基于MATLAB的高斯白噪声信道分析报告

基于matlab高斯白噪声信道分析系统的设计××（陕西理工学院物理与电信工程学院通信工程专业1202班，陕西汉中723003）指导教师：吴燕[摘要]MATLAB是一种用于算法开发、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互式环境。本文在matlab的环境下构建了BFSK在高斯白噪声信道中传输的系统模型，通过simulink程序仿真，研究系统的误码率与信道质量的关系，找到在高斯白噪声信道上传输的最大信噪比及所需发射功率和调制频率，从而得出该系统在高斯白噪声信道中的最佳传输性能。[关键词]MATLAB；高斯白噪声；信道分析；simulink仿真DesignandproductionoftheGausswhitenoisechannelanalysissystembasedonMATLAB××(Grade2012,Class2,MajorofCommunicationEngineering,SchoolofPhysicsandTelecommunicationEngineeringofShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong723003,Shaanxi)Tutor:WuYanAbstract:MATLABisahigh-leveltechnicalcomputinglanguageandinteractiveenvironmentforthedevelopmentofalgorithms,datavisualization,dataanalysisandnumericalcalculation.ThisarticleinthematlabenvironmentbuildBFSKinAWGNchannelmodelsimulation,byrunningsimulationtheprogramonthesystemofqualityoferrorrateandchannelrelationships,foundinAWGNchanneltransportofmaximumsignal-to-noiseratioandthedesiredtransmitterpower.Keywords:MATLAB;Gausswhitenoise;channelanalysis;Simulinksimulation目录1.绪论.....................................错误!未定义书签。1.1课程研究背景.............................错误!未定义书签。1.2课程研究目的及意义........................错误!未定义书签。2.MATLAB和SIMULINK的相关介绍.............................12.1MATLAB介绍...............................................12.1.1MATLAB的功能及特点....................错误!未定义书签。2.1.2MATLAB应用............................错误!未定义书签。2.1.3学习MATLAB应掌握的基本知识............................32.2SIMULINK简介.............................................32.2.1SIMULINK的特点........................错误!未定义书签。2.2.2SIMULINK的功能........................错误!未定义书签。3.高斯白噪声..............................................43.1高斯白噪声的基本概念......................................43.2高斯白噪声的数学模型......................................43.3高斯白噪声产生及仿真......................................44.加性高斯白噪声..........................................74.1加性高斯白噪声的概念.....................................84.2BFSK信号的传输性能建模与仿真............................85.仿真程序...............................................105.1AWGN加性高斯白噪声产生程序...............错误!未定义书签。5.2信噪比与误比特率关系程序..................错误!未定义书签。结论:....................................................11致谢.....................................................12参考文献.................................................13计算机类综合课程设计第1页共13页1.绪论1.1课程研究背景本次课程设计的课题是“基于MATLAB/SIMULINK的高斯白噪声信道的设计与仿真”。信道是传送信息的物理性通道，可分为有线信道和无线信道两类，本次课程设计主要研究无线信道。有线信道包括明线、对称电缆、同轴电缆及光缆等。无线信道有地波传播、短波电离层反射、超短波或微波视距中继、人造卫星中继以及各种散射信道等。