【正文】 發(fā)展方向。另外， 在調(diào)用繪圖函數(shù)時(shí)調(diào)整自變量可繪出不變顏色的點(diǎn)、線、復(fù)線或多重線。因此，不久的將來， 它一定能名符其實(shí)地成為“萬(wàn)能演算紙式的”科學(xué)算法語(yǔ)言。”就可用于數(shù)組間 的運(yùn)算，另外，它不需定義數(shù)組的維數(shù)，并給出矩陣函數(shù)、特殊矩陣專門的庫(kù)函 數(shù)，使之在求解諸如信號(hào)處理、建模、系統(tǒng)識(shí)別、控制、優(yōu)化等領(lǐng)域的問題時(shí)， 顯得大為簡(jiǎn)捷、高效、方便，這是其它高級(jí)語(yǔ)言所不能比擬的。這不僅 使 Matlab 的庫(kù)函數(shù)功能更豐富，而大大減少了需要的磁盤空間，使得 Matlab 編寫的 M 文件簡(jiǎn)單、短小而高效。另外，為了充分利用 Fortran、 C 等語(yǔ) 言的資源， 包括用戶已編好的 Fortran， 語(yǔ)言程序， C 通過建立 Me 調(diào)文件的形式， 混合編程，方便地調(diào)用有 關(guān)的 Fortran， C 語(yǔ)言的子程序。 3．?dāng)U充能力強(qiáng) Matlab 語(yǔ)言有豐富的庫(kù)函數(shù)，在進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算時(shí)可以直接調(diào)用，而且 Matlab 的庫(kù)函數(shù)同用戶文件在形成上一樣， 所以用戶文件也可作為 Matlab 的庫(kù) 函數(shù)來調(diào)用。在運(yùn)行 M 文件時(shí)， 如果有錯(cuò)， 計(jì)算機(jī)屏幕上會(huì)給出詳細(xì)的出鍺信息， 用戶經(jīng)修改后再執(zhí)行， 直到正確為止。 具體地說， Matlab 運(yùn)行時(shí)，如直接在命令行輸入 Mailab 語(yǔ)句（命令），包括調(diào) 用 M 文件的語(yǔ)句，每輸入一條語(yǔ)句，就立即對(duì)其進(jìn)行處理，完成績(jī)譯、連接和運(yùn) 行的全過程。 Matlab 語(yǔ)言與其它語(yǔ)言相比，較好地解決了上述問題，把編輯、編譯、連接和 執(zhí)行融為一體。人們用任何一種語(yǔ) 言編寫程序和調(diào)試程序一般都要經(jīng)過四個(gè)步驟：編輯、編譯、連接以及執(zhí)行和調(diào) 試。因此， Matlab 語(yǔ)言也可通俗 地稱為演算紙式科學(xué)算法語(yǔ)言由于它編寫簡(jiǎn)單，所以編程效率高，易學(xué)易懂。到 20 世紀(jì) 90 年代， MATLAB 已成為國(guó)際控制界的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算軟件。 20世紀(jì) 70年代，美國(guó)新墨西哥大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)系主任 Cleve Moler 為了減輕學(xué)生編程的負(fù)擔(dān)，用 FORTRAN 編寫了最早的 MATLAB。MATLAB 產(chǎn)品族可以用來進(jìn)行以下各種工作： ● 數(shù)值分析 ● 數(shù)值和符號(hào)計(jì)算 ● 工程與科學(xué)繪圖 3 ● 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真 ● 數(shù)字圖像處理 技術(shù) ● 數(shù)字信號(hào)處理 技術(shù) ● 通 訊系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真 MATLAB 的應(yīng)用范圍非常廣，包括信號(hào)和圖像處理、通訊、控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)、測(cè)試和測(cè)量、財(cái)務(wù)建模和分析以及計(jì)算生物學(xué)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域。在新的版本中也加入了對(duì) C，F(xiàn)ORTRAN， C++ ， JAVA 的支持。 MATLAB 可以進(jìn)行 矩陣 運(yùn)算、繪制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶界面、連接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、 圖像處理 、 信號(hào)檢測(cè) 、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。 MATLAB 和 Mathematica、 Maple 并稱為三大數(shù)學(xué)軟件。 MATLAB 軟件簡(jiǎn)介 MATLAB 是由美國(guó) mathworks 公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。