课题名称： 通信系统仿真作业
院 （系）： 计算机工程学院
专 业： 通信工程
班 级：
学生姓名： hshengxue
学 号： 0900402022
指导教师： 陈 艳
2012年6月17日
目 录
前言： 3
一．设计平台简介 4
二．设计一 6
三．设计二 8
四．设计三 9
五、设计四 10
六、设计五 11
七、设计六 13
八、设计七 15
九、心得体会 15
十、参考文献 16
前言
随着现代通信系统的飞速发展，计算机仿真已成为今天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。仿真是衡量系统性能的工具，它通过仿真模型的仿真结果来判断原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，防止对系统中某些功能部件造成过盈的负载，优化系统的整体性能，因此，仿真是科学研究和工程建设中不可缺少的方法。实际的通信系统是一个功能结构相当复杂的系统，对这个系统做出的任何改变( 如改变某个参数的设置、改变系统的结构等) 都可能影响到整个系统的性能和稳定。因此，在对原有的通信系统做出改进或建立一个新系统之前，通常需要对这个系统进行建模和仿真。通过仿真结果衡量方案的可行性，从中选择最合理的系统配置和参数设置，然后再应用于实际系统中，这个过程就是通信系统仿真。当今的网络越来越面向大型综合多业务网络方向发展，在同一网络系统中可以包含多个不同功能的子网，运行不同的网络协议，承载多种综合网络业务。 在网络建设中， 具有高度复杂性和不确定性，所以在网络的规划和建设中， 应用网络仿真技术， 可以对于网络设计方案，实施方案， 网络运行情况，网络发展计划等进行测试，评估，改进和优化，实现网络建设最优化，提高网络的实用性与经济型，节约建设成本，缩短建设周期，并对于网络的增长作出有效的预测，为网络的增长做好准备。 网络仿真技术与应用， 对于我国的网络发展具有深远的意义，优秀的网络仿真工具， 随着我国高速网络的建设， 正在成为一种必要的工具。
实验平台简介
本次一系列的设计我们是通过matlab软件来实现的，MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。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，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
MATLAB和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连
matlab开发工作界面
接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JAVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到MATLAB函数库中方便自己以后调用，此外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。
设计一、随机信号分析
在（-1，1）内产生一均匀分布的随机数N=500的离散时间序列，计算该序列的自相关函数和功率谱密度，并绘制图形。
解：本程序在随机过程的10次实现上采用平均自相关得到自相关函数和功率谱。
源程序如下：
echo on
N=500;
M=50;
t=0:1:50;
s=-1:0.04:1;
Rx_av=zeros(1,M+1);
Sx_av=zeros(1,M+1);
for j=1:10; % 取10次实现的整体平均
X=2*rand(1,N)-1; % X在 -1 和 1之间取值
Rx=Rx_est(X,M); % 本次实现的自相关函数
Sx=fftshift(abs(fft(Rx))); % 本次实现的功率谱密度
Rx_av=Rx_av+Rx; % 自相关函数之和
Sx_av=Sx_av+Sx; % 功率谱密度之和
end;
Rx_av=Rx_av/10; % 自相关函数的整体平均
Sx_av=Sx_av/10; % 功率谱密度的整体平均
subplot(2,1,1);
plot(t,Rx_av)
xlabel( '(a) 自相关函数' );
subplot(2,1,2);
plot(s,Sx_av)
xlabel( '(b) 功率谱密度'
%--------------------------------------------------------------------------------------------------------------
function [Rx]=Rx_est(X,M)
% 估计随机序列X的自相关函数
% 计算出Rx(0),Rx(1),...,Rx(M)
% Rx(m)代表实际中的Rx(m-1).
