【文章內容簡介】 高效的數(shù)學語言 [3]。MATLAB的編程語句接近數(shù)學描述，可讀性好，其強大的圖形功能和可視化數(shù)據處理能力也是其他如 C、 C++、Fortran 等計算機高級語言望塵莫及的。 Matlab 使人們擺脫了常規(guī)計算機編程的繁瑣，從而讓人們能夠把大部分的時間、精力放到研究問題的數(shù)學建模上，使科學研究的效率得到了極大的提高。目前，Matlab 已經被理工科大學廣泛采用，成為幾乎各門專業(yè)課程進行虛擬實驗的有效工具。在科研部門，Matlab 成濱州學院本科畢業(yè)設計（論文）4為全世界科技人員進行學術交流首選的共同語言，國內外有關著名論文的大部分數(shù)值結果和圖形都是用 Matlab 完成的。與其他計算機高級語言相比，Matlab 獨特的優(yōu)勢主要表現(xiàn)在：1．Matlab 是一種跨平臺的數(shù)學語言。采用 Matlab 編寫的程序可以在目前所有的操作系統(tǒng)上運行，不依賴于計算機類型和操作系統(tǒng)類型。2．Matlab 是一種超高級語言。Matlab 平臺本身是用 C 語言寫成的，匯聚了許多專業(yè)數(shù)學家和過程學者多年編寫的最新的數(shù)學算法庫，在編程效率，程序的可讀性、可靠性和可移植性上遠遠超過了其他的計算機高級語言。3．Matlab 語法簡單，編程風格接近數(shù)學語言描述，是數(shù)學算法開發(fā)和驗證的最佳工具。在其他計算機高級語言中需使用許多語句才能實現(xiàn)的功能，如矩陣分解和求逆、快速傅里葉變換等，在 Matlab 中用簡單的幾句指令即可實現(xiàn)，且其數(shù)值算法的可信度和可靠性都很高。此外，Matlab 還有計算精度高，繪圖功能強大，具有串口操作、聲音輸入/輸出等硬件操控能力，執(zhí)行效率比其他語言高等特點。Matlab 系統(tǒng)由語言體系、工作環(huán)境、圖形系統(tǒng)、數(shù)學函數(shù)庫和應用程序接口五個主要部分組成。1．Matlab 是高層次的矩陣/數(shù)組語言，具有條件控制、函數(shù)調用、面向對象等程序語言特性，利用它既可以完成算法設計和算法實驗的基本步驟，也可以開發(fā)復雜的應用程序。2．Matlab 的工作環(huán)境是對其管理功能的總稱，包括管理工作空間中的變量數(shù)據輸入、輸出的方式和方法，和開發(fā)、調試、管理 M 文件的各種工具。3．圖形系統(tǒng)不僅包括完成 2D 和 3D 數(shù)據圖示、圖像處理、動畫生成、圖像顯示等功能需要的高層 Matlab 命令，也包括用戶對圖形、圖像進行特性控制的低層Matlab 命令以及開發(fā)圖形用戶界面 GUI 應用程序的各種工具。4．Matlab 數(shù)學函數(shù)庫是對 Matlab 使用的各種數(shù)學算法的總稱，包括各種初等函數(shù)的算法和高層數(shù)學算法。5．應用程序接口 API 是一個函數(shù)庫，讓用戶能夠在 Matlab 環(huán)境中使用 C 程序或 Fortran 程序。濱州學院本科畢業(yè)設計（論文）5 Simulink 簡介Simulink 是 Matlab 中的一個建立系統(tǒng)方框圖和基于方框圖級的系統(tǒng)仿真環(huán)境，附帶了許多專業(yè)仿真模塊庫，是一個對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和仿真結果分析的軟件包?？梢哉f，在通用系統(tǒng)的仿真領域，Simulink 是無所不包的 [4]。