【文章內(nèi)容簡介】 口、 M文件編輯調(diào)試器、 MATLAB工作空間和在線幫助文檔。 （ 2） MATLAB 數(shù)學函數(shù)庫 MATLAB 數(shù)學函數(shù)庫包括了大量的計算算法。從基本算法如加法、正弦，到復雜算法如矩陣求逆、快速傅里葉變換等。 （ 3） MATLAB 語言 MATLAB 語言是一種高級的基于矩陣 /數(shù)組的語言，它有程序流控制、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入 /輸出和面向?qū)ο缶幊痰忍厣? （ 4） MATLAB 圖形處理系統(tǒng) 圖形處理系統(tǒng)使得 MATLAB 能方便的圖形化顯示向量和矩陣，而且能對圖形添加標注和打印。它包括強大的二維三維圖 形函數(shù)、圖像處理和動畫顯示等函數(shù)。 （ 5） MATLAB 應(yīng)用程序接口 MATLAB 應(yīng)用程序接口是一個使 MATLAB 語言能與 C、 Fortran 等其它高級編程語言進行交互的函數(shù)庫。該函數(shù)庫的函數(shù)通過調(diào)用動態(tài)鏈接庫（ DLL）實現(xiàn)與 MATLAB 文件的數(shù)據(jù)交換，其主要功能包括在 MATLAB 中調(diào)用 C和 Fortran 程序，以及在 MATLAB 與其它應(yīng)用程序間建立客戶、服務(wù)器關(guān)系。 第 節(jié) MATLAB 的優(yōu)勢 友好的工作平臺編程環(huán)境 MATLAB 由一系列工具組成。這些工具方便用戶使用 MATLAB 的函數(shù)和文件， 其中許多工具采用的是圖形用戶界面。包括 MATLAB 桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作 空間 、文件的瀏覽器。隨著 MATLAB 的商業(yè)化以及軟件本身的不斷升級， MATLAB 的用戶界面也越來越精致，更加接近 Windows的標準界面，人機交互性更強，操作更簡單。而且新版本的 MATLAB 提供了完整的聯(lián)機查詢、幫助系統(tǒng)，極大的方便了用戶的使用。簡單的 編程環(huán)境提供了比較完備的調(diào)試系統(tǒng)，程序不必經(jīng)過編譯就可以直接運行，而且能夠及時地報告出現(xiàn)的錯誤及進行出錯原因分析。 簡單易用的程序語言 MATLAB 是一個高級的矩陣 /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。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雜的應(yīng)用程序（ M文件）后再一起運行。新版本的 MATLAB 語 言是基于最為流行的 C++語言基礎(chǔ)上的，因此語法特征與 C++語言極為相似，而且更加簡單，更加符合科技人員 對數(shù) 學表達式的書寫格式。使之更利于非計算機專業(yè)的科技人員使用。而且這種語言可移植性好、可拓展性極強，這也是 MATLAB 能夠深入到科學研究及工程計算各個領(lǐng)域的重要原因。 強大的科學計算機數(shù)據(jù)處理能力 MATLAB 是一個包含大量計算算法的 集合 。其擁有 600 多個工程中要用到的數(shù)學運算函數(shù)，可以方便的實現(xiàn)用戶所需的各種計算功能。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。在通常情況下，可以用它來代替底層編程語言，如 C和 C++ 。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。 MATLAB 的這些函數(shù)集包括從最簡單最基本的函數(shù)到諸如矩陣，特征 向量 、 快速 傅立葉變換 的復雜函數(shù)。函數(shù)所能解決的問題其大致包括矩陣運算和線性方程組的求解、 微分 方程及偏 微分方程 的組的求解、符號運算、傅立葉變換和數(shù)據(jù)的 統(tǒng)計 分析、工程中的優(yōu)化問題、 稀疏矩陣 運算、 復數(shù) 的各種運算、 三角函數(shù) 和其他初等數(shù)學運算、多維數(shù)組操作以及建模動態(tài)仿真等。 出色的圖形處理功能 MATLAB 自產(chǎn)生之日起就具有方便的數(shù)據(jù)可視化功能，以將向量和矩陣用圖形表現(xiàn)出來，并且可以對圖形進行標注和打印。高層次的作圖包括 二維 和 三維 的可視化、圖象處理、動畫和表達式作圖?？捎糜诳茖W計算和工程繪圖。新版本的 MATLAB 對整個圖形處理功能作了很大的改進和完善，使它不僅在一般數(shù)據(jù)可視化軟件都具有的功能（例如二維 曲線 和三維曲面的繪制和處理等）方面更加完善，而 且對于一些其他軟件所沒有的功能（例如圖形的 光照 處理、色度處理以及四維數(shù)據(jù)的表現(xiàn)等）， MATLAB 同樣表現(xiàn)了出色的處理能力。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。