【文章內(nèi)容簡介】 MATLAB 和 Mathematica、 Maple 并稱為三大數(shù)學軟件。它在數(shù)學類科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計算方面首屈一指。 MATLAB 可以進行矩陣運算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連 matlab 開發(fā)工作界面接其他編程語言的程序等，主要應(yīng)用于工程計算、控制設(shè)計、信號處理與通訊、圖像處理、信號檢測、金融建模設(shè)計與分析等領(lǐng)域。 MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學、工程中常用的形式十分相似，故用 MATLAB 來解算問題要比用 C， FORTRAN 等語言完成相同的事情簡捷得多，并且 MATLAB也吸收了像 Maple 等軟件的優(yōu)點，使 MATLAB成為一個強大的數(shù)學軟件。在新的版本中也加入了對 C， FORTRAN， C++， JAVA的支持?？梢灾苯诱{(diào)用 ,用戶也可以將自己編寫的實用程序?qū)氲?MATLAB 函數(shù)庫中方便自己以后調(diào)用，此外許多的 MATLAB 愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直接進行下載就可以用 [10]。 MATLAB 是矩陣實驗室（ Matrix Laboratory）的簡稱，主要包括 MATLAB和 Simulink 兩大部分。 Simulink 是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個軟件包，它與 MATLAB 語言 的主要區(qū)別在于，其與用戶交互接口是基于 Windows 的模型化圖形輸入，其結(jié)果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建，而非語言的編程上。 所謂模型化圖形輸入是指 Simulink 提供了一些按功能分類的基本的系統(tǒng)模塊，用戶只需要知道這些模塊的輸入輸出及模塊的功能，而不必考察模塊內(nèi)部是12 如何實現(xiàn)的，通過對這些基本模塊的調(diào)用，再將它們連接起來就可以構(gòu)成所需要的系統(tǒng)模型（以 .mdl 文件進行存?。?，進而進行仿真與分析。 Simulink 的主要優(yōu)點 [7] （ 1） 適應(yīng)面廣?？蓸?gòu)造系統(tǒng)包括：線性、非線性系統(tǒng)；離散、連 續(xù)及混合 系統(tǒng)；單任務(wù)、多任務(wù)離散事件系統(tǒng)。 （ 2） 結(jié)構(gòu)和流程清晰。它外表以方塊 圖形式呈現(xiàn)，采用分層結(jié)構(gòu)。既適于自上而下的設(shè)計流程，又適于自下而上逆程設(shè)計。 （ 3） 仿真更為精細。它提供的許多模板更接近實際，為用戶擺脫理想化假設(shè)的無奈開辟了途徑。 （ 4） 模型內(nèi)更容易向 DSP， FPGA 等硬件移植。 Simulink 的模塊庫介紹 Simulink 模塊庫按功能進行分為以下 8 類子庫 ： ◆ 連續(xù)模塊 （ Continuous） Integrator：輸入信號積分 Derivative：輸入信號微分 StateSpace：線性狀態(tài)空間系 統(tǒng)模型 TransferF：線性傳遞函數(shù)模型 ZeroPole：以零極點表示的傳遞函數(shù)模型 Memory：存儲上一時刻的狀態(tài)值 Transport Delay：輸入信號延時一個固定時間再輸出 Variable Transport Delay：輸入信號延時一個可變時間再輸出 ◆ 離散模塊 （ Discrete） Discretetime Integrator：離散時間積分器 Discrete Filter： IIR 與 FIR 濾波器 13 Discrete StateSpace：離散狀態(tài)空間系統(tǒng)模型 Discrete TransferF：離散傳遞函數(shù)模型 Discrete ZeroPole：以零極點表示的離散傳遞函數(shù)模型 FirstOrder Hold：一階采樣和保持器 ZeroOrder Hold：零階采樣和保持器 Unit Delay：一個采樣周期的延時 ◆ 函數(shù)和平臺模塊 （ Functionamp。