【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 學(xué)函數(shù)庫(kù)是對(duì) Matlab 使用的各種數(shù)學(xué)算法的總稱，包括各種初等函數(shù)的算法和高層數(shù)學(xué)算法。 5． 應(yīng)用程序接口 API 是一個(gè)函數(shù)庫(kù)，讓用戶能夠在 Matlab 環(huán)境中使用 C 程序或 Fortran 程序。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 Simulink 簡(jiǎn)介 Simulink 是 Matlab 中的一個(gè)建立系統(tǒng)方框圖和基于方框圖級(jí)的系統(tǒng)仿真環(huán)境，附帶了許多專業(yè)仿真模塊庫(kù)，是一個(gè)對(duì) 動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和仿真結(jié)果分析的軟件包?？梢哉f(shuō)，在通用系統(tǒng)的仿真領(lǐng)域， Simulink 是無(wú)所不包的 [4]。 使用 Simulink 可以方便的對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行可視化建模，并進(jìn)行基于時(shí)間流的系統(tǒng)級(jí)仿真，使得仿真系統(tǒng)建模與工程中的方框圖統(tǒng)一起來(lái)，建立直觀的功能強(qiáng)大的系統(tǒng)模型，不必編寫 Matlab 仿真程序，使仿真建模過(guò)程更為簡(jiǎn)化，更加適應(yīng)于大型系統(tǒng)的建模和仿真。 SIMULINK 的專業(yè)仿真模塊庫(kù)都已經(jīng)通過(guò)權(quán)威專家和專業(yè)測(cè)試機(jī)構(gòu)的評(píng)測(cè)，具有很高的可信度和穩(wěn)定性。 在建模前，最好先根據(jù)需要繪制模型圖。當(dāng)在建模過(guò)程中遇到較為 復(fù)雜的系統(tǒng)時(shí)，需要根據(jù)層次結(jié)構(gòu)來(lái)繪制框圖，先將大系統(tǒng)中的一些具有獨(dú)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(lái)構(gòu)造整個(gè)系統(tǒng)。 Simulink 模塊庫(kù)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(kù)模塊，而且每個(gè)子模型庫(kù)中包含相應(yīng)的功能模塊，用戶可以根據(jù)特定的需要?jiǎng)?chuàng)建自己的模塊。 Matlab 與 Simulink 的聯(lián)系 我們可以通過(guò) Matlab 命令來(lái)打開 Simulink 模型并進(jìn)行仿真。在 Matlab 命 令窗口中，使用 open ，然后使用 sim()就可以啟動(dòng)對(duì)模型 的仿真，實(shí)現(xiàn) Simulink 仿真的自動(dòng)化 [5]。 Matlab 提供了許多途徑用于與 Simulink 的數(shù)據(jù)交互，從而實(shí)現(xiàn) Matlab 編程與Simulink 模型相結(jié)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(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 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(hào)來(lái)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(wù)服務(wù)，抗 噪聲、抗干擾、抗多徑衰落能力強(qiáng)，能實(shí)現(xiàn)更加有效、靈活的網(wǎng)絡(luò)管理和控制，便于實(shí)現(xiàn)通信的安全保密，可降低設(shè)備成本以及減小用戶手機(jī)的體積和重量等優(yōu)點(diǎn) [7]。因此，數(shù)字通信的發(fā)展速度已明顯超過(guò)模擬通信，成為當(dāng)代通信技術(shù)的主流。 數(shù)字通信設(shè)計(jì)主要有信源編碼與譯碼、信道編碼與譯碼、數(shù)字調(diào)制與解調(diào)、同步以及加密與解密等許多技術(shù)問(wèn)題。 數(shù)字通信系統(tǒng)的組成 最簡(jiǎn)單的數(shù)字通信系統(tǒng)模型由信源、信道和信宿三個(gè)基本部分組成，但實(shí)際的數(shù)字通信系統(tǒng)模型要比這復(fù)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(zhuǎn)換成原始的電信號(hào)，模擬信源輸出的是連續(xù)的模擬信號(hào)，數(shù)字信源輸出的是離散的數(shù)字信號(hào)，模擬信源送出的信號(hào)經(jīng)數(shù)字化處理后可變?yōu)閿?shù)字信號(hào)。 2． 信源編碼有提高信息傳輸?shù)挠行院屯瓿赡?/數(shù) （ A/D） 轉(zhuǎn)換兩個(gè)基本功能。