基于matlab的通信系统仿真
基于Matlab的16QAM通信系统的设计与仿真.
淮海工学院课程设计报告书课程名称:通信系统的计算机仿真设计题目:16QAM通信系统性能分析与MATLAB仿真系(院):电子工程学院学期:2013-2014-2专业班级:姓名:学号:基于Matlab的16QAM通信系统的设计与仿真1绪论1.1 研究背景与研究意义应用MATLAB的编程方法和功能模块可以搭建各种仿真系统,还可以应用丰富的时间域、频率域、相位域的仿真测量仪器。
许多新一代通信系统的系统级仿真程序出现在MATLAB软件的演示实例中,这使得学习的效率大为提高,对技术与系统的理解已经从概念深入到电路方案和选取层面。
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。
QAM(Quadrature Amplitude Modulation):正交振幅调制。
正交振幅调制,这是近年来被国际上移动通信技术专家十分重视的一种信号调制方式。
QAM是数字信号的一种调制方式,在调制过程中,同时以载波信号的幅度和相位来代表不同的数字比特编码,把多进制与正交载波技术结合起来,进一步提高频带利用率。
正交调幅是一种将两种调幅信号汇合到一个信道的方法,因此会双倍扩展有效带宽。
正交调幅被用于脉冲调幅,特别是在无线网络应用。
1.2 课程设计的目的和任务随着现代通信技术的发展,特别是移动通信技术高速发展,频带利用率问题越来越被人们关注。
在频谱资源非常有限的今天,传统通信系统的容量已经不能满足当前用户的要求。
正交幅度调制QAM(Quadrature Amplitude Modulation)以其高频谱利用率、高功率谱密度等优势,成为宽带无线接入和无线视频通信的重要技术方案。
首先介绍了QAM调制解调原理,提出了一种基于MATLAB的16QAM 系统调制解调方案,包括串并转换,2-4电平转换,抽样判决,4-2电平转换和并串转换子系统的设计,对16QAM的星座图和调制解调进行了仿真,并对系统性能进行了分析,进而证明16QAM调制技术的优越性。
基于MATLAB的MIMO-OFDM通信系统的仿真
基于MATLAB的MIMO-OFDM通信系统的仿真0 引言5G技术的逐步普及,使得我们对海量数据的存储交换,以及数据传输速率、质量提出了更高的要求。
信号的准确传播显得越发重要,随之而来的是对信道模型稳定性、抗噪声性能以及低误码率的要求。
本次研究通过构建结合空间分集和空间复用技术的MIMO信道,引入OFDM 技术搭建MIMO-OFDM 系统,在添加保护间隔的基础上探究其在降低误码率以及稳定性等方面的优异性能。
1 概述正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术通过将信道分成数个互相正交的子信道,再将高速传输的数据信号转换成并行的低速子数据流进行传输。
该技术充分利用信道的宽度从而大幅度提升频谱效率达到节省频谱资源的目的。
作为多载波调制技术之一的OFDM 技术目前已经在4G 中得到了广泛的应用,5G 技术作为新一代的无线通信技术,对其提出了更高的信道分布和抗干扰要求。
多输入多输出(Multi Input Multi Output,MIMO)技术通过在发射端口的发射机和接收端口的接收机处设计不同数量的天线在不增加频谱资源的基础上通过并行传输提升信道容量和传输空间。
常见的单天线发射和接收信号传输系统容量小、效率低且若出现任意码间干扰,整条链路都会被舍弃。
为了改善和提高系统性能,有学者提出了天线分集以及大规模集成天线的想法。
IEEE 806 16 系列是以MIMO-OFDM 为核心,其目前在欧洲的数字音频广播,北美洲的高速无线局域网系统等快速通信中得到了广泛应用。
多媒体和数据是现代通信的主要业务,所以快速化、智能化、准确化是市场向我们提出的高要求。
随着第五代移动通信5G 技术的快速发展,MIM-OFDM 技术已经开始得到更广泛的应用。
本次研究的MIMO-OFDM 系统模型是5G的关键技术,所以对其深入分析和学习,对于当下无线接入技术的发展有着重要的意义。
(完整版)基于matlab的通信系统仿真毕业论文
创新实践报告报告题目:基于matlab的通信系统仿真学院名称:信息工程学院*名:***班级学号:***师:**二O一四年十月十五日目录一、引言 (3)二、仿真分析与测试 (4)2.1 随机信号的生成 (4)2.2信道编译码 (4)2.2.1 卷积码的原理 (4)2.2.2 译码原理 (5)2.3 调制与解调 (5)2.3.1 BPSK的调制原理 (5)2.3.2 BPSK解调原理 (6)2.3.3 QPSK调制与解调 (7)2.4信道 (8)2.4.1 加性高斯白噪声信道 (8)2.4.2 瑞利信道 (8)2.5多径合并 (8)2.5.1 MRC方式 (8)2.5.2 EGC方式 (9)2.6采样判决 (9)2.7理论值与仿真结果的对比 (9)三、系统仿真分析 (11)3.1有信道编码和无信道编码的的性能比较 (11)3.1.1信道编码的仿真 (11)3.1.2有信道编码和无信道编码的比较 (12)3.2 BPSK与QPSK调制方式对通信系统性能的比较 (13)3.2.1调制过程的仿真 (13)3.2.2不同调制方式的误码率分析 (14)3.3高斯信道和瑞利衰落信道下的比较 (15)3.3.1信道加噪仿真 (15)3.3.2不同信道下的误码分析 (15)3.4不同合并方式下的对比 (16)3.4.1 MRC不同信噪比下的误码分析 (16)3.4.2 EGC不同信噪比下的误码分析 (16)3.4.3 MRC、EGC分别在2根、4根天线下的对比 (17)3.5理论数据与仿真数据的区别 (17)四、设计小结 (19)参考文献 (20)一、引言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。
