数字通信系统模型数字通信系统模型与通信协议的关系?

通信系统模型由哪几部分组成

模拟通信系统模型 模拟通信系统模型如图所示。 在模拟通信系统中，需要两种变换: 第一种变换 发送端的连续消息要变换成原始电信号，接收端收到的信号要反变换成原连续消息; 第二种变换 调制和解调 调制:将原始电信号变换成其频带适合信道传输的信号， 解调:在接收端将信道中传输的信号还原成原始的电信号。 经过调制后的信号成为已调信号;发送端调制前和接收端解调后的信号成为基带信号。 因此，原始电信号又称为基带信号，而已调信号又称为频带信号。 消息从发送端传递到接收端并非仅经过以上两种变换，系统里可能还有滤波、放大、变频、辐射等等过程。

数字通信系统模型 数字通信系统是指利用数字信号传递消息的通信系统。 数字通信系统的模型如图所示。 数字通信涉及的技术问题很多，其中有信源编码、信道编码、保密编码、数字调制、数字复接、同步问题等等。

什么是模拟通信和数字通信？

模拟通信是利用正弦波的幅度、频率或相位的变化，或者利用脉冲的幅度、宽度或位置变化来模拟原始信号，以达到通信的目的，故称为模拟通信。

数字通信是用数字信号作为载体来传输消息，或用数字信号对载波进行数字调制后再传输的通信方式。

它可传输电报、数字数据等数字信号，也可传输经过数字化处理的语声和图像等模拟信号。

模拟通信的优点是直观且容易实现，但存在两个主要缺点： （1） 保密性差，模拟通信尤其是微波通信和有线明线通信，很容易被窃听。

只要收到模拟信号，就容易得到通信内容。

（2） 抗干扰能力弱，电信号在沿线路的传输过程中会受到外界的和通信系统内部的各种噪声干扰，噪声和信号混合后难以分开，从而使得通信质量下降。

线路越长，噪声的积累也就越多。

数字通信有如下优点： （1）加强了通信的保密性。

语音信号经A／D变换后，可以先进行加密处理，再进行传输，在接收端解密后再经D/A变换还原成模拟信号。

（2） 提高了抗干扰能力，尤其在中继时，数字信号可以再生而消除噪声的积累。

（3）传输差错可以控制，从而改善了传输质量。

（4）便于使用现代数字信号处理技术来对数字信息进行处理。

（5） 可构建综合数字通信网，综合传递各种消息，使通信系统功能增强。

但数字通信也存在缺点，例如： 占用频带较宽，技术要求复杂，进行模/数转换时会带来量化误差。

画出通信系统的基本组成，并简述各部分的功能？

1. 通信系统的基本模型 通信的目的是传递消息。

消息包括符号、文字、话音、音乐、图片、数据、影像等形式。

基本的点对点通信都是将消息从发送端通过某种信道传递到接收端。

通信系统的基本模型描述如图1。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?图1 ?通信系统的基本模型 发送端的作用是把各种消息转换成原始电信号。

为了使原始信号适合在信道上传输，需要对原始信号进行某种变换，然后再送入信道。

信道是信号传输的通道。

接收端的作用是从接收到的信号中恢复出相应的原始信号，再转换成相应的 消息。

图中所示的噪声源是信道中的噪声以及分散在通信系统其他各处的噪声的集中表示。

2. 模拟通信系统 为了传递消息，各种消息需要转换成电信号，消息和电信号之间必须建立单一的对应关系，这样在接收端才能准确地还原出原来的消息。

模拟通信系统需要两种变换。

首先，发送端的连续消息需要变换成原始电信号，接收端收到的信号需要反变换成原连续消息。

第二种变换是将原始电信号变换成适合信道传输的信号，接收端需进行反变换。

这种变换和反变换通常被称为调制和解调。

调制后的信号称为已调信号或频带信号，将发送端调制前和接收端解调后的信号（即原始电信号）称为基带信号。

模拟通信系统组成如图2所示。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?图2 ?模拟通信系统的组成 3. 数字通信系统 数字通信中强调已调参量与基带信号之间的一一对应；数字信号传输差错可以控制，这需要通过差错控制编码等手段来实现，因此在发送端需要增加一个编码器，而在接收端需要一个相应的解码器；当需要保密时，需要在发送端加密，在接收端解密。

