現(xiàn)代通信原理緒論

緒論1.1通信概述1.2通信系統(tǒng)的組成1.3通信系統(tǒng)的分類與通信方式1.4信息及其度量1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標1.6MATLAB在通信仿真中的應用本章小結習題

1.1通信概述

1.1.1通信的實際應用我國的通信網(wǎng)絡技術可以從三個方面來進行說明,分別是通信介質(zhì)、通信模塊和數(shù)據(jù)通信。

通信介質(zhì)是網(wǎng)絡進行通信的媒介,是傳輸信息的載體,例如日常生活中常用的雙絞線、同軸電纜、光纜、紅外線、微波和衛(wèi)星通信等。通信介質(zhì)對網(wǎng)絡信息的傳輸有一定的影響,如果通信介質(zhì)的特性較差的話,就可能使網(wǎng)絡通信的傳輸效果和質(zhì)量得不到保證。通信模塊可以使客戶遷移至一個全融合園區(qū)網(wǎng)絡,將語音、視頻和數(shù)據(jù)信息有機地結合在一起,從整體上提高通信的質(zhì)量,降低通信基礎設施的投入和運行成本,為新的應用環(huán)境提供了可能。數(shù)據(jù)通信是指對兩個通信實體進行數(shù)據(jù)的傳輸和交換,傳輸數(shù)據(jù)的信號是數(shù)字信號。

1.多種形式的通信技術得到了互補發(fā)展

第二代、第三代、第四代移動通信技術和無線局域網(wǎng)、超寬帶等技術得到了互補的發(fā)展。第四代移動通信技術能夠滿足高速率的需求,第三代移動通信技術能夠滿足廣域無縫覆蓋和強漫游的移動性需求,第二代移動通信技術能夠滿足日常通信電話及低速無線網(wǎng)絡的需求,無線局域網(wǎng)能夠滿足中距離的較高速數(shù)據(jù)接入的需求,而超寬帶能夠滿足近距離的超高速無線接入的需求。

2.多種形式的通信技術會為用戶提供更加個性化的服務方式

政府為各種企業(yè)提供了更多的無線頻率資源,推進不同技術相關頻譜的規(guī)劃和應用工作,有利于各種企業(yè)按照各自的發(fā)展策略和市場需求,對自身的無線通信網(wǎng)絡進行綜合規(guī)劃,這對于企業(yè)實現(xiàn)自身資源的優(yōu)化配置,起著舉足輕重的作用。

3.物聯(lián)網(wǎng)的應用為通信技術注入新的活力

所謂物聯(lián)網(wǎng),就是將所有物品通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設備與互聯(lián)網(wǎng)進行無縫連接,從而能夠進行智能化識別和管理。

隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展以及通信技術的廣泛應用,人們的工作、學習和生活也變得更加便利。未來通信技術將具有更廣闊的發(fā)展前景,它正在從單一窄帶業(yè)務的通信技術網(wǎng),發(fā)展成為一個將電信、廣播、計算機融合起來的寬帶通信技術網(wǎng)絡。

1.1.2通信的定義

通信就是把消息從一地傳送到另一地。譬如說從甲地傳送消息到乙地,那么甲地稱為發(fā)信端,乙地稱為接收端。以最簡單的通信方式——面對面交談為例,講話是傳達消息的一種方式,發(fā)話人是消息的來源,稱為信源,語音通過空氣傳到對方,而傳遞消息的媒介稱為信道,聽話者聽到后獲得消息,是消息的歸宿,稱為信宿,這樣就完成了消息的傳遞。電通信(電信)是指利用“電”來傳遞信息的方式,即指利用有線電、無線電、光和其他電磁系統(tǒng),對于消息、情報、指令、文字、圖像、聲音或任何性質(zhì)的消息進行傳輸。通信系統(tǒng)是指完成信息傳輸過程的全部設備和傳輸媒介的總和。

1.2通信系統(tǒng)的組成

1.2.1通信系統(tǒng)的一般組成

通信系統(tǒng)的一般模型如圖1－1所示。信源:消息的產(chǎn)生地,其作用是把各種消息轉(zhuǎn)換成原始電信號。發(fā)送設備:將原始電信號轉(zhuǎn)換為適于在信道中傳輸?shù)男盘?一般包括變換、編碼和調(diào)制過程。圖1－1通信系統(tǒng)的基本模型

