【導(dǎo)讀】師的指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加。而使用過(guò)的材料。均已在文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。不包含任何其他個(gè)人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)的成果作品。究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中以明確方式標(biāo)明。全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。同意學(xué)校保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)大學(xué)可以將本學(xué)位。印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。涉密論文按學(xué)校規(guī)定處理。程序清單等），文科類(lèi)論文正文字?jǐn)?shù)不少于萬(wàn)字。有圖紙應(yīng)符合國(guó)家技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程。能小的允許范圍內(nèi)的技術(shù)和方法。信號(hào)在物理信道中傳輸時(shí)，線路本身電器特性造成的隨。強(qiáng)電流磁場(chǎng)的變化、電源的波動(dòng)等)都會(huì)造成信號(hào)的失真。(論文)的主要內(nèi)容：.應(yīng)用Matlab語(yǔ)言編制相應(yīng)模塊的函數(shù)；

　　

【正文】 能需求之潮西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 流，在其卓越數(shù)值計(jì)算和圖示能力的基礎(chǔ)上，又率先在專業(yè)水平上開(kāi)拓了其符號(hào)計(jì)算、文字處理、可視化建模和實(shí)時(shí)控制能力，開(kāi)發(fā)了適合多學(xué)科、多部門(mén)要求的新一代科技應(yīng)用軟件 Matlab。經(jīng)過(guò)多年的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)， Matlab 已經(jīng)占據(jù)了數(shù)值型軟件市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。 在 Matlab 進(jìn)入市場(chǎng)前，國(guó)際上的許多應(yīng)用軟件包都是直接以 Fortran 和 C語(yǔ)言等編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)的。這種軟 件的缺點(diǎn)是使用面窄、接口簡(jiǎn)陋、程序結(jié)構(gòu)不開(kāi)放以及沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的基庫(kù)，很難適應(yīng)各學(xué)科的最新發(fā)展，因而很難推廣。 Matlab的出現(xiàn)，為各國(guó)科學(xué)家開(kāi)發(fā)學(xué)科軟件提供了新的基礎(chǔ)。在 Matlab 問(wèn)世不久的 20世紀(jì) 80 年代中期，原先控制領(lǐng)域里的一些軟件包紛紛被淘汰或在 Matlab 上重建。 The MathWorks公司于 1992年推出了具有劃時(shí)代意義的 ， 并于 1993年推出了其微機(jī)版 , 可以配合 Microsoft Windows一起使用 ， 使之應(yīng)用范圍越來(lái)越廣。 1994年推出的 ， 尤其在圖形接口設(shè)計(jì)方面更提供了新的方法。 1997年推出的 Matlab ，如單元數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體、多維矩陣、對(duì)象與類(lèi)等，使其成為一種更方便編程的語(yǔ)言。 1999年初推出的 Matlab Matlab語(yǔ)言的功能。 2020年 10月底推出了其全新的 (Release 12)，在核心數(shù)值算法、接口設(shè)計(jì)、外部接口、應(yīng)用桌面等諸多方面有了極大的改進(jìn)。