基于SIMULINK的现代通信系统仿真分析_图文

第18卷第lo期 2006年10月

系统仿真学报@
Journal of System Simulation

v01.18N。.10 Oct.,2006

基于SIMULINK的现代通信系统仿真分析
席在芳,邬书跃,唐志军,曾照福
(湖南科技大学信息与电气工程学院,湖南湘潭411201)

摘要i以Simulink为软件平台,充分利用其提供的通信工具箱和信号处理工具箱中的模块,以 常用的DPCM(Differential Pulse Code Modulation)和PCM(Pulse.code Modulation)数字电话通信系统 为例,对这两种通信系统进行了模型构建、系统设计、仿真演示、结果显示、误差分析以及综合性 能分析,重点对DPCM与PCM进行了误置分析奔比较,并且对差错不可控以及频带利用率不高的 缺点加入了纠错编码和复用技术并对其进行了仿真。通过系统的仿真与分析可以看出Simulink在 系统建模和仿真中的巨大优势,根据仿真结果分析系统性能,并且找出最优的系统配置方案。 关键词l Simulink;仿真;DPCM;PCM 中图分类号:TP391.9 文献标识码:A 文章编号l 1004—731X(2006)10.2966.03
on

Simulation and Analysis of Communication system Based
XI

Simulink

Zai-fang,WU Shu-yue,TANG Zhi-jun,ZENG Zhao-fu
andTechnology,Xiangtan411201,China)


(College ofInformation&ElectricalEngineering,HunanUniversityofScience

Abstract:MATLAB is
simulation and analysis



system of high degree integration.Simulink is the

software package that is used
as

for molding,

platform,and the communication system toolbox and the signal processing toolbox were utilized to design digital phone communication sy’stem of DPCM and PCM.And then the modeled structure,designed system,shown resu抚analyzed PrrDr and the
to

dvnamic

system.MATLAB/Simulink was regarded

the sofiware

comparison of the

∞州秒,芎^P,坫如P analysis were given for the two communication systems based on Simulink.The DPCM and PCM,the elTor correction coding and the multiply were emphasized at last.

error

analysis,the

Key words:simulink;simulation;dpcm;pcm




Simulink是MATLAB提供的实现动态系统建模和仿真的

1系统模型构建
数字电话通信系统是指要实现模拟话音在数字通信系 统中的传输(11】,其模型如图1所示。

一个软件包,它让用户把精力从编程转向模型的构造,为用 户省去了许多重复的代码编写工作:Simulink的每个模块对 用户而言都是透明的,用户只须知道模块的输入、输出以及 模块的功能,而不必管模块内部是怎么实现的,于是留给用 户的事情就是如何利用这些模块来建立模型以完成自己的仿 真任务;至于Simulink的各个模块在运行时是如何执行,时 间是如何采样,事件是如何驱动等细节性问题,用户可以不 去关心,正是由于Simulink具有这些特点,所以它被广泛的 应用在通信仿真中,但是到目前为止,大部分文献基本上都 是在对通信系统的某个部分或者某个模块上的仿真,而对于 通信系统进行仿真后基本上没有进行误差的仿真分析【1‘1 o】,而 本文正是从这一思想出发,利用Simulink强大的工具箱和其 建模的优势建立了常用的DPCM和PCM数字电话通信系统 仿真模型,对这两种通信系统进行了模型构建、系统设计、 仿真演示、结果显示、误差分析以及综合性能分析,并且重 点对DPCM与PCM进行了误差分析和比较,而且该分析方 法同样可推广到其它的通信系统,具有普遍意义。
收■日期l 2005—08.04 謦回日期I 2006一ol—ll 作者简介?席在芳(1974.),男,湖南安乡人,硕士,研究方向为信号处理 与通信系统;邬书跃(1963.),男,湖南常德人,教授,硕士,研究方向为 数字通信与信息传输技术;唐志军(1974.),男,湖南邵东人,讲师,硕士, 研究方向为通信系统与计算机网络。


图1数字通信系统模型图



利用Simulink实现数字电话通信系统的仿真,首先要 建立系统模型,利用Simulink进行模型构建,并进行参数 设鼍,然后进行整体仿真。 根据DPCM和PCM通信系统的框图㈣,在通信工具箱和 信号处理工具箱中分别找出相应的模块并连接起来,得到DPCM 和PCM数字电话通信系统仿真模型分别如图2和图3所示。

2仿真
虽然语音信号的频率通常在300~3400Hz之间,不过为 了仿真和分析方便,在此选用频率为1Hz的正弦波替代作为 信源,这样并不影响仿真和分析结果。

2.1仿真结果 DPCM和P(M数字电话通信系统仿真结果分别如图4所示,
可以看出接收端与发送端的波形基本上是一致的,只是DPcM的 幅度变小了,至于为什么幅度会变小,将在误差分析中说明。

