基于MATLAB的通信系统仿真研究1

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硕士学位论文
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一基于IYIA.TLA}的通信系统仿真研究
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培养单位
:南京信息工程大学
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申请人:
一指导教师:
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分类号
UDC
基于掀TLAB的通信系统仿真研究
(南京信息工程大学理学硕士学位论文)
培养单位:南京信息工程大学
专业:系统分析与集成
申请人:杨丽
指导教师:肖冬荣教授
2006年5月ResearehofCommunieationsSystemSimulation
BasedonMATLAB
DISsertationSubmttiedto
NanjingUniversiytofInofrmation
Seience&Teehnology
inpartialuflfillmentofhterequiremenis
ofrhtedegreeof
MasterOfNatUralSCienCG
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Li物ng
(SystemAnalysisandIntegration)
DissertationSPuevrisor:ProefssorDongrongXiao学位论文独创性声明
本人郑重声明:
1、坚持以“求实、创新”的科学精神从事研究工作。
2、本论文是我个人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成
3、本论文中除引文外，所有实验、数据和有关材料均是真实的。
4、本论文中除引文和致谢的内容外，不包含其他人或其它机构己
经发表或撰写过的研究成果。
5、其他同志对本研究所做的贡献均已在论文中作了声明并表示了
谢意。
作者签名:
日期:
杨网
遍二华一
学位论文使用授权声明
本人完全了解南京信息工程大学有关保留、使用学位论文的规
定，学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论
文的电子版和纸质版;有权将学位论文用于非赢利目的的少量复制
并允许论文进入学校图书馆被查阅;有权将学位论文的内容编入有
关数据库进行检索;有权将学位论文的标题和摘要汇编出版。保密
的学位论文在解密后适用本规定。
作者签名:
日期:1劝，‘‘二关于学位论文使用授权的说明
本人完全了解南京信息工程大学有关保留、使用学位论文的规定，即:学校
有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅;学校可以公布论文的全部
或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。
(保密的论文在解密后应遵守此规定)
作者签名:
日期:
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导师签名:
日期:摘要
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。现代计
算机科学技术快速发展，己经研发出了新一代的可视化的仿真软件。这些功能强大的仿真
软件，使得通信系统仿真的设计和分析过程变得相对直观和便捷，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和极好的灵活性，有助于我们更好地研究通信系统
性能。
本文首先介绍了通信系统仿真的基本内容，包括通信系统仿真的一般步骤、MATL朋中
的一种可视化仿真工具Simulikn以及S一函数的相关概念。
从理论上对通信系统进行深入细致的研究是非常必要的。本文对通信系统中的一些重
要环节，包括信道、噪声、模拟信号的数字化传输、信道编码以及信号调制的原理、方法
和过程进行了详细的阐述。
理论知识是用来指导具体实践的。本文在深刻理解通信系统理论的基础上，利用MATLAB
强大的仿真功能，设计了许多具体的通信系统仿真模型。在仿真模型设计过程中，本文对
模型设计的目的、具体的结构组成、仿真流程以及仿真结果都给出了具体详实的分析和说
明。
最后，本文对所做的研究工作进行了总结，并且提出了今后的工作和研究方向。
关键词:通信系统，仿真，MATLAB，S一函数，系统设计ABSTRACT
ThedeveloPmentofmodemsoeietyrequireseorn力nunieationssystemhasmore
Poweruflufnetion，址gherPerofmrnacenadeomPlicatedsUrtet’Ure.Onhteohterhnad，
hteersearehofteehnologynaddeveloPmentofProduetshouldtUrneateeyele，eut
costsnadincreaseProduetionlevels.Weenaresolvehteco皿ietbyusinghte
eomPuteraideddesingteehnologynadtools.TherPaiddevelOPmentofeomPuter
seieneeeuaseshtesuecess彻researchnaddeveloPmentofnewgenerationvisuai
s加ulationsotfware.Thes五nulationsotfware15Powe血1whichmkaeshteProeessof
desingnadnaalysisofeonunu幻ueationssystemsimulationmoreinutitionalnad
eonvenieni.OTd，yahteconxntunieationssystemsimulation15rPaiddeveloPing.
Thes恤ulationnotonlyPemreateshtewholeProeessofhtedesignof
co
mmunicationssystemProjeetbutalsohasveyrimPortnatunfetiondUrnighte
develoPmeniofeornrn画https://www.wendangku.net/doc/dd11163264.html,nt画eationssystemsimulationhaseomPerhensiveadpatbailiytnadwondeurflagili，ytWhieh15helPuflofrustoreseareh
htefilxletionofeo幻以幻nunieationssystemwell.
ThePPaerfirstlyIntroudeeshtebasiceonientofeonun耐eationssystemsimulation，whiChineludeeon刀刀onstePsofsimulation，visualsimulationtoolealled
SimuliknnadhteconcePtofs一加

nction.
It15necessarytoresearehhtehteoyrofeornlllunieationssystemntiensively.The
PpaerexPnadssomeimPortnatlinksofhteeonlln切meationssystemwhiehinclude
challnel，noise，digiaJtrtnasmissionofnaalogsingai，chnnaeleneodenadsignal
modulation.
TheoyraimstoguidePraetice.OnhtebaseofdeePcomPrehensionof
coll卫11俪eationssystmehteoyr，htePPaerdesingsmnayeoncretesimulationmodels.
InhteProeessofmodelsdesing，hetPpaernaalyseshteinteniion，configuration，
simulationliknsnadsimulationresults.
nIhteend，htePPaers切mrnarizesmaineonieniofhteresearehnadsome
ofllo诚ngsutdynadresearehobjeetsaresuggested.
KyeW6rds:ConununieationsSystem，Simulation
Desing
S一Funetion，System目录
第一章绪论
1.1通信系统仿真概念及其重要作用
通信系统仿真的概念..............................……，...............……，.，..............................……1
通信系统仿真的重要作用...................................................................................……2
112‘‘人..几
1.2通信系统仿真问题的提出、研究价值及研究现状.“““.““.“二”二““…””…“”“二”””””….3
1.2.1通信系统仿真问题的提出.......……，.........……，..................··························，········……3
1.2.2通信系统仿真问题的研究价值...........................................................................……3
1.2.3通信系统仿真问题的研究现状...........................................................................……4
1.3本论文的主要研究内容.“.”“.”“.”…””二，.”…””.””二””“”“二”…””.“二”:.”.”..“””二”.”“””…4
第二章通信系统仿真相关内容概述.......................................................................……5
.21通信系统仿真的一般步骤…“””…”.”.“.””.””.”.“.“““”…”.”““.”“”””“”””“.“…“””.”……5
2.1.1仿真建模.......................................................................................……、................……5
2.1.2仿真实验...............................................................................……、........................……6
2.1.3仿真分析.......................................................................................……，................……6
.22MATLAB与Simulnik简介.””.”””.…….“…“””“””””“..“”.“.””:.”:.““”……““二”“.”.…7
.235一函数简介”.”:.“.”二”““二“二”..”二”.”二“”““.”.””“”””…”.”.”….”二“.…””……”“..…“二“.”.5
第三章通信系统信道和噪声研究及其仿真..........................................................……10
n︸n甘..且1胜」3.1通信系统信道

模型及其分类
一
3.1.1
3.1.2
恒参信道
随参信道
3一2通信系统中噪声概述及高斯白噪声.”“.”“……“.”二“.”…“““.””“”…”.“”.”二“…”“.”二“…12
.
