基于MATLAB的数字调制系统仿真(SIMULINK工具箱和编程语言)

毕业设计说明书（论文）中文摘要
随着通信系统规模和复杂性的不断增大，计算机仿真技术越来越受重视。通过构筑通信系统仿真平台，可以在计算机上显示不同的工作原理，以方便对波形、频谱、抗噪声性能进行分析和处理，从而为通信系统设计和研究提供了强有力的指导和帮助。设计对通信系统原理进行了分析，利用MATLAB的SIMULINK工具箱和编程语言对数字调制系统进行仿真。设计利用了MATLAB编程和SIMULINK工具箱在MATLAB软件平台上对二进制振幅键控、二进制移频键控、二进制移相键控分别进行调制解调的仿真。首先在无噪声情况下与理论波形进行分析比较；然后在信道中加入噪声从功率谱密度和信噪比方面对数字调制系统的抗噪声性能进行分析。

关键词   振幅键控  移频键控  移相键控  MATLAB  仿真

毕业设计说明书（论文）外文摘要
Title     The Emulation of Digital Modulation    System Based on MATLAB          
Abstract
With the size and complexity of communications system continually increased, computer emulation technology has been paid more and more attention. Through building communication systems simulation platform, different principles can be displayed on the computer in order to facilitate the wave spectrum, anti-noise performance and processing, and give a strong guidance and help to the design and study of communication systems. This design analysis the principles of the communications system, using SIMULINK toolbox of MATLAB and programming language to emulation the  digital modulation system. This design using MATLAB and SIMULINK Toolbox programming in MATLAB software platform to emulation two pairs amplitude shift keying system, binary frequency shift keying, binary phase shift keying modulation and demodulation. First compared with the theoretical waveform in the absence of the noise situation; then join the channel noise and analysis the anti-noise capability of digital modulation system from the power spectral density and signal-to-noise ratio aspects.

Keywords  ASK  FSK  PSK   MATLAB  Emulation

设计背景及意义
随着通信系统的规模和复杂度不断增加,传统的设计方法已经不能适应发展的需要,通信系统的模拟仿真技术越来越受到重视。传统的通信仿真技术主要分为手工分析与电路试验两种，可以得到与真实环境十分接近的结果，但耗时长，方法比较繁杂，而通信系统的计算机模拟仿真技术是介于上述两种方法的一种系统设计方法，它可以让用户在很短的时间内建立整个通信系统模型，并对其进行模拟仿真。早期，多采用计算机高级程序语言(FORTRAN、PASCAL、C等)进行仿真，用这些高级程序语言编写系统仿真程序，虽然比上述两种方法更加便捷，但在程序编写中仍需花费大量时间精力考虑事件的发生、处理以及结果的可视化等因素。即使是一个简单系统，程序都十分冗长，难于调试[1]。随着计算机仿真技术的发展，构筑通信系统仿真平台，可以在计算机上显示不同系统的工作原理，进行波形观察、频谱分析和性能分析等，为通信系统设计和研究提供强有力的指导。

设计方法及预期结果
随着数字技术的飞速发展与数字器件的广泛使用，数字信号处理在通信系统中的应用已经越来越重要。数字信号传输系统分为基带传输系统和频带传输系统。频带传输系统也叫数字调制系统，该系统对基带信号进行调制，使其频谱搬移到适合在信道(一般为带通信道)上传输的频带上。数字调制和模拟调制一样都是正弦波调制，即被调制信号都为高频正弦波。数字调制信号又称为键控信号，数字调制过程中处理的是数字信号，而载波有振幅、频率和相位3个变量，且二进制的信号只有高低电平两个逻辑量即1和0，所以调制的过程可用键控的方法由基带信号对载频信号的振幅、频率及相位进行调制,最基本的方法有三种振幅调制(ASK)、频移键控(FSK)、相移键控(PSK) [2]。基于信号的系统仿真，是通信电子类专业教学和科研经常使用的一种方法。80年代以来，通信和信号处理系统越来越复杂，各种新技术的发展对通信系统的实现起着重大的影响。通信系统复杂性的增加使得分析与设计所需的时间和费用也迅速上升，为了节约人力、物力、财力和时间，就需要进行系统仿真。

 MATLAB及其仿真的实现方法
MATLAB的特点
MATLAB软件是美国MathWorks公司开发的用于概念设计，算法开发，建模仿真，实时实现的理想的集成环境[3]。MATLAB内核及辅助工具箱，两者的调用构成了MATLAB的强大功能。MATLAB语言以数组为基本数据单位，包括控制流语句、函数、数据结构、输入输出及面向对象等特点的高级语言，具有以下主要特点:
a) 运算符和库函数极其丰富，语言简洁，编程效率高，MATLAB除了提供和C语言一样的运算符号外，还提供广泛的矩阵和向量运算符。利用其运算符号和库函数可使其程序相当简短，两三行语句就可实现几十行甚至几百行C或FORTRAN的程序功能。
b) 既具有结构化的控制语句(如for循环，while循环，break语句，if语句和switch语句)，又有面向对象的编程特性。
c) 图形功能强大。它既包括对二维和三维数据可视化，图像处理，动画制作等高层次的绘图命令，也包括可以修改图形及编制完整图形界面的，低层次的绘图命令。
d) 功能强大的工具箱。工具箱可分为两类:功能性工具箱和学科性工具箱。功能性工具箱主要用来扩充其符号计算功能，图示建模仿真功能，文字处理功能以及与硬件实时交互的功能。而学科性工具箱是专业性比较强的，如优化工具箱、统计工具箱、控制工具箱、小波工具箱、图象处理工具箱、通信工具箱等。
e) 易于扩充。除内部函数外，所有MATLAB的核心文件和工具箱文件都是可读可改的源文件，用户可修改源文件和加入自己的文件，它们可以与库函数一样被调用。