这样尖锐对立的两个方面的要求,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。
在这种迫切的需求之下,MATLAB应运而生。
基于matlab的simulink的cdma系统多用户仿真要点
基于 Matlab 的 Simulink 的 CDMA 系统多用户仿真要点简介CDMA(Code Division Multiple Access)是一种数字无线通信技术,其中多个用户在同一频带上传输数据,每个用户使用唯一的编码序列来区分其他用户的信息。
在CDMA系统中,使用扩频技术将数据编码成宽带信号,然后使用独立的编码序列将它们混合在一起,并在接收端进行解码以恢复原始数据,因此CDMA技术可以提供更高的信道容量。
通过使用基于 Matlab 的 Simulink,可以方便地进行CDMA系统的仿真,并对多个用户进行仿真,以评估系统性能。
要点1. CDMA系统的建模在CDMA系统的仿真过程中,需要首先建立系统模型。
我们可以使用 Simulink 中的 Signal Processing Blockset 来实现CDMA系统模型的建模。
Signal Processing Blockset 中包含了各种信号处理模块,包括滤波器、混合器和解扰器等等,这些模块可以用来构建CDMA系统的传输通道。
2. 多用户仿真在CDMA系统中,多个用户可以同时传输数据,因此我们需要对多个用户进行仿真,并分别评估其性能。
为了实现这个目标,我们可以使用 Signal Processing Blockset 中的 Multiport Switch 模块,将多个用户的数据流合并成一个流,然后通过解码器对其进行解码。
在这个过程中,我们可以使用不同的编码序列对每个用户进行编码,以确保数据的安全性。
3. 性能评估在CDMA系统中,我们可以通过 BER(Bit Error Rate)来评估系统的性能。
在仿真过程中,我们可以通过向系统中注入固定数量的错误比特,并计算接收端出现错误的比特数量来计算BER。
通过多次仿真,可以评估不同编码序列、码元速率、信噪比等因素对系统性能的影响。
在本篇文档中,我们介绍了基于 Matlab 的 Simulink 的 CDMA 系统多用户仿真的要点。
毕业设计(论文)基于matlab的数字基带通信系统仿真
基于matlab的数字基带通信系统仿真1.课程设计的目的(1)增加对仿真软件的认识,学会对各种软件的操作和使用方法(2)加深理解数字基带通信系统的概念(3)初步掌握系统的设计方法,培养独立工作能力2.设计方案论证2.1数字基带传输系统在数字传输系统中,其传输的对象通常是二进制数字信号,它可能是来自计算机、电传打字机或其它数字设备的各种数字脉冲,也可能是来自数字终端的脉冲编码调制(PCM)信号。
这些二进制数字信号的频带范围通常从直流和低频开始,直到某一频率m f ,我们称这种信号为数字基带信号。
在某些有线信道中,特别是在传输距离不太远的情况下,数字基带信号可以不经过调制和解调过程在信道中直接传送,这种不使用调制和解调设备而直接传输基带信号的通信系统,我们称它为基带传输系统。
而在另外一些信道,特别是无线信道和光信道中,数字基带信号则必须经过调制过程,将信号频谱搬移到高频处才能在信道中传输,相应地,在接收端必须经过解调过程,才能恢复数字基带信号。
我们把这种包括了调制和解调过程的传输系统称为数字载波传输系统。
数字基带传输系统的模型如图 1所示,它主要包括码型变换器、发送滤波器、信道、接收滤波器、均衡器和取样判决器等部分。
图1 数字基带传输系统模型1.2 数字基带信号1.2.1数字基带信号波形对不同的数字基带传输系统,应根据不同的信道特性及系统指标要求,选择不同的数字脉冲波形。
原则上可选择任意形状的脉冲作为基带信号波形,如矩形脉冲、三角波、高斯脉冲及升余弦脉冲等。
但实际系统常用的数字波形是矩形脉冲,这是由于矩形脉冲纤数字传输系统中的线路传输码型。
此外,CMI 码和曼彻斯特码一样都是将一位二进制码用一组两位二进制码表示,因此称其为1B2B 码。
(5)4B/3T 码4B/3T 码是1B/1T 码的改进型它把4 个二进制码元变换为3个三进制码元。
显然,在相同信息速率的条件下,4B/3T 码的码元传输速率要比1B/1T 码的低,因而提高了系统的传输效率。
基于MATLAB的跳频通信系统仿真研究
基于MATLAB的跳频通信系统仿真研究1.1 研究背景与意义随着军事的现代化进程的加快,未来战争将是以电子战、信息战的对抗为主,运用于军事设备中的跳频技术的性能研究也成为了各国关注的焦点,抗干扰、抗截获、抗衰落等性能的提高也成为跳频研究的发展方向。
同时,随着个人通信业务和蜂窝移动通信的发展,跳频技术在民用领域的运用也日趋成熟,在现有的DS/CDMA 系统中,远近效应是一个很大的问题。
由于大功率信号只在某个频率上产生远近效应,当载波频率跳变到另一个频率时则不受影响,因此跳频系统没有明显的远近效应,这使得它在移动通信中易于得到应用和发展。
在数字蜂窝移动通信系统中,如果链路间采用相互正交的跳频图案同步跳频,或者采用低互相关的跳频图案异步跳频,可以使得链路间的干扰完全消除或基本消除,对提高系统的容量具有重要意义。
此外,跳频是瞬时窄带系统,其频率分配具有很大的灵活性,在现有频率资源十分拥挤的条件下,研究跳频通信技术具有重要意义。
1.2 跳频通信技术的发展及研究现状从 20 世纪 50 年代开始,西方国家就已经展开了对跳频技术的理论研究。
美国的Laboratories of Sylvania 率先研制出了世界上第一个实用的跳频通信系统Baffalo Laboratories Application of Digitally Exact Spectra,简称BLADES 系统,并在海军的 Mt. Mc Kinley 指挥舰上试验成功。