2.1噪声概述............................................................................................................……12
:2高斯白噪声....................................................……、..............................................……12
仿真系统设计—BFSK在三种传输信道中的传输性能分析二”“.”…“…”二“””””””.13
内J八」
厂第四章模拟信号的数字传输研究及其仿真..................................……，.................……，7
4.1
4
.
4.
模拟信号的数字传输模型及抽样定理.“…””“””””..””.”””..”.”..”.””.””.“:.”““……”…17
1.1模拟信号的数字传输模型.................................................................................……17
1
.
2抽样定理............................................................................................................……17
.42模拟信号的量化…“.””.“.““”.““.“…””.“”二“二”“.”.”””“.“.””““.”.”…”…“““二“…““…’….18
4.2‘1均匀量化..…，................................................................……、..............................……18
.4.22非均匀量化....................................................……，....……，...................................……18
4.3脉冲编码调制及差分脉冲编码调制原理.”二““””.”.…”“”..”””.””..””.”二”…”“”””””…20
4
.
3.1脉冲编码调制P(CM)原理..................................................................................……20
.43.2差分脉冲编码调制(DPCM)原理.......................................................................……20
.44仿真系统设计…“….“”“”““”.“.”…“”.”….““.”二“..…““.”“.“”“””二”“”.“二“”…”.”.“…“.21
.44.IA律十三折与U律十五折量化误差分析.........................................................……21
4
.
4.2DPCM系统与PCM系统的量化噪声分析......................................................……23
第五章通信系统信道编码研究及其仿真..............................................................……26
信道编码概念.”.””二，”二”““.”二”””.”.””“..….““.““””二””““”.“”.”二”“.…“””.….””.…….26
︸6沪0tl7222，l信道编码分类
，孟，泊
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5.2.1
5
.
2.2
5.2.3
分组编码…
循环冗余码
卷积编码…
.53仿真系统设计二”二“”““.…““”.“.””.“”二“.

”“..”.…””二“.”“二”““.…””.””:.”.…“””“.”..…28
5.3.IRS编码纠错性能分析.......................................................................................……28
5.3.2CRC一16编码检错性能分析............................……，.........................................……30
5.3.3卷积编码软判决译码和硬判决译码性能分析.................................................……33
第六章通信系统信号调制研究及其仿真.............................................................……，36
.61信号调制的概念…””“”.”:.”.“”.…“””…”.““.……”二””.“.“二“.’.…”“.…“二””……“:.””…36
.62数字信号调制二“.““”.““二“:.””“”二“”..…“”.…”二“”.”“:.“.“”””““”二“.…”，.““。:.““:.“….36
6.2.1脉冲振幅调制P(AM).........................................................................................……36
6.2.2正交振幅调制Q(AM).........................................................................................……37
6
.
2.3数字频率调制.........................................……，....................................................……384数字相位调制.....................................................................................................……39
Un八U，1cJ﹃I以户O444444
6
.
2
6.3仿真系统设计
6.3.1
6
.
3.2
6
.
3
.
3
6.3.4
6.3.5
PAM和QAM抗噪声性能分析.……
QPsK在sI一95前向信道中的应用二
DQPsK在usDC中的应用.…，..……
OQPsK在sI·95反向信道中的应用
GMSK在GSM中的应用..........……
第七章总结和展望............................................................................................……，.48
7.1总结.…”..”““”””.””.”.“.“.““二”…““””“..““”….“”.“.”二“.””“.”“.”““..””.““”“…““二““.48
.72展望.“.”二“.“””””…””..”.“”二“…““.”.””””.“””……”.””.”“.””二””.”二“..”.”..“”.…”“.”二“.48
参考文献....……、.........................................................................................................……50
致谢…，“.…，”，’，.……“…，....a.………二，，.…，.，…，....……，............……，.................................……53
硕士在读期间发表的论文清单....................................................................................……54基于M人TLAB的通信系统仿真研究
第一章绪论
1.1
1.1.1通信系统仿真的概念
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量的负载，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11一4]。
实际的通信系统是一个功能结构相当复杂的系统，对这个系统作出的任何改变(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
有的通信系统作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阎。
通信系统仿真可以分成离散事件仿真和连续事件仿真。在离散事件仿真中，仿真系统
只对离散事件做出反应，而在连续事件仿真中，仿真系统对输入信号产生连续的输出信号。
离散事件仿真是对实际通信系统的一种简化，它的仿真建模比较简单，整个仿真过程需要
花费的时间也比连续仿真少。虽然离散事件仿真舍弃了一些仿真细节，在有些场合显得不
够具体，但仍然是通信系统仿真的主要形式16一7J。
与一般的仿真过程类似，在对通信系统实施仿真之前，首先需要研究通信系统的特性，
通过归纳和抽象建立通信系统的仿真模型。图1一1是关于通信系统仿真流程的一个示意图。
从图中可以看到，通信系统仿真是一个循环往复的过程，它从当前系统出发，通过分
析建立起一个能够在一定程度上描述原通信系统的仿真模型，然后通过仿真实验得到相关
的数据。通过对仿真数据的分析可以得到相应的结论，然后把这个结论应用到对当前通信
系统的改造中。如果改造后通信系统的性能并不像仿真结果那样令人满意，还需要重新实基于M叭TLAB的通信系统仿真研究
施通信系统仿真，这时候改造后的通信系统就成了当前系统，并且开始新一轮的通信系统
仿真过程。
当当前前前前前前前前
系系统统统仿真建模模
几几几几几几几几几
，，，，仿真实验验
仿仿仿仿真分析析
’’’’’’’’’’
结论分析析
改改造后后后后后后后后后
的的系统统
图卜1通信系统仿真的流程
值得注意的是，在整个通信系统的仿真过程中，人为因素自始至终起着相当重要的作
用。除了仿真程序的运行之外，通信系统的每个步骤都需要进行人工千预，由人对当前的
情况做出正确的判断。因此，通信系统仿真并不是一个机械的过程，它实际上是人的思维
活动在计算机协助下的一种延伸。
L1.2通信系统仿真的重要作用
在过去的几十年里，通信和信号

处理系统的复杂程度显著地提高了。与此同时出现了
一系列新的技术，如用于数字信号处理的价格不高但速度很快的硬件、光纤光学器件、集
成光学设备和单片微波集成电路，这些对通信系统的实现均有重要影响。通信系统复杂度
的提高使得用来分析和设计系统的时间和精力也相应提高了，然而在商用产品中引入新技
术要求设计能做到短时、高效、省力，而这些要求只有通过使用强大的计算机辅助分析和
设计工具才能实现。所以，通信系统仿真在通信系统工程设计中起着举足轻重的作用。基于M人TLAB的通信系统仿真研究
通信系统仿真问题的提出、研究价值及研究现状
通信系统仿真问题的提出
|l曰.1‘“，创
.
