基于MATLAB的汽車(chē)平順性的建模與仿真【實(shí)用文檔】doc

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基于MＡTＬAB的汽車(chē)平順性的建模與仿真基于MATLAB的汽車(chē)平順性的建模與仿真【實(shí)用文檔】doc文檔可直接使用可編輯，歡迎下載車(chē)輛工程專(zhuān)碩1601Z1６０4０50李晨數(shù)學(xué)建模過(guò)程1.１建立系統(tǒng)微分方程如下圖所示，為車(chē)身與車(chē)輪二自由度振動(dòng)系統(tǒng)模型：圖中,m2為懸掛質(zhì)量(車(chē)身質(zhì)量);m１為非懸掛質(zhì)量（車(chē)輪質(zhì)量）;K為彈簧剛度；C為減振器阻尼系數(shù)；Kt為輪胎剛度；z1為車(chē)輪垂直位移；ｚ2為車(chē)身垂直位移；q為路面不平度.車(chē)輪與車(chē)身垂直位移坐標(biāo)為z1、z2，坐標(biāo)原點(diǎn)選在各自的平衡位置，其運(yùn)動(dòng)方程為:（1（1）１．2雙質(zhì)量系統(tǒng)的傳遞特性先求雙質(zhì)量系統(tǒng)的頻率響應(yīng)函數(shù),將有關(guān)各復(fù)振幅代入，得：（2（2）（3（3）令:由式（2)得z2—z1的頻率響應(yīng)函數(shù)：（4（4）將式（４）代入式(3)得z1－q的頻率響應(yīng)函數(shù)：（5（5）式中:下面綜合分析車(chē)身與車(chē)輪雙質(zhì)量系統(tǒng)的傳遞特性。車(chē)身位移ｚ2對(duì)路面位移q的頻率響應(yīng)函數(shù),由式（4）及（5）兩個(gè)環(huán)節(jié)的頻率響應(yīng)函數(shù)相乘得到：（6（6）１.3車(chē)身加速度、懸架彈簧動(dòng)撓度和車(chē)輪相對(duì)動(dòng)載的幅頻特性1。車(chē)身加速度對(duì)路面不平度的頻率特性：（7（7）2。相對(duì)動(dòng)載對(duì)路面不平度的頻率特性車(chē)輪動(dòng)載荷為:（8（8）車(chē)輪靜載荷為:（9（9）（7）（7）（7）（7）則車(chē)輪與路面相對(duì)動(dòng)載為：（（10）車(chē)輪與路面間相對(duì)動(dòng)載與路面不平度之間的傳遞函數(shù)為:（（11）3。懸架動(dòng)撓度對(duì)路面不平度的頻率特性懸架動(dòng)撓度為：（12（12）懸架動(dòng)撓度與路面不平度之間的傳遞函數(shù)為：（（13）仿真過(guò)程通過(guò)建模，我們已經(jīng)得到了各所需的傳遞函數(shù)。下面要利用MATLAB的M文件進(jìn)行仿真。2.1公式的進(jìn)一步推導(dǎo)在公式（7）中,我們需要得到的是傳遞函數(shù)的分子和分母表達(dá)式,這樣可以通過(guò)插值的方法計(jì)算傳遞函數(shù),并以此計(jì)算出幅頻特性.經(jīng)進(jìn)一步推導(dǎo)后我們可得公式（７）的分子為：分母為：同理,對(duì)公式（11）、（１3）進(jìn)行推導(dǎo)得:公式（11）分子為:分母為:公式（13）分子為：分母為：２.2Ｍ文件中代碼的編寫(xiě)得到了所有傳遞函數(shù)的分子、分母，下面編寫(xiě)代碼:1．一些系統(tǒng)參數(shù)的輸入２．傳遞函數(shù)分子、分母的構(gòu)建3。傳遞響應(yīng)函數(shù)的構(gòu)建及頻響輸出車(chē)身加速度對(duì)路面不平度響應(yīng)特性：懸架動(dòng)撓度對(duì)路面不平度響應(yīng)特性:相對(duì)動(dòng)載對(duì)路面不平度響應(yīng)特性:２.3圖形輸出對(duì)比汽車(chē)?yán)碚摻滩纳系膬?nèi)容,作出的曲線(xiàn)基本符合。創(chuàng)新實(shí)踐報(bào)告報(bào)告題目：基于ｍａt(yī)lab的通信系統(tǒng)仿真學(xué)院名稱(chēng)：信息工程學(xué)院姓名：班級(jí)學(xué)號(hào)：指導(dǎo)老師:二O一四年十月十五日一、引言現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展要求通信系統(tǒng)功能越來(lái)越強(qiáng)，性能越來(lái)越高,構(gòu)成越來(lái)越復(fù)雜;另一方面,要求通信系統(tǒng)技術(shù)研究和產(chǎn)品開(kāi)發(fā)縮短周期,降低成本，提高水平。這樣尖銳對(duì)立的兩個(gè)方面的要求，只有通過(guò)使用強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助分析設(shè)計(jì)技術(shù)和工具才能實(shí)現(xiàn).在這種迫切的需求之下，ＭATLＡB應(yīng)運(yùn)而生.它使得通信系統(tǒng)仿真的設(shè)計(jì)和分析過(guò)程變得相對(duì)直觀和便捷,由此也使得通信系統(tǒng)仿真技術(shù)得到了更快的發(fā)展.通信系統(tǒng)仿真貫穿著通信系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)的全過(guò)程,對(duì)通信系統(tǒng)的發(fā)展起著舉足輕重的作用.通信系統(tǒng)仿真具有廣泛的適應(yīng)性和極好的靈活性,有助于我們更好地研究通信系統(tǒng)性能.通信系統(tǒng)仿真的基本步驟如下圖所示:二、仿真分析與測(cè)試(1）隨機(jī)信號(hào)的生成利用Mａt(yī)lab中自帶的函數(shù)ｒａndsｒｃ來(lái)產(chǎn)生0、１等概分布的隨機(jī)信號(hào)。源代碼如下所示:ｇlｏbaｌNN＝300;globaｌpp＝０．5;ｓource＝ｒanｄsｒc（1,N,［1，0;p，1-ｐ］）；(2)信道編譯碼卷積碼的原理卷積碼（coｎｖoｌutioｎaｌcode）是由伊利亞斯(ｐ.Eｌias）發(fā)明的一種非分組碼。在前向糾錯(cuò)系統(tǒng)中，卷積碼在實(shí)際應(yīng)用中的性能優(yōu)于分組碼，并且運(yùn)算較簡(jiǎn)單。卷積碼在編碼時(shí)將k比特的信息段編成n個(gè)比特的碼組，監(jiān)督碼元不僅和當(dāng)前的k比特信息段有關(guān),而且還同前面m=(N－1）個(gè)信息段有關(guān)。通常將N稱(chēng)為編碼約束長(zhǎng)度,將nN稱(chēng)為編碼約束長(zhǎng)度.一般來(lái)說(shuō),卷積碼中k和n的值是比較小的整數(shù)。將卷積碼記作（ｎ,ｋ，N)。卷積碼的編碼流程如下所示。可以看出：輸出的數(shù)據(jù)位V1,V2和寄存器D０，D1，Ｄ２，D3之間的關(guān)系。根據(jù)模2加運(yùn)算特點(diǎn)可以得知奇數(shù)個(gè)１模２運(yùn)算后結(jié)果仍是1，偶數(shù)個(gè)１模2運(yùn)算后結(jié)果是0。譯碼原理卷積碼譯碼方法主要有兩類(lèi):代數(shù)譯碼和概率譯碼。代數(shù)譯碼主要根據(jù)碼本身的代數(shù)特性進(jìn)行譯碼,而信道的統(tǒng)計(jì)特性并沒(méi)有考慮在內(nèi)。目前,代數(shù)譯碼的主要代表是大數(shù)邏輯解碼。該譯碼方法對(duì)于約束長(zhǎng)度較短的卷積碼有較好的效果，并且設(shè)備較簡(jiǎn)單。概率譯碼，又稱(chēng)最大似然譯碼,是基于信道的統(tǒng)計(jì)特性和卷積碼的特點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算。在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中,維特比譯碼是目前使用最廣泛的概率譯碼方法。維特比譯碼算法基本原理是:將接收到的信號(hào)序列和所有可能的發(fā)送信號(hào)序列比較，選擇其中漢明距離最小的序列認(rèn)為是當(dāng)前發(fā)送序列。維特比譯碼的前提是建立合適的網(wǎng)格圖，以便尋找最優(yōu)路徑?；蛘呖梢哉J(rèn)為，維特比譯碼的關(guān)鍵是尋找最優(yōu)路徑。在實(shí)際的譯碼操作過(guò)程中,怎樣建立網(wǎng)格以及建立網(wǎng)格后的路徑的選擇是譯碼的關(guān)鍵問(wèn)題。調(diào)制與解調(diào)１）ＢＰSK的調(diào)制原理在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中,當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)離散變化時(shí),則產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控2PＳＫ信號(hào)。通常用已調(diào)信號(hào)載波的０度和180度分別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號(hào)的１和0。二進(jìn)制移相鍵控信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為其中,與２ASK和2ＦSＫ時(shí)的不同，在２PＳK調(diào)制中,應(yīng)選擇雙極性，即當(dāng)發(fā)送概率為P,,當(dāng)發(fā)送概率為1—Ｐ,。若是脈寬為、高度為1的矩形脈沖，則有當(dāng)發(fā)送概率為P時(shí),(式2-2）發(fā)送概率為１—P時(shí)，（式2-3）由（式2—2)和（式2—3)可以看出，當(dāng)發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)１時(shí),已調(diào)信號(hào)取0度相位，當(dāng)發(fā)送二進(jìn)制符號(hào)為0時(shí),取180度相位，則有，其中發(fā)送符號(hào)1,,發(fā)送符號(hào)0，.這種以載波的不同相位直接表示相應(yīng)二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制信號(hào)的調(diào)制方式，稱(chēng)為二進(jìn)制絕對(duì)移向方式。下面為2PＳK信號(hào)調(diào)制原理框圖2.1所示:SS(t)碼型變換乘法器圖2。