光孤子通信系统的仿真
2012年第08期，第45卷 通 信 技 术 Vol.45，No.08,2012 总第248期 Communications Technology No.248,Totally
光孤子通信系统的仿真﹡
杨慧敏
（菏泽学院 物理系，山东 菏泽 274015）
【摘 要】光孤子通信技术充分利用了光纤中色散参数和非线性效应的相互作用，可以使光脉冲在光纤中无畸变的进行传输，不受外界条件的影响，从而可以实现脉冲的超长距离传输。利用OptiSystem提供的强大的工具箱，模拟了光孤子通信系统的模型。并在给定的参数下，实现了系统的仿真，证实了仿真模型的可行性和正确性，为将来在此基础上实现改进的光孤子通信系统提供了有力的实验依据。
【关键词】光孤子；通信系统；仿真
【中图分类号】TN929.11 【文献标识码】A 【文章编号】1002-0802(2012)08-0022-02 Simulations on Optical Soliton Communication System
YANG Hui-min
（Department of Physics, Heze University, Heze Shandong 274015, China）
【Abstract】Optical soliton communication technology, with full use of the interaction between dispersion and nonlinear in the fiber, could implement optical pulse transmission without any distortion and free from outside influence, and thus realize long-distance transmission of the optical pulse. Optical soliton communication system is modelled with the strong kit provided by OptiSystem. Based on the given parameters, the system simulation is implemented, and this simulation indicates that this simulation model is accurate and feasible, and could also provide a powerful experimental basis for the future implementation of the improved optical soliton communication systems.
【Key word】optical soliton; communication system; simulation
0 引言
OptiSystem 是一款创新的光通信系统仿真设计软件，它能使用户在从长距离通信到LANS 和MANS的光网络传输层上进行设计、测试和优化等各种功能[1-2]。
OptiSystem具有强大的模拟仿真环境和真实的器件和系统的分级定义。它的器件库中包括的模型超过200种，它的性能可以通过完整的仿真界面和附加的用户级器件库进行扩展实现。OptiSystem系统里全面的图形用户级界面可以提供光子器件模型、设计和演示；无源和有源的器件库可以提供实际波长的相关参数；参数优化和参数扫描可以让用户研究特定器件的参数对系统性能造成的其他影响，为模拟现实的光通信器件光通信系统提供了条件，而逐渐成为光通信领域仿真实验中广泛使用的工具[3-5]。
1 光孤子通信系统
光脉冲在光纤中传输时，群速速度色散系数(GVD)会使脉冲在传输过程中不断展宽，而非线性系数会使脉冲压缩。这两种因素之间具有一定的关系，当色散的作用和非线性的作用相互平衡时，脉冲展宽和压缩的现象就会抵消，从而产生一种新的光脉冲，这种光脉冲在光纤中可以无畸变的传输，是孤立的，不受外界条件的影响，称为光孤子[6]。光孤子可以在传输过程中一直保持形状变，从而可以实现脉冲的超长距离传输。据有关文献报道[7-8]，孤子传输的最高实验速率可达160 Gbit/s。美国和日本利用太平洋海底光缆构建了光孤子传输的实用系统，未来光孤子通信的主要应用领域将会是在越洋长距离传输方面[9]。
收稿日期：2012-04-22。
﹡基金项目：菏泽学院科学研究基金资助项目(No.XY10XX01)。作作作作：杨慧敏（1984-），女，助教，硕士，主要研究方向为光通信与光器件。
22
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光孤子通信系统的基本结构原理图如图1所示。首先光孤子源产生光孤子脉冲信号，然后通过调制器，电脉冲源信号会对光孤子脉冲进行相关调制，将信号加载到光孤子脉冲上，之后经放大器放大后耦合到光纤中进行传输。传输路径中会有一些放大器以补偿脉冲的功率衰减，同时也会平衡色散与非线性之间的相互作用，以保证传输过程中光孤子的幅度和形状保持不变。接收端接收到的光孤子脉冲
载波经放大、整形和解调后还原为初始信号。
图1 光孤子通信系统的基本结构
光孤子通信系统中，关键的技术是光脉冲发生器和脉冲在传输中的能量补偿问题。目前可供使用的光孤子脉冲源很多，主要有：掺铒光纤孤子激光器、喇曼孤子激光器、增益开关半导体孤子激光器、参量孤子激光器和锁模半导体孤子激光器等。光孤子脉冲在光纤中传输时不可避免地存在损耗，损耗会降低孤子脉冲的幅度，但是并不会改变孤子的形状，为了补偿这些能量损耗，目前有常有的方法有两种[7]：①采用分布式光放大器的方法，即采用受激拉曼散射放大器或分布式掺铒光纤放大器补偿脉冲能量的损耗；②另一种是采用集总光放大器法，即采用掺铒光纤放大器或半导体激光放大器补偿脉冲能量的损耗。其中利用掺铒光纤放大器放大实现的能量补偿，其稳定性在理论和实验上都已得到了相关证明，是当前光孤子通信系统中最主要的放大方法。
2 光孤子通信系统的Optisystem仿真
2.1 实验流程
基于光孤子通信系统的基本结构原理图，在Optisystem 软件平台上搭建了光孤子通信系统的仿真模型，如图2所示。
光频谱分析仪图2 光孤子通信系统的Optisystem 仿真流程
模型中采用的光源是半导体激光器；采用的光放大器是掺铒光纤放大器；采用的光纤是色散补偿位移光纤，目的是对系统中色散因素导致的脉冲失
真进行恢复和补偿；为了观测光路中各点的光谱情况，采用光谱仪作为观察仪器。 2.2 参数设定