月.，1
通信系统的性能可以用基于公式的计算方法、波形级仿真或通过硬件样机研究和测量
来估计得到。以简化模型为基础的公式法只能应用于一些理想化和过于简单的例子，要想
估计出复杂通信系统的性能是非常困难的。基于测量的性能估计方法通常代价很高，并且
很不灵活。用基于仿真的方法来估计性能时，系统可以用任何所期待的细节(主观的，当然
有一定局限)来模拟。
与公式法或测量法相比较，仿真的方法能更好的利用设计空间，很容易将数字和经验
模型结合起来，并结合设备和真实信号的特点进行分析和设计。
1..22通信系统仿真问题的研究价值
通信系统仿真实质上就是把硬件实验搬进了计算机，可以把它看成是一种软件实验。
在硬件实验系统中，用各种电子元器件制作出通信系统中的理论模型所规定的各个模块，
再把它们通过导线或电缆等接在一起，然后再用示波器、频谱议、误码仪等通信仪表做各
种测量，最后分析测量结果。在软件实验中我们也是这样做，只不过所有通信模块及通信
仪表的功能都是用程序来实现的，通信系统的全过程在计算机中仿真运行。
虽然软件实验不像硬件实验那样让人感到“真实”，但对于许多通信问题的研究来说
的确非常有效。与硬件实验相比，软件实验具有如下一些优点间:
(1)软件实验具有广泛的适应性和极好的灵活性。在硬件实验中改变系统参数也许意
味着要重做硬件，而在软件实验中则是改一、两个数据，甚至只是在屏幕上按几下鼠标。
(2)软件实验更有助于我们较为全面地研究通信系统。有许多问题，通过硬件实验来
研究可能非常困难，但在软件实验中却易于解决。
(3)硬件实验的精确度取决于元器件及工艺水平，软件实验的精度取决于CUP的运算
速度或者说是程序的运算量。
(4)软件实验建设开发周期短，成本低。基于M人TLAB的通信系统仿真研究

1..23通信系统仿真问题的研究现状
计算机辅助分析和设计技术发展十分迅速，出现了大量实用仿真软件与工具，并应用
于通信系统建模、分析和设计，使得通信系统仿真发展很快。计算机辅助技术基本上有两
大类7]I，一是基于公式的方法，用计算机计算复杂的公式;二是用计算机仿真系统的信号
波形，即波形级仿真。
通信系统仿真应用到了通信系统工程设计的各个阶段，无论是从早期的概念设计，还
是实现、测试、使用等各个阶段。在概念定义阶段，通信系统仿真获得顶层指标;在接下
来的设计和研发中，通信系统仿真确定硬件研发的指标，检验己完成子系统对整个系统性
能的影响;在运行阶段，通信系统仿真可以用来确定解决问题的方法;通信系统仿真还可
以预测系统的使用寿命。
现代计算机软硬件技术的快速发展，新一代的可视化的仿真软件的使用使得通信系统
仿真的设计和分析过程变得相对直观和便捷，推动了通信系统仿真的快速发展。
1.3本论文的主要研究内容
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。通信系
统仿真贯穿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。
本论文针对通信系统仿真的研究主要做了以下的工作:
(1)介绍了通信系统仿真的相关内容，包括通信系统仿真的一般步骤、以TLAB中的一
种可视化仿真工具5imulikn以及S一函数的相关概念。
(2)对通信系统中的主要环节，包括通信系统信道、噪声、模拟信号的数字传输系统、
信道编码以及信号调制的原理、方法和过程进行了详细的阐述。
(3)在理解通信系统理论的基础上，利用MATLAB强大的仿真功能，设计了具体的通信
系统模型。在模型的设计过程，对模型设计的目的、具体的结构组成、仿真流程以
及仿真结果都给出了具体详实的说明和分析。基于M人TLAB的通信系统仿真研究
第二章通信系统仿真相关内容概述
.21通信系统仿真的州般步骤
通信系统仿真一般分成3个步骤，即仿真建模、仿真实验和仿真分析sfl。应该注意的
是，通信系统仿真是一个螺旋式发展的过程，因此，这3个步骤可能需要循环执行多次之
后才能够获得令人满意的仿真结果。
.2LI仿真建模
仿真建模是根据实际通信系统建立仿真模型的过程，它是整个通信系统仿真过程中的
一个关键步骤，因为仿真模型的好坏直接影响着仿真结果的真实性和可靠

性。
仿真模型一般是一个数学模型。数学模型有多种分类方式，包括确定性模型和随机性
模型，静态模型和动态模型[9]。确定性模型的输入变量和输出变量都有固定数值，而在随
机模型中，至少有一个输入变量是随机的。静态模型不需要考虑时间变化因素，动态模型
的输入输出变量则需要考虑时间变化因素。一般情况下，通信系统模型是一个随机动态系
统。
在仿真建模过程中，首先需要分析实际系统存在的问题或设立系统改造的目标，并且
把这些问题和目标转化成数学变量和公式。例如，我们可以设定改造后系统或新系统在达
到系统最大容量时的误帧率等等。有了这些具体的仿真目标之后，下一步是获取实际通信
系统的各种运行参数，如通信系统占用的带宽及其频率分布，系统对于特定的输入信号产
生的输出等。同时，对于通信系统中的各个随机变量，可以采集这些变量的数据，然后通
过数学工具来确定随机变量的分布特性。
有了上面的准备工作，下一步就可以通过仿真软件来建立仿真模型了。最简单的工具
是采用C语言等编程工具直接编写仿真程序，这种方法的优点是效率高，缺点是不够灵活，
没有一个易于实现的人机交互界面，比较常用的是仿真软件，包括MATLAB、OPNET、NZS
等，这些软件具有各自不同的特点，适用于不同层次的通信系统仿真[l“一‘2]。基于M叭TLAB的通信系统仿真研究
.2LZ仿真实验
仿真实验是一个或一系列针对仿真模型的测试。在仿真实验过程中，通常需要多次改
变仿真模型输入信号的数据，以观察和分析仿真模型对这些输入信号的反应，以及仿真系
统在这个过程中表现出来的性能。需要强调的一点是，仿真过程中使用的输入数据必须具
有一定的代表性，即能够从各个角度显著地改变仿真输出信号的数值。
实施仿真之前需要确定的另外一个因素是性能尺度。性能尺度指的是能够衡量仿真过
程中系统性能的输出信号的数值(或根据输出信号计算得到的数值)[l3]，因此，在实施仿真
之前，首先需要确定仿真过程中应该收集哪些仿真数据，这些数据以什么样的格式存在，
以及收集多少数据。在明确了仿真系统对输入信号和输出信号的要求之后，最好把这些设
置整理成一份简单的文档。编写文档是一个好习质，它能够帮助我们回忆起仿真设计过程
的一些细节。当然，文档的编写不一定要求很规范，并且文档的大小应视仿真设计的规模
而定。最后，还应该明确各个输入信号的初始设置以及仿真系统内部各个状态的初始值。
仿真的运行实际上是计算机的计算过程，这个过程一般不需要人工

干预，花费的时间
由仿真的复杂度确定。如果需要比较仿真系统在不同参数设置下的性能，应该使仿真系统
在取不同参数值时具有相同的输入信号，这样才能够保证分析和比较的客观性和可靠性。
.2L3仿真分析
仿真分析是一个通信系统仿真流程中的最后一个步骤。在仿真分析过程中，用户已经
