【正文】 如果 S函數(shù)把它的連續(xù)狀態(tài)、離散狀態(tài)或輸出信號也設(shè)置為可變長度信號， Simulink 將根據(jù)輸入信號的長度來確定它們的長度，并且這些信號的長度與輸入信號的長度相同。同樣地，如果在可變步長的仿真過程中， S函數(shù)的輸入信號影響著對下一個仿真時刻的計算，這個 S函數(shù)也存在直接反饋。這個過程一直持續(xù)到仿真過程結(jié)束，然后 Simulink 進入仿真結(jié)束階段，清理各種已經(jīng)分配的資源，同時保存仿真過程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。通過 S函數(shù)創(chuàng)建的模塊具有與 Simulink模型庫中的模塊相同的特征，它可以與 Simulink 求解器進行交互，支持連續(xù)狀態(tài)和離散狀態(tài)模型。在很多情況下， Simulink 模型庫（ Simulink Library）中的模塊不能完全滿足用戶的要求，這時候需要由用戶自己來編寫相應(yīng)的代碼。我們 可以通過 MATLAB 命令行“ disp(?source?)”在模塊中顯示一行文字“ Source”。 圖 matlab 的 preferences 對話框 如果把“ window reuse”設(shè)置為“ none”，雙擊子系統(tǒng)時， simulink 在新窗口中打開子系統(tǒng)，原窗口保持不變：如果 “window reuse”設(shè)置為 “reuse”， simulink 在當(dāng)前窗口中打開子系統(tǒng)：如果“ window reuse”設(shè)置為“ replace”， simulink 在新窗口中打開子系統(tǒng)，同時原窗口消失：如果“ window reuse”設(shè)置為“ mixed”， simulink 在新窗口中打開子系統(tǒng)，同時保持原窗口不變，這種方式與 none 的差別在于 ，當(dāng)在于系統(tǒng)中選擇菜單欄上的“ VIew”︱“ go to parent”命令返回上一級系統(tǒng)時， none 方式中這個子系統(tǒng)窗口不數(shù)字通信系統(tǒng)的 MATLAB 設(shè)計與仿真 18 會消失，而 mixer 方式的子系統(tǒng)窗口被自動隱藏。首先，在仿真模型中添加一個子系統(tǒng)模塊 (subsystem)，設(shè)置這個子系統(tǒng)模塊的名稱，然后雙擊該模塊，待打開該模塊之后就可以對子系統(tǒng)的功能進行設(shè)計了。 命令行方式一般用于執(zhí)行批處理方式的仿真，它是通過 MATLAB 命令“ sim”啟動仿真進程，例如，在 matlab 工作區(qū)中輸入“ sim (?rayleighfading?)”命令后， simulink 開始運行仿真模型 rayleighfading。在仿真模型窗口中雙擊模塊，彈出該模塊的參數(shù)設(shè)置 對話框，這時候可以修改模塊中各個參數(shù)的數(shù)值。 數(shù)字通信系統(tǒng)的 MATLAB 設(shè)計與仿真 14 simulink 的工作環(huán)境 當(dāng)采用 simulink 進行建模和仿真時，一般是從 simulink 模型庫中提供的模塊出發(fā)，通過組合各種模塊來完成模塊的設(shè)計。同時，通過 simulink 的存儲模塊，仿真數(shù)據(jù)可以方便地以各種形式保存到工作區(qū)或文件中，供用戶在仿真結(jié)束之后對數(shù)據(jù)進行分析和處理。在 simulink 中，仿真模型表現(xiàn)為若干個仿真模塊的集合以及這些 模塊之間的連接關(guān)系，這就使得仿真的設(shè)計和分析過程變得相對直觀和便 捷，同時有利于仿真模型的擴充。這樣尖銳對立的兩個方面的要求，只有通過使用強大的計算機輔助分析設(shè)計技術(shù)和工具才能實現(xiàn)。 （ 3）硬件實驗的精確度取決于元器件及工藝水平，軟件實驗的精度取決于 CPU 的運算速度或者說是程序的運算量。 