在仿真模型中用鼠标双击某个元件就可以打开其参数设置菜单，在相应框内即可设定或更改其参数值。系统中所有元件的参数设置完毕之后，点击Optisystem工具菜单栏中的“calculate”即可进行仿真计算。然后，点击光谱仪就可以观测到仿真 结果。
仿真中在相应元件上使用鼠标双击打开该元件的参数设置菜单，在“value”框内可更改参数取值，设置完毕后点击菜单栏中“calculate”进行计算。计算完毕后，可双击光谱仪对仿真结果进行观测。
为了模拟光孤子通信系统的实验，系统整体参数设置如下：脉冲传输速率设为10 Gbit/s ；发送端序列脉冲信号设置为：“1001011010010110”；脉冲入纤功率设置为：10 dBm;光纤传输长度设置为:50 km,光纤损耗系数设为0.2 dB/km 。 2.3 仿真结果
点击Optisystem 工具菜单栏中的“calculate”进行仿真，实验运行的结果如图3所示。图3中横坐标0/T T 表示的是归一化脉冲宽度（T 表示脉冲宽度，01ps T ），纵坐标2U 表示的是脉冲传输幅度。曲线a 表示的是原始光孤子脉冲信号的波形图，曲线b 表示的是经过10 km 的有损光纤后脉冲波形，可见脉冲宽度由于色散因素展宽了，脉冲宽度增宽了将近4倍于初始的脉宽；假设系统采用色散补偿值为-160 ps/nm 色散补偿位移光纤，经过仿真模拟后，可在光时域探测仪中观察到脉冲传输10 km 后经过补偿光纤后的脉冲形状如图3曲线c 所示，对比可以看出经过补偿后的脉冲宽度恢复到了原始的脉冲宽度，实现了色散补偿。
U 2
T /T 0
图3 脉冲在光纤中传输的波形
由此可见，实验模拟仿真出的结果与理论结果一致，验证了光孤子脉冲可以在系统中传输很长距离而保持形状不变的特点，进而说明光孤子在系统中实现了远距离传输。
（下转第26页）
U 2
26 Gold 序列。分别采用基于投影子空间的算法，基于神经网络的算法和改进型的协方差矩阵迭代算法进行扩频码序列估计，其中，基于投影子空间的方法的性能曲线用三角形标注，基于神经网络的方法的用方形标注，改进型的协方差矩阵迭代方法的用圆形标注。比较3种方法估计得到的扩频码序列和原扩频码的相关性。如图2所示，改进的协方差矩阵迭代算法正确估计PN 码序列得到结果的相关性更优。
R SN /dB
图2 不同算法的扩频码估计结果相关性比较
仿真实验3 图3是信号扩频码周期为1 023，采用Gold 码序列时，基于神经网络的算法、基于投影子空间的算法和改进的协方差矩阵迭代算法收敛所需采集数据组数均值曲线。3种方法中，相同信噪比下改进的协方差矩阵迭代方法的收敛数据组数均值要小些，即算法收敛所需采集的信号数据组数更少，意味着估计信号扩频码序列所需的侦测时间更短。
R SN /dB
图3 收敛数据组数均值曲线
4 结语
为解决通信监测等应用领域中低信噪比下的直
接序列扩频信号的扩频码序列估计问题[6-7]
，文中研究了一种改进的协方差矩阵迭代算法。算法设计时综合考虑了估计性能和运算量，适用于对直接序列扩频信号的多种扩频码序列估计，理论推导和计算机仿真都验证了算法的效果。协方差矩阵迭代算法得到的结果序列的相关性要比基于投影子空间的方法好，信噪比容限更低。同时该方法还具有运算量小，易于硬件实现等特点。随着直接序列扩频通信技术的发展，对DSSS 信号扩频码的估计算法将起到更加重要的作用。
参考文献
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（上接第23页）
3 结语
光孤子通信因为其独到的优势已经成为光通信系统研究领域方面的热点，文中利用OptiSystem提供的强大的工具箱，建立了光孤子通信系统的仿真模型，并在给定的仿真参数下，实现了系统的仿真模拟，证实了所建仿真模型的正确性和可行性，为将来在此基础上实现改进的光孤子通信系统提供了有力的实验基础。
参考文献
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收敛组数的均值
码序列相关性
通信系统建模与仿真课程设计
通信系统建模与仿真课程设计2011 级通信工程专业1113071 班级 题目基于SIMULINK的基带传输系统的仿真姓名学号 指导教师胡娟 2014年6月27日
1任务书 试建立一个基带传输模型，采用曼彻斯特码作为基带信号，发送滤波器为平方根升余弦滤波器，滚降系数为0.5，信道为加性高斯信道，接收滤波器与发送滤波器相匹配。发送数据率为1000bps，要求观察接收信号眼图，并设计接收机采样判决部分，对比发送数据与恢复数据波形，并统计误码率。另外，对发送信号和接收信号的功率谱进行估计。假设接收定时恢复是理想的。 2基带系统的理论分析 1.基带系统传输模型和工作原理 数字基带传输系统的基本组成框图如图1 所示，它通常由脉冲形成器、发送滤波器、信道、接收滤波器、抽样判决器与码元再生器组成。系统工作过程及各部分作用如下。 g T(t) n 定时信号 图 1 ：数字基带传输系统方框图 发送滤波器进一步将输入的矩形脉冲序列变换成适合信道传输的波形g T(t)。这是因为矩形波含有丰富的高频成分，若直接送入信道传输，容易产生失真。 基带传输系统的信道通常采用电缆、架空明线等。信道既传送信号，同时又因存在噪声n(t)和频率特性不理想而对数字信号造成损害，使得接收端得到的波形g R(t)与发送的波形g T(t)具有较大差异。 接收滤波器是收端为了减小信道特性不理想和噪声对信号传输的影响而设置的。其主要作用是滤除带外噪声并对已接收的波形均衡，以便抽样判决器正确判决。 抽样判决器首先对接收滤波器输出的信号y(t)在规定的时刻（由定时脉冲cp控制）进行抽样，获得抽样信号{r n}，然后对抽样值进行判决，以确定各码元是“1”码还是“0”码。 2.基带系统设计中的码间干扰和噪声干扰以及解决方案
MATLAB通信系统仿真实验报告1
MATLAB通信系统仿真实验报告
实验一、MATLAB的基本使用与数学运算 目的：学习MATLAB的基本操作，实现简单的数学运算程序。 内容： 1-1要求在闭区间[0，2π]上产生具有10个等间距采样点的一维数组。试用两种不同的指令实现。 运行代码：x=[0:2*pi/9:2*pi] 运行结果： 1-2用M文件建立大矩阵x x=[0.10.20.30.40.50.60.70.80.9 1.11.21.31.41.51.61.71.81.9 2.12.22.32.42.52.62.72.82.9 3.13.23.33.43.53.63.73.83.9] 代码：x=[0.10.20.30.40.50.60.70.80.9 1.11.21.31.41.51.61.71.81.9 2.12.22.32.42.52.62.72.82.9 3.13.23.33.43.53.63.73.83.9] m_mat 运行结果： 1-3已知A=[5，6;7，8]，B=[9，10;11,12]，试用MATLAB分别计算 A+B,A*B,A.*B,A^3，A.^3，A/B,A\B. 代码：A=[56;78]B=[910;1112]x1=A+B X2=A-B X3=A*B X4=A.*B X5=A^3 X6=A.^3X7=A/B X8=A\B
