【正文】 在，以及收集多少數(shù)據(jù)。同時，對于通信系統(tǒng)中的各個隨機(jī)變量，可以采集這些變量的數(shù)據(jù)，然后通過數(shù)學(xué)工具來確定隨機(jī)變量的分布特性。 湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 當(dāng)前系統(tǒng) 仿真建模 仿真實(shí)驗 仿真分析 結(jié)論分析 改造后的系統(tǒng) 實(shí)際系統(tǒng) 仿真系統(tǒng) 圖 通信仿真的基本步驟 通信仿真系統(tǒng)一般分為 3個步驟 ， 即 ： 仿真建模、仿真實(shí)驗和仿真分析。 （ 7） 應(yīng)用軟件開發(fā)（包括用戶界面） 數(shù)字通信系統(tǒng)的 MATLAB 設(shè)計與仿真 6 在開發(fā)環(huán)境中，使用戶更方便地控制多個文件和圖形窗口；在編程方面支持了函數(shù)嵌套，有條件中斷等；在圖形化方面，有了更強(qiáng)大的圖形標(biāo)注和處理功能，包括對 性對起連接注釋等；在輸入輸出方面，可以直接向 Excel 和 HDF5。 MATLAB 的這些函數(shù)集 合 包括從最簡單最基本的函數(shù)到諸如距陣，特湖南工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 5 征向量、快速傅立葉變換的復(fù)雜函數(shù)。綜合起來， Matlab 有以下幾個特點(diǎn)： （ 1） 友好的工作平臺和編程環(huán)境 Matlab 由一系列工具組成。 關(guān)鍵詞： MATLAB； 數(shù)字通信；系統(tǒng)設(shè)計 。 第 6周 ： 完成畢業(yè)實(shí)習(xí)報告撰寫；建立畢業(yè)設(shè)計實(shí)驗環(huán)境；初步擬訂設(shè)計方案；準(zhǔn)備開題報告。 二、 進(jìn)度安排及完成時間： 第 1 周： 老師講解課題， 明確課題任務(wù)與要求，學(xué)習(xí)資料收集檢索方法并搜索收集所需中文資 料。本文在深刻理解通信系統(tǒng)理論的基礎(chǔ)上利用MATLAB 強(qiáng)大的仿真功能，設(shè)計了許多具體的通信系統(tǒng)仿真模型。國內(nèi)也逐步開始了這一方面的工作，并正取得積極的成果。函數(shù)中所使用的算法都是科研和工程計算中的最新研究成果，而前經(jīng)過了各種優(yōu)化和容錯處理。另外， Matlab 網(wǎng)頁服務(wù)程序還容許在 Web 應(yīng)用中使用自己的 Matlab 數(shù)學(xué)和圖形程序。從圖中可以看到，通信系統(tǒng)仿真是一個循環(huán)往復(fù)的過程，它從當(dāng)前系統(tǒng)出發(fā)，通過分祈建立起一個能夠在一定程度上描述原通信系統(tǒng)的仿真模型，然后通過仿真實(shí)驗得到相關(guān)的數(shù)據(jù)。 在仿真建模過程中，首先需要分析實(shí)際系統(tǒng)存在的問題或設(shè)立系統(tǒng)改造的目標(biāo)，并且把這些問題和目標(biāo)轉(zhuǎn)化成數(shù)學(xué)變量和公 式。在仿真實(shí)驗過程中 ，通常需要多次改變仿真模型輸入信號的數(shù)值，以觀察和分析仿真模型對這些輸入信號的反應(yīng)，以及仿真系統(tǒng)在這個過程中表現(xiàn)出來的性能。對于仿真尺度不隨時間變化的平衡系統(tǒng) (Stationary System)，還可能涉及到對輸出變量穩(wěn)定狀態(tài)的求解。 與公式法或 測量 法相比較，仿真的方法能更好的利用設(shè)計空間，很容易將數(shù)字和經(jīng)驗?zāi)Ｐ徒Y(jié)合起來，并結(jié)合設(shè)備和真實(shí)信號的特點(diǎn)進(jìn)行分析和設(shè)計。 本論文的主要研究內(nèi)容 現(xiàn)代社會發(fā)展要求通信系統(tǒng)功能越來越強(qiáng)，性能越來越高，構(gòu)成越來越復(fù)雜 ； 另一方面，要求通信系統(tǒng)技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)縮短周期，降低成本，提高水平。 simulink提供了專門用于顯示輸出信號的模塊，可以在仿真過程中隨時觀察仿真結(jié)果。 圖 simulink搜索模型 數(shù)字通信系統(tǒng)的 MATLAB 設(shè)計與仿真 16 simulink 模型庫中的模塊一般具有各種參數(shù)設(shè)置。 Simulink 子系統(tǒng)可以按照自頂向下的方式進(jìn)行構(gòu)造。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(biāo)。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。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。 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。 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(shí)現(xiàn)相應(yīng)的功能。 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。 封裝子系統(tǒng) simulink 模塊庫中的每一個模塊部有它獨(dú)特的圖標(biāo)和參數(shù)設(shè)置對話框。如果需要多次運(yùn)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。 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。 simulink 簡介 動態(tài)系統(tǒng)是輸出信號隨時間變化的系統(tǒng)。 (4) 軟件實(shí)驗建設(shè)開發(fā)周期短，成本低。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(qiáng)大的計算機(jī)輔助分析和設(shè)計工具才能實(shí)現(xiàn)。 