通信系統(tǒng)仿真問題的研究價值 通信系統(tǒng)仿真實質(zhì)上就是把硬件實驗搬 進了計算機，可以把它看成是一種軟件實驗。與此同 時出現(xiàn)了一系列新的技術(shù)，如用于數(shù)字信號處理的價格不高但速度很快的硬件、光纖光學(xué)器件、集成光學(xué) 設(shè)備 和單片微波集成電路，這些對通信系統(tǒng)的實現(xiàn)均有重要影響。 另外一個需要注意的地方是，即使仿真過程中收集的數(shù)據(jù)正確無誤，由此得到的仿真結(jié)果并不一定就是難確的。如果需要比較仿真系統(tǒng)在不同參數(shù)設(shè)置下的性能，應(yīng)該使仿真系統(tǒng)在取不同參數(shù)值時具有相同的輸入信號 (或相同的隨機輸入信號 )，這樣才 能夠保證分析和比較的客觀性和可靠性。需要強調(diào)的一點是，仿真過程中使用的輸入數(shù)據(jù)必須具有一定的代表性，即能夠從各個角度顯著地改變仿真輸出信號的數(shù)值。一種簡便的驗證方法是采用特定的已知輸入信號，這個輸入信號分別通過仿真模型和實際系統(tǒng)，產(chǎn)生兩種輸出信號。例如 ，我們可以設(shè)定改造后系統(tǒng)或新系統(tǒng)在達到系統(tǒng)最大容量時的誤碼 率，或者是通信系統(tǒng)的最大呼損率，等等。 因此，仿真模型的建立需要綜合考慮其可行性和簡單性。通過對仿真數(shù)據(jù)的分析可以得到相應(yīng)的結(jié)論，然后把這個結(jié)論應(yīng)用到對當(dāng)前通信系統(tǒng)的改造中。 通信仿真的概念 通信仿真是衡量通 信系統(tǒng)性能的工具。 Matlab 的一個重要特色就是他有一套程序擴展系統(tǒng)和一組稱之為工具箱的特殊應(yīng)用子程序。同時對一些特殊的可視化要求，例如圖形對話等， Matlab 也有相應(yīng)的功能函 數(shù)，保證了用戶不同層次的要求。在通常情況 下，可以用它來代替底層編程語言，如 C 和 C++ 。 （ 2） 簡單易用的程序語言 Matlab 一個高級的距陣 /陣列語言，它包含控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c。 數(shù)字通信系統(tǒng)的 MATLAB 設(shè)計與仿真 4 第一章 MATLAB 與通信仿真 MATLAB 簡介 Matlab 軟件系列產(chǎn)品 是一套 高效強大的工程技術(shù)數(shù)值運算和系統(tǒng)仿真軟件，廣泛應(yīng)用于當(dāng)今的航空航天、汽車制造、半導(dǎo)體創(chuàng)造、電子通信、醫(yī)學(xué)研究、財經(jīng)研究和高等教育答領(lǐng)域，被譽為“巨人肩膀上的工具”，研發(fā)人員借助 Matlab 軟件能迅速測試設(shè)計構(gòu)想，綜 合評測系統(tǒng)性能，快速設(shè)計 出 更好 的 方案來確保更高技術(shù)的要求。與硬件實驗相比，軟件實驗具有如下一些優(yōu)點： (1) 軟件實驗具有廣泛的適應(yīng)性和極好的靈活性。在仿真模型設(shè)計過程中，本文對模型設(shè)計的目的、具體的結(jié)構(gòu)組成、仿真流程以及仿真結(jié)果都給出了具體詳實的分析和說明。這樣尖銳對立的兩方面的要求，只有通過使用強大的計算機輔助分析設(shè)計技術(shù)和工具才能實現(xiàn)。 第 2 周 ： 閱讀資料、書籍，學(xué)習(xí)所需知識，撰寫文獻綜述。 畢 業(yè) 設(shè) 計 題 目： 數(shù)字通信系統(tǒng)的 MATLAB 設(shè)計與仿真 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書 題目： 數(shù)字通信系統(tǒng)的 MATLAB 設(shè)計與仿真 姓名 系 計算科學(xué)與技術(shù) 專業(yè) 通信工程 班級 0402 學(xué)號 202003040204 指導(dǎo)老師 職稱 講師 教研室主任 一、 基本任務(wù)及要求： 實際的通信系統(tǒng)是一個功能結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)，對通信系統(tǒng)作出的任何改變都可能影響到整個系統(tǒng)的性能和工作效率。 