运行结果： 1-4任意建立矩阵A，然后找出在[10,20]区间的元素位置。 程序代码及运行结果： 代码：A=[1252221417;111024030;552315865]c=A>=10&A<=20运行结果： 1-5总结：实验过程中，因为对软件太过生疏遇到了些许困难，不过最后通过查书与同学交流都解决了。例如第二题中，将文件保存在了D盘，而导致频频出错，最后发现必须保存在MATLAB文件之下才可以。第四题中，逻辑语言运用到了ij，也出现问题，虽然自己纠正了问题，却也不明白错在哪了，在老师的讲解下知道位置定位上不能用ij而应该用具体的整数。总之第一节实验收获颇多。
通信系统建模与仿真
《电子信息系统仿真》课程设计 级电子信息工程专业班级 题目FM调制解调系统设计与仿真 姓名学号 指导教师胡娟 二О一年月日
内容摘要 频率调制(FM)通常应用通信系统中。FM广泛应用于高保真音乐广播、电视伴音信号的传输、卫星通信和蜂窝电话系统等。 FM调制解调系统设计是对模拟通信系统主要原理和技术进行研究，理解FM系统调制解调的基本过程和相关知识，利用MATLAB集成环境下的M文件，编写程序来实现FM调制与解调过程，并分别绘制出基带信号，载波信号，已调信号的时域波形；再进一步分别绘制出对已调信号叠加噪声后信号，非相干解调后信号和解调基带信号的时域波形；最后绘出FM基带信号通过上述信道和调制和解调系统后的误码率与信噪比的关系，并通过与理论结果波形对比来分析该仿真调制与解调系统的正确性及噪声对信号解调的影响。在课程设计中，系统开发平台为Windows XP，使用工具软件为 7.0。在该平台运行程序完成了对FM调制和解调以及对叠加噪声后解调结果的观察。通过该课程设计，达到了实现FM信号通过噪声信道，调制和解调系统的仿真目的。了解FM调制解调系统的优点和缺点，对以后实际需要有很好的理论基础。 关键词 FM；解调；调制；M ATL AB仿真；抗噪性
一、M ATLAB软件简介 MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、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。其特点是： (1) 可扩展性：Matlab最重要的特点是易于扩展，它允许用户自行建立指定功能的M文件。对于一个从事特定领域的工程师来说，不仅可利用Matlab所提供的函数及基本工具箱函数，还可方便地构造出专用的函数。从而大大扩展了其应用范围。当前支持Matlab的商用Toolbox(工具箱)有数百种之多。而由个人开发的Toolbox则不可计数。 (2) 易学易用性：Matlab不需要用户有高深的数学知识和程序设计能力，不需要用户深刻了解算法及编程技巧。 (3) 高效性：Matlab语句功能十分强大，一条语句可完成十分复杂的任务。如fft语句可完成对指定数据的快速傅里叶变换，这相当于上百条C语言语句的功能。它大大加快了工程技术人员从事软件开发的效率。据MathWorks公司声称，Matlab软件中所包含的Matlab 源代码相当于70万行C代码。
Matlab通信系统仿真实验报告
Matlab通信原理仿真 学号： 2142402 姓名：圣斌
实验一 Matlab 基本语法与信号系统分析 一、 实验目的： 1、掌握MATLAB 的基本绘图方法； 2、实现绘制复指数信号的时域波形。 二、 实验设备与软件环境： 1、实验设备：计算机 2、软件环境：MATLAB R2009a 三、 实验内容： 1、MATLAB 为用户提供了结果可视化功能，只要在命令行窗口输入相应的命令，结果就会用图形直接表示出来。 MATLAB 程序如下： x = -pi:0.1:pi; y1 = sin(x); y2 = cos(x); %准备绘图数据 figure(1); %打开图形窗口 subplot(2,1,1); %确定第一幅图绘图窗口 plot(x,y1); %以x ，y1绘图 title('plot(x,y1)'); %为第一幅图取名为’plot(x,y1)’ grid on; %为第一幅图绘制网格线 subplot(2,1,2) %确定第二幅图绘图窗口 plot(x,y2); %以x ，y2绘图 xlabel('time'),ylabel('y') %第二幅图横坐标为’time ’,纵坐标为’y ’ 运行结果如下图： -1-0.500.51plot(x,y1) -1-0.500.51time y
2、上例中的图形使用的是默认的颜色和线型，MATLAB中提供了多种颜色和线型，并且可以绘制出脉冲图、误差条形图等多种形式图： MATLAB程序如下： x=-pi:.1:pi; y1=sin (x); y2=cos (x); figure (1); %subplot (2,1,1); plot (x,y1); title ('plot (x,y1)'); grid on %subplot (2,1,2); plot (x,y2); xlabel ('time'); ylabel ('y') subplot(1,2,1),stem(x,y1,'r') %绘制红色的脉冲图 subplot(1,2,2),stem(x,y1,'g') %绘制绿色的误差条形图 运行结果如下图： 3、一个复指数信号可以分解为实部和虚部两部分。实际通信信道并不能产生复指数信号，但可以用复指数信号描述其他基本信号，因此在通信系统分析和仿真中复指数信号起到十分重要的作用。 从严格意义上讲，计算机并不能处理连续信号。在MATLAB中，连续信号是用信号在等时间间隔点的采样值来近似表示的。当采样间隔足够小时，就可以比较好的近似连续信号。例如绘制复指数信号时域波形的MATLAB实现如下。
模拟通信系统与数字通信系统的设计与仿真分析解析
广西科技大学 课程设计说明书 课题名称：模拟通信系统与数字通信系统的设计与仿真 院（系）：计算机科学与通信工程学院 专业：通信工程 班级：121班 学生姓名：王永源 学号： 201200402016 指导教师：陈艳 2015年1月20日
