【文章內容簡介】 與圖像處理、測試與測量、控制系統(tǒng)設計、建模和分析等各種領域。它提供了很多專業(yè)的工具箱與內置函數，以方便用戶解決各種類型問題。MATLAB一直發(fā)展到現在，通過MathWorks公司的持續(xù)改進，它已成為了適用于多學科，多工作平臺的功能十分強大的數學軟件。 MATLAB語言特點 MATLAB與其他語言相比較而言有些不同的優(yōu)勢，其中語言簡潔就是最顯著的優(yōu)點。MATLAB語言不同于了其他語言的繁雜，而是使用更加直接的，以及更加適合人們思維習慣的代碼。它給用戶提供的是最直接，最簡潔的程序開發(fā)平臺[11]。（1） 語言簡練緊湊，使用起來方便，容易變通，而且?guī)旌瘮凳重S富。它的程序代碼書寫形式比較自由，通過調用十分豐富的庫函數來避免冗長的子程序編程，這樣便減少了所有沒有必要的編程任務。因為庫函數都是經由這個領域的專家所編寫的，所以用戶沒必要擔憂函數可靠性這一問題。（2） 運算符豐富。因為MATLAB函數是利用C語言編寫的，所以MATLAB提供了與C語言同樣多的運算符。因此能夠靈活地使用MATLAB中的運算符會讓所寫程序變得極其簡潔。（3） MATLAB擁有結構化的控制語句（例如for語句，while循環(huán)語句，break語句與if語句等）的同時，也具有面向目標編程的特點。（4） 對于程序來說，限制的不夠嚴格，因此設計的空間自由度較大。例如在MATLAB中，用戶不需要對矩陣進行預定義就可以使用。（5） 程序的可移植性非常好，理論上可以不做修改就能夠在各類型號的計算機與操作系統(tǒng)上執(zhí)行。（6） MATLAB具有強大的圖形功能。在FORTRAN等語言中，繪制圖像比較麻煩，但如果使用MATLAB，其中的數據可視化功能十分簡單。并且它還擁有比較強大的圖形界面編輯的能力。（7） MATLAB也有缺點，它的缺點是與其他較高級的程序相比較，它的程序運行速度比較緩慢。這是因為MATLAB中的程序可以不經過預處理，也可以不用生成可執(zhí)行的文件，因此程序為解釋運行，因而速率比較慢。（8） 源程序的開放性。除了內部函數之外，MATLAB中其他的關鍵文件和工具箱文件都是能夠讀能夠改的源程序文件，使用者能夠通過對源程序文件進行修改，也可以添加自己的程序文件進去從而變成一個新的工具箱，這種開放性，使MATLAB深受廣大用戶喜愛。 16QAM調制解調仿真程序流程框圖根據調制以及解調原理框圖，得到仿真程序的流程框圖如圖7所示。圖7 程序流程框圖 由圖7可知，將基于MATLAB的16QAM通信系統(tǒng)仿真的設計，主要包括調制模塊系統(tǒng)、添加高斯白噪聲以及解調系統(tǒng)。其中調制系統(tǒng)中分成幾個小的模塊，包括串/并轉換、二四電平變換、成形濾波，信號調制；解調系統(tǒng)中包括載波提取、低通濾波、電平判決、四二電平轉換和并/串變換等。 調制仿真模塊 信號源本畢業(yè)設計中，采用隨機二進制序列信源。通過定義randomBinary函數來表示產生的二進制隨機序列，信號源程序代碼如下。function [info]=randomBinary(N)if nargin == 0, N=10000。 %如果沒有輸入參數，那么指定信息序列為10000個碼元end。for i=1:N, temp=rand。 %rand代表[0,1]上均勻分布的隨機序列 if (temp), info(i)=0。 %輸出為0else info(i)=1。 %輸出為1 endend。 串/并變換 所謂的串/并變換，是將一個連續(xù)的信號序列轉換成表示相同的信息的一組相應的并行信號元的過程（其中所有的信號碼元的出現都是同一時刻的）。16QAM信號是16進制正交振幅調制，因此該信號的一個碼元可以表示成4種形式的數字調制狀態(tài)，所以，得到的二進制隨機序列需要通過串/并變換將其分成奇序列和偶序列兩條之路。同時，串行/并行轉換之后，將輸進去的二進制序列信號源的信息速率Rb平分為了兩個都是信息速率為Rb/2的信號。 24電平轉換 24電平變換即將輸入信號的4種狀態(tài)（00，01，10，11）通過編碼之后轉換成相對應的4電平信號。