畢業(yè)設(shè)計（論文）-通信原理中的MATLAB仿真設(shè)計.docx

畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目：通信原理中的MATLAB仿真設(shè)計學(xué)生姓名：學(xué) 號：2010013609所在學(xué)院：信息工程學(xué)院專業(yè)班級：通信1004屆 別：2014屆指導(dǎo)教師：本科畢業(yè)設(shè)計（論文）創(chuàng)作誠信承諾書1.本人鄭重承諾：所提交的畢業(yè)設(shè)計（論文），題目通信原理中的MATLAB仿真設(shè)計 是本人在指導(dǎo)教師指導(dǎo)下獨立完成的，沒有弄虛作假，沒有抄襲、剽竊別人的內(nèi)容； 2.畢業(yè)設(shè)計（論文）所使用的相關(guān)資料、數(shù)據(jù)、觀點等均真實可靠，文中所有引用的他人觀點、材料、數(shù)據(jù)、圖表均已標(biāo)注說明來源； 3. 畢業(yè)設(shè)計（論文）中無抄襲、剽竊或不正當(dāng)引用他人學(xué)術(shù)觀點、思想和學(xué)術(shù)成果，偽造、篡改數(shù)據(jù)的情況； 4.本人已被告知并清楚：學(xué)校對畢業(yè)設(shè)計（論文）中的抄襲、剽竊、弄虛作假等違反學(xué)術(shù)規(guī)范的行為將嚴(yán)肅處理，并可能導(dǎo)致畢業(yè)設(shè)計（論文）成績不合格，無法正常畢業(yè)、取消學(xué)士學(xué)位資格或注銷并追回已發(fā)放的畢業(yè)證書、學(xué)士學(xué)位證書等嚴(yán)重后果； 5.若在省教育廳、學(xué)校組織的畢業(yè)設(shè)計（論文）檢查、評比中，被發(fā)現(xiàn)有抄襲、剽竊、弄虛作假等違反學(xué)術(shù)規(guī)范的行為，本人愿意接受學(xué)校按有關(guān)規(guī)定給予的處理，并承擔(dān)相應(yīng)責(zé)任。 學(xué)生（簽名）： 日期：2014年 6月 3日 目 錄前言31 通信系統(tǒng)理論及MATLAB環(huán)境41.1 MATLAB語言基礎(chǔ)41.1.1MATLAB簡介41.1.2 MATLAB的應(yīng)用現(xiàn)狀41.2模擬調(diào)制系統(tǒng)41.2.1 AM調(diào)制51.2.2 DSB調(diào)制61.2.3 SSB調(diào)制71.3 二進制數(shù)字調(diào)制81.3.1二進制振幅鍵控（ASK）91.3.2二進制頻移鍵控（FSK）101.3.3 二進制相移鍵控（PSK）111.4 升余弦滾降系統(tǒng)、匹配濾波器111.4.1升余弦滾降系統(tǒng)111.4.2 匹配濾波器122通信系統(tǒng)仿真平臺整體設(shè)計方案142.1平臺的布局及軟件實現(xiàn)142.1.1總體設(shè)計方案142.1.2 軟件實現(xiàn)142.2 用戶界面設(shè)計152.2.1圖形用戶界面153基于MATLAB的通信原理仿真實現(xiàn)163.1 進入歡迎界面163.2 通信原理實驗選擇界面163.3 模擬調(diào)制173.3.1 AM調(diào)制173.3.2 DSB調(diào)制183.3.3 SSB調(diào)制183.4 二進制數(shù)字調(diào)制193.4.1 ASK調(diào)制193.4.2 FSK調(diào)制203.4.3 PSK調(diào)制213.5 抽樣定理演示實驗223.6 量化233.5升余弦滾降系統(tǒng)、匹配濾波器仿真實現(xiàn)243.5.1升余弦滾降系統(tǒng)243.5.2 匹配濾波器25結(jié)論26參考文獻：272014屆本科畢業(yè)論文 (設(shè)計)通信原理中的MATLAB仿真設(shè)計摘 要：通信原理作為電子信息類專業(yè)基礎(chǔ)課程，主要特點是內(nèi)容抽象、公式推導(dǎo)較為繁雜、注重系統(tǒng)分析，直觀性差；而采用MATLAB環(huán)境去模擬仿真通信系統(tǒng)理論，其目的在于可簡化甚至忽略計算過程，將計算結(jié)果以圖形展現(xiàn)出來，顯得更加直觀易理解。本文經(jīng)過使用 仿真軟件環(huán)境提供的GUI工具，按照自身需要定義界面工具屬性，利用設(shè)計向?qū)UI提供的仿真工具，開發(fā)出了多個仿真界面，仿真出通信原理的基帶傳輸系統(tǒng)、模擬調(diào)制系統(tǒng)、數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)、PCM中抽樣量化以及最佳接受的匹配濾波器部分。