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、,01.18No.10

席在芳,等:基于SIMULINK的现代通信系统仿真分析

Oct.,2006



图2

DPCM仿真模型结构图

示波器2 图3

PCM仿真模型结构图

图5误差分析模型

图5中有一个专门用来观察运行仿真结果的子系统,它 从正弦信号发生器和两个解码器得到信号,经过变换之后在 示波器上显示出来,该子系统结构如图6所示,在该子系统
0 2 4 6 8 10

(a)DPCM系统仿真波形 图4输入与输出信号仿真波形(上面为输入信号,下面为输出信号)

中,DPCM解码器和抽样量化解码器输出的解码信号分别在 示波器上显示出来,作为对比,这两个示波器同时显示了正 弦波的波形如图7所示。

2.2仿真误差分析
在此主要比较DPCM与PCM系统的量化噪声,为了形 象说明为此特别构建了误差分析模型如图5所示。 该误差分析模型使用抽样量化编码器和DPCM编码 器分别对同~个正弦信号进行量化和编码。同样使用与编 码器相匹配的解码器对量化信号实施解码,然后统计解码 信号与原始信号之间的均方差,由此可以得到DPCM和 PCM两种通信制式下的量化误差。
图6子系统内部结构造
?2967?
3 2

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系统仿真学报

Oct.,2006

3存在的问题及改进方案
1)差错不可控,没有检错和纠错编码,可靠性不好。 对于该问题,可以在发送部分加入信道编码。 2)由于是数字通信系统,所以频带利用率不高。克服 数字通信不足的办法:降低每路信号的频带宽度,也就是压
图7 DPCM示波器(左)和PCM示波器(右)

缩编码率,用更少的码位数来表示信号,比较可行的系统就
是ADPCM(Adaptive DPCM)系统。另外采用复用技术,在有

图中蓝色的为原始正弦信号波形,绿色的是变换后的波 形。如前所述,可以看出DPCM译码信号也是一个正弦信号, 然而幅度变小了,与此相对应的是,PCM信号的幅度值没有 变化,造成这种现象的原因在于DPCM采用了与PCM不同的 编码方式,DPCM先计算输入信号的差值,然后在对这个差 值进行PCM编码,因此该差值信号依然是一个正弦信号且幅 度会变小。 在图8中,蓝色绘制的线条表示DPCM信号的量化误差, 而绿色线条则是表示PCM信号的量化误差,从图中可以清楚 的看到,DPCM信号的量化误差明显低于PCM信号的量化误 差,这也从另一个侧面上反映了DPCM在编码方式上优于
PCM。

限的频带内,利用各个信号所占的频率不同来传输。 针对上述两个主要的缺点,在此采用复用技术克服频带 利用率不高的缺点,从而提高通信系统的有效性;在调制前 加入纠错编码,从而提高通信系统的可靠性,其仿真模型和 仿真结果分别如图9和图10所示。

4结论
本文主要是以MATLAB/Simulink为软件平台,根据 DPCM和PCM通信系统的组成原理,在Simulink模块库中找 出相应的模块,选择合适的模块以及设置适当的参数,建立 了DPCM和PCM数字电话通信系统仿真模型,对这两种通信 系统进行模型构建、系统设计、仿真演示、显示结果、误差

胁Ⅳ
J…

分析以及综合性能分析。从仿真的结果来看,失真较小,达 到了我们的目的。本文重点构建了误差分析模块以及利用该 模块来对DPCM与PCM进行了误差分析和比较,最后针对差 错不可控以及频带利用率不高的缺点加入了纠错编码和复 用技术并对其进行了仿真,该分析方法同样可推广到其它通 信系统,对设计和分析整个通信系统有较强的指导作用和实
际意义。 DPCM和PCM量化误差比较


l帮。L
L一
信号发生器 示波器1

僵臻
图8

F蔫HB—it ohateg日。ain mag 髓r_——t|Qm咖
汉明编码器 汉明编码器1

]广W、M M—FSK

匠k

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信号发生器1 示波器2

…E。。:;2 抽样量化编码器1

.讳黜H耐H躲牌H凛H
位一整型变换器8遗礓蘑萄ii疆
调制器
quantizer



1.

整型一位变换器3

位.整型变换器3

8莲礓毫;顽崔控
。、葡萄菇、r~

篁一

匠k
示波器3

加性高斯白噪声信道l 1;:爵萧
量化解码器
位.整型变换器1 汉明译码 整型一位变换器1

匠孔




解调器

8迸僵移频键控

接i

_1、幢嚆
脯罕!!!!堡驾滤波器
L一.j 位.整型变换器2
l量化解码器1

糕百

_1、H笙H堕卜 m瞻mm—iag&H黜k
汉明译码1

整型.位变换器2

l懒圳]厂l
—M.FSK I._

卜—一4;;=。二≯卜

m9加入纠错编码和采用复用后的PCM仿真模型结构图
.2968.

