通信系统的Simulink仿真

实验三通信系统的Simulink仿真
一、实验目的
1、提高独立学习的能力；
2、培养发现问题、解决问题和分析问题的能力；，
3、学习用Matlab simulink实现通信系统的仿真的使用；
4、掌握数字载波通信系统的基本原理。

二、实验原理
1. Simulink简介
Simulink是Matlab中的一个建立系统方框图和基于方框图的系统仿真环境，是一个对动态系统进行建模、仿真和仿真结果可视化分析的软件包。

Simulink采用基于时间流的链路级仿真方法，将仿真系统建模与工程中通用的方框图设计方法统一起来，可以更加方便地对系统进行可视化建模，并且仿真结果可以近乎“实时”地通过可视化模块，如示波器模块、频谱仪模块以及数据输入输出模块等显示出来，使系统设计、仿真调试和模型检验工作大为简便。

SIMULINK 模型有以下几层含义：(1)在视觉上表现为直观的方框图；(2)在文件上则是扩展名为mdl 的ASCII代码；(3)在数学上表现为一组微分方程或差分方程；(4)在行为上则模拟了实际系统的动态特性。

SIMULINK 模型通常包含三种“组件”：(1)信源（Sources）：可以是常数、时钟、白噪声、正弦波、阶梯波、扫频信号、脉冲生成器、随机数产生器等信号源；(2)系统（System）：即指被研究系统的SIMULINK 方框图；(3)信宿（Sink）：可以是示波器、图形记录仪等。

2. 通信常用模块库及模块编辑功能简介
通信中常用的MATLAB工具箱有：Simulink 库，Communications Blockset（通信模块集），DSP Blockset （数字信号处理模块集）。

其中对单个模块的主要编辑功能如下：
1) 添加模块:模块库中的模块可以直接用鼠标进行拖曳（选中模块，按住鼠标左键不放）而放到模型窗口中进行处理；
2) 选取模块；
3) 复制与删除模块；
4) 模块名的处理模块命名：先用鼠标在需要更改的名称上单击一下，然后直接更改即可。

名称在功能模块上的位置也可以变换180度，可以用Format菜单中的Flip Name来实现，也可以直接通过鼠标进行拖曳。

Hide Name可以隐藏模块名称；
5) 模块外形调整；
6) 参数设定：用鼠标双击模块，就可以进入模块的参数设定窗口。

参数设定窗口包含了该模块的基本功能帮助，为获得更详尽的帮助，可以点击其上的help按钮。

通过对模块的参数设定，就可以获得需要的功能模块；
7) 属性设定：选中模块，打开Edit菜单的Block Properties可以对模块进行属性设定。

包括Description属性、Priority优先级属性、Tag属性、block annotation属性、callbacks属性。

调制解调原理：二进制相移键控（ＢＰＳＫ）就是根据数字基带信号的两个电平，使载波相位在两个不同数值之间切换的一种相位调制方法。

原始信号α与载波Acos(ωt+θ) 调制后得到信号αAcos(ωt+θ)，其中ω为载波频率，θ为载波初始相位。

解调时引入相干（同频同相）的参考信号Acos(ωt+θ)，则得到αcos(ωt+θcos(ωt+θ),利用积化和差公式可以得到:
α*1/2*[cos(ωt +θ+ωt +θ)+cos(ωt +θ-ωt -θ)]
=α*1/2*[cos(2ωt +2θ)+cos(0)]
=α/2*[cos(2ωt +2θ)+1]
=α/2+α/2*cos(2ωt +2θ)
利用滤波器将信号cos(2ωt +2θ)滤除，即得原始信号α
BPSK调制和解调原理框图
如下：
ＢＰＳＫ调制原理框图
ＢＰＳＫ解调原理框图
三、实验内容
基本通信链路
1、在相同的信号源（随机整数发生器）和传输环境（加性高斯白噪声环境）下，利用相关基带调制、解调模块了解基带相移键控调制BPSK和QPSK的工作特性及占用带宽。

用频谱仪，离散时间星座图仪观测这两种调制方式的信号频谱图和星座图，并比较码元传输率和误码率。

在BPSK调制情况下,实验框图如下：
当信噪比为=10，抽样速率为次，其星座图为
输出波形和输入波形对比
用QPSK调制时
当信噪比为=10，抽样速率为次，其星座图如下
输出波形和输入波形对比
结论:
二进制和四进制的信源抽样速率一样，所以bit传输速率一样。

当信道信噪比和抽样速率相同时，BPSK的误码率比QPSK的误码低，与理
论相符。

2、根据BPSK信号的调制解调原理，在无噪声传输仿真环境下，用simulink的communication toolbox 实现BPSK发送机和接收机。

基本要求如下：a) 发送端数字信号由信源模块产生，要求采用随机的二进制信号；
b) 接收端的滤波器利用积分模块按积分清除来实现；
c) 在整个系统模型建立后，要求添加若干示波器模块，用来观察发送端的输出波形，调制后的输出波形，解调器后的信号波形。

实验方框图如下，试验中信源sample time设置为，实验中由伯努利信源产生0,1随机序列，再由信源乘以2，再减去1得到随机的-1,1的序列作为输入无噪信道的信源。

试验中，我们将用于调制的正弦波信号周期设置和码元周期一样，只要将正弦波的属性中frequency 改为4*pi即可，同样解调部分的也要随之改变。

同时，解调部分要用积分清除来实现，即在一个周期内积分，所以将积分器加一个引脚，将属性中initial condition source改为externel，同时将externel reset 改为rising，接到一个脉冲产生器（pulse generator），对应改其period为。

以下为调制后的波形和从无噪信道输出后与同样的正弦波相乘后的波形：
以下为信源输出波形和最终信宿收到的波形对比，可见误码率为0：
四、实验总结
1 .因为是第一次用simulink仿真环境，对它的各种模块和工具部分很不熟悉，听了老
师的讲解和询问同学后就熟悉起来了就比较容易找到实验所需要的模块并且知道了其操作原理。

2. 模块参数的设置是非常重要的.
3. 在做实验二的时候，我们刚开始设了两个正弦波生成器却没有把它们的周期频率调
成一样的，所以解调出来的波形出错，后来慢慢研究发现了问题就把它改了。

这也告诉我们实验当中一定要考虑每个细节部分。

4.小组内成员要相互配合，共同努力，才能做得更好。