N=length(X);
Rx=zeros(1,M+1);
for m=1:M+1
for n=1:N-m+1
Rx(m)=Rx(m)+X(n)*X(n+m-1);
end;
Rx(m)=Rx(m)/(N-m+1);
end;
程序运行结果如图：
设计二、模拟信号的数字化
画出律13折线近似的压缩特性曲线和=87.6时的压缩特性曲线，并将二者进行比较。
解
仿真测试模型：
仿真结果波形图如下：
设计三、数字基带传输系统
画出=0，0.5，1的升余弦滚降系统的频谱图，并画出其各自对应的时域波形。
解：
源程序如下：
Td=1;
Fs=33;
Ts=1/Fs;
delta_f=1.0/(20.0*Td);
t=-10*Td:Ts:10*Td;
f=-2/Td:delta_f:2/Td;
alpha=[0 0.5 1];
for n=1:length(alpha)
for k=1:length(f)
if abs(f(k))>0.5*(1+alpha(n))/Td
Xf(n,k)=0;
elseif abs(f(k))<0.5*(1-alpha(n))/Td
Xf(n,k)=Td;
else
Xf(n,k)=0.5*Td*(1+cos(pi*Td/(alpha(n)+eps)*(abs(f(k))-0.5*(1-alpha(n))/Td)));
end
end
xt(n,:)=sinc(t/Td).*(cos(alpha(n)*pi*t/Td))./(1-4*alpha(n)^2*t.^2/Td^2+eps);
end
subplot(2,1,1);
plot(f,Xf);grid on
axis([-1 1 0 1.2]);
xlabel('f/Ts');ylabel('')
title('升余弦滚降频谱');
subplot(2,1,2);
plot(t,xt);grid on
axis([-10 10 -.5 1.1]);grid on
xlabel('t');ylabel('amp');
title('升余弦滚降波形');
程序运行结果如图：
设计四、模拟线性调制解调系统
对抑制载波的双边带调制解调系统进行仿真。设传输的基带信号为正弦波，幅度为1，频率范围为1～10Hz，载波频率为100Hz，传输信道为高斯白噪声信道，其信噪比为10dB，系统仿真采样频率设置为1000Hz。
解：
仿真测试模型：
仿真波形如下图：
设计五、2FSK调制解调系统
利用Simulink中的“M-FSK Modulator Baseband”模块和“M-FSK Demodulator Baseband”模块建立2FSK调制解调系统模型，并观察调制、解调前后的波形，计算差错率。
解：
仿真模块为：
仿真结果：（调制前原始基带信号波形、调制后通带信号波形、解调信号波形图）
设计六、2PSK和2DPSK调制解调系统
利用Simulink中的“BPSK Modulator Baseband”模块和“BPSK Demodulator Baseband”模块建立2PSK调制解调系统模型，并观察调制、解调前后的波形，计算差错率。
解：
仿真模块为：
仿真结果如下：
分别为2PSK调制的时间波形、2PSK调制功率谱，即滤波前和滤波后的对比图形
设计七、数字通信系统的抗噪性能分析
观察仿真图7.3，说明仿真结果和理论计算结果在低信噪比下为什么情况完全一致，而在高信噪比下一致性稍差？思考应该如何改变仿真过程以使在高信噪比下也能得到更好的一致性？
解：
通过理论指导，从仿真中可以看出在调制系统中由于存在信道干扰和码间干扰，会影响调制系统的性能，及存在一定的误码率，误码率与信噪比相关，当信噪比提高时，误码率下降。随着信噪比的降低，误码率是急剧上升的。
由图可见随着信噪比的增大，理论计算与实际仿真得到的误码率
均在下降。
采用非线性变换技术可使在高信噪比下能得到更好的一致性。
心得体会
通过此次一系列的设计，我们学会了更好地运用matlab软件来仿真一些通信系统，这是一个边学边用，学以致用的过程，让我们更加认识到理论联系实际的重大意义，也知道了只有真正动手去做，才能有所斩获。而此次设计也让我们知道了团队的意义，更加懂得如何分工合作，发挥每个人的特长以相互协调，更好地贡献每个人的力量。matlab软件功能如此强大，而我们此次设计只是运用了它强大功能的冰山一角，它还有更多更强大的功能有待我们去发掘和运用，前面的路还很长，我们会倍加努力。
参考文献
《Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析》--邵玉斌 清华大学出版社下载本文
