2023年基于MATLAB的simulink对信号调制与解调的仿真.doc

Simulink是Mathworks公司推出的基于Matlab平台的著名仿真环境Simulin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。 本文主要是以simulink为根底平台，对2ASK、2FSK、2PSK信号的仿真。文章第一章内容是对simulink的简单介绍和通信技术的目前开展和未来展望；第二章是对2ASK、2FSK和2PSK信号调制及解调原理的详细说明；第三章是本文的主体也是这个课题所要表现的主要内容，第三章是2ASK、2FSK和2PSK信号的仿真局部，调制和解调都是simulink建模的的方法，在解调局部各信号都是采用相干解调的方法，而且在解调的过程中都对整个系统的误码率在display模块中有所显示 本文的主要目的是对simulink的熟悉和对数字通信理论的更加深化和理解。 关键词：2ASK、2FSK、2PSK，simulink,调制，相干解调 目 录 。2 第一章 绪论 。4 1.1 MATLAB/Smulink的简介 。4 1.2 通信开展简史 。4 1.3 通信技术的现状和开展趋势 。7 第二章 2ASK、2FSK、2PSK和2DPSK的根本原理和实现 。7 2.1 2ASK的根本原理和调制解调实现 。8 2.2 2FSK的根本原理和调制解调实现 。11 2.3 2PSK的根本原理和调制解调实现 。14 2. 2DPSK的根本原理和调制解调实现 。18 第三章 Smulink的模型建立和仿真 。24 3.1 2ASK的仿真 。24 3.2 2FSK的仿真 。32 3.3 2PSK的仿真 。41 总结 46 致谢 47 参考文献 47 第一章 绪论 1.1 MATLAB/Simulink的简介 美国Mathworks公司于1967年推出了矩阵实验室“Matrix Laboratory〞〔缩写为Matlab〕这就是Matlab最早的雏形。开发的最早的目的是帮助学校的老师和学生更好的授课和学习。从Matlab诞生开始，由于其高度的集成性及应用的方便性，在高校中受到了极大的欢送。由于它使用方便，能非常快的实现科研人员的设想，极大的节约了科研人员的时间，受到了大多数科研人员的支持，经过一代代人的努力，目前已开展到了7.X版本。 Matlab是一种解释性执行语言，具有强大的计算、仿真、绘图等功能。由于它使用简单，扩充方便，尤其是世界上有成千上万的不同领域的科研工作者不停的在自己的科研过程中扩充Matlab的功能，使其成为了巨大的知识宝库。可以毫不夸张的说，哪怕是你真正理解了一个工具箱，那么就是理解了一门非常重要的科学知识。科研工作者通常可以通过Matlab来学习某个领域的科学知识，这就是Matlab真正在全世界推广开来的原因。目前的Matlab版本已经可以方便的设计漂亮的界面，它可以像VB等语言一样设计漂亮的用户接口，同时因为有最丰富的函数库〔工具箱〕，所以计算的功能实现也很简单，进一步受到了科研工作者的欢送。另外，,Matlab和其他高级语言也具有良好的接口，可以方便的实现与其他语言的混合编程，进一步拓宽了Matlab的应用潜力。可以说，Matlab已经也很有必要成为大学生的必修课之一，掌握这门工具对学习各门学科有非常重要的推进作用。 Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，也是目前在动态系统的建模和仿真等方面应用最广泛的工具之一 。确切的说，Simulink是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包，它支持线性和非线性系统，连续、离散时间模型，或者是两者的混合。系统还可以使多种采样频率的系统，而且系统可以是多进程的。Simulink工作环境进过几年的开展，已经成为学术和工业界用来建模和仿真的主流工具包。在Simulink环境中，它为用户提供了方框图进行建模的图形接口，采用这种结构画模型图就如同用手在纸上画模型一样自如、方便，故用户只需进行简单的点击和拖动就能完成建模，并可直接进行系统的仿真，快速的得到仿真结果。它的主要特点在于：1、建模方便、快捷；2、易于进行模型分析；3、优越的仿真性能。它与传统的仿真软件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直观、方便、灵活的优点。Simulink模块库〔或函数库〕包含有Sinks〔输出方式〕、Sources〔输入源〕、Linear〔线性环节〕、Nonlinear〔非线性环节〕、Connection〔连接与接口〕和Extra〔其他环节〕等具有不同功能或函数运算的Simulink库模块〔或库函数〕，而且每个子模型库中包含有相应的功能模块，用户还可以根据需要定制和创立自己的模块。用Simulink创立的模型可以具有递阶结构，因此用户可以采用从上到下或从下到上的结构创立模型。用户可以从最高级开始观看模型，然后用鼠标双击其中的子系统模块，来查看其下一级的内容，以此类推，从而可以看到整个模型的细节，帮助用户理解模型的结构和各模块之间的相互关系。在定义完一个模型后，用户可以通过Simulink的菜单或MATLAB的命令窗口键入命令来对它进行仿真。菜单方式对于交互工作非常方便，而命令行方式对于运行仿真的批处理非常有用。采用Scope模块和其他的显示模块，可以在仿真进行的同时就可立即观看到仿真结果，假设改变模块的参数并再次运行即可观察到相应的结果，这适用于因果关系的问题研究。仿真的结果还可以存放到MATLAB的工作空间里做事后处理。模型分析工具包括线性化和整理工具，MATLAB的所有工具及Simulink本身的应用工具箱都包含这些工具。