= P(1) P(0/1)+ P(0) P(1/0) 其中P(0/1)= P(X<V d)，P(1/0) = P(X>V d)3参数的设定(1)模拟信源：正弦函数，频率fs=10hz，幅度A=1V；。