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。如果仿真模型的輸出信號與實(shí)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。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。通信仿真可以分成離散事件仿真和連續(xù)仿真。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 。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(yùn)行。在硬件實(shí)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(shí)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(biāo)。現(xiàn)代計算機(jī)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。 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(shí)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。這樣尖銳對立的兩方面的要求，只有通過使用強(qiáng)大的計算機(jī)輔助分析設(shè)計技術(shù)和工具才能實(shí)現(xiàn)。與硬件實(shí)驗相比，軟件實(shí)驗具有如下一些優(yōu)點(diǎn)： (1) 軟件實(shí)驗具有廣泛的適應(yīng)性和極好的靈活性。 （ 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(diǎn)。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。 通信仿真的概念 通信仿真是衡量通 信系統(tǒng)性能的工具。 因此，仿真模型的建立需要綜合考慮其可行性和簡單性。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(shí)際系統(tǒng)，產(chǎn)生兩種輸出信號。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(jī)輸入信號 )，這樣才 能夠保證分析和比較的客觀性和可靠性。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(shí)現(xiàn)均有重要影響。 （ 3）硬件實(shí)驗的精確度取決于元器件及工藝水平，軟件實(shí)驗的精度取決于 CPU 的運(yùn)算速度或者說是程序的運(yùn)算量。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(kuò)充。 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(jìn)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。 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(jìn)程，例如，在 matlab 工作區(qū)中輸入“ sim (?rayleighfading?)”命令后， simulink 開始運(yùn)行仿真模型 rayleighfading。 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。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。這個過程一直持續(xù)到仿真過程結(jié)束，然后 Simulink 進(jìn)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)。 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。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(jìn)行交互，支持連續(xù)狀態(tài)和離散狀態(tài)模型。我們 可以通過 MATLAB 命令行“ disp(?source?)”在模塊中顯示一行文字“ Source”。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(jìn)行設(shè)計了。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。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(jìn)行分析和處理。這樣尖銳對立的兩個方面的要求，只有通過使用強(qiáng)大的計算機(jī)輔助分析設(shè)計技術(shù)和工具才能實(shí)現(xiàn)。 通信系統(tǒng)仿真問題的研究價值 通信系統(tǒng)仿真實(shí)質(zhì)上就是把硬件實(shí)驗搬 進(jìn)了計算機(jī)，可以把它看成是一種軟件實(shí)驗。 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。需要強(qiáng)調(diào)的一點(diǎn)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。例如 ，我們可以設(shè)定改造后系統(tǒng)或新系統(tǒng)在達(dá)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。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。 Matlab 的一個重要特色就是他有一套程序擴(kuò)展系統(tǒng)和一組稱之為工具箱的特殊應(yīng)用子程序。在通常情況 下，可以用它來代替底層編程語言，如 C 和 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(qiáng)大的工程