1:2ＰSK信號(hào)的調(diào)制原理圖（模擬調(diào)制方法）2）BPSK解調(diào)原理2PSＫ信號(hào)的解調(diào)通常都采用相干解調(diào),解調(diào)器原理如圖２.３所示,在相干解調(diào)過(guò)程中需要用到和接收的２PＳＫ信號(hào)同頻同相的想干載波.帶通濾波器帶通濾波器相乘器低通濾波器抽樣判決器定時(shí)脈沖輸出abcde圖２。3：BＰSK相干解調(diào)圖2.4BPSK解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間波形T圖2.4BPSK解調(diào)各點(diǎn)時(shí)間波形Ts1010tb1\ttttt11100adecQPSK調(diào)制與解調(diào)（1)QPSＫ的調(diào)制原理：四相相移鍵控是ＭＰSK的一種特殊情況，它是利用載波的4個(gè)不同相位來(lái)描述數(shù)字信息的調(diào)制方式，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。QPSＫ的表達(dá)式可以寫(xiě)為：其中，是角頻率，是第K個(gè)碼元的載波相位取值，TS是一個(gè)發(fā)送碼元的持續(xù)時(shí)間,它將取可能的四種相位之一，g（t）是發(fā)送的波形函數(shù).將上式展開(kāi)可以得到：從式中可以看出,四相調(diào)制的波形,可以看成是對(duì)兩個(gè)正交載波進(jìn)行二進(jìn)制幅度調(diào)制信號(hào)之和。從XN和ＹN的取值，容易發(fā)現(xiàn)兩者具有一定的適量約束關(guān)系。保證兩者合成的矢量點(diǎn)落在同一圓周上。這個(gè)關(guān)系意味著,系統(tǒng)的非線(xiàn)性失真對(duì)QPSK系統(tǒng)的可靠性影響很小.(2）QPＳＫ的解調(diào)原理：正交電路和同相電路分別設(shè)置兩個(gè)相關(guān)器（或匹配濾波器)，得到I(t)和Q（ｔ），經(jīng)過(guò)電平判決和串并轉(zhuǎn)換即可恢復(fù)原始信號(hào).信道加性高斯白噪聲信道加性高斯白噪聲（AWGN）從統(tǒng)計(jì)上而言是隨機(jī)無(wú)線(xiàn)噪聲，其特點(diǎn)是其通信信道上的信號(hào)分布在很寬的頻帶范圍內(nèi)。加性高斯白噪聲在通信領(lǐng)域中指的是一種各頻譜分量服從均勻分布（即白噪聲），且幅度服從高斯分布的噪聲信號(hào)。因其可加性、幅度服從高斯分布且為白噪聲的一種而得名。該噪聲信號(hào)為一種便于分析的理想噪聲信號(hào),實(shí)際的噪聲信號(hào)往往只在某一頻段內(nèi)可以用高斯白噪聲的特性來(lái)進(jìn)行近似處理。由于AＷGN信號(hào)易于分析、近似，因此在信號(hào)處理領(lǐng)域,對(duì)信號(hào)處理系統(tǒng)(如濾波器、低噪音高頻放大器、無(wú)線(xiàn)信號(hào)傳輸?shù)?的噪聲性能的簡(jiǎn)單分析(如:信噪比分析）中，一般可假設(shè)系統(tǒng)所產(chǎn)生的噪音或受到的噪音信號(hào)干擾在某頻段或限制條件之下是高斯白噪聲.這種噪聲假設(shè)為在整個(gè)信道帶寬下功率譜密度（PDF)為常數(shù)，并且振幅符合高斯概率分布。瑞利信道在無(wú)線(xiàn)通信信道中，由于信號(hào)進(jìn)行多徑傳播達(dá)到接收點(diǎn)處的場(chǎng)強(qiáng)來(lái)自不同傳播的路徑，各條路徑延時(shí)時(shí)間是不同的，而各個(gè)方向分量波的疊加,又產(chǎn)生了駐波場(chǎng)強(qiáng)，從而形成信號(hào)快衰落稱(chēng)為瑞利衰落.瑞利衰落信道(Ｒayleｉghfadingｃhannｅl）是一種無(wú)線(xiàn)電信號(hào)傳播環(huán)境的“統(tǒng)計(jì)模型(staｔiｓtiｃａlmodel）”。這種模型假設(shè)信號(hào)通過(guò)無(wú)線(xiàn)信道之后,其信號(hào)幅度（ampｌitudｅ）是隨機(jī)的,即“衰落（ｆaｄiｎg)”,并且其包絡(luò)(ｅnvｅloｐe)服從瑞利分布(Rayleighdｉｓtrｉｂutiｏｎ）。這一信道模型能夠描述由電離層和對(duì)流層反射的短波信道，以及建筑物密集的城市環(huán)境.［1][2］瑞利衰落只適用于從發(fā)射機(jī)到接收機(jī)不存在直射信號(hào)（LｏS,LinｅｏfSighｔ）的情況，否則應(yīng)使用萊斯衰落信道（Ricｅａnfaｄinｇchanneｌ)作為信道模型.(５)多徑合并1）MRC方式最大比合并是對(duì)等增益合并的改進(jìn)，即各個(gè)支路加權(quán)系數(shù)與該支路信噪比成正比，各支路信噪比越大，其相應(yīng)的加權(quán)系數(shù)越大，該支路對(duì)合并信噪比的貢獻(xiàn)也越大.假定每個(gè)支路的平均噪聲功率相等，可以證明當(dāng)各個(gè)支路加權(quán)系數(shù)為Gi＝Ａｉ/σ2時(shí)，分集合并后的平均輸出信噪比最大.其中，Aｉ為第ｉ條支路信號(hào)幅度；σ2為每條支路噪聲平均功率。合并后的輸出信號(hào)幅度為2)EGC方式當(dāng)支路加權(quán)系數(shù)設(shè)定為G１＝G2＝…＝GN時(shí),稱(chēng)為等增益合并,但需要對(duì)每個(gè)支路的信號(hào)進(jìn)行同相化處理。(6)采樣判決由于從匹配濾波器出來(lái)的信號(hào)的點(diǎn)數(shù)８倍于原來(lái)信息的點(diǎn)數(shù),為了恢復(fù)出原信號(hào),所以需要對(duì)該信號(hào)進(jìn)行采樣。從匹配濾波器出來(lái)時(shí)，首先要剔除卷積過(guò)程中冗余的點(diǎn)，接著抽取現(xiàn)在信號(hào)中的第1個(gè)，第9個(gè),……，第８×k＋１個(gè)點(diǎn),源代碼如下：fuｎctioｎ[ｙ1，y２]＝ｐick_sig(x1,x2，raｔio）ｙ１＝x1（raｔio*３＊2+1:ratio：lengｔｈ(ｘ１)）；y2＝x2（ratiｏ*3＊2＋1:raｔｉo:lengｔh（x1）)；經(jīng)過(guò)前邊的匹配濾波器解調(diào)或者稱(chēng)為相關(guān)解調(diào)產(chǎn)生了一組向量，在這里就是一個(gè)一維的向量,根據(jù)最大后驗(yàn)概率（MAP)準(zhǔn)則（由于各個(gè)信號(hào)的先驗(yàn)概率相等,所以頁(yè)可以認(rèn)為是最大似然準(zhǔn)則），得到了最小距離檢測(cè).具體在本仿真系統(tǒng)中,判斷為各個(gè)信號(hào)的門(mén)限如表２所示。判決后得到的數(shù)據(jù)再按照格雷碼的規(guī)則還原成0、1信號(hào)，最終將兩路0、１信號(hào)合成一路0、1信號(hào)，用來(lái)同最初的信號(hào)一起決定誤碼率。表2判決電平對(duì)應(yīng)表判決前的信號(hào)的幅度對(duì)應(yīng)的判決后的幅度－3-113理論值與仿真結(jié)果的對(duì)比在仿真完成之后，把得出的仿真結(jié)果與理論結(jié)果相互對(duì)比，了解仿真與理論的差異.三、系統(tǒng)仿真分析（一)有信道編碼和無(wú)信道編碼的的性能比較１、信道編碼的仿真第一步:產(chǎn)生隨機(jī)序列,執(zhí)行隨機(jī)序列生成程序,得出隨機(jī)序列：011０1011.第二步:對(duì)隨機(jī)序列進(jìn)行卷積編碼得：000111１1１101００0０第三步：在接收端對(duì)信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)，結(jié)果如下:第四步:對(duì)相干解調(diào)之后的信號(hào)進(jìn)行解碼得出下圖所示信號(hào):總結(jié)：有以上四圖看出，發(fā)送信號(hào)與接收端解調(diào)出的信號(hào)一樣，說(shuō)明無(wú)線(xiàn)通信的目的就是無(wú)失真的傳遞信息；信道的功能就是盡可能無(wú)失真的傳輸信息。2、有信道編碼和無(wú)信道編碼的比較信道編碼的實(shí)質(zhì)是在信息碼中增加一定數(shù)量的多余碼元（稱(chēng)為監(jiān)督碼元)，使它們滿(mǎn)足一定的約束關(guān)系,這樣，由信息碼元和監(jiān)督碼元共同組成一個(gè)由信道傳輸?shù)拇a字。一旦傳輸過(guò)程中發(fā)生錯(cuò)誤,則信息碼元和監(jiān)督碼元間的約束關(guān)系被破壞。在接收端按照既定的規(guī)則校驗(yàn)這種約束關(guān)系，從而達(dá)到發(fā)現(xiàn)和糾正錯(cuò)誤的目的.為了分析誤碼率隨著信噪比的編碼所呈現(xiàn)出來(lái)在有信道編碼和無(wú)信道編碼的差別,首先產(chǎn)生的隨機(jī)的１0000＊128個(gè)符號(hào)數(shù)，snｒ噪聲為0到15d。bitcoded＝chａnnelcodｉng（sｙm，G,4)；%信道編碼，(7，4）碼bitdｅｃoded=chａｎneldecodｉng（Rｓtream，Eｔａb,Sｍａt(yī)rix,H,7，4)；根據(jù)仿真曲線(xiàn)圖可以看出，有信道編碼的曲線(xiàn)的誤碼率比沒(méi)有信道編碼的誤碼率低，并且隨著信噪比的增大而明顯.說(shuō)明信道編碼提高了信息傳輸?shù)目煽啃?，提升了通信系統(tǒng)的傳輸性能。(二）ＢＰSK與QPＳK調(diào)制方式對(duì)通信系統(tǒng)性能的比較１、調(diào)制過(guò)程的仿真對(duì)(一）部分中卷積產(chǎn)生的序列００11111１1010000進(jìn)行調(diào)制得出下示波形:２、不同調(diào)制方式的誤碼率分析＜1＞BPSK調(diào)制datａ１=dａｔa。*２—１;［data2]=oveｒｓamp（data１，nd，IPＯINＴ)；daｔa3＝conv（ｄaｔａ2，ｘh)；％ｃonv:builtinfｕｎｃtｉｏn〈２>QPSK調(diào)制[iｃh,qch]=qpskmod（data1_q，1，nd，2);［ich1,ｑch1]=comｐoｖersａmp（icｈ，qｃｈ,lｅngｔh(ich）,IＰOINＴ）;[ｉch2,qch２］=coｍpcｏnｖ(ich１，ｑcｈ1，ｘh）;將BPSK和QPSK在同樣的高斯信道下傳輸，在相同的信噪比和發(fā)碼速率的情況下,仿真兩種調(diào)制方式產(chǎn)生的誤碼率曲線(xiàn)如下所示:從誤碼率圖可以看出,BＰＳＫ比QＰSK的誤碼率低,BPSK性能較好。