【正文】 歸納起來 ， S函數(shù)模塊的抽樣時間有以下幾種：連續(xù)抽樣時間（ Continuous sample time） 、連續(xù)時間固定間隔（ Continuous but fixed in minor time step sample time） 、 離散抽樣時間（ Discrete sample time） 。 3． 抽樣時刻和偏移 在 Simulink 中，由 S函數(shù)構造的模塊的抽樣時間既可以是固定的，也可以是連續(xù)的；既可以是連續(xù)的，也可以是離散的。 C 語言 S函數(shù)則可以有多個輸入、輸出端口，每個端口的長度都是可變的 。同時，輸入信號長度的動態(tài)變化也影響著 S函數(shù)的連續(xù)狀態(tài)、離散狀態(tài)以及輸出信號的長度，從而給 S函數(shù)的設計提供了很大的靈活性。在編寫 S函數(shù)的過程中，首要的是確定本模塊的直接反饋類型。 Simulink 根據(jù)模塊中的 S函數(shù)是否存在直接反饋來確定仿真模型中各個模塊的執(zhí)行順序 。在計算 S函數(shù)輸出信號的過程中，如果輸 出信號（包括仿真過程中繪制的圖形）是輸入信號的函數(shù)，那么這個 S函數(shù)存在直接反饋。 S 函數(shù)基本概念 在編 寫 S函數(shù)的時候經(jīng)常涉及到的概念 有 3 個：直接反饋（ Direct feedthrough）、可變長度輸入（ Dynamically sized inputs）以及抽樣時刻和偏移 （ Setting sample times and 初始化 計算下一個抽樣時間 更新離散狀態(tài) 計算過零點 計算 連續(xù)狀態(tài)導數(shù) 計算連續(xù)狀態(tài)導數(shù) 計算輸出信號 循 環(huán) 仿 真 仿真結束 湖南工程學院畢業(yè)設計（論文） 21 offsets） ， 它們是編寫 S函數(shù)的基礎 。需要指出的是，這些函數(shù)的名稱都可以由用戶自己設定。 內(nèi)部狀態(tài) u 輸出 y 輸入 x 數(shù)字通信系統(tǒng)的 MATLAB 設計與仿真 20 圖 simulink 模塊仿真流程 對應于仿真流 程中的每一個步驟， Simulink 中的 S函數(shù)調(diào)用預先設定的函數(shù)來實現(xiàn)相應的功能。在仿真循環(huán)階段， Simulink按照初始化階段制定的順序依次執(zhí)行各個模塊 ， 計算當前時刻的離散狀態(tài)和輸出信號，以小步長積分的方式計算各個連續(xù)狀態(tài)的數(shù)值以及由此產(chǎn)生的輸出。 在仿真過程中，每個 Simulink 模塊的執(zhí)行過程可以分成 3 個階段：初始化階段、仿真循環(huán)階段和仿真結束階段。 Simulink 根據(jù)連續(xù)狀態(tài)導數(shù)方程進行積分運算，得到各個連續(xù)狀態(tài)的數(shù)值，同時通過離散狀態(tài)方程計算離散狀態(tài)的當前值。 S 函數(shù)工作原理 每個 Simulink 模塊都可以表示成輸入信號 x、輸入信號 y 以及內(nèi)部狀態(tài) u之間的關系，如圖 31 所示。根據(jù) S函數(shù)代碼使用的編程語言， S函數(shù)可以分成 M 文件 S函數(shù)（即用 MATLAB 語言編寫的 S函數(shù)）、 C 語言 S函數(shù)、 C++語言 S函數(shù)、Ada 語言 S函數(shù)以及 Fortran 語言 S函數(shù)等。 