到了 70 年代,跳频通信技术快速发展,美、英、法等国的超短波跳频电台相继研制成功且应用于军事当中,其中以美国的INCGARS-V 和英国的 Jaguar 为典型代表。
到了80年代,跳频技术应用于实战当中,在英国的马尔维纳斯岛(福克兰群岛)战争与美国入侵巴拿马的战争中,参战部队都装备了跳频电台用于相互联络,取得良好效果。
到了1991年的海湾战争时,美、英、法等国部队大量装备了跳频电台用于军事指挥,如美国的SINCGARS、法国TRC-950、英国的Jaguar-V,成效斐然。
基于Matlab/Simulink的QAM通信系统的仿真
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进 行 抑 制 载 波 的 双边 带 调 幅 ,利用 这种 已调 信 号 的频 谱 在 同
基于Matlab 下的通信系统仿真
IX
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2.程序或仿真模型 2.1 设计思想(流程图)
上图中,假如连续时间信号是一个带限信号,其频率是 - m ~ m ,抽样脉冲为理想单位 冲激串,其数学表达式为、
由图可见,模拟信号 X(t)经抽样后,得到已知抽样信号 Xs(t);
X
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中包含的有效内容,也即信息(Information) 。消息是具体的、表面的,而信息是抽象的、 本质的,且消息中包含的信息的多少可以用信息量来度量。 通信系统就是传递信息所需
要的一切技术设备和传输媒质的总和,包括信息源、发送设备、信道、接收设备和信宿(受 信者) ,它的一般模型如图 3-1。
1 模拟通信系统模型和数字通信系统模型 1.1 模拟通信系统模型 在模拟通信系统中,信源(信息源,也称发终端)的作用是把
I
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上述的实际抽样过程中,很容易用简单的数学公式来描述,设连续时间信号用 X(t)表示,抽 样周期为 Ts ,抽样频率为 Ws ,则以抽样信号的数学表达式为
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Matlab 原理
设计项目
基于 Matlab 下的通信系统仿真(信号的抽样) 基于 Simulink 下的通信系统仿真(信号的抽样)
姓名:许美茹 学号:1467119128 学院:信工院通信一班
II
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号称为模拟信号。在用户线上传输模拟信号的通信方式称为“模拟通信”。 数字信号与模拟信号不同,它是一种离散的、脉冲有无的组合形式,是负载数字信息的信 号。电报信号就属于数字信号。现在最常见的数字信号是幅度取值只有两种(用 0 和 1 代表) 的波形,称为“二进制信号”。“数字通信”是指用数字信号作为载体来传输信息,或者用数字 信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式。 数字通信与模拟通信相比具有明显的优 点:首先是抗干扰能力强。数字通信中的信息是包含在脉冲的有无之中的,只要噪声绝对 值不超过某一门限值,接收端便可判别脉冲的有无,以保证通信的可靠性。其次是远距离 传输仍能保证质量。因为数字通信是采用再生中继方式,能够消除噪音,再生的数字信号 和原来的数字信号一样,可继续传输下去,这样通信质量便不受距离的影响,可高质量地 进行远距离通信。此外,它还便于采用大规模集成电路,便于实现加密处理,便于实现通 信网的计算机管理等优点。 实现数字通信,必须使发送端发出的模拟信号变为数字信号, 这个过程称为“模数变换”。模拟信号数字化最基本的方法有三个过程,第一步是“抽样”,就 是对连续的模拟信号进行离散化处理,通常是以相等的时间间隔来抽取模拟信号的样值。 第二步是“量化”,将模拟信号样值变换到最接近的数字值。因抽样后的样值在时间上虽是离 散的,但在幅度上仍是连续的,量化过程就是把幅度上连续的抽样也变为离散的。第三步 是“编码”,就是把量化后的样值信号用一组二进制数字代码来表示,最终完成模拟信号的数 字化。数字信号送入数字网进行传输。接收端则是一个还原过程,把收到的数字信号变为 模拟信号,即“数据摸变换”,从而再现声音或图像。 如果发送端发出的信号本来就是数字 信号,则用不着进行模数变换过程,数字信号可直接进入数字网进行传输。 区别在于调
Matlab中的无线通信系统建模与仿真
Matlab中的无线通信系统建模与仿真无线通信技术的应用正在日益广泛,对于研究人员和工程师来说,了解和掌握无线通信系统的建模与仿真技术至关重要。
Matlab作为一种强大的数学软件工具,提供了丰富的函数库和工具箱,可以帮助我们实现无线通信系统的建模与仿真。
一、无线通信系统概述在进入具体的建模与仿真之前,先让我们对无线通信系统有一个基本的了解。
无线通信系统是指通过无线介质传输信息的系统,在现代社会中起着关键的作用。
无线通信系统通常由无线信号发射端、传输介质和无线信号接收端组成。
无线通信系统可以分为模拟通信系统和数字通信系统两种类型。
模拟通信系统使用模拟信号进行传输,而数字通信系统使用数字信号进行传输。
在建模与仿真中,我们主要关注的是数字通信系统。
二、建模与仿真的重要性在无线通信系统的设计和优化过程中,建模与仿真起着关键的作用。
通过建立合适的数学模型,我们可以更好地分析和理解系统的性能特点,并进行系统参数优化。
仿真可以帮助我们在实际系统部署之前,进行性能验证和预测,节省了大量的时间和成本。
三、建模与仿真的步骤1. 系统需求分析在进行建模与仿真之前,首先需要对系统的需求进行分析。
了解系统的工作频段、传输速率、覆盖范围等关键参数,有助于我们确定建模与仿真的范围和目标。