在相同的信道下,BPSK調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率小于QPSＫ調(diào)制,因此相同系統(tǒng)情況下BＰＳK優(yōu)于QPＳＫ.(三)高斯信道和瑞利衰落信道下的比較１、信道加噪仿真將經(jīng)過(guò)調(diào)制的模擬信號(hào)通過(guò)加高斯噪聲的信道傳輸后，信號(hào)會(huì)被噪聲干擾,波形發(fā)生變化，如下圖所示：然而，在不同的信道下，波形受損的程度是不一樣的,在同一類(lèi)型的信道下，不同信噪比的受損程度也不相同。因此我們對(duì)高斯信道和瑞利衰落進(jìn)行了對(duì)比分析。2、不同信道下的誤碼分析〈1〉衰落信道[ifadｅ，qｆade］=sｅｆaｄe（datａ3,ｚeros（１，length(dａt(yī)a3）），ｉtａu,dlｖl，th1,n０,iｔnd1,now1,lｅnｇth(data3），tstｐ,ｆd，ｆlat)；iｔnd1=itnｄ1+iｔnd0;<2＞高斯白噪聲信道inoiｓｅ_0=rａndn(1，length(ｄatａ3))。＊attn；％ｒandn:builtiｎfunctiondata4＿0=datａ3＋inoise_０；ｄａt(yī)a５＿0＝conv（data4＿０，xh2）;％ｃｏnv：builtｉｎｆunctｉon將同樣的信號(hào)分別送入僅含有高斯白噪聲的信道和還有瑞利衰落與高斯白噪聲組合起來(lái)的信道,繪制出了如下圖的誤碼率曲線(xiàn):由圖可看出,經(jīng)過(guò)瑞利衰落的信道誤碼率比高斯噪聲信道更高。(四)不同合并方式下的對(duì)比1、MRC不同信噪比下的誤碼分析由上圖分析可得：天線(xiàn)越多,誤碼率越小。信噪比越大，誤碼率也越小。因此可得出結(jié)論:系統(tǒng)的信息傳輸質(zhì)量與信噪比和天線(xiàn)的數(shù)量是正相關(guān)的。２、EGC不同信噪比下的誤碼分析由上圖看出：等增益合并方式與最大比合并方式的基本規(guī)律一樣，也是天線(xiàn)越多,誤碼率越小。信噪比越大,誤碼率也越小。因此可得出結(jié)論：系統(tǒng)的信息傳輸質(zhì)量與信噪比和天線(xiàn)的數(shù)量是正相關(guān)的。3、MＲC、EGC分別在2根、4根天線(xiàn)下的對(duì)比從上圖可以看出,最大比值合并比等增益合并的誤碼率更小，最大比值合并就是通過(guò)最優(yōu)化的加權(quán)進(jìn)行的接收，它們隨著天線(xiàn)數(shù)量的增大,誤碼率減小;信噪比越大，誤碼率下降,其中最大比值隨信噪比的誤碼率變化尤為明顯。理論數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)的區(qū)別下圖為BPＳK的理論誤碼率與仿真誤碼率的曲線(xiàn)圖,通過(guò)比較ＢPSＫ信道的理論誤碼率與仿真誤碼率的差別可看出,它們的差別很小，近似為一樣的。設(shè)計(jì)小結(jié)經(jīng)過(guò)這段時(shí)間的ＭＡTLＡB通信系統(tǒng)仿真的學(xué)習(xí)，使我對(duì)通信原理及仿真實(shí)踐有了更深層次的理解。在學(xué)習(xí)過(guò)程中，我了解了MATLAB的語(yǔ)言基礎(chǔ)以及應(yīng)用的界面環(huán)境,基本操作和語(yǔ)法，讓我在分析通信系統(tǒng)的性能時(shí)更加方便。在學(xué)習(xí)當(dāng)中，我明白了通信系統(tǒng)仿真的現(xiàn)實(shí)意義，系統(tǒng)模型是對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的一種抽象，是對(duì)系統(tǒng)本質(zhì)的一種描述。通過(guò)仿真技術(shù)和方法,可以迅速構(gòu)成一個(gè)通信系統(tǒng)模型，提供一個(gè)便捷,高效和精確的仿真平臺(tái)。學(xué)習(xí)過(guò)程中,我再次系統(tǒng)的學(xué)習(xí)了現(xiàn)代移動(dòng)通信系統(tǒng)中送信源產(chǎn)生信息，再到通過(guò)發(fā)信機(jī)對(duì)信息進(jìn)行信源編碼和信道編碼，再到在信道上（移動(dòng)通信系統(tǒng)中為無(wú)線(xiàn)信道，即自由空間）受到各種噪聲信號(hào)的干擾，導(dǎo)致傳輸?shù)男畔⑿蛄挟a(chǎn)生一些變化或誤差，再到在新到的另一方向通過(guò)收信機(jī)接收到信號(hào)兵進(jìn)行信道譯碼和信源譯碼,將接收到的信號(hào)還原為原始基帶信號(hào)送至信宿將信息反映出來(lái)，從而完成移動(dòng)通信的整個(gè)過(guò)程。在這次次設(shè)計(jì)中，我首先進(jìn)行了信號(hào)的產(chǎn)生（隨機(jī)產(chǎn)生二進(jìn)制序列),再通過(guò)比較經(jīng)過(guò)有信道編碼和無(wú)信道編碼的信息的傳輸性能差異，得出結(jié)論：信道編碼增強(qiáng)了信息在信道上的傳輸性能，減小了誤碼率。然后再通過(guò)比較ＢＰＳＫ調(diào)制和QPSＫ調(diào)制對(duì)信息傳輸?shù)男阅苡绊?，得出BPＳK比QPＳK的誤碼率低,ＢPSK性能較好。在相同的信道下,BPSK調(diào)制系統(tǒng)的誤碼率小于QPSK調(diào)制，因此相同系統(tǒng)情況下BPＳK優(yōu)于ＱPＳK。另外,我還比較了在加性高斯白噪聲信道和瑞利信道上傳輸信號(hào)的誤碼率情況，總結(jié)出經(jīng)過(guò)瑞利衰落的信道誤碼率比高斯噪聲信道更高。我還比較了不同的合并方式對(duì)接收信號(hào)的誤碼率影響，了解到天線(xiàn)越多，誤碼率越小.信噪比越大,誤碼率也越小。因此可得出結(jié)論：系統(tǒng)的信息傳輸質(zhì)量與信噪比和天線(xiàn)的數(shù)量是正相關(guān)的。另外我還明白了最大比合并方式優(yōu)于等增益合并方式。在最后的理論數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)的對(duì)比中，我了解到，雖然實(shí)際結(jié)果與仿真結(jié)果之間存在一定的差距,但是們之間還是比較接近的，由此可以說(shuō)明：通過(guò)軟件仿真可以比較好的估算出系統(tǒng)的信息傳輸情況,更方便系統(tǒng)的優(yōu)化和設(shè)計(jì)。總之,通過(guò)這次設(shè)計(jì),我領(lǐng)悟到學(xué)習(xí)是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程,我們需要不斷學(xué)習(xí)新知識(shí)并溫習(xí)已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí),只有這樣，我們才會(huì)不落后于時(shí)代的發(fā)展!ＭACROＢUＴTONMTEｄitＥｑｕａt(yī)iｏｎＳecｔion2EquationChａptｅｒ１Section1SEQＭTEqn\r＼h\＊MERＧEFORMATSＥQMＴSｅc＼ｒ1\h\＊MＥRGＥFＯRMＡＴSＥQMＴChａp\r1\h\＊MＥRGＥＦOＲＭATＨarbiｎＩnstituｔeｏfＴeｃhnoｌｏgy信息論與編碼實(shí)驗(yàn)報(bào)告基于MATＬＡＢ的（7，４）循環(huán)碼的編譯仿真院系：電子與信息工程學(xué)院姓名：周才發(fā)學(xué)號(hào)：13S005051班級(jí)：通信二班哈爾濱工業(yè)大學(xué)基于MＡＴＬAＢ的(7，４）循環(huán)碼的編譯仿真(電子與信息工程學(xué)院13S0０5０51周才發(fā)序號(hào)：15)循環(huán)碼簡(jiǎn)介隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的全面進(jìn)步,計(jì)算機(jī)事業(yè)的飛速發(fā)展，以計(jì)算機(jī)與通信技術(shù)為基礎(chǔ)的信息系統(tǒng)正處于蓬勃發(fā)展的時(shí)期.隨著經(jīng)濟(jì)文化水平的顯著提高，人們對(duì)生活質(zhì)量及工作軟件的要求也越來(lái)越高.在計(jì)算機(jī)通信信息碼中循環(huán)碼是線(xiàn)性分組碼的一個(gè)重要子集，是目前研究得最成熟的一類(lèi)碼。它有許多特殊的代數(shù)性質(zhì)，它使計(jì)算機(jī)通信以一種以數(shù)據(jù)通信形式出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了在計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)之間或計(jì)算機(jī)與終端設(shè)備之間進(jìn)行有效的與正確地信息傳遞,它使得現(xiàn)代通信的可靠性與有效性實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。它是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)與通信技術(shù)飛速發(fā)展的產(chǎn)物，在日常生活通信領(lǐng)域、武器控制系統(tǒng)等領(lǐng)域都被廣泛應(yīng)用。糾錯(cuò)碼(errorcorrｅｃtinｇcｏdｅ）,在傳輸過(guò)程中發(fā)生錯(cuò)誤后能在收端自行發(fā)現(xiàn)或糾正的碼.僅用來(lái)發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤的碼一般常稱(chēng)為檢錯(cuò)碼。為使一種碼具有檢錯(cuò)或糾錯(cuò)能力,須對(duì)原碼字增加多余的碼元，以擴(kuò)大碼字之間的差別，即把原碼字按某種規(guī)則變成有一定剩余度（見(jiàn)信源編碼)的碼字,并使每個(gè)碼字的碼之間有一定的關(guān)系。關(guān)系的建立稱(chēng)為編碼.碼字到達(dá)收端后,可以根據(jù)編碼規(guī)則是否滿(mǎn)足以判定有無(wú)錯(cuò)誤。當(dāng)不能滿(mǎn)足時(shí)，按一定規(guī)則確定錯(cuò)誤所在位置并予以糾正。糾錯(cuò)并恢復(fù)原碼字的過(guò)程稱(chēng)為譯碼。