如果我们把信道的范围扩大，它还可以包括有关的变换装置，比如：发送设备、接收设备、馈线与天线、调制器、解调器等，我们称这种扩大的信道为广义信道，而称前者为狭义信道。信息是抽象的，但传送信息必须通过具体的媒质。例如二人对话，靠声波通过二人间的空气来传送，因而二人间的空气部分就是信道。邮政通信的信道是指运载工具及其经过的设施。无线电话的信道就是电波传播所通过的空间，有线电话的信道是电缆。每条信道都有特定的信源和信宿。在多路通信，例如载波电话中，一个电话机作为发出信息的信源，另一个是接收信息的信宿，它们之间的设施就是一条信道，这时传输用的电缆可以为许多条信道所共用。在理论研究中，一条信道往往被分成信道编码器、信道本身和信道译码器。人们可以变更编码器、译码器以获得最佳的通信效果，因此编码器、译码器往往是指易于变动和便于设计的部分，而信道就指那些比较固定的部分。但这种划分或多或少是随意的，可按具体情况规定。例如调制解调器和纠错编译码设备一般被认为是属于信道编码器、译码器的，但有时把含有调制解调器的信道称为调制信道；含有纠错编码器、译码器的信道称为编码信道。根据信道中其主要作用的噪声的特点，信道可以分为加性高斯白噪声（AWGN）信道、瑞利（Rayleigh）信道、莱斯（Rician）信道、突发干扰信道以及二进制平衡信道（BSC）等。此次通信原理课程设计主要针对高斯白噪声信道。在数字信号载波传输系统中，由于信道噪声的存在会造成误码。在研究通信系统的误码率与信道质量的关系时，最简单的数学模型是加性宽带高斯白噪声信道，该性道模型在通信系统的分析与设计中是一主要的信道模型。本文在MATLAB的环境下，仿真了BFSK（2FSK）信号在加性宽带高斯白噪声信道传输过程，研究了系统的误码率与信道质量的关系，找到加性宽带高斯白噪声信道中传输的最大信噪比及所需发射功率和调制频率，从而得出该系统在高斯白噪声信道中的最佳传输性能。为中、低速数据传输，以及衰落信道和频带较宽的信道应用提供了理论根据。1.2课程研究目的及意义在MATLAB的环境下构建了BFSK在高斯白噪声信道中传输的系统模型，通过运行程序仿真，研究系统的误码率与信道质量的关系，找到在高斯白噪声信道上传输的最大信噪比及所需发射功率和调制频率，从而得出该系统在高斯白噪声信道中的最佳传输性能。而且通过此次实践，巩固了所学的专业技术知识问题的能力，培养学生综合运用所学知识与生产实践经验，分析和解决工程技术问题的能力，培养初步的设计能力，通过课程实践，了解并掌握通信系统的一般设计方法，训练并提高学生在理论计算、结构设计、工程绘图、查阅资料的能力，更好的将理论与实践相结合，提高综合运用所学理论知识分析和解决问题的能力，并且掌握Simulink的操作方法。2.Matlab和Simulink的相关介绍2.1Matlab介绍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（如计算机类综合课程设计第2页共13页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集成环境下的Simulink:MATLAB是一种功能强大的科学计算和工程仿真软件，它的交互式集成界面能够帮助用户快速地完成数值分析、矩阵运算、数字信号处理、仿真建模、系统控制和优化等功能。MATLAB语言采用与数字表达相同的形式，不需要传统的程序设计语言，由于MATLAB的这些特性，它已成为科研工作和工程仿真中的高效助手。2.1.1Matlab的功能及特点Matlab可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。（1）简单易用Matlab是一个高级的矩阵/阵列语言，它包含控制语句、函数、数据结构、输入和输出和面向对象编程特点。用户可以在命令窗口中将输入语句与执行命令同步，也可以先编写好一个较大的复杂的应用程序（M文件）后再一起运行。新版本的MATLAB语言是基于最为流行的C++语言基础上的，因此语法特征与C++语言极为相似，而且更加简单，更加符合科技人员对数学表达式的书写格式。使之更利于非计算机专业的科技人员使用。而且这种语言可移植性好、可拓展性极强，这也是MATLAB能够深入到科学研究及工程计算各个领域的重要原因。（2）强处理能力MATLAB是一个包含大量计算算法的集合。其拥有600多个工程中要用到的数学运算函数，可以方便的实现用户所需的各种计算功能。函数中所使用的算法都是科研和工程计算中的最新研究成果，而且经过了各种优化和容错处理。在通常情况下，可以用它来代替底层编程语言，如C和C++。在计算要求相同的情况下，使用MATLAB的编程工作量会大大减少。MATLAB的这些函数集包括从最简单最基本的函数到诸如矩阵，特征向量、快速傅立叶变换的复杂函数。函数所能解决的问题其大致包括矩阵运算和线性方程组的求解、微分方程及偏微分方程的组的求解、符号运算、傅立叶变换和数据的统计分析、工程中的优化问题、稀疏矩阵运算、复数的各种运算、三角函数和其他初等数学运算、多维数组操作以及建模动态仿真等。（3）图形处理MATLAB自产生之日起就具有方便的数据可视化功能，以将向量和矩阵用图形表现出来，并且可以对图形进行标注和打印。高层次的作图包括二维和三维的可视化、图象处理、动画和表达式作图。可用于科学计算和工程绘图。新版本的MATLAB对整个图形处理功能作了很大的改进和完善，使它不仅在一般数据可视化软件都具有的功能（例如二维曲线和三维曲面的绘制和处理等）方面更加完善，而且对于一些其他软件所没有的功能（例如图形的光照处理、色度处理以及四维数据的表现等），MATLAB同样表现了出色的处理能力。同时对一些特殊的可视化要求，例如图形对话等，MATLAB也有相应的功能函数，保证了用户不同层次的要求。另外新版本的MATLAB还