2. 信道建模在无线通信系统中,信道起着至关重要的作用。
信道的特点直接影响到系统的传输性能。
在建模与仿真中,我们需要准确地描述信道的衰落特性、多径效应以及噪声等因素。
常用的信道模型包括AWGN信道模型、瑞利衰落信道模型和多径衰落信道模型等。
3. 发送端建模发送端是无线通信系统的核心部分,它负责将数字信号转换成适用于无线传输的信号。
在建模与仿真中,我们需要考虑发送端的调制方式、编码方式和功率控制等因素。
常用的调制方式包括BPSK、QPSK和16QAM等。
4. 接收端建模接收端负责接收无线信号,并将其转换为数字信号进行处理。
在建模与仿真中,我们需要对接收端的解调方式、译码方式和误码控制等进行建模。
基于MATLAB的模拟通信系统的仿真与实现
• 139•针对通信原理课程的教学特点和传统实验教学存在的问题,讨论了将Matlab软件引入到通信原理课程教学的必要性。
以模拟调制系统为例,利用Matlab的工具箱和Simulink界面对通信系统进行可视化教学,并给出了仿真结果。
实践证明,不仅在课堂教学中以更加直观的方式进行讲解,而且补充和完善传统实验的不足,提高学生学习积极性,教学效果得到较大提升。
随着5G通信的到来,通信技术在人们日常生活中是无处不在,现代通信技术取得了显著进展。
通信原理作为高校通信工程和电子信息等本科专业课程体系中重要的专业基础课,系统阐述了模拟和数字通信系统的基本概念、基本原理和基本分析方法,为学生学习后续课程储备专业素养(王海华,Matlab/Simulink仿真在“通信原理”教学中的应用研究:湖北理工学院学报,2015)。
然而这门课程理论内容丰富,系统模型抽象,数学公式多,推理过程繁琐,学生普遍感到枯燥难懂,抓不住重点,学习吃力,不能顺利学好本课程(基于Matlab_Simulink的通信原理虚拟仿真实验教学方法研究:现代电子技术,2015;邵玉斌,Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析:清华大学出版社,2008)。
为此,在教学过程中引入Matlab仿真技术,理论联系实践开展教学工作,通过simulink界面搭建系统模型,调整参数,观察通信系统性能,激发学生的学习积极性,提升教学质量,实现良好的教学模式。
1 Matlab软件介绍Matlab在工程数值运算和系统仿真方面具有强大的功能,主要包括数值分析、仿真建模、系统控制和优化等功能(牛磊,赵正平,郭博,Matlab仿真在通信原理教学中的应用:阜阳师范学院学报,2014)。
在Matlab的Communication Toolbox(通信工具箱)中提供了许多仿真函数和模块,用于对通信系统进行仿真和分析。
Simulink平台是Matlab中一种可视化仿真工具,提供了建立模型方框图的图形用户界面(GUI),可以将图形化的系统模块连接起来,从而建立直观、功能丰富的动态系统模型(黄琳,曹杉杉,熊旭辉.基于Matlab的通信原理实验课程设计:湖北师范大学学报,2017)。
基于Matlab、Simulink--的AM通信系统仿真设计与研究
基于Matlab、Simulink--的AM 通信系统仿真设计与研究天津理工大学计算机与通信工程学院通信工程专业设计说明书基于Matlab/Simulink 的AM通信系统仿真设计与研究姓名杜艳玮学号 20092177班级 09通信-2 指导老师赵健日期2012/12/16目录调制信号作线性变化的过程。
在波形上,幅度已调信号的幅度随基带信号的规律而呈正比地变化。
解调方法利用相干解调。
解调就是实现频谱搬移,通过相乘器与载波相乘来实现。
通过相干解调,通过低通滤波器得到解调信号。
相干解调时,接收端必须提供一个与接受的已调载波严格同步的本地载波,它与接受的已调信号相乘后,经低通滤波器取出低频分量,得到原始的基带调制信号。
通过信号的功率谱密度的公式,得到功率谱密度。
利用Matlab和Matlab-Simulink仿真建立AM调制的通信系统模型,用Matlab仿真程序画出调制信号、载波、已调信号、相干解调之后信号的波形以及功率频谱密度,分析所设计系统性能。
用Matlab-Simulink仿真建立基于相干解调的AM仿真模型,详细叙述模块参数的设置,分析仿真结果。
关键字:AM调制相干解调 Matlab仿真 Matlab-Simulink仿真第一章前言1.1专业设计任务及要求1、了解并掌握AM调制与解调的基本原理;2、在通信原理课程的基础上设计与分析简单的通信系统;3、学会利用MATLAB7.0编写程序进行仿真,根据实验结果能分析所设计系统的性能。
4、学习MATLAB的基本知识,熟悉MATLAB集成环境下的Simulink的仿真平台。
5、利用通信原理相关知识在仿真平台中设计AM调制与解调仿真系统并用示波器观察解调后的波形6、在指导老师的指导下,独立完成课程设计的全部内容,能正确的阐述和分析设计和实验结果。
1.2 Matlab简介MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。
基于MATLABSimulink的模拟通信系统的仿真课程设计
陕西理工学院通信原理课程设计题目基于SIMULINK的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。
作者签名:日期:学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。
除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。
对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。
本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。