使用 Simulink 可以方便的對系統(tǒng)進行可視化建模，并進行基于時間流的系統(tǒng)級仿真，使得仿真系統(tǒng)建模與工程中的方框圖統(tǒng)一起來，建立直觀的功能強大的系統(tǒng)模型，不必編寫 Matlab 仿真程序，使仿真建模過程更為簡化，更加適應于大型系統(tǒng)的建模和仿真。SIMULINK 的專業(yè)仿真模塊庫都已經通過權威專家和專業(yè)測試機構的評測，具有很高的可信度和穩(wěn)定性。在建模前，最好先根據需要繪制模型圖。當在建模過程中遇到較為復雜的系統(tǒng)時，需要根據層次結構來繪制框圖，先將大系統(tǒng)中的一些具有獨立功能的部分封裝成一些子系統(tǒng)，再利用這些子系統(tǒng)來構造整個系統(tǒng)。Simulink 模塊庫包含有 Sources（輸入源） 、Sinks（輸出方式） 、Linear（線性環(huán)節(jié)） 、Nonlinear （非線性環(huán)節(jié)）等具有不同功能的 SIMULINK 庫模塊，而且每個子模型庫中包含相應的功能模塊，用戶可以根據特定的需要創(chuàng)建自己的模塊。 Matlab 與 Simulink 的聯(lián)系我們可以通過 Matlab 命令來打開 Simulink 模型并進行仿真。在 Matlab 命令窗口中，使用 open ，然后使用 sim()就可以啟動對模型 的仿真，實現(xiàn) Simulink 仿真的自動化 [5]。Matlab 提供了許多途徑用于與 Simulink 的數(shù)據交互，從而實現(xiàn) Matlab 編程與Simulink 模型相結合的綜合仿真，使仿真更為人性化，滿足使用者的不同需求 [6]。濱州學院本科畢業(yè)設計（論文）6第三章 數(shù)字通信系統(tǒng) 數(shù)字通信系統(tǒng)的概念數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)，相比模擬通信系統(tǒng)，具有頻譜利用率高，能夠提供多種業(yè)務服務，抗噪聲、抗干擾、抗多徑衰落能力強，能實現(xiàn)更加有效、靈活的網絡管理和控制，便于實現(xiàn)通信的安全保密，可降低設備成本以及減小用戶手機的體積和重量等優(yōu)點 [7]。因此，數(shù)字通信的發(fā)展速度已明顯超過模擬通信，成為當代通信技術的主流。數(shù)字通信設計主要有信源編碼與譯碼、信道編碼與譯碼、數(shù)字調制與解調、同步以及加密與解密等許多技術問題。 數(shù)字通信系統(tǒng)的組成最簡單的數(shù)字通信系統(tǒng)模型由信源、信道和信宿三個基本部分組成，但實際的數(shù)字通信系統(tǒng)模型要比這復雜得多。一般的數(shù)字通信系統(tǒng)模型如圖 所示。圖 數(shù)字通信系統(tǒng)模型1．信源的作用是把各種消息轉換成原始的電信號，模擬信源輸出的是連續(xù)的模擬信號，數(shù)字信源輸出的是離散的數(shù)字信號，模擬信源送出的信號經數(shù)字化處理后可變?yōu)閿?shù)字信號。2．信源編碼有提高信息傳輸?shù)挠行院屯瓿赡?數(shù)（ A/D）轉換兩個基本功能。提高信息傳輸有效性即通過某種數(shù)據壓縮技術減少碼元數(shù)目和降低碼元速度，完成模/ 數(shù)轉換即信源編碼器將信源給出的模擬信號轉換成數(shù)字信號。信源譯碼是信源編碼的逆過程。3．