目录 第一章课程设计的任务说明 (1) 1.1课程设计目的 (1) 1.2课程设计要求 (1) 第二章 MATLAB/SIMULINK简介 (3) 第三章设计原理 (5) 3.1通信系统设计一般模型 (5) 3.2模拟通信系统 (5) 3.3数字通信系统 (5) 第四章 DSB的基本原理与实现 (6) 4.1 DSB信号的模型 (6) 4.2 DSB信号调制过程分析 (7) 第五章 PCM的基本原理与实现 (8) 5.1 PCM原理 (8) 5.2 PCM编码介绍 (8) 5.3 PCM编码电路设计 (12) 第六章 2ASK的基本原理及实现 (16) 6.2 ASK调制基本原理 (16) 6.2 2ASK的产生 (16) 6.3 2ASK解调 (17) 6.4 2ASK功率谱及带宽 (18) 第七章 Smulink的模型建立和仿真 (19) 7.1 模拟通信系统仿真图 (19) 7.2 数字通信系统仿真图 (22) 7.3 模拟通信系统仿真效果图 (23) 7.4 数字通信系统仿真效果图 (26) 第八章结束语 (27) 参考文献 (28)
第一章课程设计任务说明 1.1课程设计的目的 （1）通过利用matlab simulink，熟悉matlab simulink仿真工具。 （2）通过课程设计来更好的掌握课本相关知识，熟悉模拟DSB、SSB、VSB和数字2ASK、2FSK、2PSK、2DPSK的调制与解调方法。 （3）通过实验掌握模拟信号转换为数字信号的方法和步骤。 （4）更好的了解通信原理的相关知识，磨练自己分析问题、查阅资料、巩固知识、创新等各方面能力。 1.2 课程设计的要求 1.2.1模拟信号通信系统 （1）输入：输入模拟信号（例如正弦型单音频信号等），给出其时域波形和功率谱密度。 （2）调制：对输入的模拟信号进行DSB、SSB、PM（三选一）调制；给出调制后信号的时域波形和功率谱密度。 （3）信道：假定信道属于加性高斯信道，或自行设计。 （4）解调： DSB、SSB、PM（与所选调制方式相对应）解调，仿真获得该系统的输出波形，并得到该模拟传输系统的性能指标，即该系统的输出信噪比随输入信噪比的变化曲线。 图1-1 模拟信号调制解调模型图 1.2.2数字信号通信系统 （1）输入：首先输入模拟信号，给出此模拟信号的时域波形。 （2）数字化：将模拟信号进行数字化，得到数字信号，可以选择PCM编码。
MIMO-OFDM通信系统仿真报告
目录 目录 (i) 摘要： (1) 1，系统总论 (1) 2，OFDM调制和解调 (2) 3，循坏前缀 (4) 4，信道估计 (6) 5，OFDM误码率分析 (8) 6，总结与感想 (9) 7，主要程序附录 (10)
MIMO-OFDM 通信系统仿真 摘要 MIMO-OFDM 是第四代通信系统中的核心技术，是结合OFDM 和MIMO 而得到的一种新技术。OFDM （正交频分复用技术）的核心能力就是将信道分成许多正交子信道，在每个子信道上进行窄带调制和传输，这样既减少了子信道之间的相互干扰，同时又提高了频率利用率。其实，就是指OFDM 的抗多径衰落的能力。MIMO （多输入多输出）技术是目前最常见的无线技术之一，最早是由Marconi 于1908年提出的，利用多天线来抑制信道衰落。本文的主要内容是涉及MIMO 和OFDM 的部分，讨论了它是实现原理和在瑞利信道中的MATLAB 仿真效果。最后，给出了同时存在加性高斯白噪声下的误码率随着信噪比变化的仿真曲线。 关键词：MIMO-OFDM ，瑞利信道，QPSK 调制，信道估计，MATLAB 仿真。 1，系统总论 下图给出的是整个MIMO-OFDM 通信系统的流程图： 信源比特流QPSK 调制MIMO-OFDM 瑞利信道信道估计 解MIMO- OFDM 解QPSK 信宿误码率 （BER ）计算 AWGN 图1，系统总体流程图 从图中可以看到，这个通信系统大概包括信源编码、比特流形成、QPSK 调制、MIMO-OFDM 信号形成、瑞利信道和加性高斯白噪声、解MIMO-OFDM 信号、解QPSK 调制、信宿解码。 其中信源编码部分主要是把信源要发送的字符串转换成ASCII 码，比如我们要发送字符串'Hello',则其对应输出为‘0100100001100101011011000110110001101111’。QPSK 和解QPSK 部分是两个对应的模块，QPSK 又叫4QAM 它是信号星座调制中一种最简单的形式。QPSK 调制后一个符号可以携带2个比特的信息，频带利用率可以将近提高1倍。 MIMO(Multiple-Input Multiple-Output)技术指在发射端和接收端分别使用多个发射天线和接收天线，使信号通过发射端与接收端的多个天线传送和接收，从而改善通信质量。它能充分利用空间资源，通过多个天线实现多发多收，在不增加频谱资源和天线发射功率的情况下，可以成倍的提高系统信道容量，显示出明显的优势、被视为下一代移动通信的核心技术。
基于MATLAB的通信系统的设计与仿真
基于MATLAB的通信系统的设计与仿真 摘要通信是通过某种媒体进行的信息传递，目的是传输信息，通信系统是用以完成信息传输过程的技术系统的总称，作用是将信息从信源发送到一个或多个目的地。调制与解调在信息的传输过程中占据着重要的地位，是不可或缺的，因此研究系统的调制和解调过程就极为重要。MATLAB是集数值计算、图形绘制、图像处理及系统仿真等强大功能于一体的科学计算语言，它强大的矩阵运算和图形可视化的功能以及丰富的工具箱，为通信系统的调制和解调过程的分析提供了极大的方便。 本论文首先介绍了通信系统的概念，进而引出调制和解调，然后介绍了我们常用的几种调制和解调的方法。由于MATLAB具有的强大功能所以详细介绍了MATLAB通信系统工具箱，并给出了基于MATLAB的通信系统的调制与解调的实现，运用MATLAB仿真软件进行仿真。 关键词通信系统；调制与解调；MA TLAB
Simulation And Design Of Communication Systems Based On MATLAB Abstract Communication is through a media for transportation. Communication system which is used to complete the process of information transmission systems ,in general, is to send the information from the source to one or more destinations. Modulation and demodulation occupied an important position in the transmission of information which is essential, so the research about the modulation and