数字调制算法的仿真平台设计【文献综述】.doc

1、毕业设计文献综述 电子信息工程 数字调制算法的仿真平台设计 前言 随着现代科学技术的不断发展与进步，数字通信系统的规模与复杂度也在不断的增加，传统的设计方法已经不能再适应现在科学发展的需求，同时也为了缩短数字通信系统研究与产品开发所需的周期、降低成本，具有广泛的适应性和极好的灵活性的数字通信系统的仿真技术越来越受到重视。通信系统本身具有很强的理论性与抽象性，这给我们学习人员造成了一定的困难，虽然造成这种现象原因有很多，但其中很重要的一个原因就是缺少了直观的认识，这也是造成数字通信系统的仿真技术快速发展的重要 原因之一。通信系统的仿真技术是一种可以让用户在很短的时间内建立起整个通信系统的模型，并

2、对其进行模拟仿真的技术。通信系统的仿真贯穿着整个通信系统工程设计的全过程，对整个通信系统的发展起着不可替换的作用。在电子技术与计算机技术不断发展与进步的同时，仿真软件也随之得到了不断的更新与发展。在众多的仿真软件中，由 Math Works 公司开发研制的 MATLAB 软件以及SIMULINK 仿真模块以其强大而优越的功能脱颖而出，特别是在 电子信息 工程 科学 领域 中 得到了 广泛的应用 与好评。 主题 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信息的通信系统，模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统 。 数字通信系统 具有灵活，容易采用数字差错控

3、制技术和数字加密，便于集成化， 且抗干扰能力强的特点，虽然 比模拟信号 更 占带宽， 但是， 由于毫米波和光纤通信的出现，带宽已不成问题 。所以， 数字通信 更适合于现代社会对通信系统的要求， 通信系统由模拟方式向数字方式 过渡是不可避免的趋势。 调制方式按照调制信号的性质 可 分为模拟调制和数字调制两类 。 而现代 通信系统 基本上都 使用数字调制技术。 数字调制是指用数字基带信号对载波的某些参量进行 控制 ， 使载波的这些参量随基带信号的变化而变化。 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

4、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） 1、 2。 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 3。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

5、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 6。 近年来，在通信系统建模，分析和仿真评估领域已经发展了 大量的计算机辅助技术，这些技术主要可分为三大类： 第一类是基于理论分析的解析方法，如利用计算机对复杂的系统性能评估公式进行梳子计算等。基于理论分析的解析方法往往用于系统设计与性能分析的初期，通过计算了解系统参数与系统性能之间的大致关系，解析分析往往建立在对系统的大量简化的基础上，对于结果负责的系统，通过分析的方法评估性能往往比较困

6、难，甚至不可能，即便得到解析结果，往往与实际也存在较大的差别。 第二类方法是结合通信系统硬件原型与测试设备的计算机辅助仿真方法，通常应用与系统实现的中后期与原型系统调试中。例如在通 信系统硬件原型与测试设备的支持下，利用计算机模拟信源以及信道环境进行系统的闭环测试等，以验证原型系统是否满足设计需求。基于系统硬件原型与测试设备成本高，时间长，并且受到技术和设备条件的限制，而且必须在硬件系统原型实现的基础上才能够进行，所以不可能用于系统的设计阶段。 第三类就是基于纯软件的系统仿真的方法，即首先对通信系统进行数学建模，然后通过计算机来模拟系统行为和波形或信号通过系统过程，并对系统的性能指标进行仿真测

7、试和统计分析的一系列方法。系统的仿真方法一方面是验证理论分析和解析结果正确性的重要手段，另一方 面，由于通信系统（设备）与通信环境（信道）的复杂性导致传统的解析分析法不可能使用时，仿真方法将成为唯一有效的对通信系统方案进行性能评估的手段 5。 虽然第一类与第二类仿真方法也可以得到与真实环境十分接近的结果，但耗时长，方法比较复杂，第三类方法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。因此，第三类方法得到了广泛的应用。 在系统仿真发展的过程中，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

8、高级程序语言编写 系统仿真程序，虽然比第一类与第二类方法更加便捷，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。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 1。 根据不同领域的实际需要，可用于仿真的软件或语言有许多种，例如可用于电子线路和电子学统仿真的 PSPICE、 EWB 仿真软件；适用于网络仿真的 OPNET、 NS 仿真软件；可通用 于各统仿真的 VisualBasic、 Visual C 仿真