信道:將信號由發(fā)送設備傳輸?shù)浇邮赵O備的媒介或途徑。信道可分為有線信道和無線信道。

接收設備:將信號轉(zhuǎn)換為原始電信號,一般包括解調(diào)、譯碼等過程。

信宿:信息的歸宿點,其作用是將接收設備恢復出的電信號轉(zhuǎn)換成相應的消息。

噪聲:它與上述組成部件不同,它不是有意加入設備的,而是通信系統(tǒng)中各種設備以及信道中固有的,并且是不希望存在的。

通信系統(tǒng)的組成,反映了通信系統(tǒng)的共性,通常也把它稱為通信系統(tǒng)的基本模型。對通信系統(tǒng)原理的研究,通常就是以通信系統(tǒng)的模型為基礎而展開的。通信系統(tǒng)中待傳輸?shù)南⑿问绞嵌喾N多樣的,它可以是符號、文字、語音或圖像等。為了實現(xiàn)消息的傳輸和交換,首先需要把消息轉(zhuǎn)換為相應的電信號(以下簡稱信號)。

通常,這些信號是以它的某個參量的變化來表示消息的。按照信號參量的取值方式不同,信號可分為兩類,即模擬信號與數(shù)字信號。模擬信號的某個參量與消息相對應而連續(xù)取值,例如電話機話筒輸出的語音信號、電視攝像機輸出的電視圖像信號等都屬于模擬信號。數(shù)字信號的參量是離散取值的,例如計算機、電傳機輸出的信號就是數(shù)字信號。

1.2.2模擬通信系統(tǒng)的組成

模擬通信系統(tǒng)的模型與圖1－1所示相仿,其方框圖如圖1－2所示。對應于圖1－2中的發(fā)送設備,一般來說應包括調(diào)制、放大、天線等,但這里只畫了一個調(diào)制器,目的是為了突出調(diào)制的重要性。同理,接收設備也只畫了一個解調(diào)器。這樣,圖1－2就是一個最簡化的模擬通信系統(tǒng)模型。圖1－2模擬通信系統(tǒng)模型

調(diào)制器:將具有低頻分量的原始信號進行頻譜搬移,變換成適合在信道傳輸?shù)念l帶信號,這種變換過程稱為調(diào)制,變換后的信號稱為已調(diào)信號,又稱頻帶信號,其頻譜具有帶通形式且中心頻率遠離零頻。未經(jīng)過調(diào)制的原始信號又稱基帶信號,其頻譜從零頻附近開始,如語音信號為300~3400Hz,圖像信號為0~6MHz。

解調(diào)器:將頻帶信號恢復成基帶信號。

1.2.3數(shù)字通信系統(tǒng)的組成

凡是信號的某一參量只能取有限個值,并且常常不直接或者不準確地與消息對應的信號稱為數(shù)字信號。例如:莫爾斯電報信號,該信號的幅度只能取0V和AV兩個值,它是靠取值變化的排列表示消息的,因此它只能間接地與消息發(fā)生聯(lián)系,它是數(shù)字信號。

數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號來傳遞信息的通信系統(tǒng),系統(tǒng)模型如圖1－3所示。圖1－3數(shù)字通信系統(tǒng)模型

信源編碼:包括A/D轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)壓縮,主要目的是提高數(shù)字信號傳輸?shù)挠行?。接收端信源譯碼則是信源編碼的逆過程。信源編碼是指用適當?shù)木幋a方法降低數(shù)字信號的碼元速率,以提高數(shù)字信號傳輸?shù)挠行浴?/p>

信道編碼:增加系統(tǒng)的冗余度,目的是提高數(shù)字信號傳輸?shù)目煽啃浴＝邮斩诵诺雷g碼是其相反的過程。信道編碼是指在信息碼組中按一定的規(guī)則附加一些碼,接收端根據(jù)相應的規(guī)則進行檢錯和糾錯,以提高數(shù)字信號傳輸?shù)目煽啃浴Ｐ诺谰幋a又稱差錯控制編碼。

但是有的實際數(shù)字通信系統(tǒng)并非包括所有環(huán)節(jié),如圖1－3所示的通信系統(tǒng)稱為數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng),圖中如果不包括調(diào)制器和解調(diào)器,則稱為數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng);圖中如果包括A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié),則稱為模擬信號的數(shù)字化傳輸系統(tǒng)。

1.2.4數(shù)字通信系統(tǒng)的優(yōu)、缺點

與模擬通信相比,數(shù)字通信有如下優(yōu)點:

(1)抗干擾能力強,尤其在中繼時,數(shù)字信號還可以再生,從而消除噪聲的積累。

(2)由于數(shù)字集成電路,特別是大、中規(guī)模集成電路技術日益成熟,數(shù)字通信設備越來越易于制造,且成本低、體積小、可靠性高。

(3)可以設法控制傳輸中的差錯,不但可以發(fā)現(xiàn)而且還能糾正傳輸中的差錯,因而大大提高了傳輸質(zhì)量。

(4)便于同計算機連接,采用現(xiàn)代計算機技術對數(shù)字信息進行處理,以便實現(xiàn)通信現(xiàn)代化、自動化。

(5)數(shù)字信息易于加密且保密性強。

(6)與模擬通信相比,數(shù)字通信可以傳輸種類更多的消息,使通信系統(tǒng)變得通用、靈活。

但是數(shù)字通信也有它的不足之處,就是目前它比模擬通信要占據(jù)更寬的頻帶。比如一路模擬電話通常只占據(jù)4kHz帶寬,但一路數(shù)字電話可能要占據(jù)幾十千赫茲帶寬,可以認為數(shù)字通信的許多優(yōu)點是以信號頻帶為代價而換取的。本

1.3通信系統(tǒng)的分類與通信方式

1.3.1通信系統(tǒng)的分類

通信系統(tǒng)的分類方法很多,這里僅討論由通信系統(tǒng)模型所引出的分類。按消息的物理特征分類:通信系統(tǒng)通?？梢苑譃殡妶笸ㄐ畔到y(tǒng)、電話通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)、圖像通信系統(tǒng)等。

按調(diào)制方式分類:根據(jù)是否采用調(diào)制,通信系統(tǒng)可分為基帶傳輸系統(tǒng)和頻帶傳輸系統(tǒng)?；鶐鬏斚到y(tǒng)是將未經(jīng)調(diào)制的信號直接傳送,如音頻市內(nèi)電話等;頻帶傳輸系統(tǒng)是對各種信號調(diào)制后傳輸?shù)目偡Q。

按信號特征分類:按信道中傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號,相應地通信系統(tǒng)可分成模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)兩類。

按傳輸媒介分類:按傳輸媒介不同,通信系統(tǒng)可分為有線通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)兩類。

按信號復用方式分類:傳送多路信號有三種常用的復用方式,即頻分復用、時分復用、碼分復用等。頻分復用是用頻譜搬移的方法使不同信號占據(jù)不同的頻率范圍;時分復用是用脈沖調(diào)制的方法使不同信號占據(jù)不同的時間區(qū)間;碼分復用則是用一組正交的脈沖序列分別攜帶不同信號。傳統(tǒng)的模擬通信中都采用頻分復用。

1.3.2通信方式

1.按消息傳送的方式與時間的關系分類

按消息傳送的方式與時間的關系分類,通信方式可分為單工通信、雙工通信、半雙工通信三種。

單工通信是指消息只能單方向傳輸?shù)墓ぷ鞣绞?例如遙控、遙測、廣播、電視等。

雙工通信是指通信雙方可同時進行收、發(fā)消息的工作方式,例如電話、手機等。

半雙工通信是指通信雙方都能收、發(fā)消息,但不能同時進行收、發(fā)的工作方式,例如使用同一載頻工作的無線電對講機就是按這種通信方式工作的。

2.按數(shù)字信號碼元排列方法分類

按數(shù)字信號碼元排列方法分類,通信方式可分為串行傳輸和并行傳輸。

串行傳輸是指數(shù)字信號碼元序列按時間順序一個接一個地在信道中傳輸。一般的遠距離數(shù)字通信大多采用串行傳輸方式,因為這種方式只需占用一條通路。

并行傳輸是指將數(shù)字信號碼元序列分割成兩路或者兩路以上的數(shù)字信號,碼元序列同時在信道中傳輸。一般的近距離數(shù)字通信可采用并行傳輸方式。

1.4信息及其度量

按照參量取值的特點可將電信號分為模擬信號和數(shù)字信號。能用連續(xù)的函數(shù)值表示的電信號為模擬信號,只能用離散的函數(shù)值表示的信號為數(shù)字信號。例如常見的文字和數(shù)字,它們只具有有限個不同的符號,通常用一組二進制數(shù)表示這些符號,符號的組合就組成了消息。

通信系統(tǒng)通過傳輸信號而傳遞了消息,其傳輸能力該如何度量呢?通信系統(tǒng)傳輸?shù)木唧w對象是消息,其最終的目的在于通過消息的傳送使收信者獲知信息。這里所說的信息,指的是收信者在收到消息之前對消息的不確定性。消息是具體的,而信息是抽象的。

衡量信息多少的物理量稱為信息量。首先,信息量的大小與消息所描述事件的出現(xiàn)概率有關。若某一消息的出現(xiàn)概率很小,當收信者收到時就會感到很突然,那么該消息的信息量就很大。若消息出現(xiàn)的概率很大,收信者事先已有所估計,則該消息的信息量就較小。若收到完全確定的消息則沒有信息量。

