【文章內容簡介】 他語言的混合編程，進一步拓寬了 Matlab 的應用潛力?？梢哉f， Matlab 已經也很有必要成為大學生的必修課之一，掌握這門工具對學習各門學科有非常重要的推進作用 [8,9]。 Simulink 簡介 Simulink 是 MATLAB 中的一種可視化仿真工具，也是目前在動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等方面應用最廣泛的工具之一 。確切的說， Simulink 是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的軟件包，它支持線性 和非線性系統(tǒng)，連續(xù)、離散時間模型，或者是兩者的混合。系統(tǒng)還可以是 多種采樣頻率的系統(tǒng)，而且系統(tǒng)可以是多進程的。 Simulink 工作環(huán)境經 過幾年的發(fā)展，已經 成為學術和工業(yè)界用來建模和仿真的主流工具包。在 Simulink 環(huán)境中，它為用戶提供了方框圖進行建模的圖形接口，采用這種結構畫模型圖就如同用手在紙上畫模型一樣自如、方便，故用戶只需進行簡單的點擊和拖動就能完成建模，并可直接進行系統(tǒng)的仿真，快速的得到仿真結果。它的主要特點在于： (1) 建模方便、快捷； (2) 易于進行模型分析； (3) 優(yōu)越的仿真性能。 它與傳統(tǒng)的仿真軟件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直觀、方便、靈活的優(yōu)點。 Simulink 模塊庫（或函數庫）包含有 Sinks（輸出方式）、 Sources（輸入源）、 Linear（線性環(huán)節(jié)）、 Nonlinear（非線性環(huán)節(jié)）、 Connection（連接與接口）和 Extra（其他環(huán)節(jié)）等具有不同功能或函數運算的 Simulink 庫模塊（或庫函數），而且每個子模型庫中包含有相應的功能模塊，用戶還可以根據需要定制和創(chuàng)建自己的模塊 [9,21]。 用 Simulink 創(chuàng)建的模型可以具有遞階結構，因此用戶可以采用從上到下或從下到上的結構創(chuàng)建模型。用戶可以從最高級開始觀看模型，然后用鼠標雙擊其中的子系統(tǒng)模塊，來查看其下一級的內容，以此類推，從而可以看到整個模型的細節(jié)，幫助用戶理 解模型的結構和各模塊之間的相互關系。在定義完一個模型后，用戶可以通過 Simulink 的菜單或 MATLAB 的命令窗口鍵入命令來對它進行仿真 [10,19]。菜單方式對于交互工作非常方便，而命令行方式對于運行仿真的批處理非常有用。采用 Scope 模塊和其他的顯示模塊，可以在仿真進行的同時就可立即觀看到仿真結果，若改變模塊的參數并再次運行即可觀察到相應的結果，這適用于因果關系的問題研究。仿真的結果還可以存放到東北大學 本科畢業(yè)設計（論文） 第 2章 仿 真軟件簡介 9 MATLAB 的工作空間里做事后處理。模型分析工具包括線性化和整理工具，MATLAB 的所有工具及 Simulink 本身的應用工具箱都包含這些工具 [16,17]。由于MATLAB 和 Simulink 的集成在一起的，因此用戶可以在這兩種環(huán)境下對自己的模型進行仿真、分析和修改模型。但是 Simulink 不能脫離 MATLAB 而獨立工作 。 本章小結 本章介紹了 MATLAB 軟件的功能與組成， 由于它使用簡單，擴充方便 ， 世界上有成千上萬的不同領域的科研工作者不停的在自己的科研過程中擴充MATLAB 的功能，使其成為了巨大的知識寶庫 。 本章也介紹了 Simulink 工具箱，Simulink 是 MATLAB 中的一種可視化仿真工具 ， 是一個用來對動態(tài)系統(tǒng) 進行建模、仿真和分析的軟件包 。本文的設計就是運用 Simulink 軟件進行建模、仿真的。東北大學 本科畢業(yè)設計（論文） 第 2章 仿 真軟件簡介 10 東北大學 本科畢業(yè)設計（論文） 第 3章 數字頻帶傳輸系統(tǒng) 11 第 3章 數字頻帶傳輸系統(tǒng) 數字調制系統(tǒng) 在數字基帶 傳輸系統(tǒng)中，為了使數字基帶信號能夠在信道中傳輸，要求信道應具有低通形式的傳輸特性。