作者签名:日期:年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定,同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许论文被查阅和借阅。
本人授权大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。
涉密论文按学校规定处理。
作者签名:日期:年月日导师签名:日期:年月日II题目基于SIMULINK的模拟通信系统的仿真(线性调制)摘要在模拟通信系统中,由模拟信源产生的携带信息的消息经过传感器转换成电信号,模拟基带信号在经过调制将低通频谱搬移到载波频率上适应信道,最终解调还原成电信号;在数字传输系统中,数字信号对高频载波进行调制,变为频带信号,通过信道传输,在接收端解调后恢复成数字信号。
基于Matlab的通信系统仿真及失真情况研究
TECHNOLOGY WIND[摘要]本文利用Matlab 软件,编程仿真数字通信系统各部分功能结构,观察每一步输出波形结果,还原输入信号,计算其失真度,并通过改变其输入幅度和频率分析其失真度的变化情况。
[关键词]Matlab 仿真;数字通信系统;失真度计算基于Matlab 的通信系统仿真及失真情况研究王晓鹏(武汉理工大学,湖北武汉430070)1数字通信系模型根据香农(C.E.shannon )的理论,通信系统可以概括为信源、信道、信宿几个部分,一切通信信息与噪声干扰都是随机的。
数字通信系统因其抗干扰能力强、可靠性高、保密性好、传输序列统一等特点,逐渐成为当今通信发展的必然趋势。
数字通信系统模型可以表示为以下部分:信源→信源编码→加密→信道编码→调制→信道→解调→信道译码→解密→信源译码→信宿。
在信道中,在实际情况中有噪声干扰和衰弱的影响,常见的噪声即高斯白噪声,高斯白噪声统计特性服从高斯分布,功率谱密度在很宽范围内为常数。
在本次仿真实例中,采用PCM 量化编码,基带码选取HDB3码,信道码使用汉明码,调制方式2FSK ,高斯信道。
2Matlab 仿真方案Matlab 软件具有运算能力强和可视化等特点,在信号处理和通信系统仿真中都具有广泛的应用,它有助于定量分析在通信系统传输及噪声干扰条件下信号波形变化特点。
在Matlab 程序的编写过程中,分模块编写是一种较好的选择,过程中需要注意参数的传递。
首先,构造源函数,根据傅里叶的理论,任何周期函数可以展开成若干个正弦函数和余弦函数构成的无穷级数的形式,所以我们可以用正弦信号及其叠加表征信号源,然后进行抽样量化,模拟信号完成向数字信号的转换。
根据奈奎斯特抽样定理,当抽样频率>时,原信号能被还原。
一般的,由于话音信号小于3400HZ ,留有一定间隔,抽样频率取8000HZ 。
在量化时,采用13折线法近似A 律压缩,但因为在量化阶段有取整过程,这个过程是不可逆的。
基于MATLAB的MIMO通信系统仿真
其中卷积码的解码深度设为8
调制
在进行编写的进程中,最初没有想到挪用Matlab已经封装好了的QPSK的调制函数而是自己编写了一个函数,先进行了仿真。
先进行了符号映射。
加入噪声,因为输入的是复信息,因此加入的噪声为复噪声
以下图为QPSK系统调制图。
AWGN信道
加性高斯白噪声AWGN(Additive White Gaussian Noise)是最大体的噪声与干扰模型。
加性噪声:叠加在信号上的一种噪声,通常记为n(t),而且不管有无信号,噪声n(t)都是始终存在的。因此通常称它为加性噪声或加性干扰。
白噪声:噪声的功率谱密度在所有的频率上均为一常数,那么称如此的噪声为白噪声。若是白噪声取值的概率散布服从高斯散布,那么称如此的噪声为高斯白噪声。
从上图能够看到,MIMO模型中有一个空时编码器,有多根天线,其系统模型和上述MIMO系统理论一致。发送天线的数量要大于接收天线,因为一样来讲,移动终端所支持的天线数量老是比基站端要少。
(3)分集与复用:
依照各根天线上发送信息的不同,MIMO能够分为发射分集技术和空间复用技术。
发射分集:在不同的天线上发射包括一样信息的信号(信号的具体形式不必然完全相同),达到空间分集的成效,起到抗衰落的作用
图2 分层空时码的接收端系统模型
最后的系统结构图:
三、仿真设计
(1)流程图
(2)要紧模块
信源产生
要求:产生独立等概二进制信源
Matlab函数:randsrc()
信道编码
利用卷积码来进行信道编码
依照3GPP的规定,可选取如上所示的卷积码来进行信道编码。
matlab通信仿真实例
matlab通信仿真实例Matlab通信仿真实例:频移键控(FSK)调制与解调引言:通信系统在现代社会的发展中起着关键作用,其性能的评估和优化是一个重要的研究方向。
Matlab作为通信仿真的强大工具,具有广泛的应用。
本文将以频移键控(FSK)调制与解调为例,介绍如何使用Matlab进行通信仿真实例。
我们将从FSK调制与解调的基本原理开始,逐步介绍Matlab编程实现。
第一节:FSK调制原理频移键控(FSK)是一种基于频率调制的数字调制技术。
在FSK调制中,数字数据被映射到不同的频率,即0和1分别对应不同的载波频率。
调制信号可以表示为:s(t) = Acos(2πf1t) ,当输入为0s(t) = Acos(2πf2t) ,当输入为1其中s(t)为调制信号,A为幅度,f1和f2分别为两个载波频率。
FSK信号的频谱包含这两个载波频率。
下面我们将使用Matlab实现FSK调制。
第二节:Matlab编程实现FSK调制在Matlab中,我们可以使用频率生成器函数freqgen来生成不同频率的信号。
首先,我们需要在Matlab中定义载波频率f1和f2,和待调制的数字数据序列x。
f1 = 1000; 第一个载波频率f2 = 2000; 第二个载波频率x = [0 1 0 1 0]; 待调制的数字数据序列接下来,我们可以根据以上公式,使用正弦函数生成相应的调制信号。
