【正文】 、 MATLAB 中的一種可視化仿真工 具 Simulink的相關概念。 (3)在理解通信系統(tǒng)理論的基礎上，利用 Simulink強大的仿真功能， 對 PCM和 DPCM這兩種數(shù)字電話通信系統(tǒng)進行了模型構建、系統(tǒng)設計、仿真演示、結果顯示。 湖南 科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 5 第二章 Simulink與通信 系統(tǒng) 仿真 通信系統(tǒng)仿真的一般步驟 通信系統(tǒng)仿真一般分成 3個步驟，即仿真建模、仿真實驗和仿真分析。 （ 1）仿真建模 仿真建模是根據(jù)實際通信系統(tǒng)建立仿真模型的過程，它是整個通信系統(tǒng)仿真過程中的一個關鍵步驟，因為仿真模型的好壞直接影響著仿真結果的真實性和可靠性。數(shù)學模型有多種分類方式，包括確定性模型和隨機性模型，靜態(tài)模型和動態(tài)模型。靜態(tài)模型不需要考慮時間變化因素，動態(tài)模型的輸入輸出變量則需要考慮時間變化因素。 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，并且把這些問題和目標轉化成數(shù)學變量和公式。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生的輸出等。 有了上面的準備工作，下一步就可以通過仿真軟件來建立仿真模型了。 （ 2）仿真實驗 仿真實驗是一個或一系列針對仿真模型的測試。需要強調的一點是，仿真過程中使用的輸入數(shù)據(jù)必須具有一定的代表性，即能夠從各個角度顯著地改變仿真輸 出信號的數(shù)值。性能尺度指的是能夠衡量仿真過程中系統(tǒng)性能的輸出信號的數(shù)值 (或根據(jù)輸出信號計算得到的數(shù)值 )，因此，在實施仿真之前，首先需要確定仿真過程中應該收集哪些仿真數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)以什么樣的格式存在，以及收集多少數(shù)據(jù)。編寫文檔是一個好 習慣 ，它能夠幫助我們回憶起仿真設計過程的一些細節(jié)。最后，還應該明確各個輸入信 號的初始設置以及仿真系統(tǒng)內部各個狀態(tài)的初始值。如果需要比較仿真系統(tǒng)在不同參數(shù)設置下的性能，應該使仿真系統(tǒng)在取不同參數(shù)值時具有相同的輸入信號，這樣才能夠保證分析和比較的客觀性和可靠性。在仿真分析過程中，用戶已經從仿真過程中獲得了足夠多的關于系統(tǒng)性能的信息，但是這些信息只是一個原始的數(shù)據(jù)，一般還需要經過數(shù)值分析和處理才能夠獲得衡量系統(tǒng)性能的尺度，從而獲 得對仿真系統(tǒng)的一個總體評價。 圖表是最簡潔的說明工具，它具有很強的直觀性，便于分析和比較，因此，仿真分析的結果一般都繪制成圖表形式。 Simulink簡介 Simulink是 MATLAB提供的用于動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的工具包。同時，通過 Smiulink的存儲模塊，仿真數(shù)據(jù)可以方便地以各種形式保存在工作區(qū)或文件中，供用戶在仿真結束之后對數(shù)據(jù)進行分析和處理?；谏鲜鰞?yōu)點， Simulink成為一種通用的仿真建模工具，廣泛應用于通信系統(tǒng)仿真、數(shù)字信號處理、模糊邏輯、神經網絡、機械控制和虛擬現(xiàn)實等領域。連續(xù)模塊是指輸出信 號隨著輸入信號發(fā)生連續(xù)變化的模塊，離散模塊則是輸出信號以固定間隔變化的模塊。離散模塊的輸出信號在下一個抽樣時刻到來之前保持恒定，這時候 Smiulnik只需以一定的間隔計算輸出信號的數(shù)值。 