点对点的数字通信系统组成如图3所示。

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 图3 ??数字通信系统组成 也可以先将模拟信号转换成数字信号，经数字通信方式传输给接收端，再将数字信号反变换成模拟信号。

数字通信与模拟通信相比，更加适应对通信技术越来越高的要求。

数字通信的优点主要表现在以下几个方面： 数字传输抗干扰能力强，尤其在中继时可以消除噪声的积累； 传输差错可以控制，改善了传输质量； 便于使用现代数字信号处理技术对数字信号进行处理； 数字信号易于做高保密性的加密处理； 数字通信可以综合传递各种消息，增强通信系统的功能。

数字通信虽然具有许多优点，但代价是占用比模拟通信宽得多的频带。

以电话为例，一路模拟电话通常只占据4kHz带宽，而一路传输质量相同的数字电话要占用数十kHz的带宽。

基于Simulink的基带数字通信系统的仿真实现

扩展频谱通信技术的理论基础和实现方法，利用MATLAB 提供的可视化 工具Simulink 建立了扩频通信系统仿真模型，详细讲述了各模块的设计，并指出了仿真建模 中要注意的问题。

在给定仿真条件下，运行了仿真程序，得到了预期的仿真结果。

同时，利 用建立的仿真系统，研究了扩频增益与输出端信噪比的关系，结果表明，在相同误码率下， 增大扩频增益，可以提高系统输出端的信噪比，从而提高通信系统的抗干扰能力。

1 引言 扩展频谱通信（简称扩频通信）与光纤通信、卫星通信，一同被誉为进入信息时代的三 大高技术通信传输方式，它是指发送的信息被展宽到一个很宽的频带上，在接收端通过相关 接收，将信号恢复到信息带宽的一种系统。

采用扩频信号进行通信的优越性在于用扩展频谱 的方法可以换取信噪比上的好处，即接收机输出的信噪比相对于输入的信噪比有很大改善， 从而提高了系统的抗干扰能力。

本文根据扩频通信的原理，利用MATALB提供的可视化仿真工 具Simulink建立了扩频通信系统仿真模型，研究了扩频通信的特性和扩频增益与输出端信噪 比的关系，目的是为以扩频通信为基础的现代通信的研究和设计提供依据。

2 扩展频谱通信技术 2.1 理论基础 扩频通信的基本理论是根据信息论中的Shannon 公式，即 log (1 / ) 2 C = B + S N (1) 式中：C为系统的信道容量（bit/s）；B为系统信道带宽（Hz）；S为信号的平均功率；N为噪 声功率。

Shannon公式表明了一个系统信道无误差地传输信息的能力跟存在于信道中的信噪比 （S/N）以及用于传输信息的系统信道带宽（B）之间的关系。

该公式说明了两个最重要的概 念：一个是在一定的信道容量的条件下，可以用减少发送信号功率、增加信道带宽的办法达 到提高信道容量的要求；一个是可以采用减少带宽而增加信号功率的办法来达到。

扩频增益是扩频通信的重要参数，它反应了扩频通信系统抗干扰能力的强弱，其定义为 接收机相关器输出信噪比和接收机相关器输入信噪比之比，即 d s d s i i B B R R S N S N G = = = / / 0 0 (2) 式中，Si和S0分别为接收机相关器输入、输出端信号功率；Ni和N0分别为相关器的输入、输出 端干扰功率；Rs为伪随机码的信息速率，Rd为基带信号的信息速率；Bs为频谱扩展后的信号带 宽，Bd频谱扩展前的信号带宽。

2.2 实现方法 扩频通信与一般的通信系统相比，主要是在发射端增加了扩频调制，而在接收端增加了 扩频解调的过程，扩频通信按其工作方式不同主要分为直接序列扩频系统、跳频扩频系统、 跳时扩频系统、线性调频系统和混合调频系统。

现以直接序列扩频系统为例说明扩频通信的 实现方法。

图1为直接序列扩频系统的原理框图。

图1 直接序列扩频系统原理图 由直扩序列扩频系统原理图可以看出，在发射端，信源输出的信号与伪随机码产生器产 生的伪随机码进行模2加，产生一速率与伪随机码速率相同的扩频序列，然后再用扩频序列 去调制载波，这样得到已扩频调制的射频信号。