檢錯(cuò)碼與其他手段結(jié)合使用,可以糾錯(cuò)。糾錯(cuò)編碼又稱(chēng)信道編碼，它與信源編碼是信息傳輸?shù)膬蓚€(gè)方面.它們之間存在對(duì)偶的關(guān)系.應(yīng)用信道譯碼直接對(duì)一些自然信息進(jìn)行處理,可以去掉剩余度,以達(dá)到壓縮數(shù)據(jù)的目的。為了使一種碼具有檢錯(cuò)或糾錯(cuò)能力,必須對(duì)原碼字增加多余的碼元,以擴(kuò)大碼字之間的差別，使一個(gè)碼字在一定數(shù)目?jī)?nèi)的碼元上發(fā)生錯(cuò)誤時(shí)，不致錯(cuò)成另一個(gè)碼字。準(zhǔn)確地說(shuō)，即把原碼字按某種規(guī)則變成有一定剩余度的碼字,并使每個(gè)碼字的碼元間有一定的關(guān)系.關(guān)系的建立稱(chēng)為編碼。碼字到達(dá)收端后，用編碼時(shí)所用的規(guī)則去檢驗(yàn).如果沒(méi)有錯(cuò)誤,則原規(guī)則一定滿(mǎn)足，否則就不滿(mǎn)足。由此可以根據(jù)編碼規(guī)則是否滿(mǎn)足以判定有無(wú)錯(cuò)誤.當(dāng)不能滿(mǎn)足時(shí),在可糾能力之內(nèi)按一定的規(guī)則確定錯(cuò)誤所在的位置，并予以糾正。糾錯(cuò)并恢復(fù)原碼字的過(guò)程稱(chēng)為譯碼；碼元間的關(guān)系為線(xiàn)性時(shí)，稱(chēng)為線(xiàn)性碼；否則稱(chēng)為非線(xiàn)性碼。檢錯(cuò)碼與其他手段結(jié)合使用，可以糾錯(cuò)。檢錯(cuò)反饋重發(fā)系統(tǒng)（AＲQ系統(tǒng))就是一例.循環(huán)碼是線(xiàn)性分組碼的一種，所以它具有線(xiàn)性分組碼的一般特性,此外還具有循環(huán)性。循環(huán)碼的編碼和解碼設(shè)備都不太復(fù)雜，且檢(糾）錯(cuò)能力強(qiáng)。它不但可以檢測(cè)隨機(jī)的錯(cuò)誤,還可以檢錯(cuò)突發(fā)的錯(cuò)誤。循環(huán)碼可以檢測(cè)長(zhǎng)為或更短的任何突發(fā)錯(cuò)誤，包括首尾相接突發(fā)錯(cuò)誤.循環(huán)碼是一種無(wú)權(quán)碼，循環(huán)碼編排的特點(diǎn)是相鄰兩個(gè)數(shù)碼之間符合卡諾圖中的鄰接條件，即相鄰兩個(gè)數(shù)碼之間只有一位碼元不同，碼元就是組成數(shù)碼的單元。符合這個(gè)特點(diǎn)的有多種方案，但循環(huán)碼只能是表中的那種。循環(huán)碼的優(yōu)點(diǎn)是沒(méi)有瞬時(shí)錯(cuò)誤,因?yàn)樵跀?shù)碼變換過(guò)程中,在速度上會(huì)有快有慢，中間經(jīng)過(guò)其它一些數(shù)碼形式，稱(chēng)它們?yōu)樗矔r(shí)錯(cuò)誤。這在某些數(shù)字系統(tǒng)中是不允許的，為此希望相鄰兩個(gè)數(shù)碼之間僅有一位碼元不同，即滿(mǎn)足鄰接條件,這樣就不會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)錯(cuò)誤.循環(huán)碼就是這樣一種編碼,它可以在卡諾圖中依次循環(huán)得到。循環(huán)碼又稱(chēng)格雷碼（GrａｙCode)。實(shí)驗(yàn)要求（1）利用(7,4）系統(tǒng)循環(huán)碼的生成多項(xiàng)式為：，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)該循環(huán)碼的編碼器;(2）隨機(jī)產(chǎn)生重量為０或1的八種錯(cuò)誤圖樣中的一種，得到實(shí)際接收碼字。（３）根據(jù)接收到的碼字進(jìn)行譯碼。編譯碼原理循環(huán)碼最大的特點(diǎn)就是碼字的循環(huán)特性，所謂循環(huán)特性是指:循環(huán)碼中任一許用碼組經(jīng)過(guò)循環(huán)移位后，所得到的碼組仍然是許用碼組，也就是說(shuō)，不論是左移還是右移,也不論移多少位，仍然是許用的循環(huán)碼組。循環(huán)碼的生成多項(xiàng)式寫(xiě)為,它是循環(huán)碼碼集中唯一的，冪次為的碼多項(xiàng)式,則是一個(gè)冪次為的碼多項(xiàng)式。按模運(yùn)算，此時(shí)：MACＲOBUTＴO(shè)ＮMTPlaｃeＲef\＊ＭERＧEＦOＲMATＳEQMTＥqn\ｈ\*MＥRGEＦOＲMAT(ＳＥQMTEqn\c\*Araｂiｃ\*MERGEＦORＭAT1）即,且因也是次冪，故。由于它是循環(huán)碼,故按模運(yùn)算后的“余式”也是循環(huán)碼的一個(gè)碼字,它必能被整除，即：MACROBUＴＴＯＮMＴPｌaceRef\＊MERGＥＦORＭＡＴSEQMTEｑn\h\＊ＭEＲGEFORＭＡT（SEQＭTＥqn\ｃ\＊Arabｉｃ\＊MＥRGEFＯRMAＴ２）由以上兩式可以得到：MACＲＯBUＴTONMＴPlａceRｅf\＊MEＲGEＦORMＡTSＥQMＴEqｎ\ｈ＼*MERGEFＯRMＡT(ＳＥQＭTEqn\ｃ\*Ａrａｂiｃ\＊MＥRGEＦORＭAT3）MAＣRＯBUTＴＯNMTPlaｃｅRｅf\*MERGEFORＭATSＥQMTEｑｎ＼h＼*MERGEFOＲMAT(SEQMＴＥqn\c\*Arａｂic\＊ＭERGEFＯＲMAT４）從上式中可以看出,生成多項(xiàng)式ｇ(x)應(yīng)該是的一個(gè)因式，即循環(huán)碼多項(xiàng)式應(yīng)該是的一個(gè)次因式。由生成多項(xiàng)式可以得出相應(yīng)的典型生成矩陣及標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)督矩陣:MＡＣＲOＢUTTＯNMTPlａceReｆ\*MERＧEＦORMATSEQMTEqn\h＼*ＭERGEFORMAT(ＳEQMTＥｑｎ\c\*Ａrabic\*ＭEＲＧEFＯRMＡT５)MAＣＲOBＵTTONMTPlaｃeReｆ\＊MＥRGEFOＲMＡTSEQMTＥqｎ\ｈ＼＊ＭERGＥFＯＲMAT(SEQMTEqn＼ｃ\＊Ａｒabic\＊ＭERＧEFORＭAＴ６)已知（7，4）循環(huán)碼的生成多項(xiàng)式和校驗(yàn)多項(xiàng)式分別為:,。寫(xiě)得其生成矩陣和校驗(yàn)矩陣分別為：ＭACROＢUTTONMTPｌaｃeRef\*ＭＥRGEFORMＡＴSＥQMTEqｎ\h\*ＭERGＥFＯRMAT(SEQMＴＥqｎ\c\*Arabｉｃ＼*MＥRGEFOＲMAＴ7)MACROBUTＴO(shè)NMTPｌacｅRef＼*ＭＥRＧEＦORMATSEQMTEqｎ＼h\＊MＥRＧEFORMＡT（SEQMTＥqn\c\＊Arabic＼＊MERGEFORMＡT8）循環(huán)碼的編譯碼過(guò)程如下：編碼過(guò)程第一步:將信息碼字表示為，其最高次冪為；第二步：將與求模得出相應(yīng)的余式；第三步：編碼結(jié)果為.譯碼過(guò)程第一步：由接收碼字與監(jiān)督矩陣相乘得出錯(cuò)誤圖樣；第二步：判斷是否為零.若不為零，則出錯(cuò)。在假定至多只有一位錯(cuò)的情況下,可以有效地譯了相應(yīng)的信息碼字。第三步：在出錯(cuò)的情況下，將與標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)督矩陣對(duì)比，得出錯(cuò)誤的比特位并進(jìn)行更正得出前四位為信息碼字。仿真結(jié)果編譯碼程序說(shuō)明編譯碼程序由三個(gè)子函數(shù)及界面函數(shù)組成.三個(gè)子函數(shù)分別完成編碼、譯碼及字符提取的工作，以下為三個(gè)函數(shù)的源碼：%％%%％％%%ｃyle_code。ｍｆunｃtｉｏn［msｇ_en］＝cｙcｌe_ｃode(m,msg)%循環(huán)碼編碼函數(shù)%輸入?yún)?shù)％m:監(jiān)督位的位數(shù)；%ｍsg：信息碼字%輸出參數(shù)%ｍsg_en：編碼結(jié)果%iｎｐｕtpａraｍeters％碼長(zhǎng)與信息碼字n=2^m—１;k=n-m；％產(chǎn)生生成矩陣pａrｍat和校驗(yàn)矩陣ｇenmaｔｐol=cｙcｌｐoly（n,k)；[ｐaｒmat，geｎmaｔ,k]＝cycｌgen（７,pol）;％調(diào)整生成矩陣與監(jiān)督矩陣gｅn_temp=ｅyｅ（k）;paｒ_temｐ=eye（m）;parmaｔ=［par_tempgｅnmａｔ（：，１：m）’]；genmaｔ=[ｇｅn＿ｔｅｍpgenmａt(yī)（:,１:m）］;%產(chǎn)生編碼后的碼字空間Cmsg_en=rｅm（ｍsg＊gｅnmａt(yī)，2）;％％％%%％％％cyｌe_decode。ｍfuncｔioncoｄe=cycle_decｏｄe(m，msg）％循環(huán)碼譯碼函數(shù)％輸入?yún)?shù)%m：監(jiān)督位的位數(shù)；％ｍｓｇ：信息碼字％輸出參數(shù)％coｄe:譯碼結(jié)果%碼長(zhǎng)與信息碼字n=2^m—1；ｋ＝n—m;%產(chǎn)生生成矩陣parmａt(yī)和校驗(yàn)矩陣ｇenmａt(yī)ｐol=cyｃlpoｌy（n,k）;[parｍａｔ,ｇｅnmat，k］=cyclgｅn(７,pol）;%調(diào)整生成矩陣與監(jiān)督矩陣gen_teｍp=eｙｅ(k）;par_temp=eye(m)；parmａt(yī)＝［paｒ_ｔemｐgenmａt(yī)（：，１：m）’];genmaｔ=［ｇｅn_temｐgeｎmat（:,1：m）]；％計(jì)算伴隨式S=ｒｅｍ（msｇ＊parmat＇,２）';ｃount=0；%比較譯碼ｉf（ｓum(S)～=０)fｏr(ii=1：1:n）for(jj=1：1:ｍ)if（S（jj）==ｐarmaｔ(jj，ii）)cｏunｔ=cｏunt+1；eｎd；end;ｉf（ｃount=＝３）mis=ｉi;elｓｅcount＝0;end；enｄ;elｓemｉs=0;end；if(mis)ｍsg（ｍis)=rem(mｓg(mis）+1,２)；eｎd；%譯碼結(jié)果ｃode=mｓｇ（1:k）；％%%％％％%％extrａcts＿bｉts.mfunctｉonｍsg＝extracｔ_ｂitｓ（inf＿msｇ)％比特提取函數(shù)％輸入?yún)?shù)%ｉnf_mｓg:信息碼字％輸出參數(shù)％mｓg：提取結(jié)果wａrnｉngoｆflen=lｅｎgth(inf＿msｇ）；msg=zeroｓ（１,len）；fｏrii＝1：ｌenmｓg(1，ii）=str2nｕm(inｆ_ｍsg（ii)）；％將字符轉(zhuǎn)換成數(shù)字enｄ;％msg％％％％％%%ｃyclｅ．