demodulation process in the communication system is extremely important. MATLAB is a numerical computation, graphics rendering, image processing and system simulation and other powerful features in one of the scientific computing language, it is a powerful matrix calculation and graphical visualization features and a rich toolbox provides a great convenience for the communication system of modulation and demodulation process. This paper introduces the concept of the communication system, and then leads to modulation and demodulation, and then introduced several of our commonly used method of modulation and demodulation. As the power of MATLAB so we introduced the communication system toolbox in the MATLAB. We gives several examples about the communication system based on MATLAB modulation and demodulation and use the software of MATLAB to simulate them. Keywords Communication Systems;Modulation and demodulation; MATLAB
本科毕业设计__基于matlab的通信系统仿真报告
创新实践报告
报 告 题 目： 学 院 名 称： 姓 名：
基于 matlab 的通信系统仿真 信息工程学院 余盛泽 11042232 温 靖
班 级 学 号： 指 导 老 师：
二 O 一四年十月十五日
目录
一、引言 ....................................................................................................................... 3 二、仿真分析与测试 ................................................................................................... 4
2.1 随机信号的生成................................................................................................................ 4 2.2 信道编译码......................................................................................................................... 4 2.2.1 卷积码的原理 ......................................................................................................... 4 2.2.2 译码原理................................................................................................................. 5 2.3 调制与解调........................................................................................................................ 5 2.3.1 BPSK 的调制原理 ................................................................................................... 5 2.3.2 BPSK 解调原理 ....................................................................................................... 6 2.3.3 QPSK 调制与解调................................................................................................... 7 2.4 信道..................................................................................................................................... 8 2.4.1 加性高斯白噪声信道 ............................................................................................. 8 2.4.2 瑞利信道................................................................................................................. 8 2.5 多径合并............................................................................................................................. 8 2.5.1 MRC 方式 ................................................................................................................ 