第 3～ 5周 ： 畢業(yè)實習(xí)?，F(xiàn)代計算機科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，已經(jīng)研發(fā)出新一代的可視化仿真軟件。 最后，本文對所做的研究工作進行了總結(jié)，并且提出了今 后的工作和研究方向 。在硬件實驗中改變系統(tǒng)參數(shù)也許意味著要重做硬件，而在軟件實驗中則是改一、兩個數(shù)據(jù)，甚至只是在屏幕上按幾下鼠標。同時， Matlab也是國家教委重點提倡的一種計算工具。用戶可以在命令窗口中將輸入語句與執(zhí)行命令同步，也可以先編寫好一個較大的復(fù)雜的應(yīng)用程序 (M 文件 )后再一起運行。在計算要求相同的情況下，使用 Matlab 的編程工作量會大大減少。另外新版本的 Matlab 還著重在圖形用戶界面（ GUI）的制作上作了很大的改善，對這方面有特殊要求的用戶也可以得到滿足 。工具箱是 Matlab 函數(shù)的子程序庫，每一個工具箱都是為某一類學(xué)科專業(yè)和應(yīng)用而定制的，主要包括信號處理、控制系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、小波分析和系統(tǒng)仿真等方面的應(yīng)用。通信仿真可以分成離散事件仿真和連續(xù)仿真。如果改造 后通信系統(tǒng)的性能并不像仿真結(jié)果那樣令人滿意，還需要重新實施通信系統(tǒng)仿真，這時候改造后的通信系統(tǒng)就成了當(dāng)前系統(tǒng)，并且開始新一輪的通信系統(tǒng)仿真過程。在仿真建模過程中 ，我們可以先建 立一個相對簡單的仿真模型，然后再根據(jù)仿真結(jié)果和仿真過程的需要逐步增加仿真模型的復(fù)雜度。 有了這些具體的仿真目標之后，下一步是獲取實際通信系統(tǒng)的各種運行參數(shù)，如通信系統(tǒng)占用的帶寬及其頻率分布，系統(tǒng)對于特定的輸入信號產(chǎn)生的輸出等。如果仿真模型的輸出信號與實際系統(tǒng)的輸出信號比較吻合，說明這個 仿真模型與原系統(tǒng)具有較好的相似性。 實施仿真之前需要確定的另外一個因素是性能尺度。 對于需要較長時間的仿真，應(yīng)該盡可能地使用批處理方式，使得仿真過程在完成 —種參數(shù)配置的仿真之后能夠自動啟動針對下 — 個參數(shù)配置下 — 個仿真。造成這種結(jié)果的原因可能是輸入信號恰好與仿真系統(tǒng)的內(nèi)部特性相吻合，或 者輸入的隨機信號不具有足夠的代表性。通信系統(tǒng)復(fù)雜度的提高使得用來分析和設(shè)計系統(tǒng)的時間和精力也相應(yīng)提高了，然而在商用產(chǎn)品中引入新技術(shù)要求設(shè)計能做到短時、高效、省力，而這些要求只有通過使用強大的計算機輔助分析和設(shè)計工具才能實現(xiàn)。在硬件實驗系統(tǒng)中，用各種電子元器件制作出通信系統(tǒng)中的理論模型所規(guī)定的各個模塊，再把它們通過導(dǎo)線或電纜等接在一起，然后再用示波器、頻譜議、誤碼儀等通信儀表做各種測量，最后分析測量結(jié)果。 (4) 軟件實驗建設(shè)開發(fā)周期短，成本低。通信系統(tǒng)仿真貫穿通信系統(tǒng)工程設(shè)計的全過程，對通信系統(tǒng)的發(fā)展起著舉足輕重的作用 。 simulink 簡介 動態(tài)系統(tǒng)是輸出信號隨時間變化的系統(tǒng)。另外， simulink 把具有特定功能的代碼組織成模塊的方式，并且這些模塊可以組織成具有等級結(jié)構(gòu)的子系統(tǒng)，因此具有內(nèi)在的模塊化設(shè)計要求。 