在接收端，接收到的扩频信号经高放和混频 后，用与发射端同步的伪随机序列对扩频调制信号进行相关解扩，将信号的频带恢复为信息 序列的频带，然后进行解调，恢复出所传输的信息。

3 系统仿真模型的建立 3.1 Simulik 简介 MATLAB 最初是Mathworks 公司推出的一种数学应用软件，经过多年的发展，开发了包括 通信系统在内的多个工具箱，从而成为目前科学研究和工程应用最流行的软件包之一。

Simulink 是MATLAB 中的一种可视化仿真工具，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个集成 环境，广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中。

它包 括一个复杂的由接受器、信号源、线性和非线性组件以及连接件组成的模块库，用户也可以 根据需要定制或者创建自己的模块。

Simulink 的主要特点在于使用户可以通过简单的鼠标操 作和拷贝等命令建立起直观的系统框图模型，用户可以很随意地改变模型中的参数，并可以 马上看到改变参数后的结果，从而达到方便、快捷地建模和仿真的目的。

3.2 模型建立及主要模块设计 基于MATLAB /Simulink 所建立的扩频通信系统的仿真模型,能够反映扩频通信系统的 动态工作过程,可进行波形观察、频谱分析和性能分析等，同时能根据研究和设计的需要扩 展仿真模型，实现以扩频通信为基础的现代通信的模拟仿真，为系统的研究和设计提供强有 力的平台。

图2 为基于MATLAB/Simulink 的扩频通信系统仿真模型。

图2 系统仿真模型 信源：随机整数发生器（Random Integer generator）作为仿真系统的信源，随机整数发 生器产生二进制随机信号，采样时间、初始状态可自由设置，从而满足扩频通信系统所需信 接 收 高放混频解扩 解调 本振PN 码 同步 信 源 扩频调制 PN 码 振荡器 发 射 源的要求。

扩频与解扩：PN 序列生成器模块（PN Sequence Generator）作为伪随机码产生器，扩 频过程通过信息码与PN 码进行双极性变换后相乘加以实现。

解扩过程与扩频过程相同，即 将接收的信号用PN 码进行第二次扩频处理。

调制与解调：使用二相相移键控PSK 方式进行调制、解调。

调制由正弦载波与双极性扩 频码直接相乘实现，采用相干解调法进行解调。

信道：传输信道为加性高斯白噪声信道。

在加性高斯白噪声信道模块中，可进行信号功 率和信噪比的设置。

误码计算：误码计算由误码仪实现，误码仪在通信系统中的主要任务是评估传输系统的 误码率，它具有两个输入端口：第一个端口（Tx）接收发送方的输入信号，第二个端口(Rx) 接收接收方的输入信号。

3.3 几点说明 在Simulink中，没有单独实现统计的计数器模块，需要自行创建，计数模型的设计如图 3。

在计数模型中，用与信源和伪随机码同频的脉冲模块分别实现码元同步和切普同步，利 用加法器的累加功能，实现每个码元的相关峰值统计。

图3 计数模型实现框图 在扩频通信建模中，扩频与解扩使用的PN 码以及调制和解调所使用的载波必须保持同 步，因此要注意伪随机码模块和载波模块的参数设置。

在误码率计算中，接收到的信号，由于经过扩频解扩、调制解调、相关统计等处理，会 存在一个延迟，在误码仪模块的对话框中要设置一个合适的延迟。

4 仿真结果分析 4.1 仿真系统运行情况分析 在给出下列仿真的条件下，观察仿真运行情况。

信息速率20b/s，幅度为1；伪随机序 列采用10 级，传输速率为200b/s 的m 序列；载波频率10KHz；信号功率为1W，信噪比30dB； 仿真时间设为2s。