湖南 科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 7 Simulink仿真有以下特點： 1) 交互建模 Simulink提供了大量的功能模塊，方便用戶快速地建立動態(tài)系統(tǒng)模型 ，建模時只需要使用鼠標拖放庫中的功能模塊并將它們連接起來。對塊和連接的數(shù)目沒有限制。用戶可以通過下拉菜單執(zhí)行仿真，或使用命令行進行批處理。有了 Simulink，用戶可以在仿真的同時，采用交互或批處理的方式，方便地更換參數(shù)來進行“ Whatif”分析。 （ 2）將用戶原有的 Fortran或 C編寫的代碼連接進來。工具箱提供的高級的設計和分析能力可以通過 Simulink的屏蔽手段在仿真過程中執(zhí)行。 DSP Blockset可 以用于 DSP算法的開發(fā)。 Simulink的專用模型庫（ Blocksets） 作為 Simulink建模系統(tǒng)的補充， MathWorks 公司開發(fā)了專用功能快程序包，如 DSP Blockset和 Commuication Blockset等。更重要的是，用戶還可以對系統(tǒng)模型進行代碼生成，并將生成的代碼下載到不同的目標機上。而且，為了方便用戶系統(tǒng)的實施， MathWorks 公司還開發(fā)了實施軟件包，如TI和 Mortorola 開發(fā)工具包，以方便用戶進行目標系統(tǒng)的開發(fā)。 湖南 科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 9 第三章 MATLAB 通信工具箱 MATLAB 通信工具箱概述 MATLAB 通信工具箱是一套用于通信領域進行理論研究、系統(tǒng)開發(fā)、分析設計和仿真的專業(yè)化工具軟件包，主要由兩部分組成：通信系統(tǒng)功能函數(shù)庫和 Simulink庫。用戶可以根據(jù)需要選擇這些仿真函數(shù)和模塊構筑自己的通信系統(tǒng)仿真模型，這種方法即適合于一般初學者，也適合于通信技術方面的專家。 用戶既可以在 MATLAB的工作空間中直接調用工具箱中的函數(shù)，也可以使用Simulink平臺構造自己的仿真模塊，以達到擴充工具箱的內容。 運行通信工具箱需要的軟件平臺包括： MATLAB和 Signal Processing Toolbox（信號處理工具箱）等。如果模塊庫中包括子模塊庫時，用鼠標雙擊模塊庫就能打開下一級子庫，例如， Channel Coding（信道編碼庫）、Interleaving（交錯控制模塊庫）、 Modulation（調制庫）和 Basic Comm Function（基本通信函數(shù)庫）都包含下一級子模塊庫。 Communications Blockset（通信模塊集）中包括 10個子模塊庫，這里只列 出這些通信模塊庫的名稱： ? Comm Sourses（通信源模塊庫）； ? Comm Sinks（通信輸入模塊庫）； ? Sources Coding（信源編碼庫）； ? Channel Coding（信道編碼庫）； ? Interleaving（交錯控制模塊庫）； ? Modulation（調制庫）； ? Channels（信道庫）； 湖南 科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 10 ? Basic Comm Function（基本通信函數(shù)庫）； ? Utility Functions（實用函數(shù)庫） ? Synchronziation（同步庫）。因此，可以將發(fā)射與解調部分中各個子仿真模型庫進行相應的歸類。 在打開的窗口中在雙擊“ Comm Tbx Library”的圖標，最終可以看到通信工具箱仿真模塊的最頂層模塊庫。 