t = 0:0.0001:0.001; 时间间隔s = zeros(size(t)); 初始化调制信号为0for i = 1:length(x)if x(i) == 0s = s + cos(2*pi*f1*t);elses = s + cos(2*pi*f2*t);endend在上述代码中,我们使用for循环遍历输入数据序列的每个元素,根据输入数据的值选择不同的载波频率,并将调制信号叠加在一起。
最后,我们得到了FSK调制信号s。
接下来,我们将介绍FSK解调的原理和Matlab 的实现。
基于MATLAB的扩频通信仿真
基于MATLAB的扩频通信仿真11.仿真原理扩展频谱通信具有很强的抗干扰性,其多址能力、保密、抗多径等功能也倍受人们的关注,被广泛的应用于军事通信和民用通信中。
扩频技术,将信号扩展到很宽的频谱上,在接收端对扩频信号进行相关处理即带宽压缩,恢复成窄带信号。
对干扰信号而言,由于与扩频信号不相关,则被扩展到一个很宽的频带上,使之进入信号通频带内的干扰功率大大的降低,具有很强的对抗能力。
MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。
它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中,为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案,并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如C、Fortran)的编辑模式。
使用MATLAB进行通信仿真有两种方式,分别是使用m文件编写程序和用SIMULINK进行可视化建模。
长期以来,人们总是想法使信号所占频谱尽量的窄,以充分利用十分宝贵的频谱资源。
为什么要用这样宽频带的信号来传送信息呢? 简单的回答就是主要为了通信的安全可靠。
扩频通信的基本特点是传输信号所占用的频带宽度(W )远大于原始信息本身实际所需的最小(有效)带宽(DF) ,其比值称为处理增益G p:G p =W /△F (1)众所周知,任何信息的有效传输都需要一定的频率宽度,如话音为1. 7kHz~3. 1kHz,电视图像则宽到数兆赫。
为了充分利用有限的频率资源,增加通路数目,人们广泛选择不同调制方式,采用宽频信道(同轴电缆、微波和光纤等) ,和压缩频带等措施,同时力求使传输的媒介中传输的信号占用尽量窄的带宽。
因现今使用的电话、广播系统中,无论是采用调幅、调频或脉冲编码调制制式, G p值一般都在十多倍范围内,统称为“窄带通信”。
而扩频通信的G p值,高达数百、上千,称为“宽带通信”。
基于MATLAB的MIMO通信系统仿真
目录(一)基于MATLAB的MIMO通信系统仿真…………………………一、基本原理………………………………………………………二、仿真……………………………………………………………三、仿真结果………………………………………………………四、仿真结果分析…………………………………………………(二)自选习题部分…………………………………………………(三)总结与体会……………………………………………………(四)参考文献……………………………………………………实训报告(一)基于MATLAB的MIMO通信系统仿真一、基本原理二、仿真三、仿真结果四、仿真结果分析OFDM技术通过将频率选择性多径衰落信道在频域内转换为平坦信道,减小了多径衰落的影响。
OFDM技术如果要提高传输速率,则要增加带宽、发送功率、子载波数目,这对于频谱资源紧张的无线通信时不现实的。
MIMO能够在空间中产生独立并行信道同时传输多路数据流,即传输速率很高。
这些增加的信道容量可以用来提高信息传输速率,也可以通过增加信息冗余来提高通信系统的传输可靠性。
但是MIMO却不能够克服频率选择性深衰落。
所以OFDM和MIMO这一对互补的技术自然走到了一起,现在是3G,未来也是4G,以及新一代WLAN技术的核心。
总之,是核心物理层技术之一。
1、MIMO系统理论:核心思想:时间上空时信号处理同空间上分集结合。
时间上空时通过在发送端采用空时码实现: 空时分组、空时格码,分层空时码。
空间上分集通过增加空间上天线分布实现。
此举可以把原来对用户来说是有害的无线电波多径传播转变为对用户有利。
2、MIMO 系统模型:11h 12h 21h 22h rn h 1rnh 21R n h 2R n h 1n n R h 可以看到,MIMO 模型中有一个空时编码器,有多根天线,其系统模型和上述MIMO 系统理论一致。
为什么说nt>nr ,因为一般来说,移动终端所支持的天线数目总是比基站端要少。
matlab通信系统仿真设计课程设计
matlab通信系统仿真设计课程设计一、教学目标本课程的教学目标是使学生掌握Matlab在通信系统仿真设计方面的基本理论和实践技能,培养学生运用Matlab进行通信系统仿真的能力。
1.理解通信系统的基本原理和主要技术。
2.掌握Matlab的基本语法和操作。
3.熟悉通信系统仿真的基本方法和流程。
4.能够运用Matlab进行简单的通信系统仿真。
5.能够分析仿真结果,对通信系统进行性能评估。
6.能够根据实际问题,设计并实现通信系统仿真模型。
情感态度价值观目标:1.培养学生的创新意识和团队协作精神。
2.增强学生对通信技术领域的兴趣和好奇心。
3.培养学生关注社会热点,运用所学知识解决实际问题的责任感。
二、教学内容本课程的教学内容主要包括Matlab基本语法与操作、通信系统基本原理、通信系统仿真方法和实践。
1.Matlab基本语法与操作:Matlab简介、基本语法、数据类型、运算符、函数、编程技巧等。
2.通信系统基本原理:模拟通信系统、数字通信系统、信号与系统、信息论基础等。
3.通信系统仿真方法:系统建模、仿真原理、仿真工具等。