S函數(shù)的代碼既可以用 MATLAB 語言編寫，也可以用其他湖南工程學院畢業(yè)設計（論文） 19 通用的編程語言（如 C、 C++、 Ada 或 Fortran 等）編寫，后者具有更強的控制能 力，它們被編譯成 MEX（ MATLAB EXecutable） 文件，并且在仿真過程中動態(tài)裝載。 各種靈活的控制和計算功能。 M 文件雖然能 夠用來編寫 MATLAB 函數(shù)代碼，但是它不具備與 Simulink 的接口，因此難以與 Simulink 其他模塊一起使用。 S 函數(shù)及其簡介 S函數(shù)是系統(tǒng)函數(shù)（ Systemfunctions）的簡稱。如果選擇了 tunable 復選框，則該參數(shù)的數(shù)值可以在仿真過程中動態(tài)改變。每個自定義參數(shù)可以通過編輯框 (edit)、復選框 (checkbox)或者是下拉列表 (Popup)設置參數(shù)值。 通過 Parameters 屬 性頁我們可以設置封裝子系統(tǒng)的白定義參數(shù)，這些參數(shù)將出現(xiàn)在封裝子系統(tǒng)的參數(shù)設置對話框中。在 Icon 屬性頁中，讀者可以設置模塊的外觀屬性，并且可以在 Drawing mands 編輯框中輸入代碼，以繪制模塊的圖標。 子系統(tǒng)轉化成封裝子系統(tǒng)之后， simulink 彈出一個封裝編輯器對話框，這時候可以設置封裝子系統(tǒng)的圖標和模塊參數(shù)。選中某個子系統(tǒng)，單擊右鍵后從彈出式菜單中選擇“ Mask subsynem”，這時候就創(chuàng)建了一個封裝子系統(tǒng)(Masked subsynem)。 封裝子系統(tǒng) simulink 模塊庫中的每一個模塊部有它獨特的圖標和參數(shù)設置對話框。選擇菜單欄上的 “file”︱“Preferences…” 命令打開如圖 2— 4所示的對話柜，在左邊的列表框中選擇“ Simulink”，這時候可以在右邊面板的“ window reuse”下拉列表中選擇所需的方式。例如， “preject5_1／ source”，表示 preject5_1 模型中名為 source 的子系統(tǒng)。在 Simulink 中，子系統(tǒng)和輸入、輸出端口的名稱都可以由用戶 自行設置。子系統(tǒng)的輸入、輸出分別由 Simulink 模型庫中湖南工程學院畢業(yè)設計（論文） 17 的輸入端口模塊 (in)和輸出端口模塊 (out)構造，在設計子系統(tǒng)的過程中可以根據(jù)需要添加若干個這樣的輸入輸出模塊。 Simulink 子系統(tǒng)可以按照自頂向下的方式進行構造。 建立子系統(tǒng) 在 Simulink 中，若干個仿真模塊可以組合起來構成 — 個子 系統(tǒng) (subsystem)，以減少每個仿真模型窗口中顯示的仿真模塊的數(shù)日。 matlab 把工作區(qū)和 simulink 集成在一起，因此仿真模型的兩種運行方式可以交互使用。如果需要多次運行仿真程序，可以把這 些命令編寫成 —個 M 文件，然后在 matlab 工作區(qū)中執(zhí)行這個 M 文件就可以了。同時，有些仿真模塊還允許用戶在不中斷仿真進程的條件下隨時更改模塊的參數(shù)設置。在 simulink 中打開仿真模型，然后在菜單欄中依次選擇“ simulation”“ start”，或者在工具欄上單擊 缺鈕，則仿 真模型將以菜單方式運行。關于 S— 函數(shù)的內(nèi)容，將在后面進行詳細論述。通常情況下，仿真模塊的設計過程就是對 simulink 模型庫中各個模塊的一種組合。 圖 simulink搜索模型 數(shù)字通信系統(tǒng)的 MATLAB 設計與仿真 16 simulink 模型庫中的模塊一般具有各種參數(shù)設置。