基于MATLAB的仿真实现方法
 SIMULINK工具箱
MATLAB通信工具箱是一套用于在通信领域进行理论研究、系统开发、分析设计和仿真的专业化工具软件包。MATIAB通信工具箱由两大部分组成：通信系统功能函数库和SIMULINK通信系统仿真模型库。运行MATLAB通信工具箱需要有MATLAB信号处理工具箱支持[4]。
MATLAB通信系统功能函数库由七十多个函数组成，每个函数有多种选择参数、函数功能覆盖了现代通信系统的各个方面。这些函数包括：信号源产生函数、信源编码／解码函数、纠错控制编码／解码函数、调制／解调函数（基带和通带）、滤波器函数、传输信道模型函数（基带和通带）、TDMA、FDMA、CDMA函数、同步函数、工具函数等。以纠错控制编解码函数为例：函数库提供了线性分组码、汉明码、循环码、BCH码、里德一索洛蒙码（REED—SOLOMON）、卷积码等6种纠错控制编码，每种编码又有编码、解码、矢量输入输出、序列输入输出等四种形式的函数表达。
在SIMULINK通信系统仿真模型库中，整个通信系统的流程图被概括为：信号的产生与输出、编码与解码、调制与解调。多址接入方式、滤波器以及传输介质的模型。每个框图都由一个子仿真模型库构成。在通信系统中，一般情况下，传输和接受所采用的技术是相互对应的，因此，可以将发射与接收部分中各个子仿真模型库进行相应的归类。发射部分的信源编码和接收部分的信源解码所对应的子仿真模型库归类后共有5种信源编解码仿真模型。另外，为能进行通信的全系统仿真，SIMULINK通信系统仿真模型库提供了通带和基带两种类别的信道模型，其中通带信道有4种模型，基带信道有6种模型[5]。










目   录
1 引言…………………………………………………………………………………… 1
1.1 设计背景及意义…………………………………………………………………… 1
1.2 设计方法及预期结果……………………………………………………………… 1
2 MATLAB及其仿真实现方法………………………………………………………… 2
2.1 MATLAB的特点…………………………………………………………………… 2
2.2 基于MATALAB的仿真实现方法………………………………………………… 2
3 数字调制系统原理………………………………………………………………… 4
3.1 二进制振幅键控………………………………………………………………… 4
3.2 二进制移频键控………………………………………………………………… 5
3.3 二进制移相键控………………………………………………………………… 8
(毕业设计 )
4 数字调制系统的仿真设计………………………………………………………… 10
4.1 二进制振幅键控的程序仿真设计……………………………………………… 11
4.2 基于simulink的二进制移频键控仿真设计…………………………………  14
4.3 二进制移相键控程序仿真设计………………………………………………… 25
5 数字调制系统的抗噪声分析……………………………………………………… 29
5.1 二进制振幅键控抗噪声仿真与分析…………………………………………… 29
5.2 二进制移频键控抗噪声仿真与分析…………………………………………… 30
5.3 二进制移相键控抗噪声仿真与分析…………………………………………… 31
结论……………………………………………………………………………………… 33
致谢……………………………………………………………………………………… 34
参考文献………………………………………………………………………………… 35
附录……………………………………………………………………………………… 36

参 考 文 献
1  张志涌，刘瑞桢，杨祖樱. 掌握和精通MATLAB. 北京：北京航空出版社，1997
2  吴翊，吴盂达，成礼智．数学建模的理论与实践．北京：国防科技大学出版社，1999
3  轻松，程岱松.数字通信系统的仿真与分析.北京：航空航天大学出版社，2001
4  邓华，张振中，张海洋等.MATLAB通信仿真与应用实例详解.北京：人民邮电出版社，2003
5  李建新，刘乃安，刘继平．现代通信系统分析与仿真．西安：西安电子科技大学出版社，2000
6  曹志刚，钱亚生.现代通信原理. 北京：清华大学出版社，1999
7  罗伟雄，韩力，原东昌.通信原理与电路. 北京：北京理工大学出版社，2002
8  尤克等. 现代数字移动通信原理及实用技术.北京：北京大学出版社， 2001
9  陈萍.现代通信实验系统的计算机仿真.北京：国防工业出版社，2003
10  程佩青.数字信号处理教程.北京：清华大学出版社，2001
11 王钦笙.数字通信.北京：人民邮电出版社.1993
12  John G Proakis. Digital Communications . 北京: 电子工业出版社， 1999
13  R van Nee. OFDM Wireless Multimedia Communications[M].Rrasad R. Artech House， 1998
14  A Peled， A Ruiz. Frequency domain data transmission using reduced computational comp lexity algorithms[C]. In Proc.IEEE Int. Conf. Acoust， Speech， Signal Processing， 1980
15  Jeruchim MC， Balaban P， Shanmugan KS. Simulation of Communication System. New York：Plenum，1992