4.通信系统仿真实践:模拟通信系统仿真、数字通信系统仿真、信道编码与解码仿真等。
三、教学方法本课程采用讲授法、案例分析法、实验法等多种教学方法,注重理论与实践相结合,激发学生的学习兴趣和主动性。
1.讲授法:通过讲解基本原理、概念和实例,使学生掌握通信系统和Matlab的基本知识。
2.案例分析法:分析实际通信系统案例,引导学生运用Matlab进行仿真分析。
3.实验法:学生进行实验,亲手操作Matlab进行通信系统仿真,提高学生的实践能力。
四、教学资源本课程的教学资源包括教材、多媒体资料、实验设备等。
1.教材:选用国内外优秀教材,如《Matlab通信系统仿真与应用》等。
2.多媒体资料:制作课件、教学视频等,辅助学生理解复杂概念和原理。
3.实验设备:计算机、Matlab软件、通信实验箱等,供学生进行实验和实践。
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创新实践报告报告题目: 基于matlab的通信系统仿真学院名称: 信息工程学院姓名:班级学号:指导老师:二O一四年十月十五日一、引言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与产品开发缩短周期,降低成本,提高水平。
这样尖锐对立的两个方面的要求,只有通过使用强大的计算机辅助分析设计技术与工具才能实现。
在这种迫切的需求之下,MA TLAB应运而生。
它使得通信系统仿真的设计与分析过程变得相对直观与便捷,由此也使得通信系统仿真技术得到了更快的发展。
通信系统仿真贯穿着通信系统工程设计的全过程,对通信系统的发展起着举足轻重的作用。
通信系统仿真具有广泛的适应性与极好的灵活性,有助于我们更好地研究通信系统性能。
通信系统仿真的基本步骤如下图所示:二、仿真分析与测试(1)随机信号的生成利用Matlab中自带的函数randsrc来产生0、1等概分布的随机信号。
源代码如下所示:global NN=300;global pp=0、5;source=randsrc(1,N,[1,0;p,1-p]); (2)信道编译码 1、卷积码的原理卷积码(convolutional code)就是由伊利亚斯(p 、Elias)发明的一种非分组码。
在前向纠错系统中,卷积码在实际应用中的性能优于分组码,并且运算较简单。
卷积码在编码时将k 比特的信息段编成n 个比特的码组,监督码元不仅与当前的k 比特信息段有关,而且还同前面m=(N-1)个信息段有关。
通常将N 称为编码约束长度,将nN 称为编码约束长度。
一般来说,卷积码中k 与n 的值就是比较小的整数。
将卷积码记作(n,k,N)。
卷积码的编码流程如下所示。
可以瞧出:输出的数据位V1,V2与寄存器D0,D1,D2,D3之间的关系。
根据模2加运算特点可以得知奇数个1模2运算后结果仍就是1,偶数个1模2运算后结果就是0。
2、译码原理卷积码译码方法主要有两类:代数译码与概率译码。
代数译码主要根据码本身的代数特性进行译码,而信道的统计特性并没有考虑在内。
目前,代数译码的主要代表就是大数逻辑解码。
该译码方法对于约束长度较短的卷积码有较好的效果,并且设备较简单。
概率译码,又称最大似然译码,就是基于信道的统计特性与卷积码的特点进行计算。
在现代通信系统中,维特比译码就是目前使用最广泛的概率译码方法。
021V D D=⊕01232V D D D D=⊕⊕⊕维特比译码算法基本原理就是:将接收到的信号序列与所有可能的发送信号序列比较,选择其中汉明距离最小的序列认为就是当前发送序列。
维特比译码的前提就是建立合适的网格图,以便寻找最优路径。
或者可以认为,维特比译码的关键就是寻找最优路径。
在实际的译码操作过程中,怎样建立网格以及建立网格后的路径的选择就是译码的关键问题。
(3)调制与解调 1)BPSK 的调制原理在二进制数字调制中,当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时,则产生二进制移相键控2PSK 信号。
通常用已调信号载波的0度与180度分别表示二进制数字基带信号的1与0。
二进制移相键控信号的时域表达式为其中,n a 与2ASK 与2FSK 时的不同,在2PSK 调制中,n a 应选择双极性,即当发送概率为P,1a =n ,当发送概率为1-P, 1-=n a 。
若g(t)就是脉宽为S T 、高度为1的矩形脉冲,则有当发送概率为P 时,)cos()(2t w t e c PSK = (式2—2) 发送概率为1-P 时,)cos(2t w e c PSK -= (式2—3)由(式2—2)与(式2—3)可以瞧出,当发送二进制符号1时,已调信号)(e 2t PSK 取0度相位,当发送二进制符号为0时,)(e 2t PSK 取180度相位,则有)cos(2n c PSK t w e ϕ+=,其中发送符号1,00=n ϕ,发送符号0,0180=n ϕ。
这种以载波的不同相位直接表示相应二进制数字调制信号的调制方式,称为二进制绝对移向方式。
下面为2PSK 信号调制原理框图2、1所示:图2、1:2PSK 信号的调制原理图(模拟调制方法) 2) BPSK 解调原理2PSK 信号的解调通常都采用相干解调,解调器原理如图2、3所示,在相干解调过程中需要用到与接收的2PSK 信号同频同相的想干载波。
S(t)码型变换 乘法器)(cos t w c)(e 2t PSK图2、3:BPSK相干解调2)QPSK调制与解调(1)QPSK的调制原理:四相相移键控就是MPSK的一种特殊情况,它就是利用载波的4个不同相位来描述数字信息的调制方式,具有较强的抗干扰能力。
QPSK的表达式可以写为:其中,就是角频率,就是第K个码元的载波相位取值,T S就是一个发送码元的持续时间,它将取可能的四种相位之一,g(t)就是发送的波形函数。