mfunctionvarargoｕｔ＝cycle（vaｒaｒgｉn）％ＣYCＬEMATLABｃｏdeforcyｃle.fig％CＹCLE,bｙitsｅｌf,cｒｅateｓanｅwCYＣLEorraisｅstheexisｔing％ｓｉnglｅton＊.％％Ｈ＝CYCLEretｕｒnsthｅhanｄleｔoanewCYCLEｏｒtheｈａndlｅto％theｅxistｉngｓiｎgleton*.%%CＹCLE（＇CＡLLBＡCK’，hOｂjecｔ，eｖｅntＤaｔa,handｌes,。。。)caｌlｓtheｌoｃaｌ％fuｎｃtiｏｎnamedCAＬLＢACＫinCYCＬＥ。Ｍwitｈthegivｅninputargｕments。％%CYCＬE(＇Propeｒty’，＇Value’，..．）ｃreatesaｎeｗCYCＬＥorraiseｓthe％exisｔｉngsiｎgleton*。Startｉｎgｆrｏｍthｅｌｅｆt，prｏpｅrtyｖaｌueｐairsａre％apｐｌiｅdtotheＧUIbefoｒecｙｃｌe_OｐｅｎiｎgＦcnｇeｔｓcalleｄ.Ａｎ％unｒｅcognｉzｅdpｒopeｒorinvaｌidvalｕemakespropｅrtyapplｉcatｉon%sｔop．Ａllｉnputｓaｒeｐassedｔocycｌe_OｐeｎingFcnviavaｒaｒgin．％％＊Sｅe(cuò)GUＩOpｔionsoｎGUIＤE’sToolｓmｅnu.Choose”GUIalｌowsoｎlyｏne％ｉnstａnｃetoruｎ（ｓiｎglｅtｏn)"。%%Sｅe(cuò)aｌsｏ：GUIＤE，GUIDATA，GUIＨANDLEＳ％Edittｈeabovetextｔomodｉfｙｔheｒeｓｐｏnｓetｏheｌpcyｃｌｅ％LastＭoｄifiｅｄbyGＵIDEv２。530—Noｖ-２０１321：５８：46％Begininitializａｔioncode－ＤＯNOTＥDITgui_Ｓiｎgleｔｏn＝1；ｇｕi＿Stａｔe=struct（＇gui＿Name’，mfiｌｅｎame,.。。'gｕi_Sinｇleton’，gui_Sｉnglｅton，。.．’guｉ_(kāi)ＯpeniｎgFcｎ’,＠cycle_ＯpｅninｇFcn,。．．＇gui_OuｔputFcn’，@cｙｃｌe_ＯｕｔｐutFcｎ,...’gui_LayoutＦcn＇，［］，．.。'ｇuｉ_(kāi)Caｌlbacｋ’,［］）；ifnargiｎ＆＆ischar(ｖａrarｇin｛1｝）gui＿Ｓtate．guｉ_(kāi)Cａlｌbａck＝str2func(varａrgｉn{1｝）；eｎdｉｆnargout［ｖａrargoｕt｛１：nargout}]＝gui_mainｆｃｎ(ｇui_Sｔatｅ，ｖarａrｇin{：｝)；elseｇui＿mａinfcn(ｇui＿State,varargin｛：｝）；eｎd％Enｄinitｉaliｚatiｏnｃoｄe-DONOTEＤＩT％—－—Eｘecutesｊusｔｂeforeｃycleiｓmadeviｓible。funcｔioncｙｃｌｅ_OpeningFcn(hOｂjeｃt，evenｔdata,handlｅs,varargiｎ）％Thｉsfuｎctionhasnoouｔｐutargｓ,seeOuｔputFcn。％hOｂjecｔhanｄletoｆiｇure%ｅventdａt(yī)ａｒｅserｖed－ｔｏbedｅfiｎedinafｕｔuｒeveｒｓioｎofMATLAB％handleｓstructureｗｉthhaｎdｌesanduserdata（ｓeeGUＩDＡＴA）％ｖａrａrgincoｍmandｌｉｎeａrgumeｎｔstocycle（seeＶARARGIN)handles．outpｕt_codｅ＝hＯｂject；hａnｄles．ｍ=3；ｈandles.n＝２^（ｈandlｅs。ｍ)-1；haｎdｌeｓ.k=hanｄｌes.n－h(huán)ａnｄｌes。ｍ；hanｄles.inpｕt_msg=［0０００]；ｈaｎdlｅs．outpｕt_ｍｓg=［000０］；ｈandles．output＿encode＝[00000００]；ｈａnｄｌes．ouｔpｕt_dｅcｏde＝[0０0０000］；hanｄles.inｔput＿dｅｃode＝［0000000]；ｈandles。flag=0;gｕｉdata（hObjeｃt,hanｄles);％Choｏｓeｄｅfａｕltcoｍmandｌiｎeoutpuｔforcycleｈandlｅs．oｕtpｕt=hObjｅct;%Uｐdatehandlesｓtrｕｃtuｒeｇｕｉｄata(hOｂject,ｈａndles)；％UIWAITmakescyclewaitｆoruｓeｒreｓpｏｎse（seeUIＲESUME)%uiwａit（hａndleｓ。figｕｒｅ1)；%———Oｕｔpｕtsfｒoｍthisfunctiｏnａｒeｒｅturnedtｏthecoｍmandliｎe。functiｏnｖarargout=cyｃｌe_ＯutpuｔFcn（hOｂjｅct，eveｎｔｄaｔa,hａndｌes）％vａrａrgｏｕtｃｅllarｒaｙfoｒｒｅturｎiｎgoutpｕtaｒgｓ(seeＶARＡＲGＯUＴ)；%ｈObjｅcthandlｅtｏｆigure％ｅvenｔdatareseｒｖed-tobedeｆinｅdinａfutuｒｅｖｅrsｉoｎofMATLAB％ｈandlesstructurewitｈhandlesａnｄｕsｅｒdatａ(seeGＵＩDATA)％Getdefaｕltｃommandlineoutpｕｔfromhaｎｄleｓstrｕｃｔurｅｖaｒargｏut｛1｝＝handｌes。ｏutpuｔ；％-——Eｘｅcutesoｎbｕｔtｏｎｐｒｅssiｎeｎcoｄe．ｆuｎctｉoｎeｎcｏde_Ｃａllbaｃｋ(ｈObject，eventdａt(yī)a，hａｎdles）％hOｂｊectｈandｌｅtoｅncodｅ(seeGCBＯ）％eventdataresｅrｖed—tobｅdefineｄinafutureverｓionｏfＭATLＡＢ％hａndｌｅssｔruｃtureｗitｈhａｎdｌｅsａnduｓerｄata（seeＧUＩDATA)ｈandles。coｄe=eｘtｒact＿ｂits（haｎdles.ｃodes）;％ｇuiｄata（hObｊeｃt,handlｅs）；ｈandles。ｅncode=cycle_coｄｅ（handles。m,hａndlｅs.coｄe）handｌｅs.fｌag=0;str=num2stｒ（hａndleｓ。encode）;sｅt(hanｄｌes.outcode,’stｒing',str);ｇuidａt(yī)ａ（hOｂject，haｎdles);％－——Ｅxecｕtｅsonbuttｏnpresｓiｎdecode.functiondｅｃoｄe_Cａlｌback(hObｊeｃｔ，eｖentdata，haｎdlｅｓ)％hOｂjecｔhandleｔodecodｅ(sｅe(cuò)GCＢO）％evenｔdatareserｖｅd－tobｅdeｆinediｎaｆｕtureversionofMATLＡB％ｈandleｓｓtｒｕcｔureｗithhａnｄｌesanduserdata(seeGUＩDATＡ)handles．iｎput_ｄｅcｏde=exｔraｃｔ_bits(haｎdles.ｃｏdes）;gｕｉdａｔａ(hObject,handｌｅｓ）;ｈaｎｄles。decode=cyclｅ＿ｄecode(handles.m,hａndlｅs.input＿decｏdｅ）;handles.flaｇ=1;str=nｕm２str（ｈandｌeｓ。decode）;set（haｎｄles。outcode，＇strｉｎg＇,str);gｕｉｄata(hObject，handles)；fuｎｃtioninｐｕｔcｏde_Caｌｌbａｃｋ(hObｊecｔ，eｖeｎｔdata，hanｄles）%hObjｅcthanｄlｅtoｉnｐｕtｃodｅ（ｓｅe(cuò)ＧCBＯ）％eveｎtｄａt(yī)ａrｅsｅrved－tobｅｄefiｎedｉnafuｔｕreｖeｒsｉｏnofＭATLAＢ%ｈandlesstrucｔurｅwｉｔhｈａｎｄｌesaｎdｕｓerdａt(yī)ａ(seeGUＩDATA）hａndles。cｏdes=gｅt（hObjｅct，’Stｒing’）；gｕｉdata(ｈObｊect，handleｓ）;%Ｈints：get(hＯbｊect，'Ｓｔrinｇ’)rｅｔurnｓｃontｅntsofiｎｐutcｏdｅaｓtｅxt％sｔr２ｄoｕbｌe(ｇet（hOｂject，＇Strｉng'））retuｒnsconｔｅntsoｆiｎputcodeaｓadouble％-——Eｘecutesduringｏbjecｔｃｒｅation,ａftｅrsｅttinｇaｌlｐｒoperｔies.ｆunctioniｎｐutｃｏde_CｒｅaｔｅFｃn(hOｂject，eｖｅnｔdata，handlｅs）％ｈObjeｃthaｎdletoiｎpuｔcode（seeGCBＯ）%eventdatａreseｒveｄ—tobedeｆiｎｅdinafutureversｉonofＭAＴL(fǎng)AB%handlesempty－h(huán)ａｎdleｓnｏtcrｅateｄuntｉｌafｔeｒallCｒｅateFcnscａlｌeｄ%Hｉnｔ：eｄiｔcontｒolsuｓｕａllyｈaveawhitebackgroundoｎWindoｗs.%SeeISPCandCOMＰUTEＲ．ifiｓpc＆＆iseｑuａｌ(get（hObject，＇BackｇｒｏuｎdＣｏlor'),get(0,'dｅfaultUiｃｏｎtｒｏlＢaｃkgrouｎdCoｌｏr')）set(hObｊeｃt，＇ＢacｋgroｕndCｏｌｏｒ’,’wｈｉte＇）;ｅnｄ界面說(shuō)明及運(yùn)行結(jié)果界面由四部分組成，分別是輸入、輸出及編譯碼按鈕。其運(yùn)行的初始界面如下圖所示。當(dāng)進(jìn)行編碼時(shí)，其操作過(guò)程為：在輸入框內(nèi)輸入相應(yīng)的信息碼字,如“1１0１”，并按編碼按鈕,其輸出結(jié)果為“1１０１001",其運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：當(dāng)進(jìn)行譯碼時(shí),其操作過(guò)程為:在輸入框內(nèi)輸入相應(yīng)的信息碼字，如“1１01０01”，并按編碼按鈕,其輸出結(jié)果為“1101”,其運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：當(dāng)隨機(jī)錯(cuò)一位時(shí)，在輸入框內(nèi)輸入相應(yīng)的信息碼字,如“0１0100１”，并按編碼按鈕，其輸出結(jié)果為“1101"。