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。 應(yīng)用廣泛的模塊集合工具箱 MATLAB 對許多專門的領(lǐng)域都開發(fā)了功能強大的模塊集和工具箱。一般來說，它們都是由特定領(lǐng)域的專家開發(fā)的，用戶可以直接使用工具箱學習、應(yīng)用和評估不同的方法而不需要自己編寫代碼。目前， MATLAB 已經(jīng)把工具箱延伸到了科學研究和工程應(yīng)用的諸多領(lǐng)域，諸如數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)庫接口、 概率 統(tǒng)計、樣條擬合、優(yōu)化算法、 偏微分方程 求解、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 、 小波分析 、信號處理、圖像處理、系統(tǒng)辨識、控制系統(tǒng)設(shè)計、 LMI 控制、魯棒控制、模型預測、模糊邏輯、金融分析、地圖工具、非線性控制設(shè)計、實時快速原型及半 物理 仿真、嵌入式系統(tǒng)開發(fā)、定點仿真、 DSP 與通訊、電力系統(tǒng)仿真等，都在工具箱（ Toolbox）家族中有了自己的一席之地。 實用的程序接口和發(fā)布平臺 新版本的 MATLAB可以利用 MATLAB編譯器和 C/C++數(shù)學庫和圖形庫，將自己的 MATLAB程序自動轉(zhuǎn)換為獨立于 MATLAB 運行的 C和 C++代碼。允許用戶編寫可以和 MATLAB 進行交互的 C 或 C++語言程序。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)學和圖形程序。 MATLAB 的一個重要特色就是具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。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。 應(yīng)用軟件開發(fā)（包括用戶界面） 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，有了更強大的圖形標注和處理功能，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 進行連接。 第三章 正交振幅調(diào)制 調(diào)制簡介 調(diào)制在通信系統(tǒng)中的作用至關(guān)重要。所謂調(diào)制，就是把信號轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過程。廣義的調(diào)制分為基帶調(diào)制和帶通調(diào) 制（也稱載波調(diào)制）。載波調(diào)制，就是用調(diào)制信號去控制載波的參數(shù)的過程，即使載波的某一個或某幾個參數(shù)暗中啊調(diào)制信號的規(guī)律而變化。調(diào)制信號是指來自信源的消息信號（基帶信號），這些信號可以是模擬的，也可以是數(shù)字的。未受調(diào)制的周期性震蕩信號稱為載波，它可以是正弦波，也可以使非正弦波（如周期性脈沖序列）。載波調(diào)制后稱為已調(diào)信號，它含有調(diào)制信號的全部特征?；鶐盘枌d波的調(diào)制是為了實現(xiàn)下列一個或多個目標：第一，在無線傳輸中，信號是以電磁波的形式通過天線輻射到空間的。為了獲得較高的輻射效率，天線的尺寸必須與發(fā)射信號波長相比 擬，而基帶信號包含的較低頻率分量的波長較長，只是天線過長而難以實現(xiàn)。但若通過調(diào)制，把基帶信號的頻譜搬至較高的載波頻率上，是已調(diào)信號的頻譜與信道的帶通特性相匹配，這樣就可以提高傳輸性能，以較小的發(fā)送功率與較短的天線來輻射電磁波。第二，把多個基帶信號分別搬移到不同的載頻處，以實現(xiàn)信道的多路復用，提高信道利用率。第三，擴展信號帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力，還可實現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。因此，調(diào)制對通信系統(tǒng)的有效性和可靠性有著很大的影響和作用。 解調(diào)（也稱檢波）則是調(diào)制的逆過程，其作用是將已調(diào)信號中的調(diào)制 信號恢復出來。解調(diào)的方法可分為兩類：相干解調(diào)和非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）。相干解調(diào)時，為了無失真地恢復原基帶信號，接收端必須提供一個與接收的已調(diào)載波嚴格同步（同頻同相）的本地載波。本課題采用的是相干解調(diào) 正交振幅調(diào)制系統(tǒng) QAM 簡介 正交振幅調(diào)制（ QAM）是一種矢量調(diào)制，它是將輸入比特先映射（一般采用格雷碼）到一個復平面（星座）上，形成復數(shù)調(diào)制符號。 