清华大学2012届毕业设计说明书
的作用是将原始的电信号还原为信息，完成电/非电的转换。
信源编码和信源解码:信源编码器对原始电信号进行数字化编码（A/D变换），数据压缩，以减少数据的冗余量。信源解码是信源编码的逆过程。
信道编码和信道解码：数字信号在信道中传输时，要受到噪声干扰，会引起差错。为使数字信号适应信道所进行的变换称为信道编码。信道编码的目的就是提高通信系统的抗干扰能力，尽量控制差错，保证通信质量。信道解码是信道编码的反变换。 调制和解调：调制是将原始电信号变换成适合在信道中传输的信号。解调是反变换。 信道：信号传输的通道。信道分为有线信道和无线信道。 数字通信系统的性能指标：
1 有效性用码元速率，信息速率及系统频带利用率则三个性能指标来描述。 （1）码元速率RB又称马原传输速率或传码率。它被定义为每秒所传输的码元数 目，单位为波特，常用符号Baud表示。
（2）信息速率Rb又称信息传输速率或数据传输率。它被定义为每秒所传输的信息量，单位为比特/秒，或记为bit/s。
（3）系统频带利用率是一个系统效率的指标。在比较两个通信系统的有效性时，仅从传输速率上衡量是不够的，还应衡量系统所占频带的大小。 2 可靠性主要用误码率Pe误信率Pb来衡量。
（1）误码率是指通信过程中，通信系统传输错误码元的数量与所传输的总码元数量之比，也就是传错码元的概率。
（2）误信率又称误信息率、误比特率，是指错误接受的信息量与传输的总信息量的比值。
1.2.4 模拟通信系统
区别于数字通信系统，模拟通信系统少了信源编码和信源解码，信道编码和信道解码。
信源 调制器 信道 解调器 信宿 噪声源 第 6 页 共 50 页 清华大学2012届毕业设计说明书
图 1.4 模拟通信系统模型
在模拟通信系统中：有效性是利用信息传输速度或者有效频带来衡量。同样的消息采用不同的调制方式，则需要不同的频带宽度。频带宽度越窄，则对频带的有效（利用）性越好。可靠性是用接收端输出的信噪比（输出信号平均功率与噪声平均功率的比值）来衡量[7]。信噪比越高，通信质量越好。 1.3 本论文的主要研究内容
本文对通信系统的仿真研究主要做了一下的工作：
（1）介绍了通信系统仿真的基本概念和仿真的相关内容，其中包括通信系统仿真的一般步骤，matlab的一种可视化的仿真工具simulink以及对matlab模型库进行扩展的s函数的相关概念。
（2）对通信系统模型中的主要环节，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、方法和过程都进行了详细的介绍。
（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。在具体模型的设计过程中，对模型的组成机构，仿真流程以及仿真结果的分析都做了详细的阐述。 1.4 本章小结
本章首先介绍了通信系统的基本内容，其次介绍了通信系统仿真的研究背景和意义，最后对本论文要研究的内容作了说明。
第 7 页 共 50 页
清华大学2012届毕业设计说明书
2 通信系统仿真基本内容
2.1 通信系统仿真的基本步骤
通信系统仿真一般可分为三个步骤，分别是仿真建模，仿真实验，仿真分析。由于现代通信系统功能越来越强，通信系统仿真的过程需要这三个步骤循环往复执行多次才能得到满意的效果。 2.1.1 仿真建模
仿真模型是对实际系统的一种模拟和抽象，但又不是完全的复制。因此，仿真模型的建立需要综合考虑其可行性和简单性。仿真模型一般是一个数学模型，有多种分类方式，包括确定性模型和随机模型，静态模型和动态模型。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[8]。
在仿真建模开始时，首先需要分析系统实际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。有了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系数。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，通过数学工具来确定随机变量的分布特性，然后就可以通过仿真软件来建造仿真模型了。
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，还可以采用专门的仿真软件包括MATLAB，OPENT ，NS2 等，这些软件具有各自不同的特点，适用于不同层次的通信仿真。 2.1.2 仿真实验
仿真实验是一个或一系列对仿真模型的测试。仿真过程中使用的输人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[9]。
在仿真实验过程中，通常需要多次改变仿真输入信号的数据，以观察和分析仿真模
第 8 页 共 50 页
清华大学2012届毕业设计说明书
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。
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)，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[10]。
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惯，它能够帮助人们回忆起仿真设计过程的一些细节。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。
2.1.3 仿真分析
仿真分析是一个通信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些原始数据，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[11]。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。另外一个需要注意的地方是，即使仿真过程中收集的数据正确无误，由此得到的仿真结果并不一定就是准确的，因为可能是输入信号恰好与仿真系统的内部特性相吻合，或者输入的随机信号不具有足够的代表性。
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。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。 2.2 MATLAB/Simulink简介 2.2.1 MATLAB介绍
MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory），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
第 9 页 共 50 页
清华大学2012届毕业设计说明书
互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。
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迎。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，目前已发展到了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迎。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。
MATLAB是一种科学计算软件，专门以矩阵的形式处理数据。它将数值分析、矩形计算、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MATLAB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MATLAB产品以提高产品自身的竞争能力。
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2D和3D图形功能，以完成相应数值可视化的工作，并且提供了
第 10 页 共 50 页