simulink 模型庫提供了一種模塊的集成環(huán)境，通過它可以快速地開發(fā)各種仿真模型。通常情況下，仿真模塊的設(shè)計過程就是對 simulink 模型庫中各個模塊的一種組合。如果需要多次運行仿真程序，可以把這 些命令編寫成 —個 M 文件，然后在 matlab 工作區(qū)中執(zhí)行這個 M 文件就可以了。子系統(tǒng)的輸入、輸出分別由 Simulink 模型庫中湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 的輸入端口模塊 (in)和輸出端口模塊 (out)構(gòu)造，在設(shè)計子系統(tǒng)的過程中可以根據(jù)需要添加若干個這樣的輸入輸出模塊。 封裝子系統(tǒng) simulink 模塊庫中的每一個模塊部有它獨特的圖標和參數(shù)設(shè)置對話框。 通過 Parameters 屬 性頁我們可以設(shè)置封裝子系統(tǒng)的白定義參數(shù)，這些參數(shù)將出現(xiàn)在封裝子系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置對話框中。 M 文件雖然能 夠用來編寫 MATLAB 函數(shù)代碼，但是它不具備與 Simulink 的接口，因此難以與 Simulink 其他模塊一起使用。 S 函數(shù)工作原理 每個 Simulink 模塊都可以表示成輸入信號 x、輸入信號 y 以及內(nèi)部狀態(tài) u之間的關(guān)系，如圖 31 所示。 內(nèi)部狀態(tài) u 輸出 y 輸入 x 數(shù)字通信系統(tǒng)的 MATLAB 設(shè)計與仿真 20 圖 simulink 模塊仿真流程 對應(yīng)于仿真流 程中的每一個步驟， Simulink 中的 S函數(shù)調(diào)用預(yù)先設(shè)定的函數(shù)來實現(xiàn)相應(yīng)的功能。 Simulink 根據(jù)模塊中的 S函數(shù)是否存在直接反饋來確定仿真模型中各個模塊的執(zhí)行順序 。 3． 抽樣時刻和偏移 在 Simulink 中，由 S函數(shù)構(gòu)造的模塊的抽樣時間既可以是固定的，也可以是連續(xù)的；既可以是連續(xù)的，也可以是離散的。 C 語言 S函數(shù)則可以有多個輸入、輸出端口，每個端口的長度都是可變的 。在計算 S函數(shù)輸出信號的過程中，如果輸 出信號（包括仿真過程中繪制的圖形）是輸入信號的函數(shù)，那么這個 S函數(shù)存在直接反饋。在仿真循環(huán)階段， Simulink按照初始化階段制定的順序依次執(zhí)行各個模塊 ， 計算當(dāng)前時刻的離散狀態(tài)和輸出信號，以小步長積分的方式計算各個連續(xù)狀態(tài)的數(shù)值以及由此產(chǎn)生的輸出。根據(jù) S函數(shù)代碼使用的編程語言， S函數(shù)可以分成 M 文件 S函數(shù)（即用 MATLAB 語言編寫的 S函數(shù)）、 C 語言 S函數(shù)、 C++語言 S函數(shù)、Ada 語言 S函數(shù)以及 Fortran 語言 S函數(shù)等。 S 函數(shù)及其簡介 S函數(shù)是系統(tǒng)函數(shù)（ Systemfunctions）的簡稱。在 Icon 屬性頁中，讀者可以設(shè)置模塊的外觀屬性，并且可以在 Drawing mands 編輯框中輸入代碼，以繪制模塊的圖標。選擇菜單欄上的 “file”︱“Preferences…” 命令打開如圖 2— 4所示的對話柜，在左邊的列表框中選擇“ Simulink”，這時候可以在右邊面板的“ window reuse”下拉列表中選擇所需的方式。 Simulink 子系統(tǒng)可以按照自頂向下的方式進行構(gòu)造。同時，有些仿真模塊還允許用戶在不中斷仿真進程的條件下隨時更改模塊的參數(shù)設(shè)置。