提高信息傳輸有效性即通過(guò)某種數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)減少碼元數(shù)目和降低碼元速度，完成模 /數(shù)轉(zhuǎn)換即信源編碼器將信源給出的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。信源譯碼是信源編碼的逆過(guò)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(duì)傳輸?shù)臄?shù)信息源 信源編碼 加密 信道編碼 數(shù)字調(diào)制 信道 數(shù)字調(diào)制 信道譯碼 解密 信源譯碼 受信者 噪聲源 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 字序列進(jìn)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(fù)制品對(duì)收到的數(shù)字序列進(jìn)行解密，這樣就能恢復(fù)原來(lái)的信息且保證了信息的安全。 4． 信道編碼的目的是增強(qiáng)數(shù)字信號(hào)的抗干擾能力。信道編碼器通過(guò)對(duì)傳輸?shù)男畔⒋a元按一定的規(guī)則加入保護(hù)成分，組成 “ 抗干擾編碼 ” ，來(lái)減小數(shù)字信號(hào)在信道傳輸時(shí)因受到噪聲等影響而引起的差錯(cuò)。按照相應(yīng)的逆規(guī)則，信道譯碼器在接收端對(duì)信號(hào)進(jìn)行解碼，發(fā)現(xiàn)和糾正錯(cuò)誤。 5． 數(shù)字調(diào)制就是把數(shù)字基帶信號(hào)的頻譜搬移到高頻處，將易受信道影響的基帶信號(hào)轉(zhuǎn)變成適合在信道中傳輸?shù)膸ㄐ盘?hào)。 基本的數(shù)字調(diào)制方式有振幅鍵控 （ ASK） 、頻移鍵控（ FSK）、絕對(duì)相移鍵控 （ PSK） 、相對(duì)相移鍵控 （ DPSK） 。這些調(diào)制方式各有優(yōu)缺點(diǎn)，需要根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的種類。在接收端用相干解調(diào)或非相干解調(diào)還原數(shù)字基帶信號(hào)。 6． 信道即傳輸介質(zhì)，是發(fā)送設(shè)備到接受設(shè)備之間信號(hào)傳輸所經(jīng)過(guò)的媒介。在無(wú)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(hào)以通路，也會(huì)對(duì)信號(hào)產(chǎn)生干擾。信道的固有特性和干擾特性直接關(guān)系到通信的質(zhì)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(hào)還原成與之相應(yīng)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(qiáng)大，種類多樣。 1． 根據(jù)通信業(yè)務(wù)的類型，通信系統(tǒng)可以分為電報(bào)通信系統(tǒng)、電話通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、圖像通信系統(tǒng)等。由于電話通信網(wǎng)最為普及，因此其他一些通信業(yè)務(wù)也常通過(guò)公用電話通信網(wǎng)傳輸。 2． 根據(jù)信號(hào)是否經(jīng)過(guò)調(diào)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(méi)有經(jīng)過(guò)調(diào)制的信號(hào)直接傳送，帶通傳輸是先對(duì)信號(hào)加以調(diào)制然后再進(jìn)行傳輸。 3． 根據(jù)信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)還是數(shù)字信號(hào)，通信系統(tǒng)可以相應(yīng)的分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。模擬信號(hào) 和數(shù)字信號(hào)都是電信號(hào)，只是模擬信號(hào)的參量取值連續(xù)，而數(shù)字信號(hào)的參量盡可能取有限個(gè)值。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 4． 根據(jù)傳輸介質(zhì)，通信系統(tǒng)可以分為有線通信系統(tǒng)和無(wú)線通信系統(tǒng)兩大類。有線通信是用導(dǎo)線作為介質(zhì)來(lái)進(jìn)行通信，無(wú)線通信是依靠電磁波在空間中傳遞消息。 5． 按通信設(shè)備額工作頻率或波長(zhǎng)不同，可以分為長(zhǎng)波通信、中波通信、短波通信、紅外線通信等。 6． 按照信號(hào)的復(fù)用方式，傳輸多路信號(hào)可以分為頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和碼分復(fù)用三種復(fù)用方式。 無(wú)線通信的傳輸方式分為單向傳輸（廣播式）和雙向傳輸（應(yīng)答式）。