其次,如果收到的不只是一個消息,而是若干個互相獨立的消息,則總的信息量應該是每個消息的信息量之和,這就意味著信息量還應滿足相加性的條件。

再者,對于由有限個符號組成的離散信源來說,隨著消息長度的增加,其可能出現(xiàn)的消息數(shù)目卻是按指數(shù)增加的?；谝陨系恼J識,對信息量作如下定義:若一個消息x出現(xiàn)的概率為P(x),則這一消息所含的信息量為

消息是用符號表達的,所以消息所含的信息量即符號所含的信息量

例1－1表11給出英文字母出現(xiàn)的概率,求字母e和q的信息量。

上述是等概率條件下的信息量,下面討論非等概率條件下的信息量。設信息源中包含有n個信息符號,每個消息xi出現(xiàn)的概率為Pi(x),則各消息出現(xiàn)的概率為

則x1,x2,x3…xn所包含的信息量分別為-lbP1(x),-lbP2(x),…,-lbPn(x)。于是,每個符號所包含的信息量的統(tǒng)計平均值,即平均信息量為

由于式中H(x)與熱力學中熵的定義式相類似,故在信息論中又通常稱為信息源的熵,其單位為b/符號。

例1－2

一信息源由4個符號0、1、2、3組成,它們出現(xiàn)的概率分別為3/8、1/4、1/4、1/8,且每個符號的出現(xiàn)都是獨立的。若消息序列長為57個符號,其中0出現(xiàn)23次,1出現(xiàn)14次,2出現(xiàn)13次,3出現(xiàn)7次。試求該消息序列所包含的信息量和平均信息量。

解:由于消息序列中出現(xiàn)符號xi的信息量為-nilbPi(x)(ni和Pi(x)分別為消息序列中符號xi

出現(xiàn)的次數(shù)和概率),消息序列所包含的信息量為每個符號出現(xiàn)信息量的和,即

消息序列的平均信息量為

上述介紹的離散消息的分析方法也可用于對連續(xù)消息進行分析。因為抽樣定理告訴我們,對于一個頻帶有限的連續(xù)信號,可用每秒一定數(shù)目的離散抽樣值代替。這就是說一個連續(xù)消息經(jīng)抽樣后成為離散消息,這樣我們就可以利用分析離散消息的方法來處理連續(xù)消息。

1.5通信系統(tǒng)的主要性能指標

1.5.1一般通信系統(tǒng)的性能指標

在設計或評估通信系統(tǒng)時,往往要設計通信系統(tǒng)的主要性能指標,否則就無法衡量其質(zhì)量的好壞。通信系統(tǒng)的性能指標即通信系統(tǒng)的有效性、可靠性、適應性、標準性、經(jīng)濟性及維護使用等。

1.5.2模擬通信系統(tǒng)的性能指標

1.有效性

模擬通信系統(tǒng)的有效性用有效傳輸帶寬來度量,同樣的消息采用不同的調(diào)制方式時,需要不同的頻帶寬度。頻帶寬度越窄,則有效性越好。如傳輸一路模擬電話,單邊帶信號只需要4kHz帶寬,而標準調(diào)幅或雙邊帶信號則需要8kHz帶寬,因此在一定頻帶內(nèi)用單邊帶信號傳輸?shù)穆窋?shù)比常規(guī)調(diào)幅信號多一倍,也就是可以傳輸更多的消息。顯然,單邊帶系統(tǒng)的有效性比標準調(diào)幅系統(tǒng)要好。

2.可靠性

模擬通信系統(tǒng)的可靠性用接收端最終的輸出信噪比來度量。信噪比越大,通信質(zhì)量越高。如普通電話要求信噪比在20dB以上,電視圖像則要求信噪比在40dB以上。信噪比是由信號功率和傳輸中引入的噪聲功率決定的。不同調(diào)制方式在同樣信道條件下所得到的輸出信噪比是不同的。例如,調(diào)頻信號的抗干擾性能比調(diào)幅信號好,但調(diào)頻信號所需的傳輸帶寬卻寬于調(diào)幅信號。

1.5.3數(shù)字通信系統(tǒng)的性能指標

1.有效性

數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性用傳輸速率來衡量,傳輸速率越快,有效性就越好。傳輸速率有兩種:碼元傳輸速率和信息傳輸速率。