雖然 Matlab語(yǔ)言是計(jì)算數(shù)學(xué)專家倡導(dǎo)并開(kāi)發(fā)的，但其普及和發(fā)展離不開(kāi)自動(dòng)控制領(lǐng)域?qū)W 者的貢獻(xiàn)。甚至可以說(shuō)， Matlab語(yǔ)言是自動(dòng)控制領(lǐng)域?qū)W者和工程技術(shù)人員捧紅的，因?yàn)樵?Matlab語(yǔ)言的發(fā)展進(jìn)程中，許多有代表性的成就和控制界的要求與貢獻(xiàn)是分不開(kāi)的。迄今為止，大多數(shù)工具箱也都是控制方面的。 Matlab軟件具有著強(qiáng)大的數(shù)學(xué)運(yùn)算能力和方便實(shí)用的繪圖功能以及語(yǔ)言的高度集成性，而且它在其它科學(xué)與工程領(lǐng)域的應(yīng)用亦是越來(lái)越廣，有著廣闊的應(yīng)用前景和不可估量的潛能。子曰： “ 工欲善其事，必先利其器 ” 。在決工程方面的問(wèn)題需正確效率的“善假于物”，而有一種行之有效的工具能解決在教學(xué)與研究中遇到的問(wèn)題，那 么 Matlab當(dāng)仁不讓的正是此“物”。 它可以幫助使用者從繁瑣、無(wú)謂的底層編程中解放出來(lái)。 M 文件 Matlab除了如前所述的在命令窗口進(jìn)行的直接交互的指令操作方式外，另外一種更為重要的工作方式就是 m檔的編程工作方式 [11]。 m檔有兩種形式，一種是腳本檔 (Script File)，另一種是函數(shù)文件 (Function File)。 m文件的擴(kuò)展名為\.m。 m檔可以通過(guò)任何純文本編輯器進(jìn)行編輯， Matlab中也有自帶的文本編輯器，使用 edit命令即可開(kāi)啟。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 程控流語(yǔ)句 任何計(jì)算機(jī)語(yǔ)言， 只要存在順序結(jié)構(gòu)，循環(huán)結(jié)構(gòu)以及分支結(jié)構(gòu)，就可以完成任何程序功能。在 Matlab中也有這三種基本的程序結(jié)構(gòu)。但值得注意的是，由于 Matlab語(yǔ)言矩陣計(jì)算功能十分強(qiáng)大，常常僅僅使用順序結(jié)構(gòu)藉以矩陣的邏輯運(yùn)算就可以完成計(jì)算任務(wù)，由于循環(huán)結(jié)構(gòu)和分支結(jié)構(gòu)在 Matlab語(yǔ)言中的運(yùn)行速度相對(duì)較慢，所以在算法優(yōu)化的編程中應(yīng)當(dāng)盡可能避免使用，而代之以矩陣運(yùn)算，從而提高程序運(yùn)行速度 (通?？梢蕴岣邤?shù)十倍到百倍 )，簡(jiǎn)化程序代碼，而使得程序代碼更加接近于數(shù)學(xué)上的表達(dá)。當(dāng)然，矩陣編程的編程方法需要讀者更多的關(guān)于線性代數(shù)和矩陣數(shù)學(xué)的知識(shí) 和思維方式?？傊?， Matlab是一種非常完美易用的超高級(jí)矩陣編程語(yǔ)言 [12]。這里只介紹本次編程中用到的編程結(jié)構(gòu)。 a. 順序結(jié)構(gòu)。 在順序結(jié)構(gòu)中， Matlab語(yǔ)句是按照書(shū)寫(xiě)的前后順序來(lái)執(zhí)行的。這是 Matlab最常用的程序結(jié)構(gòu)，也是執(zhí)行效率最高的程序結(jié)構(gòu)。 b. 循環(huán)結(jié)構(gòu) for 。 for...end語(yǔ)句適合于循環(huán)次數(shù)確定的情況，將循環(huán)變量的初值，判別和變化放在循環(huán)開(kāi)頭。利用 help for或 doc for可以獲得關(guān)于該語(yǔ)句的使用手冊(cè)。 for...end語(yǔ)句的調(diào)用形式是： for v=表 達(dá)式 語(yǔ)句 1。 ...... 語(yǔ)句 n。 End c. 條件分支結(jié)構(gòu) if。 if 分支結(jié)構(gòu)的一般形式是： if 表達(dá)式 語(yǔ)句段 1。 else 語(yǔ)句段 End Simulink Simulink 簡(jiǎn)介 Simulink 是 Matlab 最重要的組件之一，它提供一個(gè) 動(dòng)態(tài)系統(tǒng) 建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無(wú)需大量書(shū)寫(xiě)程序，而只需要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。