單向傳輸只應(yīng)用于無(wú)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(tái)交替地進(jìn)行收信和發(fā)信；雙工通信是指通信雙方可同時(shí)進(jìn)行消息的傳輸；半雙工通信的移動(dòng)臺(tái)采用單工的 “ 按講 ” 方式，即按下按講開關(guān)，發(fā)射機(jī)才工作，而接收機(jī)總是工作的。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 第四章 信號(hào)的調(diào)制與解調(diào) 調(diào)制的意義和類別 由于 信號(hào)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(duì)要傳輸?shù)哪M信號(hào)或數(shù)字信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，將其轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)母哳l信號(hào)。解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程，作用是在接收端將已 調(diào)信號(hào)中的調(diào)制信號(hào)恢復(fù)出來(lái)。 調(diào)制對(duì)通信系統(tǒng)有重要的作用，采用合適的調(diào)制方式可以提高系統(tǒng)的有效性和可靠性。 1． 通過(guò)調(diào)制，把基帶信號(hào)的頻譜搬移到較高的載波頻率上，使已調(diào)信號(hào)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(lái)輻射電磁波。 2． 把多個(gè)基帶信號(hào)分別搬移到不同的載頻處，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)的多路復(fù)用，提高信道利用率。 3． 展寬信號(hào)帶寬，提高系統(tǒng)抗干擾、抗衰落能力，可以實(shí)現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。 廣義的調(diào)制分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制（載波調(diào)制）。載波調(diào)制就是用調(diào)制信號(hào)去控制載 波的參數(shù)的過(guò)程，使使載波的某一個(gè)或某幾個(gè)參數(shù)按照調(diào)制信號(hào)的規(guī)律而變化。調(diào)制信號(hào)是指來(lái)自信源的消息信號(hào)，未受調(diào)制的周期性振蕩信號(hào)稱為載波，載波調(diào)制后稱為已調(diào)信號(hào)，它含有調(diào)制信號(hào)的全部特征。 根據(jù)載波是連續(xù)波還是脈沖序列，調(diào)制方式有連續(xù)波調(diào)制和脈沖調(diào)制。調(diào)制信號(hào)是模擬信號(hào)的連續(xù)波調(diào)制稱為模擬調(diào)制；調(diào)制信號(hào)是數(shù)字信號(hào)的連續(xù)波調(diào)制稱為數(shù)字調(diào)制。 最常用的模擬調(diào)制方式是用正弦波作為載波的幅度調(diào)制和角度調(diào)制。常見的幅度調(diào)制包括調(diào)幅 (AM)、雙邊帶調(diào)制 (DSB)、單邊帶調(diào)制 (SSB)和殘留邊帶調(diào)制 (VSB)等。幅度已調(diào)信 號(hào)的幅度隨基帶信號(hào)的規(guī)律相應(yīng)的呈現(xiàn)正比的變化，它的頻譜完全是基帶信號(hào)頻譜在頻域內(nèi)的簡(jiǎn)單的線性搬移，由于這種搬移是線性的，因此幅度調(diào)制又稱為線性調(diào)制。角度調(diào)制有頻率調(diào)制 (FM)和相位調(diào)制 (PM)。角度已調(diào)信號(hào)的頻濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 譜不再是原調(diào)制信號(hào)頻譜的線性搬移，會(huì)產(chǎn)生新的頻率成分，是非線性變換，因此角度調(diào)制又稱為非線性調(diào)制。這里的線性并不意味著已調(diào)信號(hào)與調(diào)制信號(hào)之間符合線性變換關(guān)系，事實(shí)上，任何調(diào)制過(guò)程都是非線性的變換過(guò)程。 數(shù)字調(diào)制可以分為二進(jìn)制調(diào)制和多進(jìn)制調(diào)制。在二進(jìn)制調(diào)制中，信號(hào)參量只有兩種可能的取值，而在多進(jìn)制調(diào)制中 ，信號(hào)參量可以有多種取值。常見的二進(jìn)制調(diào)制方式有二進(jìn)制振幅鍵控 (2ASK)、二進(jìn)制頻移鍵控 (2FSK)和二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)。