用MatLab仿真通信原理系列实验

-1-目录摘要……………………………………………………..…2英文摘要（Abstract）……………………………….……2第一章引言…………………………….………….……..3第二章理论与方法……………….……………..…...…..42.1Matlab简介…………………………….......……42.2Simulink简介………………………………..…..6第三章设计方案…………….……………………..….…7实验一：模拟线性调制…………………………………….…………..7实验二：扰码与解扰……………………………………………..……13实验三：低通信号的抽样定理…………………………….………….16第四章小结……………………………………………...18致谢………………………………………………………18参考文献…………………………………………………18-2-摘要:本毕业设计用Matlab中的建模仿真工具Simulink对通信原理实验进行仿真。作为系列实验的第一部分，包括模拟信号的线性调制解调(AM、DSB、SSB)过程、扰码与解扰实验和低通信号的抽样定理实验。论文中讲述了Matlab的基础知识、Simulink仿真操作方法以及在通信系统中的应用，对被仿真实验的基本原理也进行了简要介绍。通过本设计对构造通信原理虚拟实验室这一课题进行了初步的探索。关键词：MatLab;Simulink;通信仿真Abstract：Thetitleofmymygraduatedesignis“SimulateCommunicationExperimentsbySimulink”.SimulinkisasimulationtoolintegratedinMatlab.Matlabisthemostpopular,influentialandactivelanguageintheacademicworld,especiallyinthecommunitiesofautomaticcontrol,nowadays.Itoriginatedfrommatrixcomputation,andnowbecomesahighlyintegratedlanguage.Simulinkisaninteractivetoolformodeling,simulating,andanalyzingdynamicsystems.Commonlyusedincontrolsystemdesign,DSPdesign,communicationsystemdesign,andothersimulationapplications,Simulinkenablesyoutobuildgraphicalblockdiagrams,simulatedynamicsystems,evaluatesystemperformance,andrefineyourdesigns.Isuccessfullysimulatesomeexperimentsofcommunicationprincipal,including:1.Modulationofanaloguelinearsignals:AM、DSB、SSB2.Codeanddecodeofdigitalsignals3.SampleprincipaloflowbandsignalsBesideswhatismentionedabove,thispapergivesussomeintroductionsofhowtouseMatlabandSimulinkasafreshman,throughtheseintroductionsyoucangetsomebasicknowledgeofMatlab.Communicationprincipleisveryabstract,thesimulatedexperimentsarealsohardtounderstand,soinordertomakethesimulatedexperimentsunderstoodeasily,thispaperoffersdetaileddescriptionaboutsomecorrelativecommunicationprinciple.KeyWords:MatLab;Simulink;CommunitionSimulation-3-第一章引言通信技术的发展日新月异，通信系统也日趋复杂，在通信系统的设计研发过程中，软件仿真已成为必不可少的一部分，电子设计自动化EDA技术已成为电子设计的潮流。随着信息技术的不断发展，电子EDA仿真技术也在突飞猛进之中。涌现出了许多功能强大的电子仿真软件，如Workbeench、Protel、Systemview、Matlab等。许多知名IT企业其实在产品开发阶段也是应用仿真软件进行开发。虚拟实验技术发展迅速，应用领域广泛，一些在现实世界无法开展的科研项目可借助于虚拟实验技术完成，例如交通网的智能控制、军事上新型武器开发等。《通信原理》是电子通信专业的一门极为重要的专业基础课。在通信类专业的硕士研究生考试中，各学校也都把它列为考试课程。《通信原理》由于内容抽象，基本概念较多，是一门难度较大的课程，要想学好并非易事。通信原理实验是该课程的重要组成部分，通过实验，可以使学生对书本上抽象的原理有进一步的感性认识，加深对基本原理的理解。但是通信原理实验需要大量昂贵的实验器材，再加上近几年大学持续扩招，在当前的条件下给每一位同学都配置硬件实验器材显然是比较困难的，也是不太现实的，这受到经费、教学场所等等因素的限制。世界各国在电子系统理论的教学中，均采用Matlab及Simulink作为辅助教学软件，摆脱了繁杂的计算，所花的代价远小于实际建模。我校已开始重组和优化信息工程专业实验课的结构，旨在改革传统的实验模式。构建通信原理虚拟实验室，首先要用仿真软件对实验进行仿真，这里我使用Simulink,这个集成在Matlab中的动态系统建模、仿真工具，仿真了若干通信系统基本实验。