在 simulink 模型庫窗口的工具欄上單擊按鈕，彈出如圖 2— 3所示的模塊查找對話框。 設計仿真模型 在 matlab 或 simulink 窗口的工具欄中依次選擇“ file”︱“ new”︱“ model” ， 自動生成一個空白的仿真模型模型窗口，如圖 22 所示 圖 空白仿真模型 在設計仿真模型的過程中，如果在 simulink 模型庫中包含了仿真模型所需的模塊，則在 simulink 模型庫中選中這個模塊，單擊鼠標右鍵，從浮 動菜單中選擇“ Add to untitled” (或直接把模塊拖到仿真模型中 )，這時候就把這個選中的模塊加入到仿真模型中了。 simulink 模型庫提供了一種模塊的集成環(huán)境，通過它可以快速地開發(fā)各種仿真模型?；旌夏K是根據(jù)輸入信號的類型來確定輸出信號類型的，它既能夠產(chǎn)生連續(xù)輸出信號，也能夠產(chǎn)生離散輸出信號。對于連續(xù)模塊， simulink 采用積分方式計算輸出信號的數(shù)值，因此，連續(xù)模塊主要涉及導數(shù)的計算及其積分。 根據(jù)輸出信號與輸入信號的關系， simulink 提供 3種類型的模塊：連續(xù)模塊、離散模塊和混合模塊。另外， simulink 把具有特定功能的代碼組織成模塊的方式，并且這些模塊可以組織成具有等級結構的子系統(tǒng)，因此具有內(nèi)在的模塊化設計要求。 simulink提供了專門用于顯示輸出信號的模塊，可以在仿真過程中隨時觀察仿真結果。另外，這種方法缺乏系統(tǒng)性，尤其是在對復雜系統(tǒng)的處理過程中，難以采用模塊化方法，從而降低了仿真程序的可讀性和可擴展性。這種仿真方法有兩個缺點： 首先是不夠直觀，缺乏足夠的人機交互。 simulink 簡介 動態(tài)系統(tǒng)是輸出信號隨時間變化的系統(tǒng)。 simulink 采用模塊化方式，每個模塊都有自己的輸入 ／輸出端口，實現(xiàn)一定的功能。在模型的設計過程，對模型設計的目的、具體的結構組成、仿真流程以及仿真結果都給出了具體詳實的說明和分析 。 (2) 對通信系統(tǒng)中的主要環(huán)節(jié)，包括通信系統(tǒng)信道、噪聲、模擬信號的數(shù)字傳輸系統(tǒng)、信道編碼以及信號調(diào)制的原理、方法和過程進行了詳細的闡述。通信系統(tǒng)仿真貫穿通信系統(tǒng)工程設計的全過程，對通信系統(tǒng)的發(fā)展起著舉足輕重的作用 。 本論文的主要研究內(nèi)容 現(xiàn)代社會發(fā)展要求通信系統(tǒng)功能越來越強，性能越來越高，構成越來越復雜 ； 另一方面，要求通信系統(tǒng)技術研究和產(chǎn)品開發(fā)縮短周期，降低成本，提高水平。在概念定義階段，通信系統(tǒng)仿真獲得頂層指標 ； 在接下來的設計和研發(fā)中，通信系統(tǒng)仿真確定硬件研發(fā)的指標，檢驗 已 完成子系統(tǒng)對整個系統(tǒng)性能的影響 ； 在運行階段，通信系統(tǒng)仿真可以用來確定解決問題的方法 ； 通信系統(tǒng)仿真還可以預 測 系統(tǒng)的使用壽命。 計算機輔助技術基本上有兩大類，一是基于 公式的方法，用計算機計算復雜的公式 ： 二是用計算機仿真系統(tǒng)的信號波形，即波形級仿真。 (4) 軟件實驗建設開發(fā)周期短，成本低。有許多問題，通過硬件實驗來研究可能非常困難，但在軟件實驗中卻易于解決。在硬件實驗中改變系統(tǒng)參數(shù)也許意味著要重做硬件，而在軟件實驗中則是改一、兩個數(shù)據(jù)，甚至只是在屏幕上按幾下鼠湖南工程學院畢業(yè)設計（論文） 11 標。 雖然軟件實驗不像硬件實驗那樣讓人感到“真實”，但對于許多通信問題的研究來說的確非常有效。