matlab在通信原理中的應(yīng)用

1、通信原理是高校通信工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課，它主要講述了模擬和數(shù)字通信系統(tǒng)的基本原理，在通信工程專業(yè)的課程體系結(jié)構(gòu)中起著非常重要的作用，是學(xué)習(xí)許多后續(xù)課程的基礎(chǔ)。然而通信原理這門課非常抽象，許多問題都要在學(xué)生們并不熟悉的頻率域內(nèi)進(jìn)行分析，推理、算式較多，從而使許多學(xué)生望而卻步，失去學(xué)好這門課程的信心。在通信原理教學(xué)中假設(shè)運(yùn)用MATLAB，可簡化計(jì)算過程，把計(jì)算結(jié)果以圖的形式形象地顯示出來，同時(shí)MATLAB可以仿真許多通信系統(tǒng)，通過改變某些參數(shù)來觀察通信系統(tǒng)的性能，加深學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解，從而可以獲得比較好的教學(xué)效果?？陀^上，高校的多媒體教學(xué)環(huán)境日益完善，學(xué)生的電腦應(yīng)用能力增強(qiáng)，也為MATLAB應(yīng)用于

2、通信原理教學(xué)提供了條件。一、MATLAB軟件的功能和特點(diǎn)MATLAB的全稱是MATRIX LABORATARY(矩陣實(shí)驗(yàn)室)，它是由美國的Cleve Moler博士在New Mexico大學(xué)講授線性代數(shù)課程時(shí)開發(fā)的，其基本的數(shù)據(jù)單元是一個(gè)維數(shù)不加限制的矩陣，在MATLAB下，矩陣的運(yùn)算變得異常的容易。1984年Moler博士推出了該軟件的正式版本，在后來的版本中又陸續(xù)增添了控制系統(tǒng)、系統(tǒng)辨識(shí)、信號(hào)處理及通信等十余個(gè)工具箱，使MATLAB廣泛的應(yīng)用于自動(dòng)控制、圖像信號(hào)處理、生物醫(yī)學(xué)工程、語音處理、雷達(dá)工程、信號(hào)分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。它具有以下的功能和特點(diǎn)高效的數(shù)值計(jì)算及符號(hào)計(jì)算功能，能使我們從繁

3、雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算分析中解脫出來；完備的圖形處理功能，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算結(jié)果和編程的可視化；功能豐富的應(yīng)用工具箱，提供了大量方便實(shí)用的處理工具；友好的界面及接近數(shù)學(xué)表達(dá)式的自然化語言，便于學(xué)習(xí)和掌握。實(shí)踐證明，學(xué)生可以在幾十分鐘的時(shí)間內(nèi)學(xué)會(huì)MATLAB的基本知識(shí)，經(jīng)過幾個(gè)小時(shí)的使用就能初步掌握它。二、MATLAB在通信原理教學(xué)中的應(yīng)用舉例一分析信號(hào)在頻率域的特性通信原理研究的是信號(hào)在通信系統(tǒng)中的傳輸，在許多情況下要對(duì)信號(hào)的特性進(jìn)行分析。對(duì)確定信號(hào)的分析方法是通過傅立葉變換得到頻譜，對(duì)隨機(jī)信號(hào)的分析方法是通過它的功率譜密度。運(yùn)用解析法來分析信號(hào)，只能得到信號(hào)頻譜的函數(shù)表達(dá)式，根據(jù)函數(shù)表達(dá)式人工畫圖很困難，畫出

4、的圖也很不準(zhǔn)確。但是運(yùn)用MATLAB語言，可很方便地得到信號(hào)的頻譜圖。下面通過一個(gè)例子來說明這個(gè)問題。例信號(hào)x(t)為:                求x(t)的傅立葉變換，并畫出頻譜。信號(hào)x(t)可以寫成:                  由   

5、60; 的傅立葉變換是sinC2f以及傅立葉變換的線性、尺度變換的性質(zhì)，可得x(t)的頻譜是：            但是該頻譜難于畫出，可以借助于MATLAB畫出頻譜。因?yàn)镸ATLAB只能夠?qū)﹄x散信號(hào)進(jìn)行處理，所以首先須對(duì)該信號(hào)進(jìn)行離散化。因?yàn)檫@個(gè)信號(hào)相比照較平滑，它的帶寬正比于信號(hào)持續(xù)時(shí)間的倒數(shù)，該信號(hào)的持續(xù)時(shí)間是4。為了安全可靠起見，帶寬取為信號(hào)持續(xù)時(shí)間的倒數(shù)的10倍，即：         