在特殊的情況下，需要保證信息的秘密性和安全性，因此就需要對傳輸?shù)男畔⒃葱旁淳幋a加密信道編碼數(shù)字調制信道數(shù)字調制信道譯碼解密信源譯碼受信者噪聲源濱州學院本科畢業(yè)設計（論文）7數(shù)字序列進行加密處理，并且在接收端用與且只能用與發(fā)送端相同的密碼復制品對收到的數(shù)字序列進行解密，這樣就能恢復原來的信息且保證了信息的安全。4．信道編碼的目的是增強數(shù)字信號的抗干擾能力。信道編碼器通過對傳輸?shù)男畔⒋a元按一定的規(guī)則加入保護成分，組成“抗干擾編碼” ，來減小數(shù)字信號在信道傳輸時因受到噪聲等影響而引起的差錯。按照相應的逆規(guī)則，信道譯碼器在接收端對信號進行解碼，發(fā)現(xiàn)和糾正錯誤。5．數(shù)字調制就是把數(shù)字基帶信號的頻譜搬移到高頻處，將易受信道影響的基帶信號轉變成適合在信道中傳輸?shù)膸ㄐ盘??；镜臄?shù)字調制方式有振幅鍵控（ASK） 、頻移鍵控（FSK ） 、絕對相移鍵控（ PSK） 、相對相移鍵控（DPSK） 。這些調制方式各有優(yōu)缺點，需要根據實際需求選擇合適的種類。在接收端用相干解調或非相干解調還原數(shù)字基帶信號。6．信道即傳輸介質，是發(fā)送設備到接受設備之間信號傳輸所經過的媒介。在無線信道中，信道可以是自由空間；在有線信道中可以是明線、電纜和光纖。信道既給信號以通路，也會對信號產生干擾。信道的固有特性和干擾特性直接關系到通信的質量。7．信宿即受信者，它的功能與信源相反，需要把原始電信號還原成與之相應的消息。 通信系統(tǒng)的分類與通信方式現(xiàn)在的通信系統(tǒng)成熟且功能強大，種類多樣。1．根據通信業(yè)務的類型，通信系統(tǒng)可以分為電報通信系統(tǒng)、電話通信系統(tǒng)、數(shù)據通信系統(tǒng)、圖像通信系統(tǒng)等。由于電話通信網最為普及，因此其他一些通信業(yè)務也常通過公用電話通信網傳輸。2．根據信號是否經過調制，通信系統(tǒng)可以分為基帶傳輸系統(tǒng)和帶通傳輸系統(tǒng)?；鶐鬏斚到y(tǒng)是將沒有經過調制的信號直接傳送，帶通傳輸是先對信號加以調制然后再進行傳輸。3．根據信道中傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號，通信系統(tǒng)可以相應的分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。模擬信號和數(shù)字信號都是電信號，只是模擬信號的參量取值連續(xù)，而數(shù)字信號的參量盡可能取有限個值。濱州學院本科畢業(yè)設計（論文）84．根據傳輸介質，通信系統(tǒng)可以分為有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)兩大類。有線通信是用導線作為介質來進行通信，無線通信是依靠電磁波在空間中傳遞消息。 5．按通信設備額工作頻率或波長不同，可以分為長波通信、中波通信、短波通信、紅外線通信等。6．按照信號的復用方式，傳輸多路信號可以分為頻分復用、時分復用和碼分復用三種復用方式。無線通信的傳輸方式分為單向傳輸（廣播式）和雙向傳輸（應答式） 。單向傳輸只應用于無線電尋呼系統(tǒng)，雙向傳輸分為單工、雙工和半雙工三種工作方式。單工通信是指通信雙方電臺交替地進行收信和發(fā)信；雙工通信是指通信雙方可同時進行消息的傳輸；半雙工通信的移動臺采用單工的“按講”方式，即按下按講開關，發(fā)射機才工作，而接收機總是工作的。