通過仿真結(jié)果證實該平臺界面設(shè)計簡單，布局一體化，具有很強的示范性，且可視性強，操作簡單方便，以圖形及動態(tài)仿真演示了通信原理中部分抽象的內(nèi)容及波形，一個簡單而且高效的仿真實驗平臺可讓學(xué)習(xí)者更易理解通信系統(tǒng)原理。關(guān)鍵詞：MATLAB；通信原理；通信系統(tǒng)；仿真設(shè)計Experimental Design and Simulation of Principle of Communication Based on MATLABStudent： TaoJiang (Faculty Adviser：Maosheng Fu)(School of Information Engineering.West Anhui University)Abstract：Electronic information communication theory as the basis of professional courses, the main feature is the content of the abstract, the more complex formula derivation, focusing on systems analysis, intuitive poor; while using MATLAB simulation environment to communication systems theory, which aims to simplify the calculation process and even ignored, will The results graphically to show up, even more intuitive and easy to understand. In this paper, through the use of simulation software environment provides a GUI tool, in accordance with its own interface tools need to define the properties, the use of simulation tools provide GUI Design Wizard, developed a number of simulation interface, simulation of communication theory baseband transmission system, analog modulation systems, digital modulation system, PCM quantization and matched filter in sampling some of the best acceptable. The simulation results confirm that the platform interface designed to be simple layout integration, has a strong demonstration, and high visibility, easy operation, and dynamic simulation graphically demonstrates the principle part of the communication contents and abstract waveforms, a simple and efficient simulation platform allows learners to more easily understand the communication system works.Keywords：MATLAB; communication theory; communication system; simulation design前言通信原理，作為電子信息類專業(yè)一門舉足輕重的專業(yè)基礎(chǔ)課程，學(xué)習(xí)此課程的常規(guī)方法就是抽象分析和通信系統(tǒng)實驗箱實驗。但是它的主要特點是涉及面很廣，涉及到高等數(shù)學(xué)、數(shù)模電、信號系統(tǒng)課程，同時優(yōu)勢理論性強、公式推導(dǎo)較多、直觀性差；這些因素讓學(xué)習(xí)者難以領(lǐng)悟通信原理的精髓。