隨著科技的進(jìn)步，一些改進(jìn)的、現(xiàn)代的、特殊的調(diào)制方式如正交振幅調(diào)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(fù)用 (OFDM)等也在快速發(fā)展并日益顯示出其優(yōu)勢(shì)。 模擬信號(hào)的調(diào)制與解調(diào) 幅度調(diào)制 設(shè)正弦型載波為 c(t)=Acos(wct+? ) 式中： A 為載波幅度； wc 為載波角頻 率； ?為載波初始相位。 根據(jù)調(diào)制的定義，幅度調(diào)制信號(hào)可以表示為 s(t)=Am(t)coswct 式中： m(t)為基帶調(diào)制信號(hào)。 由以上表示式可知，在波形上，幅度已調(diào)信號(hào)的幅度隨基帶信號(hào)的規(guī)律呈正比變化；在頻譜結(jié)構(gòu)上，它的頻譜完全是基帶信號(hào)的頻譜在頻域內(nèi)的簡(jiǎn)單搬移。 1． 調(diào)幅 標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅就是常規(guī)雙邊帶調(diào)制，簡(jiǎn)稱調(diào)幅 (AM)。 m(t) sm(t) A0 coswct 圖 AM 調(diào)制模型 如圖所示，假設(shè)調(diào)制信號(hào) m(t)的平均值為 0，將其疊加一個(gè)直流偏量 A0 后與載波相乘，即可形成調(diào)幅信號(hào)。 它的時(shí)域表示式為 SAM(t)=[A0+m(t)]coswct = A0coswct+m(t)coswct 式中： A0 為外加直流分量； m(t)可以是確知信號(hào)或隨機(jī)信號(hào)。 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 AM 信號(hào)的頻譜由載頻分量、上邊帶和下邊帶三部分組成，上邊帶的頻譜結(jié)構(gòu)與原調(diào)制信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu)相同，下邊帶是上邊帶的鏡像，它的帶寬是基帶信號(hào)帶寬fH的 2 倍， B=2fH。當(dāng)滿足條件 │m(t)│≤A0 時(shí)， AM 波的包絡(luò)與調(diào)制信號(hào) m(t)的形狀一樣，這時(shí)，用包絡(luò)檢波的方法就很容易恢復(fù)出原始信號(hào)；如果上述條件沒(méi)有滿足，就會(huì)出現(xiàn) “ 過(guò)調(diào)幅 ” 現(xiàn)象，此時(shí)如果繼續(xù)采用包絡(luò)檢波就會(huì)發(fā)生失真，因此需要用到同步檢波。 2． 雙邊帶調(diào)制 雙邊帶信號(hào) (DSB)是將 AM 調(diào)制模型 圖 41 中的直流 A0 去掉，得到的一種高調(diào)制效率的調(diào)制方式。 它的時(shí)域表示 為 SDSB(t)=m(t)coswct 式中，假設(shè) m(t)的平均值為 0。 與 AM 信號(hào)相比， DSB 信號(hào)不存在載波分量，調(diào)制效率是 100%， 全部功率都用于信息傳輸。由于 DSB 信號(hào)的包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律不一致，所以不能采用包絡(luò)檢波來(lái)恢復(fù)調(diào)制信號(hào)。因此， DSB 信號(hào)需要采用相干解調(diào)來(lái)進(jìn)行解調(diào)。 3． 單邊帶調(diào)制 單邊帶調(diào)制 (SSB)是將雙邊帶信號(hào)中的一個(gè)邊帶濾掉而形成的，因?yàn)?DSB 信號(hào)的兩個(gè)邊帶中的任意一個(gè)都包含了 M(w)的所有頻譜成分，所以僅傳輸其中一個(gè)即可。因此， SSB 不僅比 DSB 節(jié)省發(fā)送功率，而且還節(jié)省一半的傳輸頻帶。 SSB 信號(hào)的時(shí)域表示為 SSSB(t)=21 m(t)coswCt? 21 M(t)sinwCt 式中， M(t)為 m(t)的希爾伯特變換。 根據(jù)濾波方法的不同，產(chǎn)生 SSB 信號(hào)的方法有濾波法和相移法。 （ 1）濾波法 濾波法是產(chǎn)生 SSB 信號(hào)最直觀的方法，需要先產(chǎn)生一個(gè)雙邊帶信號(hào)，然后讓其通過(guò)一個(gè)邊帶濾波器，將不要的邊帶濾除，就可以得到單邊帶信號(hào)。它的原理圖如下圖所示。 m(t) SDSB(t) SSSB(t) 載波 c(t) 圖 濾波法 SSB 信號(hào)調(diào)制器 實(shí)現(xiàn)濾波器的難易程度與過(guò)渡帶相對(duì)載頻的歸一化值有關(guān)，該值越小，邊帶濾 H(w) 濱州學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 波器就越難實(shí)現(xiàn)。在不太高的載頻時(shí)，濾波器不難實(shí)現(xiàn)，但當(dāng)載頻較高時(shí)，采用一級(jí)調(diào)制直接濾波的方法就不可能實(shí)現(xiàn)單邊帶調(diào)制了，這時(shí)就需要采用多級(jí) DSB 調(diào)制及邊帶濾波的方法。當(dāng)調(diào)制信號(hào)中含有直流及低頻分量時(shí)就不能