从仿真过程中获得了足够多的关于系统性能的信息，但是这些信息只是一个原始的数据，
一般还需要经过数值分析和处理才能够获得衡量系统性能的尺度，从而获得对仿真系统的
一个总体评价。常用的系统性能尺度包括平均值、方差、标准差、最大值和最小值等，它
们从不同的角度描绘了仿真系统的性能。
图表是最简洁的说明工具，它具有很强的直观性，便于分析和比较，因此，仿真分析
的结果一般都绘制成图表形式[4]l。我们使用的仿真工具一般都具有很强的绘图功能，能够
便捷地绘制各种类型的图表。基于M人TLAB的通信系统仿真研究
2.2MATALB与Simulink简介
MATLAB的名称源自MatrixLbaoratory，它是一种科学计算软件，专门以矩阵的形
式处理数据。MATLAB将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函
数，从而被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作，
而且利用砒TLAB产品的开放式结构，可以非常容易地对MATLAB的功能进行扩充，从而
在不断深化对问题认识的同时，完善MATL阴产品以提高产品自身的竞争能力[15一，7]。
MATLAB是MATLAB产品家族的基础，它提供了基本的数学算法，例如矩阵运算、数
值分析算法，MATLAB集成了D2和D3图形功能，以完成相应数值可视化的工作，并且提
供了一种交互式的高级编程语言—M语言，利用M语言可以通过编写脚本或者函数文
件实现用户自己的算法[l“]。
MATLABComP1ler是一种编译工具，它能够将那些利用MATLAB提供的编程语言—
M语言编写的函数文件编译生成为函数库、可执行文件CMO组件等等。这样就可以扩展
MATLAB功能，使毗TLAB能够同其他高级编程语言例如C/C++语言进行混合应用，取长
补短，以提高程序的运行效率，丰富程序开发的手段。
利用M语言还开发了相应的MATLAB专业工具箱函数供用户直接使用。这些工具箱
应用的算法是开放的可扩展的，用户不仅可以查看其中的算法，还可以针对一些算法进行
修改，甚至允许开发自己的算法扩充工具箱的功能。目前MATLAB产品的工具箱有四十个，
分别涵盖了数据获取、科学计算、控制系统设计与分析、数字信号处理、数字图像处理、
金融财务分析以及生物遗传工程等专业领域口9J。
Simulink是MATLAB提供的用于

动态系统进行建模、仿真和分析的工具包。Smiulikn
提供了专门用于显示输出信号的模块，可以在仿真过程中随时观察仿真结果。同时，通过
Smiulikn的存储模块，仿真数据可以方便地以各种形式保存在工作区或文件中，供用户在
仿真结束之后对数据进行分析和处理。另外，Simulink把具有特定功能的代码组织成模块
的方式，并且这些模块可以组织成具有等级结构的子系统，因此具有内在的模块化设计要基于MATLAB的通信系统仿真研究
求。基于上述优点，5imulnik成为一种通用的仿真建模工具，广泛应用于通信系统仿真、
数字信号处理、模糊逻辑、神经网络、机械控制和虚拟现实等领域[2’一22j。
根据输出信号与输入信号的关系，Simulikn提供3种类型的模块:连续模块、离散模
块和混合模块[3z一2’]。连续模块是指输出信号随着输入信号发生连续变化的模块，离散模块
则是输出信号以固定间隔变化的模块。对于连续模块，Smiulink采用积分方式计算输出信
号的数值，因此，连续模块主要涉及导数的计算及其积分。离散模块的输出信号在下一个
抽样时刻到来之前保持恒定，这时候Smiulnik只需以一定的间隔计算输出信号的数值。混
合模块是根据输入信号的类型来确定输出信号类型的，它既能够产生连续输出信号，也能
够产生离散输出信号。
.235一函数简介
S一函数是系统函数的简称。在很多情况下，5inull如k模型库中的模块不能完全满足用
户的要求，这时候需要由用户自己来编写相应的代码。S一函数是对5imul认k模块功能的扩
展，既可以用MATLAB语言编写，也可以用其它通用的编程语言(如C、C++等)编写，后者
具有更强的控制能力，它们被编译成MEx(MATLABExeuctalb)e文件，并且在仿真过程中
动态装载[，，]。
每个Simulnik模块都可以表示成输入信号u、输出信号y以及内部状态x之间的关
系，如图2一1所示。
u_庄厄万]_v--.-一一‘卜IX认芯卜.一卜/
输入
图2一1
输出
Simulink模块的基本结构
在某个时刻t，5imulnik模块的内部状态:有两个部分组成:连续状态:。和离散状态
x汀，且:=x。+:己，此时输出信号y=f办，:，u)，连续状态的导数:。’=f刀，:，、)，离散
状态xd、:=fu(t，‘，“)。Simulink根据连续状态导数方程进行计算，得到各个连续状态的
数值，同时通过离散状态方程计算离散状态的当前值。这样，5imulnik就可以得到各个时
刻的状态及其输出信号，实现对仿真结果的求解[26】。基于MATLAB的通信系统仿真研究
在仿真过程中，每个Simulnik模块的执行过程可以分成4各阶段:初始化阶段、仿真
阶段、仿真循环阶段和仿真结束阶段。
在初始化阶段，5inullikn把

各个模块调入内存，检查模块的数据类型和长度，设置仿
真时间间隔，制定仿真模块的执行顺序，以及内存分配。在仿真循环阶段，5miulink按照
初始化阶段制定的顺序依次执行各个模块，计算当前时刻的离散状态和输出信号，以小步
长积分的方式计算各个连续状态的数值以及由此产生的输出。这个过程一直持续到仿真过
程结束，然后5miulikn进入仿真结束阶段，清理各种己经分配的资源，同时保护仿真过程
中产生的数据【州。基于M人TLAB的通信系统仿真研究
第三章通信系统信道和噪声研究及其仿真
.3，通信系统信道模型及其分类
各种发送信息传送到既定的信宿，可选用适于传输的物理媒体，完成通信功能。连接
发信号与收信号设备、适用于不同类型通信业务的各种物理媒体通称为信道【281。
信道可分为有界与无界两大类，即通常所说的有线信道与无线信道。前者如双绞线、
电缆、光纤、波导等，后者为自由空间提供的各种频段或波长的电磁波传播信道。
根据各种信道不同的特征和参量及其变化情况，又将它们分为恒参信道和随参信道。
前者如有线信道、微波与卫星信道等，后者如无线系统的短波和超短波散射信道。
一般地，如单指传输媒体而言称为狭义信道。在具体的通信系统构成中，往往把信源
发出的模拟信号和数字编码基带信号视为信息部分，从调制器到接收端解调器这一中间变
换历程中，经过了包括物理媒体在内的线路设备(如交换、放大、中继等中间部件)传输路
径，因此将图3一1所表示的调制信道和编码信道称为广义信道[2s】。
信源-
3.1.1
编码器塑竺剑买
一今{
线路设备
调制信道
晒画版巫扮次信者
凌一-:
图3一1
编码信道--一.