它 是一個(gè)用來(lái)對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的 Matlab 軟件包。支持連續(xù)、離散以及兩者混合的線性和非線性系西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 統(tǒng)，同時(shí)它也支持具有不同部分擁有不同采樣率的多種采樣速率的仿真系統(tǒng)。在其下提供了豐富的仿真模塊。其主要功能是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、方針與分析，可以預(yù)先對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真分析，按仿真的最佳效果來(lái)調(diào)試及整定控制系統(tǒng)的參數(shù)。 Simulink 的出 現(xiàn)，給控制系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)帶來(lái)了福音。 Simulink 具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn) Simulink 已被廣泛應(yīng)用于控制理論和 數(shù)字信號(hào)處理 的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。構(gòu)架在 Simulink 基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了 Simulink 多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計(jì)、執(zhí)行、驗(yàn)證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。 Simulink 與 Matlab；緊密集成，可 以直接訪問(wèn) Matlab 大量的工具來(lái)進(jìn)行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)的定義。 顧名思義，名稱表明該系統(tǒng)的 兩個(gè)主要功能： Simu（仿真）和 Link（連接） ，即該軟件可以利用系統(tǒng)提供的各種功能模塊并通過(guò)信號(hào)線連接各個(gè)模塊從而創(chuàng)建出所需要的控制系統(tǒng)模型，然后利用 Simulink 提供的功能來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析。 Simulink 是 Matlab 中的一種可視化仿真工具，是基于 Matlab 的框圖設(shè)計(jì)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè) 軟件包 ，被廣泛應(yīng)用于 線性系統(tǒng) 、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。 Simulink 可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型，Simulink 提供了一 個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口 (GUI)，這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。 Simulink 模塊庫(kù)提供了豐富的描述系統(tǒng)特性的典型環(huán)節(jié)，有信號(hào)源模塊庫(kù)(Source) ，接收模塊庫(kù)（ Sinks），連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(kù)（ Continuous），離散系統(tǒng)模塊庫(kù)（ Discrete），非連續(xù)系統(tǒng)模塊庫(kù)（ Signal Routing），信號(hào)屬性模塊庫(kù)（ Signal Attributes），數(shù)學(xué)運(yùn)算模塊庫(kù)（ Math Operations），邏輯和位操作庫(kù)（ Logic and Bit Operations）等等，此外還有一些特定學(xué)科仿真的工具箱。 