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)運用MATLAB，可簡化計算過程，把計算結(jié)果以圖的形式形象地顯示出來，同時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)生對知識的理解，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MATLAB的全稱是MATRIX LABORATARY(矩陣實驗室)，它是由美國的Cleve Moler博士在New Mexico大學(xué)講授線性代數(shù)課程時開發(fā)的，其基本的數(shù)據(jù)單元是一個維數(shù)不加限制的矩陣，在MATLAB下，矩陣的運算變得異常的容易。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、信號處理及通信等十余個工具箱，使MATLAB廣泛的應(yīng)用于自動控制、圖像信號處理、生物醫(yī)學(xué)工程、語音處理、雷達(dá)工程、信號分析、優(yōu)化設(shè)計等領(lǐng)域。它具有以下的功能和特點高效的數(shù)值計算及符號計算功能，能使我們從繁

3、雜的數(shù)學(xué)運算分析中解脫出來；完備的圖形處理功能，實現(xiàn)了計算結(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。實踐證明，學(xué)生可以在幾十分鐘的時間內(nèi)學(xué)會MATLAB的基本知識，經(jīng)過幾個小時的使用就能初步掌握它。二、MATLAB在通信原理教學(xué)中的應(yīng)用舉例一分析信號在頻率域的特性通信原理研究的是信號在通信系統(tǒng)中的傳輸，在許多情況下要對信號的特性進(jìn)行分析。對確定信號的分析方法是通過傅立葉變換得到頻譜，對隨機(jī)信號的分析方法是通過它的功率譜密度。運用解析法來分析信號，只能得到信號頻譜的函數(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。但是運用MATLAB語言，可很方便地得到信號的頻譜圖。下面通過一個例子來說明這個問題。例信號x(t)為:                求x(t)的傅立葉變換，并畫出頻譜。信號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。因為MATLAB只能夠?qū)﹄x散信號進(jìn)行處理，所以首先須對該信號進(jìn)行離散化。因為這個信號相比照較平滑，它的帶寬正比于信號持續(xù)時間的倒數(shù)，該信號的持續(xù)時間是4。為了安全可靠起見，帶寬取為信號持續(xù)時間的倒數(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

7、用MATLAB，我們很容易地畫出了信號的頻譜，通過頻譜圖我們直觀準(zhǔn)確地看到了該信號的主瓣寬度，近似帶寬，是基帶信號還是頻帶信號，零點分布情況等該信號的主要特性。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，可以完全消除碼間干擾，但是理想低通濾波器在現(xiàn)實的通信系統(tǒng)中是無法實現(xiàn)的。因此在現(xiàn)實的通信系統(tǒng)中碼間干擾是一定存在的，設(shè)計者只能讓系統(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)生對由碼間干擾所引起的誤碼率有一個直觀的認(rèn)識，觀察眼圖是一個很好的方法。眼

8、圖可以借助于通信原理實驗箱來觀察，也可以借助于MATLAB的系統(tǒng)仿真功能來實現(xiàn)。下面就是筆者所編的運用MATLAB來仿真通信系統(tǒng)、模擬眼圖的程序。global dt t df Nclose allN=213; %采樣點數(shù)L=32; %每碼元的采樣點數(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; %時域采樣間隔df=1/(N*dt); %頻域采樣間隔T=N*dt; %截短時間Bs=N*df/2; %系統(tǒng)帶寬Na=4; %示波器掃描寬度為4個碼元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; %升余弦信號的傅氏變換s=f2t(t2f(imp).*G); %升余弦信號的時域波形s=real(s);P=S.*conj(S)/T; %升余弦信號的功率譜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混疊，從而對誤碼產(chǎn)生的原因有一