(下转第2975页)

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张天乐,等:部分连接的无线网络路由研究

Oct..2006

线,因此完全连接的路径永远不存在,DSR不适用。而使 用Epidemic方式,会造成数据在路径上产生“乒乓效应”, 不可用。采用组关系路由GPR的方式进行仿真(组直径为2 跳),如图5深色曲线所示,数据到达率较高,传输延迟降低。

扑被简化为以组为节点的拓扑图,从而以网络设备节点序列 描述的路径被转化为以组序列标记的路径。组序列标记的路 径更为稳定,能够适应部分连接网络的间歇连接和拓扑变 化,能够有效地反映路径的位置和趋势。用组序列作为路由 依据,能够获得更高的数据到达率,同时,也减少了由于间 歇连接带来的单点故障问题。本文提出的组关系路由协议, 对于部分连接网络具有很好的适应性,提高了无线自组织网 络的可用性。

参考文献:
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Spyropoulos,K Psounis,C S Raghavendra.Single—copy routing in connected mobile

intermittently

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Dubois—Ferriere,M
route

Grossglauser,M
mobile ad

Vetterli.Age

matters:

efficient

discovery in

hoe networks

using encounmr

ages[C]I/In Proc.ACM/IEEE MobiHoc’03,2003. [61 Qun
Li,Daniela

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in

disconnected

ad—hoe

图5性能参数仿真结果

networks using message

of Parallel and

Distributed

Computing(S0743—7315),2003,63(1),PP:75—86.

4结论

【7】D

Johnson,D

Maltz,Y

Hu,J Jetcheva.The Dynamic Source Routing

…-i-

Protocol

for Mobile

Ad Hoc

Networks[EB/OL].IETF

Draft.2003.

本文提出一种新的路由模型,能够在部分连接网络中有

http://www.ietf.org/intemet—dmftsldraff-ietf-manet—dsr一09.“t.

效地传输数据。网络中节点被动态划分为着干组,网络的拓 (上接第2968页)

-÷-…÷一…÷一…÷一…÷一…÷一…÷一…÷一…÷一…÷一~÷一一
系统仿真学报,2001,13(1):98—100.
【2】2

张力,罗忠相.基于软件无线电的QPSK解调器仿真及实现【J】. 中国有线电视,2005,10(6):557-561.

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(a)

第一路方波信号仿真波形

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(b)

第二路正弦信号仿真波形

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图lo输入与输出信号仿真波形(上面为输入信号,下面为输出信号)

【111樊昌信,张甫翊,徐炳祥.通信原理[M】.北京:国防工业出版社,
2004.

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万   方数据

基于SIMULINK的现代通信系统仿真分析
作者: 作者单位: 刊名: 英文刊名: 年,卷(期): 被引用次数: 席在芳, 邬书跃, 唐志军, 曾照福, XI Zai-fang, WU Shu-yue, TANG Zhi-jun, ZENG Zhao-fu 湖南科技大学信息与电气工程学院,湖南,湘潭,411201 系统仿真学报 JOURNAL OF SYSTEM SIMULATION 2006,18(10) 5次

参考文献(12条) 1.杨世海.周良柱 基于Matlab的CDMA无线通信可视化仿真[期刊论文]-系统仿真学报 2001(01) 2.张力.罗忠相 基于软件无线电的QPSK解调器仿真及实现[期刊论文]-中国有线电视 2005(06) 3.罗超.陈宇海 薛福珍基于Simulink的TCP/RED仿真研究[期刊论文]-系统仿真学报 2004(06) 4.刘玉昌.韩恩权 基于Matlab的VLF/LF通信系统仿真[期刊论文]-电讯技术 2004(05) 5.杨华.吴楚 基于Matlab的(CD)2MA系统的仿真及性能分析[期刊论文]-通信技术 2003(11) 6.周宇.张林让.田慧 基于Matlab/Simulink的雷达系统仿真[期刊论文]-计算机仿真 2004(11) 7.李兴.魏波.钱敬华.吴诗其 第三代移动通信卫星/地面信道建模与仿真技术[期刊论文]-系统工程与电子技术 2004(03) 8.徐素妍.曹坤梅 基于MATLAB语言的现代通信仿真分析[期刊论文]-计算机应用 2001(08) 9.周正兰.董炎杰.张英海 OFDM及其在链路级平台的Simulink实现[期刊论文]-中国数据通信 2003(10) 10.郭海燕.毕红军 Matlab在伪随机码的生成及仿真中的应用[期刊论文]-计算机仿真 2004(03) 11.樊昌信.张甫翊.徐炳祥 通信原理 2004 12.李建新.刘乃安 现代通信系统分析与仿真-MATLAB通信工具箱 2000

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本文链接:http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_xtfzxb200610069.aspx


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