將仿真軟件應(yīng)用到通信系統(tǒng)理論此類抽象課程學(xué)習(xí)中，計算過程而非舉足輕重，將仿真結(jié)果以圖形展現(xiàn)出來，顯得更加直觀讓人理解；用某種仿真環(huán)境下去模擬各種通信系統(tǒng)可直觀的展現(xiàn)各種通信系統(tǒng)的性能，通過仿真軟件改變通信系統(tǒng)的某些參數(shù)，進而將結(jié)果展現(xiàn)在圖形中，可直接觀察性能的改變。在學(xué)習(xí)通信原理的過程中，首先分析各類信號的時域和頻域的波形來展現(xiàn)通信系統(tǒng)的特性，將消息加載到信號上，在保證質(zhì)量的情況下將消息傳輸?shù)浇邮斩?，在傳輸?shù)倪^程中涉及到大量的計算。而MATLAB（Matrix Laboratory，矩陣試驗室）以數(shù)組為基本處理單元，矩陣運算功能極其豐富，可以充分展示系統(tǒng)的開放性，任何人都可以調(diào)用函數(shù)包內(nèi)的各種函數(shù)。在MATLAB環(huán)境中利用GUI進行仿真設(shè)計圖形用戶界面菜單，用通信系統(tǒng)仿真操作平臺來模擬通信系統(tǒng)，在MATLAB環(huán)境中進行計算機語言編寫就可以完成對通信系統(tǒng)的模擬仿真設(shè)計。MATLAB不單是理論學(xué)習(xí)的示范性工具，還可以是實驗課程學(xué)習(xí)的主要工具，利用MATLAB開發(fā)環(huán)境來進行實驗項目的開發(fā)，可以重新意識到傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式的缺陷，與此同時還可以不受硬件條件如實驗場地和實驗箱的約束；在傳統(tǒng)試驗箱不能實現(xiàn)的實驗項目同樣可以在MATLAB環(huán)境中實現(xiàn)。利用MATLAB來仿真實驗可以使人更加關(guān)注于問題的分析和解決，而不是單純而復(fù)雜的數(shù)學(xué)計算。本文首先介紹MATLAB軟件和通信原理的相關(guān)知識，而后主要利用了MATLAB圖形繪制和系統(tǒng)仿真功能，采用具體案例的方式介紹會發(fā)現(xiàn)MATLAB在通信原理中的應(yīng)用強大作用，進一步深刻認(rèn)識到MATLAB在通信領(lǐng)域運用的美好前景，甚至于在數(shù)學(xué)計算之外的其他學(xué)科與工程領(lǐng)域的應(yīng)用也是越來越廣。并且擁有更光明的應(yīng)用前景和無限的潛能。1 通信系統(tǒng)理論及MATLAB環(huán)境1.1 MATLAB語言基礎(chǔ)1.1.1MATLAB簡介MATLAB自十九世界橫空出世以來，經(jīng)過了實踐的檢驗，市場的選擇和時間的集聚，目前儼然成為眾多科研技術(shù)人員、高校師生最常見和最可依賴的模擬軟件之一。在系統(tǒng)建模、模擬仿真和工程制圖以及應(yīng)用程序開發(fā)等方面起著關(guān)鍵作用，它關(guān)鍵一點在于集數(shù)據(jù)運算、計算結(jié)果分析、信號處理和圖形顯示于一體。矩陣計算軟件包LINPAK和線性代數(shù)軟件包EISPACK作為MATLAB重要的子程序為基石，進而發(fā)展成一種應(yīng)用型程序設(shè)計軟件，MATLAB從單純的計算分析到目前為止的實用性、開發(fā)性極高運算工具，MATLAB完成了一個華麗的轉(zhuǎn)身，并快速成為各類學(xué)科領(lǐng)域的計算，處理，仿真設(shè)計等不可或缺的基礎(chǔ)性工具。1.1.2 MATLAB的應(yīng)用現(xiàn)狀MATLAB的函數(shù)和程序語句幾乎可以實現(xiàn)C或VC語言的所有用途，如果從開發(fā)周期出發(fā)，即使學(xué)習(xí)者不了解C或者VC等高級語言也能開發(fā)出各類功能強大、界面合理、穩(wěn)定可靠的程序，這便可減少項目預(yù)算。同時若用戶熟練使用C或VC等高級語言，MATLAB也提供了相互調(diào)用的接口，這就是所謂MATLAB具有較好的開放性。MATLAB編程高效性還體現(xiàn)在各門類學(xué)科的學(xué)者專家在所在專業(yè)方向用MATLAB編寫完成的眾多穩(wěn)定、實用的工具箱，工具箱的所謂的功能（如信號處理，圖像處理，控制系統(tǒng)，工程優(yōu)化和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱）實際上是指使用開發(fā)環(huán)境的一系列擴展的應(yīng)用程序可以調(diào)用函數(shù)（成為.m文件），從而能使師生更加方便使用。