運(yùn)用 MATLAB，可以對(duì)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng) 進(jìn)行較為全面地研究。 MATLAB 是一種先進(jìn)的高技術(shù)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，主要用于數(shù)值計(jì)算及可視化圖形處理。通信 原理計(jì)算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)，是對(duì)數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的仿真。 1 課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書 設(shè) 計(jì) 及 說 明 主要結(jié)果 目 錄 前言 ?????????????????????????????? 2 MATLAB 軟件簡(jiǎn)介 ????????????????????? ?? 2 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)仿真 ????????????????? ?? ??? 5 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng) 簡(jiǎn)介 ?? ??? ??????????????? 5 數(shù)字基帶信號(hào) ???????? ????????????? ??? 7 數(shù)字基帶信號(hào)的要求 ??????? ???? ??????? ? ? 7 數(shù)字基帶信號(hào) ??????????? ?? ?? ?????? ??? 8 常用的基帶傳輸碼型 ?????? ??? ? ??? ???????? 9 實(shí)驗(yàn)原理 ???????????? ?? ??????? ???? ?? 12 數(shù)字通信系統(tǒng)模型 ????????? ??? ?? ??? ????? 12 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型 ??????? ???? ?? ??????? 12 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 ??????????? ?????? ? ?????? ??? 13 余弦滾降基帶傳輸系統(tǒng) ??????? ?????? ??????? 13 眼圖 ?????????? ??????? ? ? ???? ???? 14 總結(jié) ?????????? ?????????? ????? ???? 17 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)仿真 前言 ?????????? ????????????? ?? ? ???? 17 二進(jìn)制頻移鍵控（ 2FSK） ??????? ???? ?? ? ?? ??? 17 2FSK信號(hào)的產(chǎn)生 ?????????? ???????? ? ? ? ???? 17 2FSK解調(diào)原理 ?????????? ?????????? ?? ???? 19 2FSK調(diào)制與解調(diào)基于 MATLAB 仿真 ????????? ?? ????? 20 二進(jìn)制振幅鍵控 (2ASK） ??????????? ?? ?? ?? ??? 23 2ASK 調(diào)制與解調(diào)基于 MATLAB 仿真 ???????? ?? ?????? 25 二進(jìn)制相移鍵控 (2PSK） ???????? ??? ?? ? ?????? 27 2PSK原理 ??????????? ??????? ???? ??? ??? 27 2PSK 基于 MATLAB 的仿真 ?? ???????? ?????? ???? 29 四進(jìn)制相移鍵控 (4PSK） ?????? ???? ?? ?? ?????? 33 4PSK信號(hào)的產(chǎn)生與解調(diào) ????????? ???? ? ???? ???? 33 4PSK 基于 MATLAB 的仿真 ????????? ?? ????? ??? 34 十六進(jìn)制正交幅度調(diào)制 (16QAM） ???? ?? ?????????? 42 正交調(diào)制及相干解調(diào)原理框圖 ?????????? ? ? ??? ???? 42 16QAM 調(diào)制與解調(diào)基于 MATLAB 的仿真 ????????????? 43 ??? ?????????????????? ??????? 48 參考文獻(xiàn)： ??????????? ????? ? ??????? ??? 