6、     奈奎斯特頻率是帶寬的2倍，即為5，采樣間隔。求x(t)頻譜的MATLAB源程序如下:echo onts=0.2；fs=1/ts；df=0.01；x=zeros(1，10)，01，ones(1，9)，10，zeros(1，10)；X，x，df1=fftseq(x，ts，df)；X1=X/fs；f=0df1df1*(length(x)-1)-fs/2；plot(f，fftshift(abs(X1)；xlabel('頻率/HZ')title('幅度')；其中用到了自定義的函數(shù)fftseq.m，求得x(t)的頻譜如圖1所示。圖1運(yùn)

7、用MATLAB，我們很容易地畫出了信號(hào)的頻譜，通過頻譜圖我們直觀準(zhǔn)確地看到了該信號(hào)的主瓣寬度，近似帶寬，是基帶信號(hào)還是頻帶信號(hào)，零點(diǎn)分布情況等該信號(hào)的主要特性。二分析數(shù)字基帶通信系統(tǒng)的性能碼間干擾和噪聲是影響數(shù)字基帶通信系統(tǒng)性能的兩個(gè)重要因素。碼間干擾問題與系統(tǒng)的發(fā)送濾波器、信道特性、接收濾波器特性等因素有關(guān)，當(dāng)系統(tǒng)總的特性為理想低通時(shí)，可以完全消除碼間干擾，但是理想低通濾波器在現(xiàn)實(shí)的通信系統(tǒng)中是無法實(shí)現(xiàn)的。因此在現(xiàn)實(shí)的通信系統(tǒng)中碼間干擾是一定存在的，設(shè)計(jì)者只能讓系統(tǒng)函數(shù)逼近理想低通來提高系統(tǒng)的性能，降低誤碼率。為了讓學(xué)生對(duì)由碼間干擾所引起的誤碼率有一個(gè)直觀的認(rèn)識(shí)，觀察眼圖是一個(gè)很好的方法。眼

8、圖可以借助于通信原理實(shí)驗(yàn)箱來觀察，也可以借助于MATLAB的系統(tǒng)仿真功能來實(shí)現(xiàn)。下面就是筆者所編的運(yùn)用MATLAB來仿真通信系統(tǒng)、模擬眼圖的程序。global dt t df Nclose allN=213; %采樣點(diǎn)數(shù)L=32; %每碼元的采樣點(diǎn)數(shù)M=N/L; %碼元數(shù)Rb=2; %碼速率是2Mb/sTs=1/Rb; %碼元間隔dt=Ts/L; %時(shí)域采樣間隔df=1/(N*dt); %頻域采樣間隔T=N*dt; %截短時(shí)間Bs=N*df/2; %系統(tǒng)帶寬Na=4; %示波器掃描寬度為4個(gè)碼元alpha=input('滾降系數(shù)=0.5');if alpha=,alpha=0.

9、5;endt=-T/2+dt/2:dt:T/2; %時(shí)域橫坐標(biāo)f=-Bs+df/2:df:Bs; %頻域橫坐標(biāo)g1=sin(pi*t/Ts)./(pi*t/Ts);g2=cos(alpha*pi*t/Ts)./(1-(2*alpha*t/Ts).2);g=g1.*g2; %升余弦脈沖波形G=t2f(g);figure(1)set(1,'Position',10,50,300,200) %設(shè)定窗口位置及大小figure(2)set(2,'Position',400,50,300,200)%設(shè)定窗口位置及大小 hold ongrid xlabel('t in

10、 us')ylabel('s(t) in V')EP=zeros(size(f)+eps;for ii=1:100a=sign(randn(1,M);imp=zeros(1,N); %產(chǎn)生沖激序列imp(L/2:L:N)=a/dt;S=t2f(imp).*G; %升余弦信號(hào)的傅氏變換s=f2t(t2f(imp).*G); %升余弦信號(hào)的時(shí)域波形s=real(s);P=S.*conj(S)/T; %升余弦信號(hào)的功率譜EP=(EP*(ii-1)+P+eps)/ii;figure(1)plot(f,30+10*log10(EP),'g');gridaxis(-3,+3,-50,50)xlabel('f (MHz)')ylabel('Ps(f) (dBm/MHz)')figure(2)tt=0:dt:Na*L*dt;for jj=1:Na*L:N-Na*Lplot(tt,s(jj:jj+Na*L);endend運(yùn)行程序所得到的眼圖如圖2所示：圖2      通過眼圖，學(xué)生們可以很清楚地看到由于碼間干擾所引起的信號(hào)混疊，從而對(duì)誤碼產(chǎn)生的原因有一