9、语言等。对于通信系统仿真软件来说，最适用的仿真软件主要有 MATLAB 中的 SMULINK 仿真平台与 SystemView 系统仿真软件。 MATLAB 中的 SIMULINK 仿真平台 SIMULINK 是 Math works 公司的 MAT LAB 仿真软件中提供的一个交互式动态仿真平台，它允许用户使用模块框图来代替系统 ,用户只要用鼠标的简单拖拉就可构造出复杂的仿真模型，使用户摆脱了深奥数学推演的压力和烦琐编程的困扰 ,而集中精力来观察系统的工作原理，或调整系统的 参数来分析系统的特性变化，有利于引发更活跃的思维 , 感悟出新的真谛。利用 SIMULINK 搭建通信系统仿真实验平台

10、的主要优点是可以充分利用 MAT LAB 强大的计算功能，还有就是在 SIMULINK 平台中，框图中的每个模块在每个时间步长上都同时执行，这样就能让用户在仿真同时重置模块的绝大多数参数，观察系统随之引起的变化。因此仿真很适用于需要进行较复杂的数学计算的通信系统 12。而 SystemView 有点类似 MATLAB 中的 SIMULINK 软件，在这就不在做介绍。 但在现有的通信系统研发中工作中，多数是用 MATLAB 语言编写的程序 , 普遍存在着可读性、可重用性和可扩展性差，人机界面不友好 , 维护困难等缺点，即便有些通信工程师用在 SIMULINK 仿真环境下搭建仿真模块来实现通信系统

11、的分析和仿真，也多数是针对具体问题搭建若干具体的仿真模块 , 需要专人解读和较长时间的学习才能够掌握和应用 , 使研究工作缺乏连续性。面对这些问题，本论文在面向对象方法学的指导下，提出了一种通信系统仿真平台的 GUI 设计方案 6。 20 世纪 90 年代发展起来的面向对象技术 , 给计算机仿真技术的发展带来了新的生机。面向对象方法类似于人们对实 际问题自然的思维处理方式 , 它将客观世界（即问题领域 )看成是由一些相互联系的事物（即对象）组成。每个对象均有自己的内部状态和运动规律，不同对象间的相互作用和相互联系构成了完整的客观世界，问题的解由对象与对象之间的通信来描述。面向对象方法比较自然准

12、确地描述了客观世界，从问题领域到分析设计阶段的映射是直接和平滑的，因此用它开发出来的系统易于理解和维护 7。 软件系统的用户接口有两类，即命令驱动方式的交互式问答接口和事件驱动方式的图形用户接口 (GUI)。所谓图形用户界面 ( GUI)，是指包含了各种图形控制对 象 , 如图形窗口、菜单、对话框以及文本等内容的用户界面。利用这些用户界面 , 用户可以与计算机之间进行信息交流。图形用户界面在一定意义上说是面向对象的。从用户的观点看 , 各种图形控制对象是非常直观的对象，用户可以通过鼠标或者键盘与这些对象进行交互；从开发者的角度看 , 界面中的窗口子系统具有面向对象的性质 : 一个窗口可以包含许

13、多窗口 , 这相当于面向对象技术中继承的聚集关系；一个窗口在不同的环境下，其显示的式样、 窗口的内容则不同， 这类似于面向对象中的多态性和动态编联功能。由于图形用户界面有以上这些内在和外在的 对象性质，可以很方便地采用面向对象技术开发应用软件系统中的用户界面 8、 11。本课题就是提出一种通信系统仿真平台 GUI。 总结 面向对象的系统设计方法已经成为软件设计中常用的方法 , 但目前大多数是用在系统内核部分的设计中 , 而用在用户界面设计 , 特别是通信系统仿真这种专用的用户界面设计中还属少数。本课题在理解通信系统理论的基础上，利用 MATLAB 中 SIMULINK 强大的仿真功能，设计出具

14、体的通信系统模型，并且对模型设计的目的、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。仿真模型的设计与分 析，为实际系统的构建提供了很好的依据 13。 参考文献 1 Godara L C. Application of Antenna Arrays to Mobile Communications, Part II: Beam- Forming and Direction of arrival Considerations J.Proc o f The IEEE, 1997, 85( 8) : 1195- 1245. 2 Lin Gu， Zhi Yong Zou, etal. A

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