将上式展开可以得到:从式中可以瞧出,四相调制的波形,可以瞧成就是对两个正交载波进行二进制幅度调制信号之与。
从X N与Y N的取值,容易发现两者具有一定的适量约束关系。
保证两者合成的矢量点落在同一圆周上。
这个关系意味着,系统的非线性失真对QPSK 系统的可靠性影响很小。
(2)QPSK的解调原理:)(e2tPSK带通滤波器相乘器)(cos twc低通滤波器抽样判决器定时脉冲输出abc d eT1 0 1b1\ ttt111 0adec图2、4 BPSK解调各点时间波形正交电路与同相电路分别设置两个相关器(或匹配滤波器),得到I(t)与Q(t),经过电平判决与串并转换即可恢复原始信号。
(4)信道1)加性高斯白噪声信道加性高斯白噪声(AWGN)从统计上而言就是随机无线噪声,其特点就是其通信信道上的信号分布在很宽的频带范围内。
加性高斯白噪声在通信领域中指的就是一种各频谱分量服从均匀分布(即白噪声),且幅度服从高斯分布的噪声信号。
因其可加性、幅度服从高斯分布且为白噪声的一种而得名。
该噪声信号为一种便于分析的理想噪声信号,实际的噪声信号往往只在某一频段内可以用高斯白噪声的特性来进行近似处理。
由于AWGN信号易于分析、近似,因此在信号处理领域,对信号处理系统(如滤波器、低噪音高频放大器、无线信号传输等)的噪声性能的简单分析(如:信噪比分析)中,一般可假设系统所产生的噪音或受到的噪音信号干扰在某频段或限制条件之下就是高斯白噪声。
这种噪声假设为在整个信道带宽下功率谱密度(PDF)为常数,并且振幅符合高斯概率分布。
2)瑞利信道在无线通信信道中,由于信号进行多径传播达到接收点处的场强来自不同传播的路径,各条路径延时时间就是不同的,而各个方向分量波的叠加,又产生了驻波场强,从而形成信号快衰落称为瑞利衰落。
瑞利衰落信道(Rayleigh fading channel)就是一种无线电信号传播环境的“统计模型(statistical model)”。
这种模型假设信号通过无线信道之后,其信号幅度(amplitude)就是随机的,即“衰落(fading)”,并且其包络(envelope)服从瑞利分布(Rayleigh distribution)。
这一信道模型能够描述由电离层与对流层反射的短波信道,以及建筑物密集的城市环境。
[1][2]瑞利衰落只适用于从发射机到接收机不存在直射信号(LoS,Line of Sight)的情况,否则应使用莱斯衰落信道(Ricean fading channel)作为信道模型。
(5)多径合并 1)MRC 方式最大比合并就是对等增益合并的改进,即各个支路加权系数与该支路信噪比成正比,各支路信噪比越大,其相应的加权系数越大,该支路对合并信噪比的贡献也越大。
假定每个支路的平均噪声功率相等,可以证明当各个支路加权系数为Gi=Ai/σ2时,分集合并后的平均输出信噪比最大。
其中,Ai 为第i 条支路信号幅度;σ2为每条支路噪声平均功率。
合并后的输出信号幅度为2)EGC 方式当支路加权系数设定为G 1=G 2=…=G N 时,称为等增益合并,但需要对每个支路的信号进行同相化处理。
(6)采样判决由于从匹配滤波器出来的信号的点数8倍于原来信息的点数,为了恢复出原信号,所以需要对该信号进行采样。
从匹配滤波器出来时,首先要剔除卷积过程中冗余的点,接着抽取现在信号中的第1个,第9个,……,第8×k +1个点,源代码如下:function [y1,y2]=pick_sig(x1,x2,ratio) y1=x1(ratio*3*2+1:ratio:length(x1)); y2=x2(ratio*3*2+1:ratio:length(x1));经过前边的匹配滤波器解调或者称为相关解调产生了一组向量,在这里就就是一个一维的向量,根据最大后验概率(MAP)准则(由于各个信号的先验概率相等,所以页可以认为就是最大似然准则),得到了最小距离检测。
具体在本仿真系统中,判断为各个信号的门限如表2所示。
判决后得到的数据再按照格雷码的规则还原成0、1信号,最终将两路0、1信号合成一路0、1信号,用来同最初的信号一起决定误码率。
表2 判决电平对应表判决前的信号的幅度对应的判决后的幅度2-<A -3 02≤≤-A -1 20<≤A 1 2≥A 3(7)理论值与仿真结果的对比在仿真完成之后,把得出的仿真结果与理论结果相互对比,了解仿真与理论的差异。
三、系统仿真分析(一)有信道编码与无信道编码的的性能比较1、信道编码的仿真第一步:产生随机序列,执行随机序列生成程序,得出随机序列:0 1 1 0 1 0 1 1。
第二步:对随机序列进行卷积编码得:0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 01 0 0 0 0第三步:在接收端对信号进行相干解调,结果如下:第四步:对相干解调之后的信号进行解码得出下图所示信号:总结:有以上四图瞧出,发送信号与接收端解调出的信号一样,说明无线通信的目的就就是无失真的传递信息;信道的功能就就是尽可能无失真的传输信息。
2、有信道编码与无信道编码的比较 信道编码的实质就是在信息码中增加一定数量的多余码元(称为监督码元),使它们满足一定的约束关系,这样,由信息码元与监督码元共同组成一个由信道传输的码字。
一旦传输过程中发生错误,则信息码元与监督码元间的约束关系被破坏。
在接收端按照既定的规则校验这种约束关系,从而达到发现与纠正错误的目的。
为了分析误码率随着信噪比的编码所呈现出来在有信道编码与无信道编码的差别,首先产生的随机的10000*128个符号数,snr噪声为0到15d。
bitcoded=channelcoding(sym,G,4); %信道编码,(7,4)码bitdecoded=channeldecoding(Rstream,Etab,Smatrix,H,7,4);根据仿真曲线图可以瞧出,有信道编码的曲线的误码率比没有信道编码的误码率低,并且随着信噪比的增大而明显。