然而，在實際信道中，大多數信道具有帶通傳輸特性，數字基帶信號不能直接在這種帶通傳輸特性的信道中傳輸。必須用數字基帶信號對載波進行調制，產生各種已調數字信號。 數字調制系統(tǒng)的基本結構 圖 如圖 所示。 信 道調 制 器噪 聲 源解 調 器基 帶 信 號 輸 出基 帶 信 號 輸 入 圖 數字調制系統(tǒng)的基本結構 圖 數字調制與模擬調制原理是相同的，一般可以采用模擬調制的方法實現(xiàn)數字調制。但是，數字基帶信號具有與模擬基帶信號不同的特點，其取值是有限的離散狀態(tài)。這樣，可以用載波的某些離散狀態(tài)來表示數字基帶信號的離散狀態(tài)?；镜娜N數字調制方式是：振幅鍵控 (ASK)、移頻鍵控 (FSK)和移相鍵控 (PSK 或DPSK)。 二進制振幅鍵控 振幅鍵控是正弦載波的幅度隨數字基帶信號而變化的數字調制 。 當數字基帶信號為二進制時 ,則為二進制振幅鍵控 （ 2ASK）。 設發(fā)送的二進制符號序列由 “ 0” ,“ 1” 序列組成 ,發(fā)送 “ 0” 符號的概率為 P,發(fā) 送 “ 1” 符號的概率為 1P,且相互獨立 。 該二進制符號序列可表示為 ： ( ) ( )nss t a g t n Tn??? （ ） 其中： 0P{1 1 Pna ? ?， 發(fā) 送 概 率 為， 發(fā) 送 概 率 為 （ ） sT 是二進制基帶信號時間間隔 ,g(t)是持續(xù)時間為 sT 的矩形脈沖 ： 東北大學 本科畢業(yè)設計（論文） 第 3章 數字頻帶傳輸系統(tǒng) 12 s1 0 t Tg(t) { t??? ， 0， 其 他 （ ） 則二進制振幅鍵控信號可表示為： 2 ( ) ( ) c o sA S K n s ce t a g t n T tn ???? （ ） 二進制振幅鍵控信號時間波形如圖 所示。 由圖 可以看出 2ASK 信號的時間波形隨二進制基帶信號 s（ t）通斷變化，所以又稱為通斷鍵控信號（ OOK 信號）。二進制振幅鍵控信號的產生方法如圖 所示，圖 （ a）是采用模擬相乘的方法實現(xiàn)，圖 （ b）是采用數字鍵控方法實現(xiàn)的 [1,12,13]。 由圖 可以看出 ,2ASK 信號與模擬調制中的 AM 信號類似 .所以 ,對 2ASK信號也能夠采用非相干解調 (包絡檢波法 )和相干解調 (同步檢測法 ),其相應原理方框圖如圖 所示 。 2ASK 信號 相干解調過程的時間波形如圖 所示 。 載 波 信 號2 A S K 信 號S ( t )1 0 1 1 0 0 1ttt 圖 二進制振幅鍵控信號時間波型 乘 法 器c o s c t?二 進 制 不 歸 零信 號S （ t ）2 ()A S Ket (a) c o s c t?開 關 電 路 2 ()A S KS （ t ） (b) 圖 二進制振幅鍵控信號調制器原理框圖 東北大學 本科畢業(yè)設計（論文） 第 3章 數字頻帶傳輸系統(tǒng) 13 全 波 整 流 器帶 通 濾 波 器 低 通 濾 波 器 抽 樣 判 決 器定 時 脈 沖2 ()A S Ket （ a） 相 乘 器帶 通 濾 波 器 低 通 濾 波 器 抽 樣 判 決 器定 時 脈 沖2 ()A S Ketc o s c t? （ b） 圖 二進制振幅鍵控信號解調器原理框圖 (a)非相干解調方式 (b)相干解調方式 1 1 0 0 1 0 1 0 圖 信號 相干解調過程的時間波形 二進制移頻 鍵控 在二進制數字調制中 ,若正弦載波的頻率隨二進制基帶信號在 1f 和 2f 兩 個頻率點間變化 ,則產生二進制移頻鍵控信號 (2FSK 信號 )。 二進制移頻鍵控信號的時間波形如圖 所示 ,圖中波形 g 可分解為波形 e 和波形 f,即二進制移頻鍵控信號東北大學 本科畢業(yè)設計（論文） 第 3章 數字頻帶傳輸系統(tǒng) 14 可以看成是兩個不同載波的二進制振幅鍵控信號的疊加 。 