此處選擇的對應的轉換映射關系如表1所示。表1 24電平映射關系表編碼映射前數據雙極性碼元電平/V001 13011 +1110+1 1111+1 +13通過24電平變換之后，原來的二進制信號的信息速率由Rb/2轉化成了Rb/8。根據24電平轉換規(guī)律得到的二四進制轉換代碼如下。 成形濾波器 由于系統(tǒng)傳輸總特性（包括收、發(fā)濾波器和信道的特性）的不理想，因而致使前后碼元的波形畸變、變寬，并導致前面的波形出現很長的拖尾，并且蔓延到目前碼元的抽樣時刻上，因此對目前碼元的判決造成一定的干擾[8]。由奈奎斯特第一準則可知：如果信號通過傳輸之后整個波形都產生了變化，但是只要在特定時刻的抽樣值不變化，那么使用再次抽樣的辦法，依舊能夠準確的將原始信碼恢復出來。若要達到無碼間干擾的狀態(tài)，那么系統(tǒng)的總傳輸特性應當滿足 有 （4）為了消除碼間串擾，以及滿足奈奎斯特第一準則，最容易的方法是使用理想低通濾波器，雖然它的理論中的傳輸特性滿足了基帶系統(tǒng)的極限傳輸速率（2波特）和極限頻帶利用率（2B/Hz），但它是物理不可實現的。又因為理想的特性沖激響應的波形的“尾巴”—衰減振蕩幅度比較大；如果采樣時刻稍有偏差，就會有嚴重的碼間串擾情況出現[12]。從各個方面考慮，利用擁有升余弦頻譜特性的比較合適。它的傳輸函數可表示為 （5）其相應的為 （6）其中：稱為碼元周期；稱為滾降系數，用來描述滾降的程度[13]，它可以定義成 （7）其中：稱為奈奎斯特帶寬；表示的是超過的奈奎斯特帶寬的擴展量。明顯的。對應于不同的有著不一樣的滾降特性。圖8畫出了滾降系數=0,1時的幾種傳輸特性以及沖激響應的波形圖。 （a） 傳輸特性 （b） 沖激響應圖8 余弦滾降特性示例由圖8可見，滾降系數越大，說明的拖尾衰減就越快，對位定時精度要求就越低。但是，滾降使得帶寬增大為，因此頻帶的利用率就會下降。于是，得到余弦滾降系統(tǒng)的最高的頻帶利用率為 （8） 因此實際過程中采用升余弦成形濾波器來減少碼間干擾以及提高頻譜利用率。并且其中利用了filter函數來實現濾波的功能。根據要求編寫的程序代碼如下。 調制y=I.*cos(2*pi*fc*t)Q.*sin(2*pi*fc*t)。 %進行16QAM信號調制 畫星座圖 畫出16QAM信號的星座圖的程序代碼如下。%如果沒有輸出，那么畫圖 已調信號的噪聲疊加 通信系統(tǒng)中最常見到的熱噪聲與白噪聲近似，而且熱噪聲的取值剛好服從高斯分布這一規(guī)律，因此高斯白噪聲被用作最常用的一種噪聲模型。在已調信號中加入高斯白噪聲，可采用awgn函數，具體的程序代碼如下。 SNR_in_dB=8:2:24。 %高斯白噪聲信道的信噪比 for j=1:length(SNR_in_dB) y_add_noise=awgn(y2,SNR_in_dB(j))。 %加入不同強度的高斯白噪聲 解調仿真模塊 低通濾波器由圖6的解調原理框圖可以得知解調過程需要使用低通濾波器來完成濾波功能，因此本設計中采用巴特沃斯低通濾波器。而設計一個巴特沃斯低通濾波器需要采用以下語句：[b,a]=butter(n,wc)；式中的b、a分別表示的是所設計出來的濾波器的分子與分母多項式的系數向量；n代表濾波器的階數；wc為濾波器的截止頻率[15]。 42電平轉換42電平轉換是將4電平信號轉變成2電平信號，是24電平轉換的逆過程。經過42電平變換之后，原來的二進制信號的信息速率由Rb/8變成了Rb/2。其對應的轉換關系如表2所示。表2 42電平轉換表轉換前數據雙極性碼元電平/V31 10011 +1011+1 1103+1 +111根據42電平轉換原理，得到四進制轉換成二進制的代碼如下。 T=[0 0。0 1。1 1。1 0]。 n=length(yn)。 for i=1:n。 xn(i,:)=T(yn(i)+1,:)。 end。 xn=xn39。 xn=xn(:)。 xn=xn39。 并/串變換 兩路二進制信號通過并行/串行變換而轉換成一路二進制信號，即恢復出原始的基帶信號。兩路二進制信號經過并行/串行轉換之后把信息速率為Rb/2的合并為一路信息速率為Rb的原始信號。 解