圖 MATLAB中通信工具箱的頂層仿真模塊庫 信源 解調 調制 信宿 信源編碼 糾錯編碼 發(fā)送濾波器 多址接入 接收濾波器 多址接入 糾錯譯碼 信源譯碼 信 道 湖南 科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 11 MATLAB通信工具箱的函數(shù)庫 在通信工具箱中包含了對通信系統(tǒng)進行設計、分析和仿真時最常用的函數(shù)，由七十多個函數(shù)組成，每個函數(shù)有多種選擇參數(shù)，函數(shù)功能覆蓋了現(xiàn)代通信系統(tǒng)的各個方面。 這些函數(shù)放置在 Comm的子目錄下。用戶需要實現(xiàn)系統(tǒng)的某項功能時，可以先到上述函數(shù)集中尋找相應的函 數(shù)，找到后在查詢該函數(shù)的詳細內容（包括函數(shù)功能說明。 例如查詢基帶模擬調制的函數(shù)信息：用戶先在上述函數(shù)集合中找到Modulation/Demodulation.（調制 /解調函數(shù)），接著查找與基帶信號模擬調制對應的函數(shù)，amodce。最后介紹了通信工具箱的函數(shù)庫 。通信的形式有很多種，交談就是人與人之間進行通信的一種最普遍的方式。所以人們不得不依賴于一些通信系統(tǒng)來實現(xiàn)長距離上的信息傳輸。 一個通信系統(tǒng)由三個部分組成： 1. 發(fā)送端； 2. 信道（信號的傳輸介質）； 3. 接收端。通信系統(tǒng)的一般模型 如圖 示。電話、電視、攝像機和電傳機、計算機等各種數(shù)字終端設備就是信源。有多種變換方式，在需要頻譜搬移的場合，調制是最常見的變換方式。在無線通信中，信道可以是大氣（自由空間）；在有線信道中，信道可以是明線、電纜或光纖。噪聲是有害的，會降低通信的質量。 信宿（受信者）是傳 輸信息的歸宿點，其作用是將接收設備恢復出的原始信號轉換成相應的消息。連續(xù)消受信者 接收設備 信道 發(fā)送設 備 信息源 噪聲源 湖南 科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 16 息是指消息的狀態(tài)連續(xù)變化或是不可數(shù)的，如語音、活動圖片等。離散消息則是指消息的狀態(tài)是可數(shù)的或離散的，離散消息也稱數(shù)字消息。消息與電信號之間必須建立單一的對應關系，否則在接收端就無法恢復出原來的消息。按照信號參量的取值方式不同可把信號分為兩類，即模擬信號和數(shù)字信號。例如，普通電話機輸出的信號就是模擬信號。如果電信號的參量攜帶著模擬消息，則該參量必將是離散取值的。數(shù)字信號有時也稱離散信號，這個離散是指信號的某一參量是離散變化的，而不一定在時間上也離散，如 2PSK信號。 模擬通信系統(tǒng)模型和數(shù)字通信系統(tǒng)模型 模擬通信系統(tǒng)模型 模擬通信系統(tǒng)是利用模擬信號來傳遞信息的通信系統(tǒng)。首先，發(fā)送端的連續(xù)消息要變換成原始電信號，接收端收到的信號要反變換成原來的連續(xù)消息。這種變換和反變換通常稱為調制 和解調。已調信號又稱頻帶信號。 需要指出的是：消息從發(fā)送端到接收端的傳遞過程中，不僅僅只有上述兩種變換，實際通信系統(tǒng)中可能還有濾波、放大、天線輻射、控制等過程。圖中的調制器和解調器就代表圖 。多址接入是一種共享技模擬信息 源 噪聲源 調制器 信道 解調器 受信者 湖南 科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 17 術，依靠信號的按序發(fā)送，多個終端可以共享同一個信道資源。 數(shù)字通信系統(tǒng)模型 數(shù)字通信的基本特征是：它傳遞的信號是“離散”的或數(shù)字的。第一，模擬通信系統(tǒng)中強調調制參數(shù)與基帶信號成比例，在數(shù)字通信系統(tǒng)中，強調已調參量與基帶信號之間的一一對應。