8 2.5.2 EGC 方式................................................................................................................. 9 2.6 采样判决............................................................................................................................. 9 2.7 理论值与仿真结果的对比 ................................................................................................. 9
三、系统仿真分析 ..................................................................................................... 11
3.1 有信道编码和无信道编码的的性能比较 ....................................................................... 11 3.1.1 信道编码的仿真 .................................................................................................... 11 3.1.2 有信道编码和无信道编码的比较 ........................................................................ 12 3.2 BPSK 与 QPSK 调制方式对通信系统性能的比较 ........................................................ 13 3.2.1 调制过程的仿真 .................................................................................................... 13 3.2.2 不同调制方式的误码率分析 ................................................................................ 14 3.3 高斯信道和瑞利衰落信道下的比较 ............................................................................... 15 3.3.1 信道加噪仿真 ........................................................................................................ 15 3.3.2 不同信道下的误码分析 ........................................................................................ 15 3.4 不同合并方式下的对比 ................................................................................................... 16 3.4.1 MRC 不同信噪比下的误码分析 .......................................................................... 16 3.4.2 EGC 不同信噪比下的误码分析 ........................................................................... 16 3.4.3 MRC、EGC 分别在 2 根、4 根天线下的对比 ................................................... 17 3.5 理论数据与仿真数据的区别 ........................................................................................... 17
四、设计小结 ............................................................................................................. 19 参考文献 ..................................................................................................................... 20
通信原理 数字频带通信系统的设计与仿真分析分析
目录 前言 (1) 1 数字频带通信系统原理 (2) 1.1 二进制振幅键控(2ASK) (2) 1.2 二进制频移键控(2FSK) (4) 1.3二进制相移键控(2PSK) (7) 1.4 正交相移键控(QPSK) (8) 2 Matlab/Simulink介绍 (11) 2.1 Matlab简介 (11) 2.2 Simulink简介 (11) 2.1.1 Simulink基本模块库 (11) 2.1.2 Simulink建模仿真的一般过程.................... 错误！未定义书签。 2.3 Simulink在通信仿真中的应用............................... 错误！未定义书签。3利用Simulink进行模型建立和系统仿真 (12) 3.1 2ASK的调制与解调仿真 (12) 3.1.1 建立模型方框图 (12) 3.1.2 参数设置 (12) 3.1.3系统仿真及各点波形图 (13) 3.1.4 误码率分析 (14) 3.2 2FSK的调制与解调仿真 (14) 3.2.1 建立模型方框图 (14) 3.2.2 参数设置 (15) 3.2.3系统仿真及各点波形图 (18) 3.3 2PSK的调制与解调仿真 (20) 3.3.1 建立模型方框图 (20) 3.3.2 参数设置 (20) 3.3.3系统仿真及各点波形图 (23) 3.4 QPSK的调制与解调仿真 (24) 3.4.1 建立模型方框图 (24) 3.4.2 参数设置 (25) 3.4.3系统仿真及各点波形图 (27) 总结 (29) 参考文献 (30)