在硬件實驗系統(tǒng)中，用各種電子元器件制作出通信系統(tǒng)中的理論模型所規(guī)定的各個模塊，再把它們通過導線或電纜等接在一起，然后再用示波器、頻譜議、誤碼儀等通信儀表做各種測量，最后分析測量結果。 與公式法或 測量 法相比較，仿真的方法能更好的利用設計空間，很容易將數(shù)字和經(jīng)驗模型結合起來，并結合設備和真實信號的特點進行分析和設計。基于測量的性能估計方法通常代價很高，并且很不靈活。 通信系統(tǒng)仿真問題的提出、研究價值及研究現(xiàn)狀 通信系統(tǒng)仿真問題的提出 通信系統(tǒng)的性能可以用基于公 式的計算方法、波形級仿真或通過硬件樣機研究和測量來估計得到。通信系統(tǒng)復雜度的提高使得用來分析和設計系統(tǒng)的時間和精力也相應提高了，然而在商用產(chǎn)品中引入新技術要求設計能做到短時、高效、省力，而這些要求只有通過使用強大的計算機輔助分析和設計工具才能實現(xiàn)。 數(shù)字通信系統(tǒng)的 MATLAB 設計與仿真 10 通信系統(tǒng)仿真的重要作用 在過去的幾十年里，通信和信號處理系統(tǒng)的復雜程度顯著地提高了。應該強調(diào)的是，仿真分析并不 — 定意味著通信仿真過程的完全結束。我們使用的仿真工具 — 股都具有很強的繪圖功能，能夠便捷的繪制各種類型的圖表。造成這種結果的原因可能是輸入信號恰好與仿真系統(tǒng)的內(nèi)部特性相吻合，或 者輸入的隨機信號不具有足夠的代表性。對于仿真尺度不隨時間變化的平衡系統(tǒng) (Stationary System)，還可能涉及到對輸出變量穩(wěn)定狀態(tài)的求解。常用的系統(tǒng) 性能尺度包括平均值、方差、標準差、最大值和最小值等，它們從不同的角度描繪了仿真系統(tǒng)的性能。 仿真分析 仿真分析是 — 個通信仿真流程中的最后 — 個步驟。 對于需要較長時間的仿真，應該盡可能地使用批處理方式，使得仿真過程在完成 —種參數(shù)配置的仿真之后能夠自動啟動針對下 — 個參數(shù)配置下 — 個仿真。仿真的運行實際上是計算機的計算過程，這個過程一般不需要人工干預，花費的時間由仿真的復雜度確定。當然，文檔的編寫不一定要求很規(guī)范，并且文檔大小應該視仿真設計的規(guī)模而定。 在明確了仿 真系統(tǒng)對輸入信號和輸出信號的要求之后，最好把這些設置整理成一份簡單的文檔。 實施仿真之前需要確定的另外一個因素是性能尺度。在仿真實驗過程中 ，通常需要多次改變仿真模型輸入信號的數(shù)值，以觀察和分析仿真模型對這些輸入信號的反應，以及仿真系統(tǒng)在這個過程中表現(xiàn)出來的性能。這時候，往往原先的很多參數(shù)設置和條件假設都變得不可理解，這非常不利于修改多數(shù)和結構，不利于找錯和排錯。 仿真建模的最后一步是做好仿真模型的文檔工作，這是最容易被大家忽略的。如果仿真模型的輸出信號與實際系統(tǒng)的輸出信號比較吻合，說明這個 仿真模型與原系統(tǒng)具有較好的相似性。 在完成仿真模型的軟件實現(xiàn)之后，還需要對這個仿真模型的有效性進行初步的驗證。除此之外，還可以采用專門的仿真軟件建造仿真模型，比較常用的仿真軟件包括 Matlab、 0PNET、NS2 等，這些軟件具有各自不同的特點，適用于不同層次的通信仿真。 有了上面的準備工作，下一步就可以通過仿真軟件來建造仿真模型了。 有了這些具體的仿真目標之后，下一步是獲取實際通信系統(tǒng)的各種運行參數(shù)，如通信系統(tǒng)占用的帶寬及其頻率分布，系統(tǒng)對于特定的輸入信號產(chǎn)生的輸出等。 在仿真建模過程中，首先需要分析實際系統(tǒng)存在的問題或設立系統(tǒng)改造的目標，并且