所以MATLAB逐步成為必不可少的計算工具，應(yīng)用于計算結(jié)果分析的各類科研活動。如今，國外很多理工類學(xué)府都將MATLAB作為必備軟件，學(xué)校實驗室通常都安裝有MATLAB的計算機供學(xué)生學(xué)習(xí)和研究使用。而我國工科類的院校還沒有能合理利用MATLAB各類用途，現(xiàn)有的MATLAB相關(guān)書籍大部分只是作為軟件指導(dǎo)書出現(xiàn)，還沒有能與具體學(xué)科的教材結(jié)合起來并運用于教學(xué)研究。1.2模擬調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制在整個通信傳輸理論中的重要性不言而喻。通俗來講就是把需要傳輸?shù)男盘栟D(zhuǎn)變成適合在復(fù)雜信道中傳輸?shù)男问降囊环N過程1，這就是調(diào)制過程。本文列舉調(diào)幅（AM）、雙邊帶（DSB）和單邊帶（SSB）三種調(diào)制方式，對模擬調(diào)制系統(tǒng)進行研究。1.2.1 AM調(diào)制調(diào)幅（AM），也是標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅，全名常規(guī)雙邊帶調(diào)制。假設(shè)調(diào)制信號的幅度平均值為0，加上一個直流分量A0后整體與載波coswct（圖1-1），調(diào)幅信號應(yīng)運而生。其時域表示式為（1-1）式中： A0為外加的直流分量；可以是確知信號，也可以是隨機信號。圖1 AM調(diào)制模型若為確知信號，則AM信號的頻譜為（1-2）當(dāng)滿足條件： （1-3）時，AM時域波形的外包絡(luò)與調(diào)制信號的形狀完全一樣，因此，用非相干解調(diào)的方法就可以恢復(fù)出調(diào)制信號；但是解調(diào)方式的選擇要取決于上述式1-3，假如沒有滿足上述式（1-3），這時用非相干解調(diào)的方法將會發(fā)生失真。但是采用相干解調(diào)同步檢波同樣也可以將信號解調(diào)出來，恢復(fù)出原調(diào)制信號。由頻域波形圖可以看出，直流分量、上下邊帶三部分共同構(gòu)成AM信號的頻譜。其中上邊帶的頻譜波形與調(diào)制信號頻譜波形一致，通過鏡像可以得到另外的邊帶。因此，AM信號實質(zhì)是含有直流分量的雙邊帶信號，其帶寬是調(diào)制信號帶寬的2倍，即 （1-4）AM信號在單位電阻上的功率等于的均方值。的均方值等于其平方的時間平均（當(dāng)為確知信號時），即 （1-5）通常假設(shè)調(diào)制信號幅度平均值為0，即=0。因此 （1-6）式中：，為載波頻率；，為邊帶頻率。所以，載波功率和邊帶功率構(gòu)成了AM信號的總功率。只有邊帶功率才與有用的調(diào)制信號相關(guān)，也就是說，載波功率內(nèi)并不含有有用信息 19777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777777。有用功率（即邊帶功率）占信號總功率的比例可以寫為 （1-7）我們把稱為調(diào)制效率。當(dāng)調(diào)制信號為單音余弦信號時，即=時，=。此時 （1-8）在“滿調(diào)幅”（時，也稱100%調(diào)制）條件下，這時調(diào)制效率的最大值為。由此可見AM信號的調(diào)制效率并不高。硬件結(jié)構(gòu)簡單，且價格低廉。這是AM調(diào)制最具競爭力的優(yōu)點，所以至今AM調(diào)幅制仍廣泛用于我們?nèi)粘５膹V播中1。1.2.2 DSB調(diào)制在DSB系統(tǒng)中，已調(diào)信號的幅度正比與原調(diào)制信號。這種調(diào)制通過使用乘法器完成，將消息信號m(t)與載波，如圖2所示圖2 DSB調(diào)制框圖其中 （1-9） 是載波，而m(t)是消息信號。若以單音正弦信號為例，則調(diào)制信號u(t)經(jīng)fourier變換，可以得到DSB-AM信號的頻域表示為： （1-10）其中M(f)是m(t)的fourier變換。由此可見，這種調(diào)制體制將調(diào)制信號的頻譜進行了搬移，其幅度上變?yōu)樵瓉淼囊话?，同樣已調(diào)信號帶框是原調(diào)制信號信號帶寬的兩倍，即是：Br=2W （1-11）已調(diào)信號的功率為 （1-12）其中Pm是消息信號的功率。