前言 随着现代通信系统的飞速发展，计算机仿真已经成为分析和设计通信系统的主要工具，在通信系统的研发和教学中具有越来越重要的意义。在当代社会中，信息的交换日益频繁，随着通信技术和计算机技术的发展及它们的密切结合，通信能克服对空间和时间的限制，大量的、远距离的信息传递和存取已成为可能。展望未来，通信技术正在向数字化、智能化、综合化、宽带化、个人化方向迅速发展，各种新的电信业务也应运而生，正沿着信息服务多种领域广泛延伸。 Simulink是The MathWorks公司开发的用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具，常集成于MathWorks公司的另一产品MATLAB中与之配合使用。 Simulink提供了一个交互式的图形化环境及可定制模块库（Library），可对各种时变系统，例如通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统等进行设计、仿真、执行和测试。 本次课设在深刻理解通信系统理论的基础上，利用MATLAB提供的Simulink 建模和仿真原理，做出数字通信系统的基本模型，分别是ASK、FSK、PSK、QPSK，并且用Simulink来实现通信系统中各个部分的仿真，调制部分，解调部分等等，并且整合到一起，设置不同的参数，观察示波器的波形图并记录。通过对仿真结果进行分析，更深入地掌握数字调制系统的相关知识。
光孤子通信系统的仿真
2012年第08期，第45卷 通 信 技 术 Vol.45，No.08,2012 总第248期 Communications Technology No.248,Totally 光孤子通信系统的仿真﹡ 杨慧敏 （菏泽学院 物理系，山东 菏泽 274015） 【摘 要】光孤子通信技术充分利用了光纤中色散参数和非线性效应的相互作用，可以使光脉冲在光纤中无畸变的进行传输，不受外界条件的影响，从而可以实现脉冲的超长距离传输。利用OptiSystem提供的强大的工具箱，模拟了光孤子通信系统的模型。并在给定的参数下，实现了系统的仿真，证实了仿真模型的可行性和正确性，为将来在此基础上实现改进的光孤子通信系统提供了有力的实验依据。 【关键词】光孤子；通信系统；仿真 【中图分类号】TN929.11 【文献标识码】A 【文章编号】1002-0802(2012)08-0022-02 Simulations on Optical Soliton Communication System YANG Hui-min （Department of Physics, Heze University, Heze Shandong 274015, China） 【Abstract】Optical soliton communication technology, with full use of the interaction between dispersion and nonlinear in the fiber, could implement optical pulse transmission without any distortion and free from outside influence, and thus realize long-distance transmission of the optical pulse. Optical soliton communication system is modelled with the strong kit provided by OptiSystem. Based on the given parameters, the system simulation is implemented, and this simulation indicates that this simulation model is accurate and feasible, and could also provide a powerful experimental basis for the future implementation of the improved optical soliton communication systems. 【Key word】optical soliton; communication system; simulation 0 引言 OptiSystem 是一款创新的光通信系统仿真设计软件，它能使用户在从长距离通信到LANS 和MANS的光网络传输层上进行设计、测试和优化等各种功能[1-2]。 OptiSystem具有强大的模拟仿真环境和真实的器件和系统的分级定义。它的器件库中包括的模型超过200种，它的性能可以通过完整的仿真界面和附加的用户级器件库进行扩展实现。OptiSystem系统里全面的图形用户级界面可以提供光子器件模型、设计和演示；无源和有源的器件库可以提供实际波长的相关参数；参数优化和参数扫描可以让用户研究特定器件的参数对系统性能造成的其他影响，为模拟现实的光通信器件光通信系统提供了条件，而逐渐成为光通信领域仿真实验中广泛使用的工具[3-5]。 1 光孤子通信系统 光脉冲在光纤中传输时，群速速度色散系数(GVD)会使脉冲在传输过程中不断展宽，而非线性系数会使脉冲压缩。这两种因素之间具有一定的关系，当色散的作用和非线性的作用相互平衡时，脉冲展宽和压缩的现象就会抵消，从而产生一种新的光脉冲，这种光脉冲在光纤中可以无畸变的传输，是孤立的，不受外界条件的影响，称为光孤子[6]。光孤子可以在传输过程中一直保持形状变，从而可以实现脉冲的超长距离传输。据有关文献报道[7-8]，孤子传输的最高实验速率可达160 Gbit/s。美国和日本利用太平洋海底光缆构建了光孤子传输的实用系统，未来光孤子通信的主要应用领域将会是在越洋长距离传输方面[9]。 收稿日期：2012-04-22。 ﹡基金项目：菏泽学院科学研究基金资助项目(No.XY10XX01)。作作作作：杨慧敏（1984-），女，助教，硕士，主要研究方向为光通信与光器件。 22
通信工程系统仿真实验报告
通信原理课程设计 实验报告 专业：通信工程 届别：07 B班 学号：0715232022 姓名：吴林桂 指导老师：陈东华