其運(yùn)行結(jié)果如下圖所示:．當(dāng)隨機(jī)錯(cuò)兩位時(shí)，在輸入框內(nèi)輸入相應(yīng)的信息碼字,如“０101001”，并按編碼按鈕,其輸出結(jié)果為“0０01"。其運(yùn)行結(jié)果如下圖所示：運(yùn)行說(shuō)明由上述驗(yàn)證可以得到GＵI界面的運(yùn)行方式:先在輸入框內(nèi)輸入相應(yīng)的信息碼字，然后按“編碼”或“譯碼”按鈕。在輸出框就會(huì)有相應(yīng)的編譯碼輸出。結(jié)論通過(guò)驗(yàn)證，由MATLAB編寫(xiě)的編譯碼函數(shù)可以實(shí)現(xiàn)（7，4)循環(huán)碼的編譯碼;通過(guò)驗(yàn)證，GUＩ界面可以有效地引用相應(yīng)函數(shù)實(shí)現(xiàn)（７，4)循環(huán)碼的編譯碼;基于MＡTLAＢ的眼圖仿真——及其與通信實(shí)驗(yàn)箱之結(jié)果的比較摘要通信實(shí)驗(yàn)往往可以從硬件和軟件兩方面著手設(shè)計(jì)，并加以橫向比較，從而達(dá)到更深刻地理解和領(lǐng)會(huì)通信理論原理的目的.本設(shè)計(jì)選取眼圖為研究對(duì)象?？煽啃允峭ㄐ畔到y(tǒng)的重要指標(biāo)之一,而眼圖是定性衡量傳輸系統(tǒng)可靠性能—-碼間串?dāng)_大小及受信道噪聲的影響等——的方法，簡(jiǎn)單直觀;除了用通信實(shí)驗(yàn)箱實(shí)現(xiàn)眼圖的觀察外，軟件仿真具有前者所不具備的優(yōu)點(diǎn)，本設(shè)計(jì)以ＭAＴL(fǎng)ＡＢ為主要工具實(shí)現(xiàn)了眼圖的仿真模擬.硬件方面使用北京掌宇金儀科教儀器設(shè)備有限公司生產(chǎn)的TIMS—３0１F系列實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),只需較少的模塊就能完成眼圖的實(shí)現(xiàn)，缺點(diǎn)是靈活性不夠;MATLAＢ由初始的矩陣實(shí)驗(yàn)室發(fā)展成一款具有廣泛用途的科學(xué)實(shí)驗(yàn)軟件,在通信系統(tǒng)仿真方面是有效而便捷的.ＭAＴL(fǎng)ＡB本身內(nèi)置功能強(qiáng)大的函數(shù)庫(kù)和講解詳細(xì)的幫助文檔，前者使得眼圖的仿真更加高效眼圖仿真考慮了以下幾方面因素的影響：調(diào)制數(shù)字信號(hào)的方式、傳輸系統(tǒng)(濾波）、信道噪聲及其大小等等；給出了MATLAB語(yǔ)言編程和Simulinｋ動(dòng)態(tài)建模兩種眼圖的實(shí)現(xiàn)方式,通過(guò)仿真有效的驗(yàn)證了眼圖判斷噪聲大小、系統(tǒng)性能的有效性,并嘗試了通過(guò)眼圖調(diào)整通信系統(tǒng)的抗干擾能力。關(guān)鍵字：通信系統(tǒng),眼圖，仿真，MATLABＳimuｌatioｎofEｙeDiagramBasｅｄｏｎMaｔｌaｂ——&CoｍｐarｉsonwitｈtherusultofTIMSAbstｒactExperｉｍentiｎcomｍuniｃaｔionsysｔemcaｎofｔenbecoduｃtedoｎｈarｄwareasｗelｌaｓｂｙsｏfｅware，andbydｒａｗｉngcoｍpaｒisonｗiｔhｅachother,tｈｅprinｃiｐlesofｔｈetheoｒiｅsincommunicａt(yī)ionsyｓteｍｃｏuldbｅｕnｄersｔoodmoredｅe(cuò)pｌyandpropeｒly。TｈｅEyeDiagraｍｗasｃｈｏseｄtoｂeｓtuｄieｄｉnthisdesign。Tｈerｅliabilｉtｙisｏneoｆthemoｓｔｉmporｔａｎｔindeｘｅｓiｎevalｕatｉngtheｐerformaｎceｏfacoｍmuniｃatｉoｎｓyｓｔem。EyeDｉａｇｒａmissuｃhatooltｏｏｂｓerveｔhｅperｆoｒｍaｎｃemunｉcａt(yī)ionsystｅｍs.ByusiｎganEyｅＤiagram,themａgniｔuｄｅｏftｈenoｉseａndｔheIntersｙmbｏｌｅInteｒferｅnce(ISI)ｃｏuｌｄｂediａｇｎｏsedbyaｎdlaｒge。TｗｏmｅtｈodswereｅmployedtoacｈieveｔheEyeDiagraｍ。ＯnewasｔｈeTIＭS—30１Fteaching＆ｅｘperimentaｌｓｙｓｔｅm，ｗhｉchissｉｍpｌｅbｕtiｎflｅｘible；theotｈerｗａsusｉngtheｌangｕａgeofMＡＴL(fǎng)AＢwhｉchcontainsｐrograｍmingｂymatlabandｅstablishingｄｒammiｃmodelsｏfcｏmmunｉｃaｔionｓysｔｅminSimulink.Ｃomｐarisｏｎwasdrａwnbｅtｗeentheｔwo.ManyfactoｒsweｒecoｎｓｉdereｄｉnthesimulatioｎofEｙeDｉａgraｍ，sucｈasｔhｅｗａywｈｉcｈａdiｇitａlsignalwaｓmoｄｕlａt(yī)ｅｄｂefｏreｔransmitiｎg,tｈetraｎsmitsysteｍ，noiseofthｅchannｅl,tｈefiltｅranｄｓoｏn．Somｅｐｈeｎomｅｎonscanbeoｂｓervｅdandsomeｐｒincipｌｅｓｂｅｔested,besｉde,iｔalsotriｅstoimｐrove/aｄjusttｈｍunicatioｎsyｓtemwiththehｅlpoftheＥｙeDiagram.KeyWords：ＣｏmmuｎicaｔionSystem，EyeDiagram，Simulation,MAＴL(fǎng)ＡＢ目錄TＯC\h\z\t"標(biāo)1，１，標(biāo)2,2"HYPＥRＬINＫ\l＂_Toc１0617679６"1緒論ＰAＧEＲEF_Toc1０61７6796\h1HYPEＲＬINK\l＂_Ｔoc１０６１７6797"1．1引言ＰAGEREＦ_Toc10６176７97\ｈ１１．2通信系統(tǒng)及其性能指標(biāo)ＰAGEREF＿Toc1０617６7９８\h21．３碼間干擾及無(wú)失真?zhèn)鬏擯AGEREＦ_Toc1０6176799\h41.４眼圖及其模型PAＧEREF_Toc1061７6800\h5２眼圖的硬件實(shí)現(xiàn)PAＧEＲEF_Toｃ1０6１7680１\ｈ72．１TＩＭS系統(tǒng)簡(jiǎn)介PAGERＥF_Toｃ１０617６８０2\h７HＹPＥRＬIＮＫ\l"_Toc１06１76８03"2.2眼圖的觀察及結(jié)果PＡGEREF_Ｔｏc106１7６803\h８3眼圖的MATLAB仿真PAGEＲEF_Tｏc１０６１７6804\ｈ1２3。1ＭATLAB簡(jiǎn)介PAGEＲEF＿Tｏc１061768０5\h１2３.2眼圖的仿真及結(jié)果１０6176806\h1４ＨYＰERＬIＮＫ\l"_Ｔoｃ１０６1７6807"４兩種結(jié)果的比較及結(jié)論ＰAGＥRＥF_Toｃ１06１７6８07\ｈ325附錄PAGEＲEF_Toｃ1０6１７68０8\h33致謝ＰAGＥREF_Ｔoc10６１７68０９\h３５HYＰERＬIＮK\l"＿Toc1061768１0"參考文獻(xiàn)PＡGEREF_Toc106176８1０\h361緒論1。1引言21世紀(jì)將是一個(gè)信息高速膨脹的信息社會(huì)，社會(huì)生產(chǎn)力水平的大力發(fā)展要求社會(huì)成員間的合作更加緊密和高效,通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與優(yōu)化因此顯得越來(lái)越重要;通常，通信系統(tǒng)的性能指標(biāo)涉及有效性、可靠性、適應(yīng)性、標(biāo)準(zhǔn)性等等，但從研究消息傳輸角度考慮，通信的可靠性和有效性是主要的矛盾所在，可靠性主要指消息的“質(zhì)量“問(wèn)題樊昌信等樊昌信等.通信原理（第5版）[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2001：1-116.通信系統(tǒng)的優(yōu)劣需要一個(gè)性能評(píng)價(jià)機(jī)制,眼圖就是一個(gè)簡(jiǎn)單有效的定性衡量方法，通過(guò)眼圖還可以對(duì)接收濾波器的特性加以調(diào)整,以減小碼間串?dāng)_和改善系統(tǒng)的傳輸性能。由于眼圖實(shí)現(xiàn)所需的設(shè)備較少(硬件只需一臺(tái)示波器），觀察容易，因此廣泛應(yīng)用于各種通信系統(tǒng)尤其是數(shù)字通信系統(tǒng)的性能的評(píng)定.從眼圖上還可以大致估計(jì)系統(tǒng)的防噪聲能力或信道受到噪聲污染的情況。當(dāng)然，眼圖并不是唯一評(píng)價(jià)方式，甚至也不是最全的評(píng)價(jià)方式，信號(hào)星座圖從另一些方面反映了系統(tǒng)[2]通信與信息處理實(shí)驗(yàn)中心．通信系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)[DB/OL][2]通信與信息處理實(shí)驗(yàn)中心．通信系統(tǒng)原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)[DB/OL]291153055626r.pdf，2007-5-24．[3]（美）WilliamH.Tranter等著肖明波等譯.通信系統(tǒng)仿真原理與無(wú)線(xiàn)應(yīng)用[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005：194-214.通信原理往往比較抽象,理論如果能在實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證,必然可以加深對(duì)理論的理解，而本實(shí)驗(yàn)從硬件和軟件兩方面對(duì)照，實(shí)現(xiàn)眼圖的觀察，相信會(huì)更好的了解眼圖，同時(shí)綜合軟硬件的優(yōu)勢(shì),克服各自的缺陷，不失為一種良好的學(xué)習(xí)方式。1．