49 2 前言 隨著通信系統(tǒng)的規(guī)模和復(fù)雜度不斷增加， 統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法已經(jīng)不能適應(yīng)發(fā)展傳的需要，通信系統(tǒng)的模擬仿真技術(shù)越來越受到重視。傳統(tǒng)的通信仿真技術(shù)主要分 可以 得到與真實(shí)環(huán)境十分接近的結(jié)果，為手工分析與電路試驗(yàn) 2 種， 但耗時(shí)長(zhǎng)方法比較繁雜，而通信系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模擬仿真技術(shù)是介于上述 2 種方法的一種系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，它可以讓用戶 在很 短的時(shí)間內(nèi)建立整個(gè)通信系統(tǒng)模型，并對(duì)其進(jìn)行模擬仿真。仿真工具是 MATLAB 程序設(shè)計(jì)語(yǔ) 言。特點(diǎn) 是將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、圖形、圖像處理和仿 真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)極易使用的交互式環(huán)境中偽科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多學(xué)科提供了一種高效率的編程 工具。為了使本科類學(xué)生學(xué)好通信課程，我們進(jìn)行了試點(diǎn)，通過課程設(shè)計(jì)的方式針對(duì)通信原理的很多內(nèi)容進(jìn)行了仿真。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如 C、 Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。它在數(shù)學(xué)類科技應(yīng)用軟件中在 數(shù)值計(jì)算 方面首屈一指。 MATLAB 的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達(dá)式與數(shù)學(xué)、工程中常用的形式十分相似，故用 MATLAB 來解算問題要比用 C， FORTRAN 等語(yǔ)言完成相同的事情簡(jiǎn)捷得多，并且 MATLAB 也吸收了像 Maple 等軟件的優(yōu)點(diǎn) ,使 MATLAB 成為一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件?？梢灾苯诱{(diào)用 ,用戶也可以將自己編寫的實(shí)用程序?qū)氲?MATLAB 函數(shù)庫(kù)中方便自己以后調(diào)用，此外許多的 MATLAB愛好者都編寫了一些經(jīng)典的程序，用戶可以直 接進(jìn)行下載就可以用。附加的工具箱（單獨(dú)提供的專用 MATLAB 函數(shù)集）擴(kuò)展了 MATLAB 環(huán)境，以解決這些應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)特定類型的問題。 1984 年由Little、 Moler、 Steve Bangert 合作成立了的 MathWorks 公司正式把MATLAB 推向市場(chǎng)。 綜上所述， Matlab 語(yǔ)言有如下特點(diǎn)： 1． 編程效率高 它是一種面向科學(xué)與工程計(jì)算的高級(jí)語(yǔ)言，允許用數(shù)學(xué)形式的語(yǔ)言編寫程序，且 比 Basic、 Fortran 和 C 等語(yǔ)言更加接近我們書寫計(jì)算公式的思維方式， Matlab 用 編寫程序猶如在演算紙上排列出公式與求解問題。 2．用戶使用方便 Matlab 語(yǔ)言是一種 解釋執(zhí)行的語(yǔ)言（在沒被專門的工具編譯之前），它靈活、 方便，其調(diào)試程序手段豐富，調(diào)試速度快，需要學(xué)習(xí)時(shí)間少。各個(gè)步驟之間是順序關(guān)系，編程的過程就是在它們之間作瀑布型的循環(huán)。它能在同一畫面上進(jìn)行靈活操作快速排除輸入程序中的書寫錯(cuò) 誤、語(yǔ)法錯(cuò)誤以至語(yǔ)意錯(cuò)誤，從而加快了用戶編寫、修改和調(diào)試程序的速度，可 以說在編程和調(diào)試過程中它 是一種比 VB 還要簡(jiǎn)單的語(yǔ)言。又如，將 Matlab 源程序編輯為 M 文 4 件，由于 Mat1ab 磁盤文件也是 M 文件，所以編輯后的源文件就可直接運(yùn)行，而不需進(jìn)行編譯和連接。所以可以說， Mat1ab 語(yǔ)言不僅是一種語(yǔ)言，廣義 上講是一種該 語(yǔ)言開發(fā)系統(tǒng)，即語(yǔ)言調(diào)試系統(tǒng)。因而，用戶可以根據(jù)自己的需要方便地建立和擴(kuò)充新的庫(kù)函數(shù)，以 便提高 Matlab 使用效率和擴(kuò)充它的功能。 