在DSB-AM通信系統(tǒng)中，SINR等于： (1-13)其中PR是接收到的功率（在接收端已調(diào)信號的功率），N0是噪聲功率譜密度（假定為高斯白噪聲），W是白噪聲的帶寬1。1.2.3 SSB調(diào)制單邊帶調(diào)制（SSB），相對于DSB調(diào)制體制來說，是將DSB信號濾除掉一個邊帶而得到了的。根據(jù)濾除方法的不同，可分為：濾波法和相移法。（1） 濾波法及SSB信號的頻域表示產(chǎn)生SSB信號最直觀的方法是，與SSB調(diào)制定義一致，先產(chǎn)生一個雙邊帶信號如DSB信號 ，是信號通過一個特定的濾波器而得到一個邊帶的信號，即可得到單邊帶信號。這就是濾波法的緣由，目前為止比較常用的方法。其原理框圖如圖3所示圖3 SSB調(diào)制框圖濾波器的傳輸函數(shù)，若它具有如下理想高通特性：則可濾除下邊帶，保留上邊帶（USB）；若具有如下理想低通特性：則可濾除上邊帶，保留下邊帶（LSB）。因此，SSB信號的頻譜可表示為 濾波法看似簡單可行，但是存在技術(shù)瓶頸，那就是陡峭邊帶濾波器的制作。因為實際濾波器都是存在一定的過渡帶，而非如式（1-16）或式（1-17）所描述的那樣，并不是陡峭的截止特性。例如，若話音信號經(jīng)過濾波后的最低頻率為340Hz，則上、下邊帶之間的頻率間隔為680Hz。過渡帶相對載頻的歸一化值直接決定著實現(xiàn)濾波器的難易程度，越小的歸一化數(shù)值直接導(dǎo)致濾波法所需要的邊帶濾波器難以實現(xiàn)。因此在680HZ過渡帶和較低的載頻情況下，技術(shù)難度還不是很大；但對于較高的載頻fc，采用類似的濾方法已不能實現(xiàn)單邊帶SSB調(diào)制。 1.3 二進制數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制（digital modulation），首先數(shù)字基帶信號通過碼型波形的轉(zhuǎn)變成時間域連續(xù)的信號，再按照模擬調(diào)制的方法變換為數(shù)字帶通信號（已調(diào)信號）的過程。而反過來，將數(shù)字帶通信號通過解調(diào)恢復(fù)出原來的數(shù)字基帶信號過程稱為數(shù)字解調(diào)（digital demodulation）9。由于數(shù)字信號在時間上和幅度上有離散取值的特點。恰恰是數(shù)字信號的這種特點，可以利用它通過開關(guān)鍵控制載波，從而實現(xiàn)數(shù)字調(diào)制。這就是鍵控法的原理，比如對載波的振幅、頻率和相位進行鍵控，便可獲得振幅鍵控（Amplitude Shift Keying，ASK），頻移鍵控（Frequency Shift Keying，F(xiàn)SK）和相移鍵控（Phase Shift Keying，PSK）三種基本的數(shù)字調(diào)制方式。1.3.1二進制振幅鍵控（ASK）振幅鍵控(ASK)是率和初始相位保持不變的情況之下，利用數(shù)字信息來控制載波的幅度變化，從而來傳遞數(shù)字信號。在2ASK中，載波的幅度只有二進制信息“0”或“1”這兩種變化狀態(tài)。一種常用的二進制振幅鍵控方式稱為通-斷鍵控（OOK），其表達式為二進制數(shù)字信號控制載波下通-斷變化，所以這種鍵控又稱為通-斷鍵控。在OOK中，某一種符號（“0”或“1”）用沒有電壓來表示。（1-18）2ASK信號的一般表達式為 （1-18）其中 （1-19）式中：為為碼元持續(xù)時間；為持續(xù)時間為的基帶脈沖波形。為了方面分析， 是第n個符號的電平取值。若取 （1-20）則相應(yīng)的2ASK信號就是OOK信號。模擬調(diào)制法（相乘器法）和鍵控法是2ASK/OOK信號的產(chǎn)生兩種通常方法：。模擬調(diào)制法用載波相乘實現(xiàn)；數(shù)字鍵控法用受數(shù)字信號控制的開關(guān)電路實現(xiàn)。1.3.2二進制頻移鍵控（FSK）頻移鍵控FSK中載波的頻率變化由數(shù)字信息的變化來控制。故其表達式為 （1-21）兩個不同載頻的2ASK信號的相加構(gòu)成一個2FSK信號。因此，2FSK信號的時域表達式又可寫成 （1-22）式中：為單個矩形脈沖，脈寬為； （1-23）是的反碼，若=1，則=0；若=0，則=1，于是 （1-24）通?？闪詈蜑?。因此2FSK信號的表達式可簡化為 （1-25）其中 （1-26） （1-27）模擬調(diào)頻電路或者鍵控法是構(gòu)成2FSK信號的產(chǎn)生兩種常用方法。來實現(xiàn)。