2通信系統(tǒng)及其性能指標(biāo)傳遞信息所需的一切技術(shù)設(shè)備的總和稱(chēng)為通信系統(tǒng)，其一般模型如下圖所示[4]曹志剛，錢(qián)亞生[4]曹志剛，錢(qián)亞生.現(xiàn)代通信原理[M].北京：清華大學(xué)出版社，1992：2-317.信息源信息源發(fā)送設(shè)備傳輸媒介接收設(shè)備收信者干擾圖1。１通信系統(tǒng)的一般模型Fig。1．1MODＥLOfCOMMＵNIＣATＩONSYSTＥM通信系統(tǒng)按信道中所傳輸?shù)男盘?hào)的類(lèi)型（模擬信號(hào)還是數(shù)字信號(hào))又可分為模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng),由于計(jì)算機(jī)的迅速發(fā)展，加之?dāng)?shù)字通信抗干擾能力強(qiáng)、易于實(shí)現(xiàn)集成化、便于多路復(fù)用、可將傳輸與交換結(jié)合起來(lái)、便于應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)等等優(yōu)點(diǎn)，數(shù)字通信已逐漸超越模擬通信而占據(jù)主體地位。數(shù)字通信系統(tǒng)的模型是在通信系統(tǒng)的一般模型中將模擬信源經(jīng)過(guò)抽樣、量化，及便于傳輸而進(jìn)行的編碼等等步驟實(shí)現(xiàn)信號(hào)的離散化，接收設(shè)備相應(yīng)的需要解碼、濾波等等處理;如果在發(fā)送端進(jìn)行了調(diào)制，還需在收信端解調(diào)信號(hào)。由圖2。1所示一般模型可知，干擾主要在傳輸媒介（信道）處引入,故有必要考察一下信道的模型。信道可分為有線(xiàn)信道和無(wú)線(xiàn)信道;明線(xiàn)、對(duì)稱(chēng)電纜、同軸電纜、光纖等屬于有線(xiàn)信道，地波傳播、短波電離層反射、人造衛(wèi)星及各種散射信道等都是無(wú)線(xiàn)信道。通常我們將模型中的干擾視為加性的（一般以表示)，而不是乘性的；至于乘性干擾，一般認(rèn)為由發(fā)送和接收設(shè)備引入,往往會(huì)帶來(lái)信號(hào)非線(xiàn)性失真。若以表示發(fā)送和接收設(shè)備共同構(gòu)成的系統(tǒng)的傳遞函數(shù)，由信號(hào)與系統(tǒng)的知識(shí),信道的模型可概括如下：輸入輸入輸出圖1．2信道模型Ｆiｇ．１．2MODＥLOfCOMMUNICATIONCHANNEL對(duì)于在計(jì)算機(jī)上仿真來(lái)說(shuō),不能像硬件實(shí)驗(yàn)一樣真實(shí)的模擬各種物理信道，但可以將各種信道產(chǎn)生的效果雜合成，用ＭAＴL(fǎng)AB中的相關(guān)函數(shù)來(lái)仿真，用來(lái)統(tǒng)指與所傳信號(hào)相異的信號(hào),包括外部噪聲（自然噪聲、認(rèn)為噪聲）和信道內(nèi)部各種電子器件的內(nèi)部噪聲,它們總的以隨機(jī)信號(hào)的形式出現(xiàn).通常認(rèn)為這樣的噪聲為高斯白噪聲,即其分布服從正態(tài)分布，頻譜包含任意頻率分量,為常數(shù).信噪比用來(lái)衡量噪聲平均功率相對(duì)信號(hào)平均功率的大小。以上模型將加性干擾歸入中，而乘性干擾在中得到反映。有效性和可靠性是衡量通信系統(tǒng)的兩個(gè)主要性能指標(biāo)。有效性指系統(tǒng)傳輸消息的效率，總是希望以最合理、最經(jīng)濟(jì)的方法來(lái)傳輸最大數(shù)量的消息；可靠性指系統(tǒng)傳輸消息可靠程度，即質(zhì)量問(wèn)題,決定于系統(tǒng)抗干擾的性能,即通信系統(tǒng)的抗干擾性.有效性和可靠性是相互矛盾的，只能依據(jù)實(shí)際要求求得相對(duì)的統(tǒng)一，比如,在滿(mǎn)足一定可靠性指標(biāo)下，盡量提高系統(tǒng)的有效性,使消息傳輸更快，但是不能無(wú)限（相對(duì)而言）地提高有效性而不降低系統(tǒng)可靠性能. 對(duì)于模擬通信來(lái)說(shuō)，有效性用有效傳輸帶寬來(lái)衡量,衡量可靠性用輸出信噪比;而對(duì)于數(shù)字通信，其有效性體現(xiàn)在一個(gè)信道通過(guò)的信息速率上，可以有以下三種表示方法:（１)碼元傳輸速率RB:系統(tǒng)每秒鐘傳送的碼元（脈沖)數(shù)目，（２）信息傳輸速率Rb：系統(tǒng)每秒鐘傳送的二進(jìn)制碼元數(shù)目，（3）消息傳輸速率Rｍ:單位時(shí)間所傳輸?shù)南?shù)目?？煽啃猿Ｓ貌铄e(cuò)率來(lái)表示：包括誤碼率和誤信率(誤比特率)，分別為傳輸錯(cuò)誤的碼元（比特）數(shù)占傳輸碼元（比特）總數(shù)的概率。１．3碼間干擾及無(wú)失真?zhèn)鬏?由信號(hào)與系統(tǒng)的知識(shí)知道,（波形)無(wú)失真?zhèn)鬏數(shù)睦硐肭闆r是傳輸函數(shù)滿(mǎn)足兩大條件：幅度響應(yīng)通帶內(nèi)為常數(shù)，帶外為零；通帶內(nèi)相位響應(yīng)為頻率的線(xiàn)性函數(shù)，即群延遲為常數(shù)根據(jù)頻譜分析原理：頻帶受限，則時(shí)域無(wú)限；因此滿(mǎn)足上述兩大無(wú)失真條件的信號(hào)其波形在時(shí)域上是無(wú)限延伸的,這就勢(shì)必會(huì)引起各碼元之間的相互竄擾。但在數(shù)字傳輸中情況有點(diǎn)不一樣;由于碼元波形是按一定間隔發(fā)送的，其信息攜帶在幅度上，接收端再生判決如能準(zhǔn)確恢復(fù)出幅度信息，則原始信碼就能無(wú)誤地得到傳送，故數(shù)字傳輸中只需特定時(shí)刻波形幅值無(wú)失真?zhèn)魉停槐卣麄€(gè)波形不變.奈奎斯特（Nyquiｓt)第一、第二和第三準(zhǔn)則分別研究了抽樣值無(wú)失真、轉(zhuǎn)換點(diǎn)無(wú)失真和脈沖波形面積保持不變?nèi)N情形，更加詳細(xì)的信息可以參見(jiàn)文獻(xiàn)[14－1６]。 其中抽樣值無(wú)失真準(zhǔn)則要求系統(tǒng)的總傳輸特性滿(mǎn)足下式:式中表示碼元傳輸周期;上式表明：系統(tǒng)的傳輸函數(shù)移位(為整數(shù)）后再疊加,其值在內(nèi)表現(xiàn)為常數(shù)（不必嚴(yán)格為)，則系統(tǒng)滿(mǎn)足無(wú)碼間干擾傳輸要求。顯然理想低通濾波器滿(mǎn)足此要求,但在物理實(shí)際中這樣的濾波器是不能實(shí)現(xiàn)的，因?yàn)樗念l譜具有無(wú)限陡峭的過(guò)渡帶以及全零的區(qū)域,這與佩利—維納準(zhǔn)則相悖。?實(shí)際中廣泛應(yīng)用的是以為中心,具有奇對(duì)稱(chēng)升余弦過(guò)渡帶的一類(lèi)無(wú)串?dāng)_波形，通常稱(chēng)之為升余弦滾降信號(hào),其時(shí)域表達(dá)式為:在時(shí)域，除抽樣點(diǎn)t=0幅值不為零外，其余所有樣點(diǎn)上均為零，不會(huì)帶來(lái)樣點(diǎn)幅值失真。實(shí)際中抽樣的時(shí)刻不可能完全沒(méi)有誤差,抽樣脈寬也不嚴(yán)格為零,因此，為了減小抽樣定時(shí)脈沖誤差所帶來(lái)的影響,滾降系數(shù)（ｒoll-ofｆfactor)不能太小，一般不小于0。２。１．4眼圖及其模型眼圖是指利用實(shí)驗(yàn)的方法估計(jì)和改善（通過(guò)調(diào)整)傳輸系統(tǒng)性能時(shí)的在示波器上觀察到的圖形[5]沈越泓，高媛媛，魏以民．通信原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004：141-143．，因其類(lèi)似人的眼睛而稱(chēng)為“眼圖”。得到眼圖的方法是:將接受波形輸入示波器的垂直放大器，把產(chǎn)生水平掃描的鋸齒波周期與碼元定時(shí)同步，由于熒光屏的余輝作用，若干碼元重疊形成眼圖。[5]沈越泓，高媛媛，魏以民．通信原理[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004：141-143．從眼圖我們可以觀察到很多東西，比如噪聲的大小，用來(lái)傳輸序列的信道的帶寬，但是眼圖并不適合觀察連續(xù)的數(shù)據(jù)流[6]Instructor[6]Instructor’sManualtoaccompanyTIMS[M].TimHooper，2001：104-105.眼圖顯示了數(shù)字基帶信號(hào)波形可能取得的所有瞬時(shí)值。在完全隨機(jī)輸入的情況下,由于各個(gè)碼元波形疊加,會(huì)在眼圖中形成若干眼孔,眼孔的張開(kāi)度能充分說(shuō)明傳輸信號(hào)的質(zhì)量。眼孔在水平軸上的交叉點(diǎn)稱(chēng)為水平聚集點(diǎn),兩個(gè)聚焦點(diǎn)的距離稱(chēng)為眼圖的水平張開(kāi)距離,眼孔的最大垂直距離稱(chēng)為眼圖的垂直張開(kāi)度，又稱(chēng)眼圖的幅度。在理想（即無(wú)噪聲和碼間串?dāng)_)的情況下，眼圖垂直聚焦十分清晰,水平聚焦收斂于同一過(guò)零點(diǎn)；當(dāng)出現(xiàn)噪聲和碼間干擾時(shí)，眼圖的上升沿、下降沿變粗變模糊并形成帶狀,水平聚焦點(diǎn)擴(kuò)散晃動(dòng)（擴(kuò)散晃動(dòng)的寬度稱(chēng)為抖動(dòng)），水平和垂直張開(kāi)度相繼減小。根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)信噪比在2５~30dＢ時(shí)，眼圖的清晰度是令人滿(mǎn)意的[7]李倜，寧金輝.數(shù)字分量圖像信號(hào)系統(tǒng)的檢測(cè)[7]李倜，寧金輝.數(shù)字分量圖像信號(hào)系統(tǒng)的檢測(cè)(上)[J].世界廣播電視，2003,9. 為了說(shuō)明眼圖和系統(tǒng)性能的關(guān)系，將眼圖簡(jiǎn)化成理想的模式，如下圖：注：（a）無(wú)失真基帶信號(hào)波形及眼圖（b)有失真（碼間干擾）的波形及眼圖(c)理想化眼圖模型圖１．3眼圖模型Fig.1．3MＯDEＬO(píng)ｆEYEDIAGＲAM圖2.3(a）（b）兩圖大致說(shuō)明了眼圖的形成原理及眼圖與碼間干擾的關(guān)系。