Simulink 為用戶提供了一個(gè)圖形化的用戶界面（ GUI）。對(duì)于用方框圖表示的系統(tǒng)，通過(guò)圖形界面，利用鼠標(biāo)單擊和拖拉方式，它與用微分方程和差分方程建模的傳統(tǒng)仿真軟件包相比，具有更直觀、更方便、更靈活的優(yōu)點(diǎn)。不但實(shí)現(xiàn)了可視化的動(dòng)態(tài)仿真，也實(shí)現(xiàn)了與 Matlab、 C 或者 Fortran 語(yǔ)言，甚至和硬件之間的數(shù)據(jù)傳遞，大大擴(kuò)展了它的功能 [14]。 模塊 在這里我主要介紹在 本仿真工程中將會(huì)使用到的模塊。 西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 a. Mux 混路器。 將多路信號(hào)依照向量的形式混合成一路信號(hào)。例如，可以將要觀察的多路信號(hào)合并成一路，連接到示波器上顯示，這樣就可以將這些信號(hào)同時(shí)顯示出來(lái)。 b. Demux 分路器。 將混路器組成的信號(hào)依照原來(lái)的構(gòu)成方法分解成多路。 c. Display 數(shù)字顯示器。 將輸入信號(hào)用數(shù)字形式顯示出來(lái)。 d. Bernoulli Binary Generator 伯努利隨機(jī)碼發(fā)生器。 伯努利二進(jìn)制的發(fā)生器使用伯努利分布生成隨機(jī)二進(jìn)制數(shù)，發(fā)生器會(huì)隨機(jī)的產(chǎn)生 0 到 1 之間的任何實(shí)數(shù)，其間設(shè)置概率 P，則剩余的概率生成（ 1P），由此以來(lái)隨機(jī)產(chǎn)生的實(shí)數(shù)都可以生為二進(jìn)制數(shù)的 0 和 1，分別對(duì)應(yīng)概率 P 和（ 1P），其中 P= 為模塊默認(rèn)設(shè)置參數(shù)。 e. Binary Cyclic Encoder二進(jìn)制循環(huán)碼編碼器。 用于將伯努利二進(jìn)制發(fā)生器產(chǎn)生的碼元進(jìn)行線性循環(huán)編碼以通過(guò)模擬信道。 f. Binary Symmetric Channel二進(jìn)制均衡信道。 用來(lái)模擬信息傳輸?shù)耐ǖ馈Ｔ趯?shí)際傳輸過(guò)程中由于各種原因而產(chǎn)生噪聲干擾，在這里模擬信道會(huì)自我生成固有的持續(xù)性的熱噪聲，其 中可以設(shè)置在模擬信道傳輸時(shí)的差錯(cuò)概率。 g. Binary Cyclic Decoder二進(jìn)制循環(huán)碼解碼器。 將通過(guò)模擬均衡信道的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)解碼。 h. Error Rate Calculation誤碼率計(jì)算器。 其運(yùn)算是比較接收的數(shù)據(jù)跟輸出的數(shù)據(jù) ， 它是一個(gè)實(shí)時(shí)流動(dòng)統(tǒng)計(jì) ， 以這種方式來(lái)計(jì)算其中誤碼率 。 通過(guò)對(duì)出現(xiàn)同位相異的碼字總數(shù)的統(tǒng)計(jì)作為分子 ， 分母則是通過(guò)的碼元數(shù)據(jù)元素的總數(shù) ，其中它不考慮輸入元素之間的差異幅度。如果輸入的是位數(shù) ， 則計(jì)算出來(lái)的是誤碼率 ， 如果輸入的是符號(hào) ， 則計(jì)算出來(lái)的是符號(hào)差錯(cuò)率。 i. Binary Linear Encoder 二進(jìn)制線性編碼器。 用于將伯努利二進(jìn)制發(fā)生器產(chǎn)生的碼元進(jìn)行線性循環(huán)編碼以通過(guò)模擬信道。 其使用點(diǎn)陣式產(chǎn)生器產(chǎn)生一個(gè)二進(jìn)位的線區(qū)段編碼。 j. Binary Linear Decoder二進(jìn)制線性解碼器。 將通過(guò)模擬均衡信道的信號(hào)進(jìn)行相關(guān)解碼。 k. To Workspaces 工作空間寫(xiě)入器。 可以將系統(tǒng)的仿真結(jié)果、系統(tǒng)仿真時(shí)刻、系統(tǒng)中的狀態(tài)或指定的信號(hào)輸出到 MATLAB 的工作空間中，以便進(jìn)行定量分析。