-4-第二章理论与方法2.1Matlab简介数学作为基础学科,是和工程技术及科学研究领域密不可分的。在工程技术和科学研究中，数值运算往往很复杂，稍有疏忽，便会影响到整个工程或研究的成果，因此，精确的数值计算及其工程仿真对于每一个科学研究者来说极其重要。MATLAB是Mathwork公司推出的一套高效率的数值计算和可视化软件。它以及其强大的数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示功能以及一个方便的、界面友好的用户环境吸引了广大专家学者的关注。MATLAB由主包和功能各异的工具箱组成，其最基本的数据结构是矩阵，也就是说它的操作对象是以矩阵为单位的。正如MATLAB这个名字（MatrixLaboratory,矩阵实验室），MATLAB起初主要用来进行矩阵运算。而随着MATLAB不断的发展，和各种工具箱的不断开发，它已经成为一种功能强大的综合性的实时工程计算软件，广泛应用于各种领域。MATLAB系统共有5个主要部分构成：1)MATLAB语言；2)MATLAB工作环境；3)MATLAB数学函数库；4)MATLAB图形处理系统；5)MATLAB应用程序接口。1．MATLAB语言MATLAB语言是一种面向对象的高级语言，正如前面所述，它以矩阵作为最基本的数据结构。MATLAB语言由自己独特的数据结构、输入输出功能、流程控制语句和函数。MATLAB在工程计算方面具有其他高级语言无法比拟的优越性，它集计算、数据可视化、程序设计于一体，并能将数学问题和解决方案以用户熟悉的数学符号表示出来。2.MATLAB工作环境MATLAB工作环境是一个个集成化的工作空间,它给用户提供了管理变量和输入输出数据的功能,并提供了用于管理测试M文件的工具。它主要包括以下部分：1）命令窗口2）M文件编辑调试器-5-3）MATLAB工作空间4）M在线帮助文档3.MATLAB数学函数库MATLAB数学函数库中包括了大量的数学函数,既有诸如求和、取正弦、指数运算等简单函数，也包含了矩阵转置、傅里叶变换、矩阵分解、求解线性方程组等复杂的函数。MATLAB数学函数有两种方式，第一种是比较简单的内部函数，他们直接内置于MATLAB的核心中，因此运行的效率很高；第二种是以M文件提供的外部函数，他们极大的扩展了MATLAB的功能，并使MATLAB具有了很高的可扩充性，使MATLAB能够应用于越来越多的科学领域。4.MATLAB图形处理系统MATLAB具有强大的图形处理功能，用于使科学计算的结果可视化。MATLAB图形处理系统的功能主要包括：1）二维图形的绘制和处理2）三维图形的绘制和处理3）图形用户界面的定制5.MATLAB应用程序接口MATLAB应用程序接口是一个让MATLAB语言同C、FORTRAN等其他高级语言进行交互的函数库，该函数库的函数通过动态链接来读写MATLAB文件。MATLAB应用程序接口的主要功能如下：1）在MATLAB中输入和输出数据；2）MATLAB中调用C和FORTRAN程序；3）在MATLAB和其他应用程序中建立客户机服务器的关系。MATLAB的主要功能1.数值运算功能2.符号计算功能3.数据分析和可视化功能4.Simulink动态仿真功能-6-2.2Simulink简介近几年，在学术界和工业领域，Simulink已经成为在动态系统建模和仿真方面应用最广泛的软件包之一。它的魅力在于强大的功能和使用方法。确切的说，它是对动态系统进行建模、仿真和分析的一个软件包。它支持线性和非线性系统、连续时间系统、离散时间系统等，而且系统可以是多进程的。Simulink是实现动态系统建模、仿真的一个集成环境。它的存在使MATLAB的功能得到进一步的扩展。这种扩展的意义表现在：(1)实现了可视化建模，用户通过简单的鼠标操作就可建立起直观的系统模型，并进行仿真；(2)实现了多工作环境间文件互用和数据交换,如Simulink与MATLAB、FORTRAN以及C的工作环境的信息交换都可以方便的实现；(3)把理论研究和工程实现有机地结合在一起。Simulink为用户提供了用方框图进行建模的图形接口，采用这种方法进行系统设计，就像你用笔和纸来画一样容易。它与传统的仿真软件包用微分方程和差分方程建模相比，具有更直观、方便、灵活的优点。用Simulink创建的模型可以具有递接层次结构，及允许用户建立自己的子系统。在察看时，用户可以从最顶层开始，然后用鼠标双击其中的子系统模块，从而进入自信同模块进行察看，这样非常便于模型的条理化，从而帮助用户理解模型的整体结构以及各模块之间的关系。Simulink是MATLAB为模拟动态系统而提供的一个面向用户的交互式程序，它采用鼠标驱动方式，允许用户在屏幕上绘制框图，模拟系统并能动态的控制该系统。它还提供了两个应用程序扩展集，分别是SimulinkEXTENSION和BLOCKSET。-7-第三章设计方案本设计所选的3个实验都是通信原理中具有代表性的实验。“模拟线性调制”是模拟通信的重要内容，“扰码与解扰”涉及的是数字通信传输系统，“抽样定理”是模数转换的基础理论，它将模拟通信与数字通信结合起来。因此，我选择这3个实验进行仿真，具有代表性。在实际的电子实验中，我们用低频信号发生器产生各种波形，用示波器观察波形，一些比较复杂的功能则由专门的电路实现，电路中含有大量电子元件，比如可实现译码功能的积分器，就是由集成运放、电阻、电容等电子元件构成的电路模块。如何在计算机中仿真这些仪器、电路，从而把实验由现实世界转入机器世界呢？通过我对Simulink的使用，发现这的确是一个优秀的放真环境。Simulink的模块库中提供了大量用于各种应用范畴的模块。如输入源模块库（Sources），它含有十多个模块，相应可产生十多种信号。使用这些模块，可以实现信号发生器的功能。例如在本设计中我多次用SineWave模块产生正弦信号，在仿真常规调幅（AM）时用Constant模块产生直流分量。与之类似示波器的功能可通过接