濱州學院本科畢業(yè)設計（論文）9第四章 信號的調制與解調 調制的意義和類別由于信號比較敏感，易受信道中噪聲等因素的影響，不能直接在信道中傳輸，因此就需要對要傳輸?shù)哪M信號或數(shù)字信號進行調制，將其轉換成適合在信道中傳輸?shù)母哳l信號。解調是調制的逆過程，作用是在接收端將已調信號中的調制信號恢復出來。調制對通信系統(tǒng)有重要的作用，采用合適的調制方式可以提高系統(tǒng)的有效性和可靠性。1．通過調制，把基帶信號的頻譜搬移到較高的載波頻率上，使已調信號的頻譜與信道的帶通特性相匹配，這樣就能提高傳輸性能，以較小的發(fā)射功率與較短的天線來輻射電磁波。2．把多個基帶信號分別搬移到不同的載頻處，從而實現(xiàn)信號的多路復用，提高信道利用率。3．展寬信號帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力，可以實現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。廣義的調制分為基帶調制和帶通調制（載波調制） 。載波調制就是用調制信號去控制載波的參數(shù)的過程，使使載波的某一個或某幾個參數(shù)按照調制信號的規(guī)律而變化。調制信號是指來自信源的消息信號，未受調制的周期性振蕩信號稱為載波，載波調制后稱為已調信號，它含有調制信號的全部特征。根據載波是連續(xù)波還是脈沖序列，調制方式有連續(xù)波調制和脈沖調制。調制信號是模擬信號的連續(xù)波調制稱為模擬調制；調制信號是數(shù)字信號的連續(xù)波調制稱為數(shù)字調制。最常用的模擬調制方式是用正弦波作為載波的幅度調制和角度調制。常見的幅度調制包括調幅(AM)、雙邊帶調制(DSB)、單邊帶調制(SSB)和殘留邊帶調制(VSB)等。幅度已調信號的幅度隨基帶信號的規(guī)律相應的呈現(xiàn)正比的變化，它的頻譜完全是基帶信號頻譜在頻域內的簡單的線性搬移，由于這種搬移是線性的，因此幅度調濱州學院本科畢業(yè)設計（論文）10制又稱為線性調制。角度調制有頻率調制(FM)和相位調制(PM)。角度已調信號的頻譜不再是原調制信號頻譜的線性搬移，會產生新的頻率成分，是非線性變換，因此角度調制又稱為非線性調制。這里的線性并不意味著已調信號與調制信號之間符合線性變換關系，事實上，任何調制過程都是非線性的變換過程。數(shù)字調制可以分為二進制調制和多進制調制。在二進制調制中，信號參量只有兩種可能的取值，而在多進制調制中，信號參量可以有多種取值。常見的二進制調制方式有二進制振幅鍵控(2ASK)、二進制頻移鍵控 (2FSK)和二進制相移鍵控(2PSK)。隨著科技的進步，一些改進的、現(xiàn)代的、特殊的調制方式如正交振幅調制(QAM)、最小頻移鍵控(MSK)、高斯濾波最小頻移鍵控(GMSK) 、正交頻分復用(OFDM)等也在快速發(fā)展并日益顯示出其優(yōu)勢。 模擬信號的調制與解調 幅度調制設正弦型載波為 c(t)=Acos(wct+ ) 式中：A 為載波幅度；w c 為載波角頻率；?為載波初始相位。?根據調制的定義，幅度調制信號可以表示為 s(t)=Am(t)coswct 式中：m(t)為基帶調制信號。由以上表示式可知，在波形上，幅度已調信號的幅度隨基帶信號的規(guī)律呈正比變化；在頻譜結構上，它的頻譜完全是基帶信號的頻譜在頻域內的簡單搬移。1．調幅標準調幅就是常規(guī)雙邊帶調制，簡稱調幅(AM)。 m(t) sm(t) A0 coswct 圖 AM 調制模型如圖所示，假設調制信號 m(t)的平均值為 0，將其疊加一個直流偏量 A0 后與載波相乘，即可形成調幅信號。它的時域表示式為 SAM(t)=[A0+m(t)]coswct = A0co