课程设计用MATLAB语言编程设计通信仿真教学软件论文.doc

MATLAB仿真在通信原理教学中的应用 摘要：本文介绍了用MATLAB在通信原理仿真教学中的应用。论述了MATLAB在通信原理仿真教学中的设计思想以及实现的方法。关键字：MATLAB，通信原理一、引言：1、有关MATLAB方面：MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。我们采用了MATLAB语言编程，以Windows 和MATLAB为软件运行环境。将通信原理中的知识点用MATLAB来实现。通过灵活的菜单和界面设计使某些参数可调。同时运用Simulink软件包，使波形在仿真的同时显示系统。更加有利于在课堂上使用。2、有关通信原理方面：通信原理是通信类专业的一门极为重要的基础理论课程，主要研究信息传递的一系列变换的机理和属性，它包括：信号分析、调制解调、同步、检测过滤、纠错编码、信号特性等理论方面的内容，其内容抽象难懂促使我们应用MATLAB程序语言设计制作了这套通信仿真CAI课件。意在利用计算机一类智能设备来实现该课程的机辅教学，帮助学生理解相关的知识难点。 通信中的常见技术如调制解调，多址与复用，同步，模拟信号数字化，噪声中的信号检测，差错控制等在通信原理这门课程中都要有所涉及，因此，必须将与这些技术相关的专业基础理论知识融汇与本课件的编程设计工作中，便使我们的CAI软件真正起到辅助教学的作用。3、有关SIMULINK方面：Simulink是一个用来对动态系统进行建模，仿真，分析的软件包。他支持线性和非线性系统，连续和时间模型，或者是两者的混合，系统还可以是多采样频率的，比如系统的不同部分拥有不同的采样频率。对于建模，Simulink提供了一个图形化的用户界面。图形界面可以将系统模型和图形同时展示出来。Simulink包括一个复杂的由接收器，信号源，线性和非线性组件以及连接件组成的模块库，当然也可以定制或者创建用户自己的模块。Simulink仿真的结果可以放在MATLAB（workspace）的工作空间中进一步的处理或者可视化。二、通信仿真的实现1、数字基带信号数字通信中一般以单极性非归零码，单极性归零码型，双极性非归零码，双极性归零码，数字双相码，条件双相码和密勒码几种码来表示二元信息序列。由于数字基带信号是数字信息的电脉冲表示，不同形式的数字基带信号具有不同的频谱结构，合理设计数字基带信号可将数字信息变换为适合于给定信道传输的形式，这种变换又称为数字信息的码型转换。譬如单极性非归零码是用高电平表示二元信息中的1，用低电平表示二元信息中的0，电平在整个码元的时间里保持不变。其MATLAB主要源程序如下：grid=300t=0:1/grid:length(x);for i=1:length(x), 计算码元的值 if(x(i)=1), 如果信息为1 for j=1:grid, 该码元对应的点值取1 y(i-1)*grid+j)=1; end else for j=1:grid, 反之，信息元为0，码元对应点值取0 y(i-1)*grid+j)=0; end;end;endy=y,x(i); 为了画图，将y序列加上最后一位 调用后效果图如图1所示，由该图可见，主要将序列10011000101对应的单极性非归零波形形象的展示了出来。图1 单极性非归零码的波形演示2、幅度调制幅度调制（又称线性调制），这是一种让正弦载波的幅度随着调制信号而改变的调制方案 。这一类调制方案包括DSB（抑制载波的双边带幅度调制），AM（常规双边带调幅），SSB调制（单边带幅度调制）以及VSB调制（残留边带幅度调制）。在DSB调制中，调制信号和已调载波振幅间的函数关系非常简单，而在SSB调制或VSB调制中要复杂些。线性调制器的一般模型如图2所示。它由模拟乘法器和冲激响应为h(t)的带通滤波器组成。 h(t) m(t) 图2 线性调制器的一般模型调幅信号的解调可有两种，相干解调和非相干解调。图3给出了DSB系统及相干解调的性能演示。由此可以看出，运用Simulink进行仿真，不仅能够向学生展示仿真出来的图形，而且，它又同时把相应的原理图也展现在了大家的面前，这样更有利于课堂教学。DSB信号的时域表达式为： u(t)=Acm(t)cos(2fct) （2.2.1）其中 c(t)=Accos(2fct)为载波，m(t)是被调信号。对式（2.2.1）进行傅立叶变换，而DSB信号的频谱表达式为：U(f)=M(f-f)+ M(f+f)由此可见，这种调制方式使得模拟基带信号的频谱搬移到载频fc附近,且形成了上下两个边带。用Simulink中的一些模块进行适当的处理，就可得到对应的DSB信号波形。如图3所示：图3 DSB系统及相干解调性能演示3、数字调制数字调制方式有：幅度键控，移频键控和移相键控等三种。在幅度键控中，载波信号的幅度是随着调制信号而变化的。最简单的形式是载波在数字基带信号1或0的控制下通或断。设信息源发出的是由二进制符号0，1组成的序列，且假定0符号出现的概率为P，1符号出现的概率为1P，且彼此独立，则二进制振幅键控信号可以表示成一个单极性非归零波形s(t)与正弦载波相乘，即： 通常，二进制振幅键控信号的调制方法有两种，模拟幅度调制方法和键控方法。 我们对二元序列10110010，画出2ASK的波形，其中载频为码元速率的10倍。即表明在一个符号的时间里，载波刚好为5个周期。它的MATLAB实现的主要程序断如下所示： y=sin(10*pi*t); 载波x=ones(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),ones(1,100),zeros(1,100),zeros(1,100),ones(1,100),zeros(1,101); 定义一个与二元序列对应的时间序列z=x.*y; 幅频键控图4 振幅键控结束语：现代通信技术与人们的生活联系越来越紧密，现代通信系统是信息时代的生命线，信息技术革命是伴随着通信技术的发展而进行的。从19世纪以来，通信技术发展很快，通信技术的发展已经越来越受到人们的关注。它已经在科技领域得到了广泛的应用，而且内容丰富，发展迅速是非常惊人的。 当前的教学趋势是计算机更加广泛的应用与各种课程当中，尤其是工程课程和实验课程，其效果和作用是明显的。但教学内容陈旧，手段落后仍然是当前教学中的缺点，要改变这种缺点需要我们当代教师和学生们大胆的尝试，勇于开拓。因此，我们对通信原理中的某些知识编成软件以用于计算机辅助教学中，这将会对提高教学和学习的