—一一州调制信道和编码信道的定义
恒参信道
恒参信道是指由架空明线、电缆、中长波地波传输，超短波及微波视距传输，人造卫
星中继，光导纤维以及光波视距传输等传输媒体构成的信道[29]。
恒参信道以有线信道为最典型，其特征参数主要是频率特征，如幅度频率特征与相位
频率特征及频率漂移等。反映在时域，如信道时延、抖动，尚有电平波动和非线性等。其
中，幅度频率特性，就理想而言，可表示为理想传输函数。基于MATLAB的通信系统仿真研究
.3L2
·
随参信道
随参信道包括短波电离层反射、超短波流星余迹散射，超短波及微波对流层散射，超
短波电离层散射以及超短波超视距绕射等传输媒质所分别构成的信道[29]。
随参信道的特性比恒参信道要复杂的多。由于地面以上不同高度大气的电离层浓度不
同，并随机流性变化，对短波传输具有反射作用，对超

短波具有对流层散射作用。
乘性千扰的现象表现为各种类型的衰落，在多径信道中，发送端发出的信号通过多个
反射之后沿多条路径到达接收端，这些路径具有不同的时延和不同的接收强度，它们之间
的相互作用就形成了衰落。
衰落可分为以下三种情况Q[3〕。
(1)‘漫衰落。它是由电离层随机变化引起的衰落。
(2)快衰落。它是由于短波信道的多径引起的衰落，对信号的影响更为严重。由于发
射电磁波束传播到不同的电离层，反射后到地面构成不同的信号路径而至接收天线，也可
能是地面反射回电离层经两次反射后到达接收天线。
(3)选择性衰落。频率选择性衰落是由于多径衰落导致的幅度随机性起伏衰落和相位
随机性变化所引起的。
下面我们来介绍两个非常重要的衰落信道。
(1)瑞利衰落信道。
瑞利衰落信道是移动通信中相当重要的衰落信道，它在很大程度上影响着移动通信系
统的质量。在移动通信中，发送端和接收端都可能处在不停的运动状态之中，发送端和接
收端之间的相对运动将产生多普勒频移。多普勒频移与运动速度和方向有关，它的计算公
式为式(3一1)。
户V。
IJ二一COS口=兄
vx‘厂_。
—COS口其中，v是发送端和接收端的相对运动速度，(3一1)0是运动方向与发送端和接收端连线之
间的夹角，兄二c/f是载波的波长。基于M人TLAB的通信系统仿真研究
(2)伦琴衰落信道。
在移动通信系统中，如果发送端和接收端存在一条占优势的视距传播路径，这种信道
就可以模拟成伦琴衰落信道。当发送端和接收端既存在视距传播路径，又有多条反射路径
时，它们之间的信道可以利用5imulink中的伦琴衰落信道模块和多径瑞利衰落信道模块的
组合来进行仿真。
.32通信系统中噪声概述及高斯白噪声
.3.21噪声概述
信号在信道中传输，要受到信道特性及噪声的影响，致使信号接收造成某些差错，此
时受到干扰及噪声影响的信号可称为受扰信号。加性干扰的噪声其来源可分为人为噪声、
自然噪声和内部噪声三个方面[31]。通常将宇宙噪声、散弹噪声和热噪声归为起伏噪声，它
们的统计特性基本上是高斯分布。
.3.22高斯白噪声
在研究通信系统时，为了分析方便，把噪声假想成一种理想化的形式，认为它通信的
频段不受限于实际通信系统的频段，并包括电磁辐射全部可见频率，这种噪声称为白噪声。
由于高斯过程的普遍存在和高斯噪声过程在通信中的重要意义，我们归纳它们的统计
特征的特点3JI一32]。高斯随机过程的一维统计特性只取决于均值和方差，二维统计特性主要
取决于自协方差或自相关函数。高斯过程若广义平

稳，则同时也严格平稳。窄带高斯噪声
及其同相、正交分量均值皆为O，方差均等于窄带高斯噪声本身的方差，同相分量与正交
分量不相关且统计独立。窄带噪声包络为瑞利分布，相位为均匀分布。载波信号加窄带噪
声一般为赖斯分布，当信号幅度很大时，为高斯分布;幅度很小时，接近于瑞丽分布;信
号包络与噪声包络相差不大时，为赖斯分布。基于MATLAB的通信系统仿真研究
.33仿真系统设计一一日FSK在三种传输信道中的传输性能分析
(1)BFSK信号概述
由于实际通信中不少信道都不能直接传输基带信号，因此，必须用基带信号对载波波
形的某些参数进行控制，使载波的这些参量随基带信号变化而变化，即所谓载波调制。以
正弦波作为载波的数字调制系统有调幅、调频和调相三种基本形式。
设信息源发出的由二进制符号0、1组成的序列，且假定0符号出现的概率为P，1符
号出现的概率为1一P，它们彼此独立。BFKS信号是。符号对应于载频wl，而1符号对应于
载频叭(与wl不同的另一载频)的已调波形，而且wl和wZ的改变是瞬间完成的详]。根据
以上BFKS信号的产生原理，已调信号的数学表示为:
e。(‘)=艺a。g(‘一nTs)eos(wl‘+。。)+艺瓦g(‘一n兀)eos(、2‘+0。)(3”)
‘中，g(t，为‘个矩形脉一‘·兀，a一{0，概率为P，瓦是a。反码，一，概率为(l一P)
概率为P
，必。，n0分别是第n个码元的初相位。
概率为(1·P)
1上八Ulesl，l.t
一一一气
(2)仿真模型设计目的
探讨BFSK信号在高斯白噪声信道、多径瑞利信道和多径伦琴信道中的传输性能。
(3)仿真模型设计分析及其组成结构
BFSK信号在高斯白噪声信道中传输系统
rrr护肠、卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜卜气气气气气气气气气厂初M洛洛洛万一一-下下下W、脚飞J---
RRRandommmmm彻_FSKKKKK八WGNNNNNM一pSKKK
IIIntegorrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrrr
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Sol6Ctor基于M人TLAB的通信系统仿真研究
BFSK信号在多径瑞利信道中传输系统
~~~~~~~~~~~~~~~飞J.IW、从从从从从从从从从从从从从从从从从从从nnn户-、卜卜卜M.FSKKKKK{}}}}}}}}}}}}}}}}}}}叭八从卜t厂厂妻妻妻妻妻妻妻妻妻妻妻妻妻妻妻丽己内t.....M·FSKKK翎翎翎翎翎翎翎翎翎翎u老tipat萨...........RRRandommmmmmmmm邵leighFadinnnnnnnnnnn