若二進制基帶信號的“ 1” 符號對應于載波頻率 1f ,“ 0” 符號對應于載波頻率 2f ,則二進制移頻鍵控信號的時域表達式為 ： 2 1 2( ) ( ) c os ( ) ( ) c os ( )n s n bFSK n ne t a g t nT t b g t nT tnn ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? （ ） 其中： 0P{1 1 Pna ? ?， 發(fā) 送 概 率 為， 發(fā) 送 概 率 為 （ ） 0Pb{1Pn ? ， 發(fā) 送 概 率 為 1， 發(fā) 送 概 率 為 （ ） 載 波 信 號1 0 1 1 0 0 1ttttt2 F S K 信 號載 波 信 號abcdefg 圖 二進制移頻鍵控信號的時間波形 由上式 可知 na 與 nb 是反碼，即若 na =1，則 nb =0，若 na =0，則 nb =1，于是nb = na ，因此二進制頻移鍵控信號的時域表達式可簡化為 ： 2 1 2( ) ( ) c o s ( ) c o sFS K n s n se t a g t n T t b g t n T tnn ??? ? ? ?? ? ? ???? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ? （ ） 二進制移頻鍵控信號的產生 ,可以采用模擬調頻電路來實現(xiàn) ,也可以采用數字鍵控的方 法來實現(xiàn) 。 圖 是數字鍵控法實現(xiàn)二進制移頻鍵控信號的原理圖 , 圖中兩個振蕩器的輸出載波受輸入的二進制基帶信號控制 ,在一個碼元 sT 期間輸出 1f 或2f 兩個載波之一 。 東北大學 本科畢業(yè)設計（論文） 第 3章 數字頻帶傳輸系統(tǒng) 15 選 通 開 關振 蕩 器 1f 1相 加 器反 相 器選 通 開 關2 ()F S Ket振 蕩 器 2f 2基 帶 信號 圖 數字鍵控法實現(xiàn)二進制移頻鍵控信號的原理圖 二進制移頻鍵控信號的解調方法很多 ,有模擬鑒頻法和數字檢測法 ,有非相干解調方法也有相 干解調方法 。 采用非相干解調和相干解調兩種方法的原理圖如圖 所示 。 其解調原理是將二進制移頻鍵控信號分解為上下兩路二進制振幅鍵控信號 ,分別進行解調 ,通過對上下抽樣值進行比較最終判決出輸出信號 。 相干解調過程的時間波形如圖 所示 。 包 絡 檢 波 器帶 通 濾 波 器抽 樣 判 決 器包 絡 檢 波 器2 ()F S Ket帶 通 濾 波 器1?2? 輸 出定 時 脈 沖 (a) 低 通 濾 波 器帶 通 濾 波 器抽 樣 判 決 器低 通 濾 波 器帶 通 濾 波 器12? 定 時 脈 沖相 乘 器相 乘 器輸 入輸出1c o s t?2c o s t? (b) 圖 二進制移頻鍵控信號解調器原理圖 (a) 非相干解調 (b)相干解調 東北大學 本科畢業(yè)設計（論文） 第 3章 數字頻帶傳輸系統(tǒng) 16 圖 相干解調過程的時間波形 還有一種過零 檢測法 ，它的原理是 二進制移頻鍵控信號的過零點數隨載波頻率不同而異 ,通過檢測過零點數從而得到頻率的變化 。 輸入信號經過限幅后產生矩形波 ， 經微分 、 整流 、 波形整形 、 形成與頻率變化相關的矩形脈沖波 ， 經低通濾波器濾除高次諧波 ， 便恢復出與原數字信號對應的基帶數字信號 。 二進制 移相 鍵控 二進制 移相 鍵控，簡記為 2PSK 或 BPSK。 2PSK 信號碼元的“ 0”和“ 1”分別用兩個不同的初始相位 “ 0” 和 “ ? ” 來表示，而其振幅和頻率保持不變。故 2PSK 信號表示式可寫出： 0( ) c os( )s t A t???? () 式中當發(fā)送“ 0”時， ? =0；當發(fā)送“ 1”時 ? = ? 。 這種以載波的不同相位直接表示相應二進制數字信號的調制方式 ,稱為二進制 移相 鍵控 方式 。 二進制 移相 鍵控信號的典型時間波形如圖 。 二進制相移鍵控信號的時間波形 二進制 移相 鍵控信號的調制原理圖如圖 所示 。 其中圖 (a)是采用模擬調制的東北大學 本科畢業(yè)設計（論文） 第 3章 數字頻帶傳輸系統(tǒng) 17 方法產生 2PSK 信號 ,圖 (b)是采用數字鍵控的方法產生 2PS