正交調(diào)幅信號有兩個相同頻率的 載波 ，但是相位相差 90度（四分之一周期，來自積分術(shù)語）。一個信號叫 I信號，另一個信號 叫 Q 信號。從數(shù)學角度將一個信號可以表示成正弦，另一個表示成余弦。兩種被調(diào)制的載波在發(fā)射時已被混和。到達目的地后，載波被分離，數(shù)據(jù)被分別提取然后和原始調(diào)制信息相混和。 這樣與之作幅度調(diào)制（ AM）相比，其頻譜利用率高出一倍。 QAM 是用兩路獨立的基帶信號對兩個相互正交的同頻載波進行抑制載波雙邊帶調(diào)幅，利用這種已調(diào)信號的頻譜在同一帶寬內(nèi)的正交性，實現(xiàn)兩路并行的數(shù)字信息的傳輸。該調(diào)制方式通常有 二進制 QAM（ 4QAM）、 四進制 QAM（ l6QAM）、 八進制 QAM（ 64QAM）、 ? ，對應(yīng)的空間信號矢量端點分布圖稱為星座圖，分別 有 1 6 ? 個矢量端點。 目前QAM 最高已達到 1024QAM。樣點數(shù)目越多，其傳輸效率越高。但并不是樣點數(shù)目越多越好，隨著樣點數(shù)目的增加， QAM 系統(tǒng)的誤碼率會逐漸增大，所以在對可靠性要求較高的環(huán)境，不能使用較多樣點數(shù)目的 QAM。 對于 4QAM，當兩路信號幅度相等時，其產(chǎn)生、解調(diào)、性能及相位矢量均與 4PSK 相同。 a 4QAM 星座圖 b 16QAM 星座圖 圖 31 QAM 星座圖 QAM 采用格雷編碼，采用格雷碼的好處在于相鄰相位所代表的兩個比特只有一位不同，由于因相位誤差造成錯判至相鄰相位上的概率最大，故這樣編碼使之僅造成一個比特誤碼的概率最大。下圖以 16QAM 為例，顯示了編碼 圖 32 16QAM 編碼 16QAM 調(diào)制解調(diào)原理 16QAM 是兩路 4ASK 信號的疊加，其演變方式可以有以下兩種： （ 1）正交調(diào)幅法，由兩路獨立的正交 4ASK 信號疊加而成； 圖 33 正交調(diào)幅 （ 2）復合相移法，由兩路獨立的 QPSK 信號疊加而成。圖中虛線大圓上的 4個大黑點表示第一個 QPSK 信號矢量的位置，在這 4個位置上可以疊加上第二個 QPSK 矢量，后者的位置用虛線小圓上的 4 個小黑點表示。 圖 34 復合相移法 在 QAM 體制中，信號的振幅和相位作為兩個獨立的參量同時受到調(diào)制。這種信號的一個碼元可以表示為 Sk(t)=Akcos(ω 0t+θ k) kTt≤ (k+1)T 式 31 式中， k 取整數(shù)； Ak和 ?k分別可以取多個離散值。上式可以展開為 Sk(t)=Akcosθ kcosω 0t— Aksinθ ksinω 0t 式 32 令 Xk=Akcosθ k Yk=Aksinθ k 則信號表示式變?yōu)? Sk(t)= Xkcosω 0t+Yk sinω 0t 式 33 Xk和 Yk 也是可以取多個離散值的變量。從上式看出， k(t)可以看作是兩個正交的振幅鍵控信號之和。 本課題采用了正交調(diào)幅法。 在發(fā)送端調(diào)制器中串 /并變換使得信息速率為 Rb的輸入二進制信號分成兩個速率為 Rb/2 的二進制信號， 2/4電平轉(zhuǎn)換將每個速率為 Rb/2 的二進制信號變?yōu)樗俾蕿?Rb/8的電平信號，然后分別與兩個正交載波相乘，再相加后即得 16QAM信號 下圖是 16QAM 的調(diào)制框圖。 圖 35 16QAM調(diào)制框圖 解調(diào)是調(diào)制的逆過程， 在接收端解調(diào)器中可以采用正交的相干解調(diào)方法。接受到的信號分兩路進入兩個正交的載波的相干解調(diào)器，再分別進入判決器形成 L進制信號并輸出二進制信號，最后經(jīng)并 /串變換后得到基帶信號。 下圖為 16QAM 解調(diào)框圖： 圖 36 16 QAM 解調(diào)框圖 第四章 基于 MATLAB 的 16QAM 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真 第 節(jié) 16QAM 調(diào)制模塊的建立與仿真 第三章對 16QAM 調(diào)制解調(diào)原理進行了分析，這一章我將對系統(tǒng)仿真框圖中的各個模塊進行簡單的介紹： 信號源 本程序中，信號源為 8 位二進制代 碼 [1 1 1 1 1 1 1 1]， sigexpand 函數(shù)的作用是將代碼擴展為碼元寬度為 1的雙極性波形，如下圖所示： 0 1 2 3 4 5 6 7 842024時間 ( S )幅度基帶信號時域波形圖4 3 2 1 0 1 2 3 4420241 6 Q A M 星座圖同相支路正交支路 圖 41 二進制代碼及星座圖 串并轉(zhuǎn)換 信號源通過串并變換，將原來的一路信源信號變成兩路信號，分別為上支路信號和下支路信號，獨立地進行調(diào)制和解調(diào)。 串并變換的規(guī)則是根據(jù)序列編號的奇偶行，將編