非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波）和相干解調(diào)都可以對2FSK信號進行解調(diào)。首先將2FSK信號分解為上下兩路2ASK信號，然后分別進行解調(diào)，最后進行判決，這就是2FSK信號的解調(diào)原理。1.3.3 二進制相移鍵控（PSK）相移鍵控PSK是保證振幅和頻率保持不變的情況之下，利用數(shù)字信息的變化來控制載波的相位變化，但是振。在2PSK中，二進制“1”和“0”通常用初始相位0和分別表示。因此，2PSK信號的時域表達式為 （1-28）其中，表示第n個符號的絕對相位： （1-29）因此，式（1.31）可改寫為（1-30）故2PSK信號通?？梢员硎鰹橐粋€矩形脈沖序列與一個正弦波的相乘，即（1-31）其中 而的統(tǒng)計特性為（1-32）即發(fā)送二進制符號“0”時（取+1），相位取0；發(fā)送二進制符號“1”時（取-1），相位取。以載波的不同相位直接去表示相應(yīng)二進制數(shù)字信號的調(diào)制方式，這種稱為二進制絕對相移方式1。1.4 升余弦滾降系統(tǒng)、匹配濾波器1.4.1升余弦滾降系統(tǒng)無碼間串?dāng)_的條件(1-33)若想消除碼間串?dāng)_，(1-34)無碼間串?dāng)_頻域條件 (1-35)頻域條件的物理意義：將H(w)在w 軸上以2p/Ts為間隔沿w軸平移，疊加的結(jié)果在(-p/Ts, p/Ts)區(qū)間內(nèi)，為一常數(shù)（不必一定是Ts ）,或者說可以等效為一個理想矩形，即可實現(xiàn)無碼間串?dāng)_。1.4.2 匹配濾波器設(shè)接收濾波器的傳輸函數(shù)為H(f)，沖激響應(yīng)為h(t)，濾波器輸入碼元s(t)的持續(xù)時間為Ts，信號和噪聲之和r(t)為 (1-36)式中，s(t) 為信號碼元，n(t) 為 高斯白噪聲。并設(shè)信號碼元s(t)的頻譜密度函數(shù)為S(f)，噪聲n(t)的雙邊功率譜密度為Pn(f) = n0/2，n0為噪聲單邊功率譜密度。由于假定濾波器是線性的，根據(jù)線性電路疊加定理，當(dāng)濾波器輸入電壓r(t)中信號和噪聲兩部分時，濾波器的輸出電壓y(t)中也包含相應(yīng)的輸出信號和輸出噪聲兩部分，即y(t)= s0(t)+ n0(t)(1-37)這時的輸出噪聲功率No等于(1-38)在抽樣時刻t0上，輸出信號瞬時功率與噪聲平均功率之比為(1-39)為了求出r0的最大值，我們利用施瓦茲不等式求 r0的最大值(1-40)等號成立的條件是(k為任意常數(shù))若(1-41)在白噪聲干擾的背景下，按上式設(shè)計的線性濾波器，將能在給定時刻t0上獲得最大輸出信噪比(2E/n0)。 t0是輸出信噪比最大的時刻。這種濾波器就是最大信噪比意義下的最佳線性濾波器，由于它的傳輸特性與信號頻譜的復(fù)共軛相一致，稱此濾波器為匹配濾波器。 匹配濾波器的的特性還可以用沖激響應(yīng)函數(shù)h(t)：(1-42)可見，匹配濾波器的沖激響應(yīng)h(t)就是信號s(t)的鏡像s(-t)，但在時間軸上(向右)平移了t0。t0是輸出信噪比最大的時刻。 實際的匹配濾波器：一個實際的匹配濾波器應(yīng)該是物理可實現(xiàn)的，其沖激響應(yīng)必須符合因果關(guān)系，在輸入沖激脈沖加入前不應(yīng)該有沖激響應(yīng)出現(xiàn)，即必須有：即要求滿足條件或滿足條件這表明，接收濾波器輸入端的信號碼元s(t)在抽樣時刻t0之后必須為零。通常選擇在碼元末尾抽樣，即選t0 = Ts。故匹配濾波器的沖激響應(yīng)可以寫為這時，若匹配濾波器的輸入電壓為s(t)，則輸出信號碼元的波形為：(1-43)式中表明，匹配濾波器輸出信號碼元波形是輸入信號碼元波形的自相關(guān)函數(shù)的k倍。k是一個任意常數(shù)，它r0(t)與的最大值無關(guān)；通常取k 1。2通信系統(tǒng)仿真平臺整體設(shè)計方案2.1平臺的布局及軟件實現(xiàn)2.1.1總體設(shè)計方案基于MATLAB的通信原理仿真平臺MATLAB總體結(jié)構(gòu)圖2-1模擬調(diào)制系統(tǒng)調(diào)制匹配濾波器升余弦沖擊響應(yīng)基帶傳輸系統(tǒng)量化抽樣定理信號數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)圖4 總體結(jié)構(gòu)2.1.2 軟件實現(xiàn) 在用戶界面中顯示的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖的內(nèi)容，必須有輸入?yún)?shù)、得到輸出、圖形仿真輸出等等。