Tables） F：用自定義的函數(shù)（表達式）進行運算 MATLAB F：利用 matlab 的現(xiàn)有函數(shù)進行運算 SFunction：調(diào)用自編的 S 函數(shù)的程序進行運算 LookUp Table：建立輸入信號的查詢 表（線性峰值匹配） LookUp Table(2D)：建立兩個輸入信號的查詢表（線性峰值匹配） ◆ 數(shù)學模塊 （ Math） Sum：加減運算 Product：乘運算 Dot Product：點乘運算 Gain：比例運算 Math Function：包括指數(shù)函數(shù)、對數(shù)函數(shù)、求平方、開根號等常用數(shù)學函數(shù) Trigonometric Function：三角函數(shù)，包括正弦、余弦、正切等 MinMax：最值運算 Abs：取絕對值 Sign：符號函數(shù) Logical Operator：邏輯運算 Relational Operator：關(guān)系運算 14 Complex to MagnitudeAngle：由復數(shù)輸入轉(zhuǎn)為幅值和相角輸出 MagnitudeAngle to Complex：由幅值和相角輸入合成復數(shù)輸出 Complex to RealImag：由復數(shù)輸入轉(zhuǎn)為實部和虛部輸出 RealImag to Complex：由實部和虛部輸入合成復數(shù)輸出 ◆ 非線性模塊 （ Nonlinear） Saturation：飽和輸出，讓輸出超過某一值時能夠飽和。 Relay：滯環(huán)比較器，限制輸出值在某一范圍內(nèi)變化。 Switch：開關(guān)選擇 ，當?shù)诙€輸入端大于臨界值時，輸出由第一個輸入端而來，否則輸出由第三個輸入端而來。 Manual Switch：手動選擇開關(guān) ◆ 信號和系統(tǒng)模塊 （ Signalsamp。Systems） In1：輸入端。 Out1：輸出端。 Mux：將多個單一輸入轉(zhuǎn)化為一個復合輸出。 Demux：將一個復合輸入轉(zhuǎn)化為多個單一輸出。 Ground：連接到?jīng)]有連接到的輸入端。 Terminator：連接到?jīng)]有連接到的輸出端。 SubSystem：建立新的封裝（ Mask）功能模塊 ◆ 接收器模塊 （ Sinks） Scope：示波器。 XY Graph：顯示二維圖形。 To Workspace：將輸出寫入 MATLAB 的工作空間。 To File(.mat)：將輸出寫入數(shù)據(jù)文件。 15 ◆ 輸入源模塊 （ Sources） Constant：常數(shù)信號。 Clock：時鐘信號。 From Workspace：來自 MATLAB 的工作空間。 From File(.mat)：來自數(shù)據(jù)文件。 Pulse Generator：脈沖發(fā)生器。 Repeating Sequence：重復信號。 Signal Generator：信號發(fā)生器，可以產(chǎn)生正弦、方波、鋸齒波及隨意波。 Sine Wave：正弦波信號。 Step：階躍波信號。 Simulink 簡單模型的建立 ◆ 建立模型窗口 ◆ 將功能模塊由模塊庫窗口復制到模型窗口 ◆ 對模塊進行連接，從而構(gòu)成需要的系統(tǒng)模型 2PSK 調(diào)制的仿真 根據(jù) PSK 的調(diào)制原理， 我們可以選擇鍵控調(diào)制法和模擬調(diào)制法進行調(diào)制，首先， 使用 鍵控法 對其調(diào)制仿真的過程進行詳細的介紹；其次，簡單的說明一下模擬調(diào)制法。 鍵控調(diào)制法 先對 載波 信號進行 移相，再把載波信號、反相的載波信號以及數(shù)字信號通過開關(guān)電路 進行 PSK 調(diào)制，其設(shè)計如圖 8 所示。 16 圖 8 2PSK 鍵控法 調(diào)制設(shè)計圖 （ 1） 仿真參數(shù)設(shè)置 建立好模型以后要設(shè)置系統(tǒng)的參數(shù)，以使系統(tǒng)達到最好的仿真效果。 ◆ 正弦波： 頻率 4HZ，幅度 +2 。本來載波的頻率很高 ，但是為了觀察波形方便，所以，頻率設(shè)為 4HZ。 圖 9 正弦載波參數(shù)設(shè)置 17 ◆ 反相正弦波：頻率 4HZ，幅度 2。本來載波的頻率很高，但是為了觀察波形方便，所以，頻率設(shè)為 4HZ。又要求與載波反向，所以，幅度設(shè)為 2。 圖 10 反相載波參數(shù)設(shè)置 ◆ Bernoulli Binary Generator(伯努利二進制隨機序列產(chǎn)生器 )是基于采樣的，其幅度設(shè)置為 2，周期為 3。 