這是通過差錯控制編碼等手段來實現(xiàn)的。第二，當需要保密時，可以有效地對基帶信號進行人為的“擾亂”，即加密，此時，在接收端就需要進行解密。第五，由于數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸?shù)氖且粋€接一個按節(jié)拍傳送的數(shù)字信號單元，即碼元，因而在接收端必須按與發(fā)送端相同的節(jié)拍接收。在數(shù) 字通信中節(jié)拍一致稱為同步，可見，數(shù)字通信中必須有一個同步子系統(tǒng)。圖中同步子系統(tǒng)沒有畫出， 因為 它的位置往往是不固定的。究竟采用哪些模塊，還取決于具體設計方法及要求。如圖 。系統(tǒng)的發(fā)送端包括信源編碼、差錯控制編碼、數(shù)字調制、多址接入等幾個部分。圖 組成框圖。在大多數(shù)情況下，接收端采用的結構要與發(fā)送端的結構相匹配，這樣才可以保證正確恢復出原始信息。其中，信道在不同的應用環(huán)境中會有不同的模型。 與模擬通信相比數(shù)字通信的主要特點 目前，無論是模擬通信還是數(shù)字通信，在不同的通信業(yè) 務中都得到了廣泛的應用。與模擬通信相比，數(shù)字通信更能適應現(xiàn)代社會對通信技術越來越高的要求。 以二進制為例，信號的取值只有兩個，這樣接收端只需判別兩種狀態(tài)。只要噪聲的大小不足以影響判決的正確，就能正確接收。數(shù)字通信在遠距離傳輸時，如微波中繼通信，各中繼站可利用數(shù)字通信特有的判決再生接收方式，對數(shù)字信號波形進行整形再生而消除噪聲積累?？梢圆捎眯诺谰幋a技術使誤碼率降低，提高傳輸?shù)目煽啃浴? （ 4）易于集成化，從而使通信設備微型化。 一般來說數(shù)字通信的許多優(yōu)點都是用比模擬通信占用更寬的系統(tǒng)頻帶而換得的。在系統(tǒng)頻帶緊張的場合，數(shù)字通信的這一缺點顯得很突出，但是在系統(tǒng)頻帶富裕的場合，比如毫米波通信、光通信等場合，數(shù)字通信幾乎成為唯一的選擇。這就需要對其做些改造，或者加裝數(shù)字終端設備。撥號上網就是典型的數(shù)字信號通過模擬電話線路傳輸?shù)睦印? 小結 本章首先介紹了通信系統(tǒng)的一般模型，然后 具體 介紹了模擬通信系統(tǒng)模型和數(shù)字通信系統(tǒng)模型，最后對模擬通信和數(shù)字通信進行了比較。采用最早的和目前使用比較廣泛的模 /數(shù)轉換方法是脈沖編碼調制，即 PCM(簡稱脈碼調制 )。 抽樣定理 抽樣定理是指 :一個頻帶限制在 (0， fH)赫茲內的時間連續(xù)信號 m(t)，如果以 T≦ 1/ fH的間隔對它進行等間隔抽樣，則 m(t)將被所得到的抽樣值完全確定。這就是說，若要傳輸模擬信號，不一定要傳輸模擬信號本身，可以只傳輸抽樣定理得到的抽樣值。 模擬信號進行抽樣以后，其抽樣值還是隨信號幅度連續(xù)變化的，即抽樣值 m(kT)可以取無窮多個可能值，如果用 N個二進制數(shù)字信號來代表該樣值的大小，以便利用數(shù)字傳輸系統(tǒng)來傳輸該樣值信息，那么 N個二進制數(shù)字信號只能同 M=2N個電平樣值相對應，而不能同無窮多個電平樣值相對應。 利用預先給定的有限個電平來表示模擬抽樣值的過程被稱為抽樣。 模擬信號的量化 模擬信息源 抽樣量化編碼 數(shù)字隨機序列 模擬隨機信號 m(t) 譯碼和低通濾 波 模擬隨機信號 數(shù)字隨機序列 {Sk} ?m k(t) 數(shù)字傳輸系統(tǒng) 圖 模擬信號數(shù)字傳輸系統(tǒng) {s? k} 湖南 科技大學本科生畢業(yè)設計（論文） 21 均勻量化 把輸入信號的取值區(qū)域按等距離分割的量化稱為均勻量化。量化間隔△ V取決于輸入信號的變化范圍和量化電平數(shù)。通常使用的壓縮器中，大多數(shù)采用對數(shù)式壓縮，即 y