該模塊可以保存任何實(shí)數(shù)或復(fù)數(shù)類(lèi)型的數(shù)據(jù)到 MATLAB 工作空間。 4 基于 Matlab 差錯(cuò)控制技術(shù)仿真及結(jié)果分析 16 4 基于 Matlab 差錯(cuò)控制技術(shù)仿真及結(jié)果分析 線性分組碼差錯(cuò)控制仿真 線性分組碼仿真步驟 在實(shí)現(xiàn)線性分組碼差錯(cuò)控制編碼技術(shù)仿真時(shí)，其可以分為以下幾個(gè)大步驟： a. 產(chǎn)生二進(jìn)制碼元； b. 進(jìn)行線性分組編碼； c. 經(jīng)過(guò)模擬信道； d. 進(jìn)行譯碼； e. 進(jìn)行對(duì)原碼與經(jīng)過(guò)模擬信道的碼進(jìn)行差錯(cuò)率運(yùn)算； f. 得到線性碼的信號(hào)誤碼率與信道差錯(cuò)率之間的曲線圖，仿真完成并對(duì)得到了結(jié)果進(jìn)行分析。 線性分組碼差錯(cuò)控制仿 真系統(tǒng)模型 線性碼差錯(cuò)控制編碼技術(shù)的仿真框圖由 信號(hào)發(fā)生器，線性編碼器，模擬信道，線性解碼器，差錯(cuò)率運(yùn)算器，結(jié)果顯示器這六大模塊組成，除此以外還有運(yùn)算結(jié)果存儲(chǔ)模塊，在建模時(shí)，此模塊屬于附加模塊。下面對(duì)這七個(gè)模塊功能進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹： 信號(hào)發(fā)生器模塊：用來(lái)產(chǎn)生隨機(jī)二進(jìn)制碼元。 線性編碼器模塊：將產(chǎn)生的隨機(jī)二進(jìn)制碼元進(jìn)行線性分組編碼，即差錯(cuò)控制編碼。 模擬信道模塊：用來(lái)模擬信號(hào)傳輸通道，為二進(jìn)制均衡信道，其中生成可控噪聲干擾。 線性解碼器模塊：將經(jīng)過(guò)模擬信道的信號(hào)進(jìn)行相干解碼。 差錯(cuò)率運(yùn)算器模塊：將未進(jìn)過(guò)差錯(cuò) 控制編碼和經(jīng)過(guò)差錯(cuò)控制編碼的信號(hào)進(jìn)行碼字差錯(cuò)運(yùn)算，經(jīng)過(guò)計(jì)算得到其實(shí)時(shí)傳輸誤碼率。 運(yùn)算結(jié)果存儲(chǔ)模塊：在數(shù)學(xué)建模中，此模塊是可以無(wú)需存在的，故此我用虛線箭頭來(lái)繪制，在 Simulink 仿真中，最終得到的仿真結(jié)果是以 Display 模塊進(jìn)行數(shù)字顯示的，而為了方便觀看結(jié)果，我將最終仿真結(jié)果以曲線圖直觀的表示出來(lái)。而在此期間需要調(diào)用 M 函數(shù)，所以需要將運(yùn)算結(jié)果提前存儲(chǔ)起來(lái)以供后用。 結(jié)果顯示器模塊：顯示仿真結(jié)果。西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 實(shí)現(xiàn)線性碼差錯(cuò)控制編碼技術(shù)的仿真系統(tǒng)程圖見(jiàn)附錄 1。 線性分組碼仿真流程及結(jié)果分析 基于 Simulink 平臺(tái)的系統(tǒng)仿真的步驟（此處進(jìn)行仿真步驟述說(shuō)后將在“ 循環(huán)碼差錯(cuò)控制仿真”中不再說(shuō)明。）為： a. 建立數(shù)學(xué)模型。 根據(jù)通信系統(tǒng)的基本原理，將整個(gè)系統(tǒng)簡(jiǎn)化到源系統(tǒng)，確定總的系統(tǒng)功能，并將各部分功能模塊化，找出各部分之間的關(guān)系，畫(huà)出系統(tǒng)流程框圖模型； b. 仿真系統(tǒng)。 根據(jù)建立的模型，從 Simulink 通信模型庫(kù)的各個(gè)子庫(kù)中，將所需要的單元功能模塊拷貝到 Untitled 窗口，按系統(tǒng)流程框圖模型連接，組建要仿真的通信系統(tǒng)模型； c. 設(shè)置、調(diào)整參數(shù)。 參數(shù)設(shè)置包括運(yùn)行系統(tǒng)參數(shù)設(shè) 置（如系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間、采樣速率等）和功能模塊運(yùn)行參數(shù)設(shè)置； d. 運(yùn)行且分析結(jié)果。 保存且運(yùn)行仿真，得到仿真數(shù)據(jù)及波形