利用環(huán)境，界面友好，操作簡單，結(jié)果直觀的特點，比較分析操作結(jié)果，程序環(huán)境和圖形界面編輯工具結(jié)合起來。根據(jù)自身的程序編輯以及它擁有的函數(shù)工具結(jié)合起來，創(chuàng)建可向?qū)Щ挠脩艚缑?。界面?chuàng)建好之后便是功能的定義，在界面中有很多之前創(chuàng)建的控件，需要這些控件來完成諸多功能，而這些功能的實現(xiàn)需要在所創(chuàng)建的控件中導(dǎo)入.m文件的程序代碼。程序代碼的編寫通過自定義的一些回調(diào)函數(shù)來實現(xiàn)，并產(chǎn)生.m文件，而在“callback”寫上相關(guān)的調(diào)用函數(shù)，實現(xiàn)各個界面的關(guān)聯(lián)性。當(dāng)點擊相關(guān)按鈕式，軟件就會執(zhí)行按鈕“callback”中的程序語言，將各個子程序相互關(guān)聯(lián)化從而實現(xiàn)整個平臺設(shè)計。2.2 用戶界面設(shè)計2.2.1圖形用戶界面圖形用戶界面設(shè)計包括兩個部分，即界面設(shè)計和程序設(shè)計。具體步驟如下：（1）構(gòu)思圖形用戶界面的實際用途，明晰仿真內(nèi)容；（2）自身畫出草圖，并以用戶的心態(tài)斟酌草圖；（3）設(shè)計草圖上各個子界面的動態(tài)切換，認(rèn)真審查其中的設(shè)計紕漏；（4） 設(shè)計程序完成界面、控件、界面的切換，并對仿真功能認(rèn)真審查。句柄圖形就是將一個圖形的每一個組建都視為一個對象，每一個對象都有一個獨一無二的“句柄”，根據(jù)這個句柄，就可以找到這個對象的各種屬性，并進而更改這些屬性，以產(chǎn)生不同的圖形呈現(xiàn)效果。圖形用戶界面是由各種圖形對象，如菜單窗口，軸，菜單，按鈕，文本框，來建立用戶界面等，是實現(xiàn)人機交流的重要標(biāo)志，在該界面內(nèi)，用戶可以根據(jù)自身的需要以及根據(jù)界面提示完成整個平臺操作，卻不必去了解工程內(nèi)部是如何工作的。GUI設(shè)計既可以以基本的MATLAB程序設(shè)計（.m文件）為根本，利用GUIDE工具進行設(shè)計。在圖形用戶界面GUI設(shè)計途中，可通過GUI應(yīng)用屬性設(shè)置編輯器（Inspector）來對句柄操作的響應(yīng)設(shè)置。一個好的圖形用戶界面應(yīng)該遵循以下幾個原則：簡單性（Simplicity）、一致性（Consistency）、習(xí)常性（Familiarity）。3基于MATLAB的通信原理仿真實現(xiàn)3.1 進入歡迎界面圖5 登陸界面點擊如圖5所示的“Enter”鍵，則執(zhí)行“Enter”按鈕內(nèi)部“callback”后面的程序，此時系統(tǒng)將調(diào)用zongjiemian.m文件，出現(xiàn)選擇調(diào)制系統(tǒng)的界面。3.2 通信原理實驗選擇界面圖6 實驗選擇界面此界面主要用來選擇不同的實驗項目。點擊圖中的不同按鈕，系統(tǒng)會相應(yīng)地執(zhí)行按鈕下面的“callback”后面的程序。比如：點擊“AM”按鈕，系統(tǒng)會調(diào)用anli.m文件（附錄1所示的程序），生成調(diào)幅系統(tǒng)界面。點擊其他按鈕，情況類似，均是調(diào)用 .m文件，生成對應(yīng)的實驗項目界面。3.3 模擬調(diào)制 3.3.1 AM調(diào)制AM調(diào)制信號部分代碼及波形：dt=0.001;fc=D/2;T=5;N=T/dt;t=0:N-1*dt;mt=B*cos(C*pi*t);s_am=(A+mt).*cos(C*pi*fc*t);plot(t,s_am);hold on;plot(t,A+mt,r-); title(AM);圖7 AM調(diào)制信號波形3.3.2 DSB調(diào)制DSB調(diào)制信號部分代碼及波形：dt=0.001; fc=D/2; T=5; t=0：dt：T;mt=B*cos(C*pi*t); s_dsb=mt.*cos(B*pi*fc*t);plot(t，s_dsb); hold on; plot(t，mt，r-); title(DSB); 圖8 DSB調(diào)制信號波形3.3.3 SSB調(diào)制SSB調(diào)制信號部分代碼及波形：dt=0.001; fc=D/2; T=5; t=0：dt：T;mt=B*cos(C*pi*t); s_ssb=real(hilbert(mt).