圖 11 伯努利二進制隨機序列產(chǎn)生器參數(shù)設(shè)置 18 ◆ 碼型變換器采用 1 變 0 不變調(diào)制，故極性設(shè)置為“ Negative”。 圖 12 碼型變換器參數(shù)設(shè)置 ◆ 多路選擇器：當二進制序列大于 0 時，輸出第一路信號；當二進制序列小于 0時，輸出第二路信號。 圖 13 多路選擇器參數(shù)設(shè)置 19 （ 2） BPSK 的仿真波形圖 圖 14 BPSK 的仿真波形圖 模擬調(diào)制法 模擬調(diào)制法的仿真 設(shè)計 原理圖如下所示： 圖 15 2PSK 模擬法調(diào)制設(shè)計圖 20 仿真波形 圖如下所示： 圖 16 BPSK 的仿真波形圖 仿真結(jié)果分析 根據(jù)鍵控法的原理，要對正線載波進行 180176。移相，于是在仿真時直接對于給定的正弦載波相位移相 180176。，即設(shè)置其幅度跟給定載波的幅度相反就可以了。開關(guān)電路（多路選擇器）就是對輸入信號進行選擇輸出，當二進制序列大于 0時，輸出的是移相后的正弦載波；當二進制序列小于 0 時，輸出的是正弦載波，這樣就得到了 BPSK 的調(diào)制時間波形，如上圖 15 所示。 對于模擬調(diào)制法，要對輸入的數(shù)字信號進行碼型變換，變成雙極性不歸零的數(shù)字信號，再跟載波相乘， 雙極性不歸 零碼 如果是 大于 0，就直接輸出載波的波形；如果雙極性碼小于 0，輸出的是反轉(zhuǎn) 180176。的載波，這樣就得到了如上圖 16的 BPSK 的調(diào)制時間波形圖。 兩種調(diào)制方法都能夠得到結(jié)果，但是，鍵控調(diào)制的方法比較復雜 ,而模擬法相對而言簡單一些 。對于正弦信號要進行 180176。的移相，而 在實際實現(xiàn)過程中 移相技術(shù)的難點是寬帶相移網(wǎng)絡(luò)的制作，該網(wǎng)絡(luò)必須對正弦信號的所有頻率分量均要精確相移 180176。，這一點即使近似也是困難的。 21 5 結(jié)論 在 畢業(yè)論文的設(shè)計 之前 ， 根據(jù)畢業(yè)設(shè)計的任務(wù)書上的內(nèi)容，通過查找相關(guān)的資料，了解了通信從古代到現(xiàn)代， 再到當代的發(fā)展歷程。同時，以前在課堂學習時沒有理解有關(guān)通信的概念、原理以及通信的過程，這次進行了比較詳細的學習和全面的理解。 在以前對于 MATLAB 的學習，只是停留在最基本的語法學習層面上，而使用 Simulink 進行系統(tǒng)建模以及仿真，根本沒有接觸過，所以，這次畢業(yè)設(shè)計要用到 Simulink 對 BPSK 調(diào)制過程進行仿真，是對自己一次挑戰(zhàn)和學習的過程吧。當然，在使用 Simulink 過程遇到了很多的問題。首先， 就是熟悉 Simulink 的工作環(huán)境以及掌握一些常用的模塊。如何在建模的時候很快的找到自己想要的模塊，這些是 靠平時一點一點的積累起來的，然后就是把這些模塊如何建立模型，在這個過程中，補習了一些 Simulink 的基本知識。還有就是嘗試了一下 如何建立自己所需要功能的模塊，把新建立的模塊添加到自己的模塊庫中去等等方面的內(nèi)容 ；其次， 在使用 Simulink 仿真時，一個最重要的問題就是如何設(shè)置仿真參數(shù)，因此，在這個過程中查閱了許多相關(guān)的資料，介紹如何設(shè)置理想的參數(shù) 。 通過 對 Simulink 的使用 ， 讓我對一些常用的庫模塊和通信模塊有了一定的了解 ，學會了建立新的模塊以及如何添加新的模塊到自己庫中 。 我相信這些內(nèi)容將會 為以后的工作、學 習的進一步提高打下了堅實的基礎(chǔ)。 22 [參考文獻 ] [1] 樊昌信 ， 曹麗娜 ． 通信原理（第 6 版） ．北京： 國防工業(yè)出版社 ， 2022 [2]桑林 ， 郝建軍，劉丹譜 ． 數(shù)字通信 ．北京： 北京郵電大學出版社 ， 2022 [3]黎洪松編著 ． 數(shù)字通信原理 ． 西安：西安電子科技大學出版社， 2022 [4]宋祖順，宋曉勤，宋平等 .現(xiàn)代通信原理（第三版） .北京：電子工業(yè)出版社， 2022 [5]姚俊，馬松輝 ． Simulink 建模與仿真 ． 西安：西安電子科技大學出版社， 2022 [6]邵玉斌． 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