在这样的仿真条件下，理论上可获得10 倍的扩频增益。

图4 是系统扩频 解扩的仿真结果。

上图为信源，中图为扩频码，下图为信宿。

从图4 可见，信源和信宿相同， 误码率为0，基于MATLAB/Simulink 所设计的仿真系统满足扩频通信系统的软件仿真要求。

图4 系统扩频解扩的仿真结果 4.2 扩频增益与输出端信噪比的关系 设置信息速率和伪随机序列传输速率，在扩频增益10 和50 的情况下，不断改变信噪比 的大小，从而得到扩频增益、误码率和信噪比的关系如图5。

从图5 可以看到，在相同误码 率下，扩频增益越大，输出端信噪比越大，并且随着系统要求的提高，增大扩频增益，输出 端信噪比会得到更大的好处。

图5 不同扩频增益下误码率仿真曲线 5 结论 扩频通信以其较强的抗干扰、抗衰落、抗多径性能而成为第三代通信的核心技术，本文 阐述了扩频通信的理论基础和实现方法，利用MATLAB 提供的可视化工具箱Simulink 建立了 扩频通信系统仿真模型，详细讲述了各模块的设计，并给出了仿真建模中需注意的问题。

在 给定仿真条件下，运行了仿真系统，验证了所建仿真模型的正确性。

通过仿真研究了扩频增 益和输出端信噪比的关系，结果表明，在相同误码率下，增大扩频增益，可以提高系统输出 端的信噪比，从而提高系统的抗干扰能力。

本文作者创新点：通过MATLAB/Simulink 建立的 仿真平台，研究了扩频增益与误码率、信噪比之间的关系，为以扩频通信为基础的卫星信号 设计提供依据。

1、 通信系统是：______________________________________________________，通信系统模型包含有_________

通信系统是用以完成信息传输过程的技术系统的总称。

现代通信系统主要借助电磁波在自由空间的传播或在导引媒体中的传输机理来实现，前者称为无线通信系统，后者称为有线通信系统。

通信系统模型包含： 1.信息源 信息源（简称信源）的作用是把各种消息转换成原始电信号。

根据消息的种类不同，信源可分为模拟信源和数字信源。

模拟信源输出连续的模拟信号，如话筒（声音—>音频符号）、摄像机（—>视频信号）；数字信源则输出离散的数字信号，如电传机（键盘字符—>数字信号）、计算机等各种数字终端。

并且，模拟信源送出的信号经数字化处理后也可送出数字信号。

2.发送设备 发送设备的作用是产生适合于在信道中传输的信号，即使发送信号的特性和信道特性相匹配，具有抗信道干扰的能力，并且具有足够的功率以满足远距离传输的需要。

因此，发送设备涵盖的内容很多，可能包含变换、放大、滤波、编码、调制等过程。

对于多路传输系统，发送设备还包括多路复用器。

3.信道 信道是一种物理煤质，用来将来自发送设备的信号传送到接收端。

在无线信道中，信道可以是自由空间；在有线信道中，可以是明线、电缆和光纤。

有线信道和无线信道均有多种物理煤质。

信道既给信号以通路，也会对信号产生各种干扰和噪声。

信道的固有特性及引入的干扰和噪声直接关系到通信的质量。

上图中的噪声源是信道中的噪声及分散在通信系统及其他各处的噪声的集中表示。

噪声通常是随机的，形式多样的，它的出现干扰了正常信号的传输。

4.接收设备 接收设备的功能是将信号放大和反变换（如译码、解调等），其目的是从收到减损的接收信号中正确恢复出原始电信号。

对于多路复用信号，接收设备中还包括解除多路复用，实现正确分路的功能。

此外，它还要尽可能减小在传输过程中噪声与干扰所带来的影响。

5.受信者 受信者（简称信宿）是传送消息的目的地，其功能与信源相反，即把原始电信号还原成相应的消息，如扬声器等。

数字通信系统模型与通信协议的关系?

通信协议，又叫做通信规程，规定了数据传输的数据格式以及波特率设置还有软件握手约定。

我在网上找到说通信协议是OSI参考模型中的数据链路层 通信系统组成模型框图，分模拟和数字系统。

1、模拟通信系统模型图为： 信源→调制器→信道→解调器→信宿 ..........................↑ .........................噪声 2、数字通信系统模型图为： 信源→信源编码→信道编码→调制→信道→解调→信道解码→信源解码→信宿 ..........................................................↑ ...............噪声