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飞飞rrorRateeeeeeeeeeeeeeeeeeeee成成alculation’’’含与与DDDDDDDDD
ErrorRate
Ca!心ulatlon
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BFSK信号在多径伦琴信道中传输系统
ErrorRate
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SelecotrTowokrsPaee
州州州州州州州州州J月叹以叭叭叭叭叭叭叭叭叭叭叭

叭叭叭叭叭叭叭l一iiiIIIn户，一介介介M·FSKKKKK卵uli恤萨萨萨梦顽6N仪仪仪仪仪仪仪仪州州州州州州州州州州州eIghFad弓nnnnnnnnn...RRRandommmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmM一FSKKK
IIIntegerrrrrrrrrrrrrrr
万万面流而万万
FFFadlnggg
卜卜、、
口口口
这三个传输系统的信源都是随机整数产生器(Rnadmo工nt。gerGeneartor)，在接收端
解调后的信号通过误码率计算器(ErorrRateCalucaltino)计算信号的误比特率。
利用加性高斯白噪声信道(WANGChanne)l模块，在输入信号中加入高斯白噪声;利用
多径瑞利衰落信道(MultipathRyaleihgFdanigChnane)l模块，实现基带信号的多径瑞
利信道仿真。它的输入信号是标量形式或帧格式的复信号，输入信号被延迟一定时间之后
形成多径信号，这些多径信号分别乘以相应的增益，迭加之后就形成了瑞利衰落信号。利
用伦琴衰落信道(RicinaFdanigChnane)l模块对基带信号的伦琴衰落信道进行仿真，它
的输入信号是标量形式或帧格式的复信号。墓于M人TLAB的通信系统仿真研究
(4)
上图中X轴表示信噪比(单位:Bd)，Y轴表示信号的误比特率(对数坐标)。从图中可以
看出，在三个信道中，B咫K调制信号的误比特率随着信噪比的增加而降低。对于相同的信
噪比，伦琴信道的误比特率明显优于多径瑞利衰落信道.当信号的信噪比低于6Bd时，伦
琴信道的误比特率甚至优于只存在加性高斯白噪声的信道.当信噪比等于156Bd时，加性
高斯白噪声信道的误比特率远远低于此时瑞利衰落信道的误比特率。这样，如果在瑞利衰
落信道中获得与高斯白噪声信道相同的传输效果，就需要增加信号的信噪比。在移动通信
中，瑞利衰落是不可以避免的，因此需要采取其它措施来提高通信系统的性能.
在都市环境中，由于众多建筑物的阻挡，移动台和荃站之间很难存在一条视距传输路
径，信号主要通过反射和折射到达接收端，仿真过程中一般将信道看作是多径瑞利衰落信
道。对于郊区或农村，由于视距传播路径的存在，同样的发射功率可以获得更好的传输效
果，这时候采用伦琴衰落信道就显得更加恰当。因此，不同的环境需要采用不同的信道模
型进行仿真.
(5)M文件程序代码
x=:015;%x表示信噪比
y二;x%y表示信号的误比特率
Frequeneyseparation=24000:知FSK调制的频率间隔等于2性Hkz
BitRate二10000;%信源产生信号的bit率等于10kbit/s
SimulationTime二10:%仿真运行时间为105
SmaPlesPesrnylbo卜:2知PSK调制信号每个符号的抽样个数为2基于MATLAB的通信系统仿真研究
Veloeity=40;
Lightspeed=3*10’8:
Frequeney二825*10‘6:
WaveLength;Llghtspeed/Frequeney;
Fd二Veloeity*10‘3/3600/WaveLength:
Projeetlmain;
holdon;
fori二length(x):
SNR二x(i);
5im(‘projee七1

’):
y(i)二mean(BstErrorRate):
end;
semilogy(x，y):
%发送端和接收端相对速度(单位是公里/小时)
%光速(单位是米/秒)
%载波频率(单位是Hz)
%计算载波的波长
%根据运动速度和波长计算多普勒频移
%执行BFSK信号在高斯白噪声信道中仿真程序
%保持仿真程序得到的曲线
%循环执行仿真程序
%信道的信噪比依次取x中的元素。
%运行仿真程序，误比特率保存在工作变量中
%BitErorRrate均值作为本次仿真的误比特率
%绘制x和y的关系图，纵坐标采用对数坐标基于MATLAB的通信系统仿真研究
第四章模拟信号的数字传输研究及其仿真
4.1模拟信号的数字传输模型及抽样定理
.4LI模拟信号的数字传输模型
通信系统分为模拟通信系统和数字通信系统，如果我们在发送端的信息源中包括一个
模/数转换装置，在接收端包含一个数/模转换装置，则可以在数字系统中传输模拟信号[33]。
采用最早的和目前使用比较广泛的模/数转换方法是脉冲编码调制，即CPM(简称脉码
调制)。采用脉码调制的模拟信号数字传输系统如图4一1。
模模拟信息源源源数字传输系统统统译码和低通滤波波
图4一1模拟信号数字传输系统
.4LZ抽样定理
抽样定理是指[28】:
一个频带限制在(，0fH)赫兹内的时间连续信号m(t)，如果以T‘1/万H秒的间隔对
它进行等间隔抽样，则m(O将被所得到的抽样值完全确定。
抽样定理告诉我们，如果对某一个带宽有限的时间连续信号(模拟信号)进行抽样，且
抽样速率达到一定数值时，那么根据这些抽样值就能够准确地确定原信号。这就是说，若
要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身，可以只传输抽样定理得到的抽样值。因此，
该定理就为模拟信号的数字传输提供了理论基础。
模拟信号进行抽样以后，其抽样值还是随信号幅度连续变化的，即抽样值m(kT)可以
取无穷多个可能值，如果用N个二进制数字信号来代表该样值的大小，以便利用数字传输基于M流TLAB的通信系统仿真研究
系统来传输该样值信息，那么N个二进制数字信号只能同M=ZN个电平样值相对应，而