由于MATLAB和SIMULINK的集成在一起的，因此用户可以在这两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改模型。但是Simulink不能脱离MATLAB而独立工作。 ， 1.2 通信技术的历史和开展 1.2.1 通信的概念 通信就是克服距离上的障碍，从一地向另一地传递和交换消息。消息是信息源所产生的，是信息的物理表现，例如，语音、文字、数据、图形和图像等都是消息(Message)。消息有模拟消息〔如语音、图像等〕以及数字消息〔如数据、文字等〕之分。所有消息必须在转换成电信号〔通常简称为信号〕后才能在通信系统中传输。所以，信号〔Signal〕是传输消息的手段，信号是消息的物质载体。 相应的信号可分为模拟信号和数字信号，模拟信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是连续的(分别如图1-2-1所示) ，如 机、电视摄像机输出的信号就是模拟信号。数字信号的自变量可以是连续的或离散的，但幅度是离散的(分别如图1-2-2所示) ，如电船传机、计算机等各种数字终端设备输出的信号就是数字信号。 通信的目的是传递消息，但对受信者有用的是消息中包含的有效内容，也即信息(Information) 。消息是具体的、外表的，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。 通信技术，特别是数字通信技术近年来开展非常迅速，它的应用越来越广泛。通信从本质上来讲就是实现信息传递功能的一门科学技术，它要将大量有用的信息无失真，高效率地进行传输，同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。当今的通信不仅要有效地传递信息，而且还有储存、处理、采集及显示等功能，通信已成为信息科学技术的一个重要组成局部。 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1-2-3所示。 ↑ 图1-2-3通信系统一般模型 通信系统可分为数字通信系统和模拟通信系统。数字通信系统是利用数字信号来传递消息的通信系统，其模型如图1-2-4所示， ↑ 图1-2-4 数字通信系统模型 模拟通信系统是利用模拟信号来传递消息的通信系统，其模型如图1-2-5所示。 图1-2-5 模拟通信系统模型 数字通信系统较模拟通信系统而言，具有抗干扰能力强、便于加密、易于实现集成化、便于与计算机连接等优点。因而，数字通信更能适应对通信技术的越来越高的要求。近二十年来，数字通信开展十分迅速，在整个通信领域中所占比重日益增长，在大多数通信系统中已代替模拟通信，成为当代通信系统的主流。 1.2.2 通信的开展史简介 远古时代,远距离的传递消息是以书信的形式来完成的,这种通信方式明显具有传递时间长的缺点。为了在尽量短的时间内传递尽量多的消息,人们不断地尝试所能找到的各种最新技术手段。1837年创造的莫尔斯电磁式电报机标志着电通信的开始,之后，利用电进行通信的研究取得了长足的进步。1866年利用海底电缆实现了跨大西洋的越洋电报通信。1876年贝尔创造了 ,利用电信号实现了语音信号的有线传递，使信息的传递变的既迅速又准确，这标志着模拟通信的开始，由于它比电报更便于交流使用，所以直到20世纪前半叶这种采用模拟技术的 通信技术比电报的到了更为迅速和广泛的开展。1937年瑞威斯创造的脉冲编码调制标志数字通信的开始。20世纪60年代以后集成电路、电子计算机的出现，使得数字通信迅速开展。在70年代末在全球开展起来的模拟移动 在90年代中期被数字移动 所代替，现有的模拟电视也正在被数字电视所代替。数字通信的高速率和大容量等各方面的优越性也使人们看到了它的开展前途。 1.3 通信技术的开展现状和趋势 进入20世纪以来，随着晶体管、集成电路的出现与普及、无线通信迅速开展。特别是在20世纪后半叶，随着人造地球卫星的发射，大规模集成电路、电子计算机和光导纤维等现代技术成果的问世，通信技术在以下几个不同方向都取得了巨大的成功。 （1） 微波中继通信使长距离、大容量的通信成为了现实。 （2） 移动通信和卫星通信的出现，使人们随时随地可通信的愿望可以实现。 （3） 光导纤维的出现更是将通信容量提高到了以前无法想象的地步。 （4） 电子计算机的出现将通信技术推上了更高的层次，借助现代电信网和计算机的融合，人们将世界变成了地球村。 （5） 微电子技术的开展，使通信终端的体积越来越小，本钱越来越低，范围越来越广。例如，2023年我国的移动 用户首次超过了固定 用户。根据国家信息产业部的统计数据，到2023年底移动 用户近4亿。 随着现代电子技术的开展，通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带化的方向开展。随着科学技术的进步，人们对通信的要求越来越高，各种技术会不断地应用于通信领域，各种新的通信业务将不断地被开发出来。到那时人们的生活将越来越离不开通信。 第二章 数字频带传输系统 在数字基带传输系统中，为了使数字基带信号能够在信道中传输，要求信道应具有低通形式的传输特性。然而，在实际信道中，大多数信道具有带通传输特性，数字基带信号不能直接在这种带通传输特性的信道中传输。必须用数字基带信号对载波进行调制，产生各种已调数字信号。 图 2-1 数字调制系统的根本结构 数字调制与模拟调制原理是相同的，一般可以采用模拟调制的方法实现数字调制。但是，数字基带信号具有与模拟基带信号不同的特点，其取值是有限的离散状态。这样，可以用载波的某些离散状态来表示数字基带信号的离散状态。根本的三种数字调制方式是：振幅键控(ASK)、移频键控(FSK)和移相键控(PSK 或DPSK)。 本章重点论述二进制数字调制系统的原