*exp(j*C*pi*fc*t);plot(t，s_ssb); hold on; plot(t，mt，r-); title(SSB);圖9 單邊帶調(diào)制3.4 二進制數(shù)字調(diào)制3.4.1 ASK調(diào)制2ASK信號的部分代碼及其波形：x=randint(10,1,2); fh=800;fs=10000; ts=1/200; %200tt=(0:1/fs:ts); t=tt;tt+ts;tt+2*ts;tt+3*ts;tt+4*ts;tt+5*ts;tt+6*ts;tt+7*ts;tt+8*ts;tt+9*ts; m=length(tt);y=zeros(10,m); i=1; %ASK modulatewhile i0)=am; x(x0)=-1; axes(handles.axes1);plot(t,x); 圖12 數(shù)字相位調(diào)制3.5 抽樣定理演示實驗抽樣定理的部分代碼以及波形：t = 0:0.01:10; Ts = 1/4; n = 0:Ts:10; x = cos(0.5*pi*t);xn = cos(0.5*pi*n); axes(handles.axes1);plot(t,x), title(連續(xù)時間singal), xlabel(Time t)axes(handles.axes2);stem(n,xn,.)title(時間上離散singal),xlabel(Time index );圖 13 抽樣定理演示3.6 量化量化部分代碼以及波形：A = 1; % sinusoids amplitudef = 2;% frequency Hzphase = 0*pi;% phase Radf_sample = 1000;%sample frequecyt_start = 0;t_stop = 1;t = t_start:1/f_sample:t_stop;y = A*sin(2*pi*f*t+phase); % y includes all sampled valueaxes(handles.axes1);plot(t,y);xlabel(t);grid on;圖 14 均勻量化波形3.5升余弦滾降系統(tǒng)、匹配濾波器仿真實現(xiàn)3.5.1升余弦滾降系統(tǒng)alph1 = 0.3 ;alph2 = 0.7 ;t_end = 5 ;t = -t_end:dt:t_end;t = t+eps ; x1 = sinc(t./Ts) ;x2 = cos(alph1*pi*t./Ts)./(1-4*(alph1*t./Ts).2) ;x3 = cos(alph2*pi*t./Ts)./(1-4*(alph2*t./Ts).2) ;圖15 升余弦滾降系統(tǒng)響應(yīng)圖16 基帶傳輸系統(tǒng)ISI分析3.5.2 匹配濾波器s = A*sin(2*pi*fc*t) ; h = sin(2*pi*fc*(Tb-t) ;y = conv(s,h)*dt ;ty = 1:length(y)*dt ;plot(ty,0*ty,b,ty,y,b) ;圖17 匹配濾波器系統(tǒng)響應(yīng)結(jié)論本文介紹了通信原理的有關(guān)理論和算法，以及如何使用MATLAB圖形用戶界面設(shè)計通信原理仿真平臺，實現(xiàn)通信中常見技術(shù)，如：模擬調(diào)制模塊、數(shù)字調(diào)制模塊、抽樣與量化分析和仿真。經(jīng)過反復(fù)的研究和斟酌，發(fā)現(xiàn)該平臺操作簡單方便，具有良好的實用性和開放性。該仿真平臺的建立對通原理論的學(xué)習(xí)具有實用價值。一方面它方便了通信原理實驗輔助教學(xué)，使教學(xué)內(nèi)容更直觀，理論知識和數(shù)學(xué)公式更易于理解，從而有效地提高教師授課效率，增強學(xué)生學(xué)習(xí)積極性；另一方面有助于改善教學(xué)內(nèi)容的薄弱環(huán)節(jié)，并可以作為實驗內(nèi)容的補充，彌補實驗室設(shè)備有限、實驗學(xué)時有限和不足，提升學(xué)生自學(xué)能力，改變他們對抽象理論的認(rèn)知思維，進一步加深對通信系統(tǒng)的理解。對于當(dāng)前國內(nèi)的通信類專業(yè)教育有著明顯的實際意義，為推廣以MATLAB為主的計算機輔助教學(xué)做出了貢獻。通過這次畢業(yè)設(shè)計，本人對MA