4．語(yǔ)句簡(jiǎn)單，內(nèi)涵豐富 Mat1ab 語(yǔ)言中最基本最重要的成分是函數(shù)，其一般形式為「 a， 6， c?? ] = fun （ d， e， f，??），即一個(gè)函數(shù)由函數(shù)名，輸入變量 d， e， f,??和輸出變量 a， b， c??組成，同一函數(shù)名 F，不同數(shù)目的輸入變量（包括無(wú)輸入變量）及 不同數(shù)目的輸出變量，代表著不同的含義（有點(diǎn)像面向?qū)ο笾械亩鄳B(tài)性。 5．高效方便的矩陣和數(shù)組運(yùn)算 Matlab 語(yǔ)言象 Basic、 Fortran 和 C 語(yǔ)言一樣規(guī)定了矩陣的算術(shù)運(yùn)算符、關(guān)系運(yùn) 算符、邏輯運(yùn)算符、條件運(yùn)算符及賦值運(yùn)算符，而且這些運(yùn)算符大部分可以毫無(wú) 改變地照搬到數(shù)組間的運(yùn)算，有些如算術(shù)運(yùn)算符只要增加“在此基礎(chǔ)上，高 版本的 Matlab 已逐 步擴(kuò)展到科學(xué)及工程計(jì)算的其它領(lǐng)域。 5 6．方便的繪圖功能 Matlab 的繪圖是十分方便的，它有一系列繪圖函數(shù)（命令），例如線性坐標(biāo)、 對(duì)數(shù)坐標(biāo)，半對(duì)數(shù)坐標(biāo)及極坐標(biāo)，均只需調(diào)用不同的繪圖函數(shù)（命令），在圖上 標(biāo)出圖題、 XY 軸標(biāo)注，格（柵）繪制也只需調(diào)用相應(yīng)的命令，簡(jiǎn)單易行。這種為 科學(xué)研究著想的設(shè)計(jì)是通用的編程語(yǔ)言所不及的。 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)仿真 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng) 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的介紹 在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，其傳輸?shù)膶?duì)象通常是二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，它可能是來自計(jì)算機(jī)、電傳打字機(jī)或其它數(shù)字設(shè)備的各種數(shù)字脈沖，也可能是來自數(shù)字電話終端的脈沖編碼調(diào)制（ PCM）信號(hào)。在某些有線信道中，特別是在傳輸距離不太遠(yuǎn)的情況下，數(shù)字基帶信號(hào)可以不經(jīng)過調(diào)制和解調(diào)過程在信道中直接傳送，這種不使用調(diào)制和解調(diào) 設(shè)備而直接傳輸基帶信號(hào)的通信系統(tǒng)，我們稱它為基帶傳輸系統(tǒng)。我們把這種包括了調(diào)制和解調(diào)過程的傳輸系統(tǒng)稱為數(shù)字載波傳輸系統(tǒng)。 6 圖 11 數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)模型 數(shù)字 基帶傳輸系統(tǒng) 的輸入信號(hào)是由終端設(shè)備或編碼設(shè)備產(chǎn)生的 二進(jìn)制脈 沖序列，通常是單極 性的矩形脈沖信號(hào)（ NRZ 碼）。發(fā)送濾波器對(duì)碼脈沖進(jìn)行波形變換，以減 小信號(hào)在基帶 傳輸系 統(tǒng)中傳輸時(shí)產(chǎn)生的碼間串?dāng)_。 目前，雖 然在實(shí)際使用的數(shù)字通信系統(tǒng)中，基帶傳輸方式不如數(shù)字載波傳 輸方式那樣應(yīng) 用廣泛 ，但由于數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)是數(shù)字通信系統(tǒng)中最基本 的傳輸方式，而且從 理論上來說，任何一種線性載波傳輸系統(tǒng)都可以等效 為基帶傳輸系 統(tǒng)，因 此理解數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸過程十分重要。另外，此仿真實(shí)驗(yàn)只需在計(jì)算機(jī)的虛擬實(shí)驗(yàn)室即可，不受實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地、環(huán)境的限制。 7 圖 12 仿真結(jié)構(gòu)圖 在通信中，數(shù)字基帶信號(hào)有多種碼型表示，它們?cè)趥鬏斶^程中有隨機(jī)性，為 用讓這種波形描述具有普遍性， m 序列偽隨機(jī)碼來作為碼型的仿真數(shù)字序列。 數(shù)字基帶信號(hào) 數(shù)字基帶信號(hào)的要求 不同形式的數(shù)字基帶信號(hào)（又稱為碼型）具有不同的頻譜結(jié)構(gòu)，為適