不能同无穷多个电平样值相对应。这样一来，抽样值必须被划分成M个离散电平，此电平
被称为量化电平[34]。
利用预先给定的有限个电平来表示模拟抽样值的过程被称为抽样。抽样是把一个时间
连续的信号变换成时间离散的信号，而量化则是将取值连续的抽样变成取值离散的抽样。
.42模拟信号的量化
.4.21均匀量化
把输入信号的取值区域按等距离分割的量化称为均匀量化。均匀量化的每个量化区间
的量化电平均取在个区间的中点。量化间隔△v取决于输入信号的变化范围和量化电平数。
.4.22非均匀

量化
非均匀量化的方法通常是将抽样值通过压缩再进行均匀量化。通常使用的压缩器中，
大多数采用对数式压缩，即y二nix。广泛采用的两种对数压缩率是“压缩律和A压缩律。
美国采用u压缩律，我国和欧洲各国均采用A压缩律。
u压缩律
y=
ni(1+ux)
In(1+u)0三x三1(4一1)
A压缩律
1一A<一少=
X<一1一Ay=
AX
1+InA’
1+InAx
1+hiA
0(4一2)
三1
式中，y—归一化的压缩器输出电压;
x
—归一化的压缩器输入电压;
u，A—压扩参数，表示压缩的程度。基于M人TLAB的通信系统仿真研究
实际中，往往都采用近似于A律函数规律的13折线(A二87.6)的压扩特性。这样，它
基本上保持了连续压扩特性曲线的优点，又便于用数字电路实现。13折线形成的方法是把
万轴的0一1分成8个不均匀段，而y轴的0一1均匀地分成八段，与x轴的八段一一对应。
至于当x在一1一O及y在一1一0的第三象限中，压缩特性的形状与以上讨论的第一象限压缩
特性的形状相同，且它们以原点为奇对称，所以负方向也有八段直线，合起来共有16个线
段。由于正向一、二两段和负向一、二两段的斜率相同，这四段实际上为一条直线，因此，
正、负双向的折线总共由13条直线段构成，故称其为13折线。13折线和A律(A二87.6)
压扩特性的近似程度，可以由表4一1看出。
夕夕夕0001/8882/8883/8884/8885/8886/8887/888111
XXX1110001/128881/60.6661/30.6661/15.4441/7.79991/3.93331/1.9888111
工工2220001/128881/64441/32221/16661/8881/4441/222111
段段落落令下争争妥一犷)))‘飞.分分峨下峥峥十犷)))峨布峥峥千下斗斗十了今今
斜斜率率166616668884442221111/2221/444
表4一1
u律巧折线形成如下。把y坐标从O到1之间划分为八个均匀等分，对应于分界点y
坐标i/8的x坐标，根据律压缩特性得到(u=255)，共14个斜率发生变化的分界点，
将其分成巧段直折线。其具体值可见表4一2。
iiiii000111222333444555666777888
lllll0001/8882/8883/8884/8885/8886/8887/888111yyy=丁丁丁丁丁丁丁丁丁丁丁
石石石石石石石石石石石石
xxx=(2‘一l)2255550001/255553/255557/2555515/2555531/2555563/25555127/25555111
相相对斜率会豁豁1111/222l/4441/8881/16661/32221/64441/12888
段段落落峨下峥峥十了今今夺丁今今咬下峥峥峨，厂争争(T今今峨下峥峥玲下今今
表4一2基于MATL八B的通信系统仿真研究
4.3脉冲编码调制及差分脉冲编码调制原理
.4.31脉冲编码调制少C峋原理
模拟信息源输出的模拟信号需经过抽样和量化后得到输出电平序列{m，k(兀)}，才可
以将每一个量化电平用编码方式传输。所谓编码就是将量化后的信号变换成代码，其相反
过程称为译码。这里编码和译码属于信源编码的范畴，差错控制编码和译码属于信道编码。

将模拟信号的抽样量化值变换成代码，称为脉冲编码调制(PcM)[35】。PMc通信系统方
框图如下。
A/D变换
抽抽样样样量化化化编码码码信道道
’’’’’’’’’
译码码’’低通滤波波波波波波波
图4一2PMC通信系统方框图
图中，输入的模拟信号m(t)经抽样、量化、编码后变成了数字信号P(MC信号)，经信
道传输到达接收端，由译码器恢复出抽样值序列，再由低通滤波器滤出模拟基带信号碗(O。
通常，将量化与编码的组合称为模/数变换器(AD/变换器);而译码与低通滤波的组合称为
数/模变换器(DA/变换器)。前者完成由模拟信号到数字信号的变换，后者则相反，即完成
数字信号到模拟信号的变换[36】。
.43.2差分脉冲编码调制口PC峋原理
差分脉冲编码调制DPMC是一种结合了脉冲编码调制PCM和增量调制MD的调制方式，
它首先把输入信号转换成增量信号，然后对这些信号进行PMC调制。基于MATLAB的通信系统仿真研究
抽抽抽抽量量量编编编信信信译译译积积积低通滤波波
样样样样化化化码码码道道道码码码分分分分
译译译译积积
码码码码分分
图4一3DPMC系统的组成
.44仿真系统设计
.4.4IA律十三折与u律十五折量化误差分析
(1)仿真模型设计目的
如果在发送端的信息源中包括一个模/数转换装置，而在接收端包含一个数/模转换装
置，则可以在数字系统中传输模拟信号。抽样定理为模拟信号的数字传输提供了理论基础。
在完成对模拟信号进行抽样后，就要对抽样值进行量化。量化可以分为均匀量化和非均匀
量化，在非均匀量化中，存在A律十三折曲线与u律十五折曲线两种近似的量化方式，而
量化误差是衡量量化效果的重要指标。在本仿真模型中，我们将通过量化误差的大小来比
较这两种量化方式的效果。
(2)仿真模型设计分析及其组成结构
SomPjed
QuantizerEneodel
SeoPeZ
〔〔〔〔〔〕〕
八八八八八八八
对对对
〔〔〕〕
本仿真模型采用一个SineWvae产生一个正弦型信号，这个信号分别通过两个抽样量
化编码器按照A律十三折曲线和u律十五折曲线产生量化输出信号，然后把这两个量化器荃于MATLAB的通信系统仿真研究
计算得到的t化误差的均方值通过一个Mux(复用器)输入到ScP0(e示波器)，这时候从示波
器上就可以观察到这两种l化编码器产生的误差.