数字通信系统设计 一、 实验要求： 信源书记先经过平方根升余弦基带成型滤波，成型滤波器参数自选，再经BPSK ，QPSK 或QAM 调制（调制方式任选），发射信号经AWGN 信道后解调匹配滤波后接收，信道编码可选（不做硬性要求），要求给出基带成型前后的时域波形和眼图，画出接收端匹配滤波后时域型号的波形，并在时间轴标出最佳采样点时刻。对传输系统进行误码率分析。 二、系统框图 三、实验原理： QAM 调制原理：在通信传渝领域中，为了使有限的带宽有更高的信息传输速率，负载更多的用户必须采用先进的调制技术，提高频谱利用率。QAM 就是一种频率利用率很高的调制技术。 t B t A t Y m m 00sin cos )(ωω+= 0≤t ≤Tb 式中 Tb 为码元宽度t 0cos ω为 同相信号或者I 信号； t 0s i n ω 为正交信号或者Q 信号； m m B A ,为分别为载波t 0cos ω,t 0sin ω的离散振幅； m 为 m A 和m B 的电平数，取值1 , 2 , . . . , M 。 m A = Dm*A ；m B = Em*A ； 式中A 是固定的振幅，与信号的平均功率有关，（dm ，em ）表示调制信号矢量点在信号空
间上的坐标，有输入数据决定。 m A 和m B 确定QAM 信号在信号空间的坐标点。称这种抑制载波的双边带调制方式为 正交幅度调制。 图3.3.2 正交调幅法原理图 Pav=（A*A/M ）*∑(dm*dm+em*em) m=(1,M) QAM 信号的解调可以采用相干解调,其原理图如图3.3.5所示。 图3.3.5 QAM 相干解调原理图 四、设计方案： (1)、生成一个随机二进制信号 (2)、二进制信号经过卷积编码后再产生格雷码映射的星座图 (3)、二进制转换成十进制后的信号 (4)、对该信号进行16-QAM 调制 (5)、通过升余弦脉冲成形滤波器滤波，同时产生传输信号 (6)、增加加性高斯白噪声，通过匹配滤波器对接受的信号滤波 (7)、对该信号进行16-QAM 解调 五、实验内容跟实验结果：
2PSK通信系统设计与仿真
目录 1 技术要求 (1) 2 基本原理 (1) 2.1 2PSK调制的基本原理 (1) 2.2 SystemView原理介绍 (2) 2.3 SIMULINK原理简介 (3) 3 建立模型描述 (3) 3.1 方案一 (3) 3.2 方案二 (5) 4 模块功能分析或源程序代码 (6) 4.1 SIMULINK实现2PSK的调制与解调 (6) 4.2 SysteamView实现2PSK的调制与解调 (11) 5 调试过程及结论 (13) 5.1 使用SIMULINK实现的调制解调结果 (13) 5.2 使用SystemView实现的调制解调结果 (17) 5.3 结论 (22) 6 心得体会 (22) 7 参考文献 (23)
2PSK通信系统设计 1 技术要求 设计一个2PSK通信系统，要求： （1）设计出2PSK通信系统的结构； （2）根据通信原理，设计出各个模块的参数（例如码速率，滤波器的截止频率等）； （3）用Matlab或SystemView 实现该数字通信系统； （4）观察仿真并进行波形分析； （5）系统的性能评价 2 基本原理 2.1 2PSK调制的基本原理 2PSK,二进制移相键控方式，是键控的载波相位按基带脉冲序列的规律而改变的一种数字调制方式。就是根据数字基带信号的两个电平(或符号)使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位调制方法。两个载波相位通常相差180度，此时称为反向键控(PSK),也称为绝对相移方式。2PSK信号的解调,不再能采用包络检测的方法,只能进行相干解调。调制框图如图1、图2所示，解调框图如图3所示。 图1 模拟相乘法
MATLAB 2psk通信系统仿真报告
实验一 2PSK调制数字通信系统 一实验题目 设计一个采用2PSK调制的数字通信系统 设计系统整体框图及数学模型； 产生离散二进制信源，进行信道编码（汉明码），产生BPSK信号； 加入信道噪声（高斯白噪声）； BPSK信号相干解调，信道解码； 系统性能分析（信号波形、频谱，白噪声的波形、频谱，信道编解 二实验基本原理 数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输，在实际应用中，大多数信道具有带通特性而不能直接传输基带信号。为了使数字信号在带通信道中传输，必须使用数字基带信号对载波进行调制，以使信号与信道的特性相匹配。这种用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。 数字调制技术的两种方法：①利用模拟调制的方法去实现数字式调制，即把数字调制看成是模拟调制的一个特例，把数字基带信号当做模拟信号的特殊情况处理；②利用数字信号的离散取值特点通过开关键控载波，从而实现数字调制。这种方法通常称为键控法，比如对载波的相位进行键控，便可获得相移键控（PSK）基本的调制方式。 图1 相应的信号波形的示例 1 0 1 调制原理 数字调相：如果两个频率相同的载波同时开始振荡，这两个频率同时达到正最大值，同时达到零值，同时达到负最大值，它们应处于"同相"状态；如果其中一个开始得迟了一点，就可能不相同了。如果一个达到正最大值时，另一个达到负最大值，则称为"反相"。一般把信号振荡一次（一周）作为360度。如果一个波比另一个波相差半个周期，我们说两个波的
相位差180度，也就是反相。当传输数字信号时，"1"码控制发0度相位，"0"码控制发180度相位。载波的初始相位就有了移动，也就带上了信息。 相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。在2PSK中，通常用初始相位0和π分别表示二进制“1”和“0”。因此，2PSK信号的时域表达式为(t)=Acos t+) 其中，表示第n个符号的绝对相位： = 因此，上式可以改写为 图2 2PSK信号波形 解调原理 2PSK信号的解调方法是相干解调法。由于PSK信号本身就是利用相位传递信息的，所以在接收端必须利用信号的相位信息来解调信号。下图2-3中给出了一种2PSK信号相干接收设备的原理框图。图中经过带通滤波的信号在相乘器中与本地载波相乘，然后用低通滤波器滤除高频分量，在进行抽样判决。判决器是按极性来判决的。即正抽样值判为1，负抽样值判为0. 2PSK信号相干解调各点时间波形如图 3 所示. 当恢复的相干载波产生180°倒相时,解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号正好是相反,解调器输出数字基带信号全部出错.