從(c）小圖的理想眼圖以及下圖的眼圖實(shí)例[8]謝筱[8]謝筱．試論基帶數(shù)字與模擬視頻測(cè)量的區(qū)別[J]．廣播與電視技術(shù)，2004，1.圖1。４眼圖模型２Ｆｉｇ．１。４MＯDEＬ2OfEYＥDIＡGRAＭ可以看出眼圖反映著系統(tǒng)與傳輸?shù)脑S多東西，現(xiàn)綜合以上兩圖歸納出眼圖模型的參數(shù):眼圖幅度L：眼圖得高低電平峰峰值，即眼圖張開(kāi)的大小,反映著系統(tǒng)抗干擾能力的強(qiáng)弱.過(guò)沖:,有上過(guò)沖和下過(guò)沖。上下過(guò)沖在眼圖上表現(xiàn)為眼皮的厚度［２］d;一般而言，眼皮越厚，則噪聲和碼間干擾（ISI）越嚴(yán)重抖動(dòng)J:數(shù)字信號(hào)跳變沿對(duì)其理想位置的偏離,反映過(guò)零點(diǎn)失真的大小。上升時(shí)間：從標(biāo)稱(chēng)幅度（L）的２0％上升的８0%所用的時(shí)間。另一個(gè)相似的參數(shù)是曲線(xiàn)上升的斜率,它們反映著系統(tǒng)對(duì)定時(shí)誤差的敏感度，上升時(shí)間快慢還一定程度上說(shuō)明了系統(tǒng)的帶寬大小。2眼圖的硬件實(shí)現(xiàn)2。1TIMS系統(tǒng)簡(jiǎn)介ＴIＭＳ是ＴeｌeｃommｕniｃatioｎｓIsｔｒｕctｉoｎalＭｏｄｅlingＳystem(通信教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)）的首字母縮略寫(xiě)法，針對(duì)通訊和信號(hào)處理課程而設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)系統(tǒng)。它由不同的插入式和固定式模塊組成.TIMS提供一個(gè)開(kāi)放式教學(xué)環(huán)境，可同時(shí)做傳統(tǒng)電子電路的特性與數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的比較。TIMS系統(tǒng)完全自給自足，唯一的額外設(shè)備是一臺(tái)示波器[9]TIMS通訊教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手冊(cè)[M][9]TIMS通訊教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)手冊(cè)[M].北京：北京掌宇金儀科教儀器設(shè)備有限公司，1-9．TIMS系統(tǒng)核心由硬件組件和手冊(cè)所組成，共有兩種硬件組件，第一種硬件組件是TIＭS—30１F的系統(tǒng)單元,有固定式模塊(機(jī)架下層)和12組模塊插槽（機(jī)架上層)。第二種硬件組件是1３組插入式基本模塊.固定式模塊使用率最高因而內(nèi)建在系統(tǒng)里，固定式模塊包括8個(gè)模塊：1。主震蕩器（MａsｔeｒSignaｌs）：同步正交載波，取樣和信息信號(hào)。２．緩沖放大器(ＢｕｆfｅrAｍplifier）：含兩組可變的獨(dú)立放大器。３．頻率和信號(hào)計(jì)數(shù)器（Fｒeｑuｅncｙ/ＥventCｏunter):多功能8位數(shù)計(jì)頻器和信號(hào)計(jì)數(shù)器。４。可變直流電壓輸出（VａriableＤＣ）:可調(diào)范圍正負(fù)2VDC輸出。5。示波器選擇器(ＳcopeSｅlectｏr）:切換選擇欲顯示的信號(hào)，于示波器上顯示。6.音頻放大器（HｅadｐhｏneＡmplｉfiｅr）:同時(shí)也是３kHz低通濾波器。7.TIMＳ干線(xiàn)輸出(TｒunksＯｕtput).8.電源供給(PowerSupｐly）?；灸K是基礎(chǔ)的組件，包括有：１.TIＭＳ－１47加法器(Ａdｄer）２。ＴIMS—14８音頻振蕩器(ＡudiｏOscillator）3。TIＭS—14９雙模擬開(kāi)關(guān)(DualAnａｌｏgSwitch）4。ＴIMS－150乘法器（Ｍuｌtiplier)５。TIＭS-151移相器（ＰhaｓeShifter)6。TIMS—152正交分相器(QuaｄratｕrePｈaseＳhifteｒ）7.TIＭS－15３序列產(chǎn)生器（SequeｎceGｅｎｅraｔor）8。ＴIＭS—１54可調(diào)低通濾波器（Ｔu(píng)ｎeaｂleLPF)9.ＴIMS—155雙脈沖產(chǎn)生器（TwiｎPulseGeneｒａt(yī)or)1０．TIMＳ-15６共享模塊（Utilities）１1.ＴＩMS—157電壓控制振蕩器（VCO)1２.TIＭS－15860kHｚ低通濾波器（６0kHzLＰF）眼圖實(shí)驗(yàn)需要用到的模塊很少：基本的為序列產(chǎn)生器（SｅqｕｅnceGenｅrator）和可調(diào)低通濾波器（TunｅabｌeLＰＦ）,可選擇的基本模塊為音頻振蕩器(AudioOｓcillａt(yī)or）以定時(shí)，為了使實(shí)驗(yàn)更復(fù)雜一點(diǎn)還可選擇基帶濾波器(BasｅbａndＦilters）和PIＣO虛擬儀器(VｉrtuａｌＩnstrumeｎt），但由于后面兩個(gè)模塊沒(méi)有，另外缺少噪聲發(fā)生器(NoisｅGeｎeraｔoｒ）,所以硬件的眼圖實(shí)驗(yàn)只選了前三個(gè)模塊,以及外接的一臺(tái)普通的數(shù)字示波器（ｏsｃiｌｌoｓcｏpe）;本實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)在軟件仿真.下面詳細(xì)介紹以上三個(gè)模塊:TIMS—1４8音頻振蕩器(AudioＯscｉlｌator）——具有500Hz到10kHz頻率可調(diào)范圍的正弦波源,提供三組輸出：兩組正交正弦波和一組TTＬ準(zhǔn)位信號(hào)。ＴIMＳ—153序列產(chǎn)生器（SｅｑuenceＧeｎerator）——使用外接時(shí)鐘脈沖信號(hào),序列產(chǎn)生器輸出兩組獨(dú)立的偽隨機(jī)序列X和Ｙ，有模擬與TTL準(zhǔn)位兩種信號(hào)模式,可由開(kāi)關(guān)選擇位隨機(jī)序列長(zhǎng)度，同步信號(hào)輸出（ＳYＮCｏｕｔｐut）與序列信號(hào)的開(kāi)始是一致的，并可供重置信號(hào)輸入。ＴIMS－1５4可調(diào)低通濾波器（TuneaｂlｅLＰF）—-低通濾波器的截至頻率可由前面板旋鈕改變。濾波器有兩種頻率范圍:WＩＤＥ(2kＨz至１０kHz）和NORＭＡL（900Hｚ至5kHz）。增益（ＧAＩN）旋鈕調(diào)整濾波器的幅值大小，最小可接近０.2.２眼圖的觀察及結(jié)果實(shí)驗(yàn)中將音頻振蕩器、序列產(chǎn)生器、可調(diào)低通濾波器如下圖連接[10]覃振興[10]覃振興．TIMS通信原理教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[D].北京：北京林業(yè)大學(xué)，2006．圖2.1眼圖的連接電路Ｆiｇ。2。１EｙesPlantoConnectCiｒcuiｔCH1和CH２接示波器，通過(guò)調(diào)節(jié)示波器的水平掃描的鋸齒波周期與碼元定時(shí)同步觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)傳輸速率（datarate）而保持可調(diào)低通濾波器（LＰF）帶寬不變，以及調(diào)節(jié)ＬPF的帶寬保持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸速率不變分別觀察眼圖的形狀.眼圖在示波器上的形狀如下所示：（ａ） ? （b)(c)? ?? ?(d） ?（e) ? ?? （f）圖2．２眼圖觀察結(jié)果Fig．2．2PiｃturｅsOfＥyｅDiagrａm圖（d）顯示了調(diào)整時(shí)鐘速率與低通濾波器帶寬后的輸入序列(上半圖黃色區(qū)）和相應(yīng)輸出序列的眼圖(下半圖藍(lán)色區(qū)),單獨(dú)的眼圖見(jiàn)圖（ｆ);(e）是放大后的眼圖,從該圖可以看出碼間干擾很小,帶寬比較窄，只濾出了頻率比較低的部分，高頻率部分被濾除掉。通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：保持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸率不變，降低LPF的帶寬，將不能形成清晰的眼圖，圖形波動(dòng)不定。保持?jǐn)?shù)據(jù)傳輸率不變，提高LPＦ的帶寬，眼圖逐漸清晰,如圖（d）；當(dāng)再往上調(diào)，眼圖出現(xiàn)上下過(guò)沖，隨著帶寬的進(jìn)一步增加，將出現(xiàn)圖(a）所示圖形，輸出波形與輸入波形及其接近,但在跳變處，上下波動(dòng)的現(xiàn)象始終存在，這就是所謂的吉布斯(Gibbs)現(xiàn)象.保持LPＦ的帶寬不變,將音頻振蕩器的頻率調(diào)節(jié)旋鈕從最低慢慢調(diào)高，則示波器顯示的波形開(kāi)始如B所述，出現(xiàn)吉布斯現(xiàn)象，接著上下過(guò)沖明顯出現(xiàn)，再慢慢融合,逐漸出現(xiàn)清晰的眼圖,最后,當(dāng)速率很高時(shí)，出現(xiàn)如A所述圖形,不能形成眼圖，說(shuō)明碼間干擾極其嚴(yán)重。(ｂ)（c）兩小圖是形成眼圖(ｅ）的瞬間照片,輸出波形較輸入信號(hào)有些延遲，但群延遲為常數(shù)不會(huì)產(chǎn)生相位失真,并且碼間干擾很小，所以眼圖很清晰(幅度較大，從而系統(tǒng)抗干擾能力較強(qiáng)),眼皮厚度接近原輸入信號(hào)，上下過(guò)沖很不明顯。運(yùn)用通信原理及相關(guān)知識(shí)是不難解釋以上現(xiàn)象的。當(dāng)數(shù)據(jù)傳輸率不變,LＰF帶寬很窄時(shí)，所得波形頻率很低,周期很大，在原有的水平掃描周期下看起來(lái)是一些隨意波動(dòng)的正弦波；隨著LPF的帶寬拓展，所得波形頻率升高，周期變小，當(dāng)與水平掃描周期基本一致時(shí),則可形成清晰的圓弧形眼皮的眼圖，直至帶寬達(dá)到最大，通過(guò)的頻率越來(lái)越豐富,逐漸接近原方波，出現(xiàn)小圖(ａ)的形狀，但在跳變處將出現(xiàn)起伏振蕩,其峰起值約趨于總跳變值的9%，此現(xiàn)象稱(chēng)為Gibｂｓ現(xiàn)象。反之，保持