抽样童化编码器根据t化间隔和里化码本把输入的模拟信号转换成数字信号，并且输
出t化指标、t化电平以及误差的均方值。为了比较t化之前和t化之后的正弦信号，正
弦信号产生器和两个抽样t化编码器的第二个输出端口的输出信号通过另外一个复用器连
接到Seopel(示波器).
(3)仿真模型运行结果及

其分析
示波器Socpel的运行结果
示波器Scopel的运行结果中X轴表示时间(单位:)s，Y轴表示信号幅值。从图中可以
看出，抽样t化后的信号与原来的连续信号之间存在着一定的t化误差，同时A律十三折
曲线和u律十五折曲线在处理大信号的方式相似，两者的差别在于对小信号的t化编码方
式上。
示波器Sc叩eZ的运行结果荃于MATLAB的通信系统仿真研究
示波器Sc叩eZ的运行结果中X轴表示时间(单位:)s，Y轴表示信号的t化误差.从图
中可以看出，在处理小信号时u律十五折曲线比A律十三折曲线效果好;而在处理大信号
时，u律十五折曲线要比A律十三折曲线效果差.
.442DPCM系统与PCM系统的里化噪声分析
(1)仿真模型设计目的
模拟信息源输出的模拟信号需经过抽样和t化后得到输出电平序列{m;(，Tk)}，然后
就可以将每一个t化电平用编码方式传输.前面介绍了两种编码方式，即脉冲编码调制(P伽)
和差分脉冲编码调制D(P以)。差分脉冲编码调制是一种结合了脉冲编码调制(P以)和增量调
制(MD)的调制方式，它先把输入信号转换成增量信号，然后对这些信号进行P伽调制。在
本仿真模型中，我们将通过比较脉冲编码调制(CPM)系统与差分脉冲编码调制(DPMc)系统在
处理信号时的t化噪声大小来比较这两种编码方式的效果。
(2)仿真模型设计分析及其组成结构
采用PMC编码器和DPMC编码器分别对同一个正弦信号进行里化和编码，产生八位PcM
信号和DPMC信号。与编码器相对应的解码器对量化信号实施解码，然后统计解码信号与原
始的正弦信号之间的均方差，由此得到DPMC和PMC两种方式下的量化误差.戌M编码器和
DPMC编码器分别用于产生符合A律十三折曲线的DPMC信号和PMC信号，它们把正弦信号
产生器产生的信号转换成童化信号，并且把这两种t化信号输入到示波器中.
DPMC与PMC系统的童化噪声分析仿真模型
卿价
Sln.W四-
DPCM
.n.od.r
DPCM
巴neod一r
DPCM
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DPCM
D.咭Odtr
S侣目盯
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比比叨..J..︸.的尸..10︸，︸C山侧.，‘S
S一mpl.心
OU.n创苦.rEn.od.
OUtn创盆一r
D.侣.d-基于M叭TLAB的通信系统仿真研究
RMgS.OP-
PCMS.oP-
介介介
在模块框图中，我们使用了一个子系统Perofnrlnaec，其结构组成见上图。它专门用
于观察本仿真模型运行结果。它从正弦信号产生器和两个t化解码器得到输入信号，对这
些信号作相应的变换之后在示波器上显示出来。
(3)仿真模型运行结果及其分析
示波器DPMCScope的运行结果
示波器PMCScPoe的运行结果荃于州流TLAB的通信系统仿真研究
示波器的运行结果中X轴表示时间(单位:)s，Y轴表示信号的幅值。从图可以看出，
解码之后的信号与

原来的正弦信号是相当接近的，脉冲编码调制(P以)系统与差分脉冲编码
调制(DPCM)系统都能较好地恢复出原始信号。
示波器心5Scope的运行结果。
示波器MRSScPoe的运行结果中X轴表示时间(单位:)s，Y轴表示用DP以和PMC两种
方式处理信号所得的盆化误差。从图中可以清楚地看到，DP(加信号的t化误差低于PMC信
号的t化误差，这说明在对抽样值进行编码时，差分脉冲编码调制(DPMC)系统要比脉冲编码
调制(PMC)系统更具有优势.荃于M流TLAB的通信系统仿真研究
第五章通信系统偷幽翩毓彩娜琪肪真
.5，信道编码概念
信道编码是现代通信系统广泛采用的一种差错控制措施。在信道编码过程中，发送端
通过某种方式对信息序列进行计算，得到相应的检错/纠错编码，然后把这个检错/纠错编
码附加到信息序列中，经过载波调制之后发射出去。接收端对这个序列实施信道编码的逆
过程之后，就得到了所需要的信息序列，同时也知道了该序列是否存在着传输错误。如果
信道编码只具有检错能力，它可以通过发送端的重传过程来纠正这个错误:如果信道编码
还具有一定的纠错能力，它就可能纠正这个错误，但是前提是接收信号中误码的个数没有
超出信道编码的纠错能力[39一40].
.52信道编码分类
52.1分组编码
分组码是把若干个输入信号变成一个更长的输出序列的编码方式，它通过提供编码的
冗余度来实现对信号的检错和纠错.假设输入信号是一个长度为k的向童x，经过分组编
码之后的输出信号是一个长度为n的向ty，则这个分组编码表示为(n，k)，其中信息位
的长度等于k，码长为n，监督位的长度r=n一k，编码效率等于k/n=1一r/n。对于
分组码，输出序列y一般可以表示成输入向tx与生成矩阵G的乘积，其中G是一个k行
n列的矩阵.
BCH码是一种特别重要的分组编码。它是根据3个发明人的名字Bose、Chuadhuri和
Hocugneghnel命名的。BHC码的重要性在于它解决了生成多项式与纠错能力之间的关系问
题，可以方便地纠正多个随机错误。对于特定的码子长度n，BHC码只能对特定的长度为k
的信息序列进行编码。Rede一Solnolno码是一种具有很强纠错能力的多进制BHC码(简称RS
码)，它是以两个发明人的名字Reed和Solnolno命名的.对于一个M进制RS码，它的输
入和输出信号的范围都等于【O，M一11，其中M=2用.Rs码的码长度n二M一1二2用一1，基于MA几AB的通信系统仿真研究
如果信息位的长度等于k，则监督位的长度r=n一k.另外，Rs码具有很强的纠错能力，
假设它能够纠正t个错，则RS码的监督位长度r和t之间应该满足关系r=n一k=2t。因
此，RS码的长度与信息位长度之间的差值应该是一个偶数，同时