1)碼元傳輸速率RB

數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸?shù)氖菙?shù)字信號,即信號波形數(shù)是有限的,但數(shù)字信號有多進制與二進制之分。如4PSK系統(tǒng)中,有4種不同的數(shù)字信號,稱為四進制數(shù)字信號;而在2PSK系統(tǒng)中,只有兩種不同的數(shù)字信號,稱為二進制數(shù)字信號。不管是多進制數(shù)字信號,還是二進制數(shù)字信號,每一個數(shù)字信號我們都稱之為碼元。碼元傳輸速率RB是指每秒鐘傳輸?shù)拇a元個數(shù),單位為波特(Baud),記為B。

碼元傳輸速率簡稱傳碼率,或稱符號速率。

式中,Tb為碼元間隔。通常在給出碼元速率時,有必要說明碼元的進制。

2)信息傳輸速率Rb

信息傳輸速率Rb定義為單位時間內(nèi)傳遞的信息量或比特數(shù),單位為比特/秒,可記為bit/s,或b/s。信息傳輸速率簡稱傳信率,或稱比特率。

對于二進制數(shù)字通信系統(tǒng),傳送的是二進制碼元,如果兩種不同的碼元等概率出現(xiàn),則每一種碼元出現(xiàn)的概率是1/2,每一個碼元攜帶的信息量就是1b,所以系統(tǒng)的信息速率在數(shù)值上等于碼元速率,但兩者的含義還是不同的,單位也是不同的。例如,若碼元速率為600B,那么二進制時的信息速率為600b/s。

對于M進制數(shù)字系統(tǒng),傳送的是M進制碼元,如果M種不同的碼元等概率出現(xiàn),則每一種碼元出現(xiàn)的概率為1/M,每一個碼元攜帶的信息量lbMb,所以信息速率為

如果M種碼元出現(xiàn)的概率不相等,則信息速率與碼元速率之間的關系為

3)頻帶利用率η

比較不同通信系統(tǒng)的有效性,單看它們的傳輸速率是不夠的,還應看在這樣的傳輸速率下所占信道的頻帶寬度。所以,真正衡量數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸效率的應當是傳輸速率與頻帶寬度之比,即單位頻帶內(nèi)的傳輸速率,定義為頻帶利用率:

式中,B為所需的信道帶寬。

2.可靠性

數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性用差錯率來衡量,差錯率越大,可靠性就越差。差錯率也分兩種:誤碼率和誤信率。

1)誤碼率

誤碼率是指接收的錯誤碼元數(shù)在傳送總碼元數(shù)中所占的比例,或者更確切地說,誤碼率是碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率,即

2)誤信率

誤信率又稱誤比特率,是指錯誤接收的信息量在傳送信息總量中所占的比例,或者說,它是碼元的信息量在傳輸系統(tǒng)中被丟失的概率,即

1.6MATLAB在通信仿真中的應用

MATLAB是目前國際上流行的用于科學研究、工程計算的軟件。它起源于矩陣運算,并已經(jīng)發(fā)展成為一種高度集成的計算機語言。MATLAB具有強大的數(shù)學運算能力、方便實用的繪圖功能及高度集成性的語言。

在通信領域MATLAB的優(yōu)勢更明顯,因為通信領域中很多問題是研究系統(tǒng)性能的,傳統(tǒng)的方法是要構建一個實驗系統(tǒng),然后采用各種方法進行測量,才能得到所需的數(shù)據(jù),這不僅需要花費大量的資金構建實驗系統(tǒng),而且系統(tǒng)構建周期長,系統(tǒng)參數(shù)的調(diào)整也十分困難。MATLAB的出現(xiàn)使得通信系統(tǒng)的仿真能夠用計算機模擬來實現(xiàn),免去構建實驗系統(tǒng)的不便,操作十分簡便。用戶只需要輸入不同的參數(shù)就能得到不同情況下系統(tǒng)的性能,并且MATLAB在結構的觀測和數(shù)據(jù)的存儲方面也比傳統(tǒng)的方式有優(yōu)勢。因而MATLAB在通信仿真領域得到越來越廣泛的應用。

1.6.1MATLAB軟件的使用方法

啟動MATLAB進入到如圖14所示的界面,但是這只是文件引索和命令執(zhí)行窗口。用戶可以通過點擊【File】→【New】→【BlankM-file】,或者按下“Ctrl+N”鍵,或者直接點擊“新建空白M文件”鍵,進入到如圖1－5所示的界面,也就是M程序編輯窗口,這就是仿真過程中要用到的界面。圖1－4MATLAB啟動界面圖1－5M程序編輯窗口

進入圖1－5所示界面以后,就可開始進行編寫程序了。鍵入編寫好的程序,點擊【File】→【SaveAs】保存程序,輸入文件名稱,系統(tǒng)會以.m為后綴對文件進行保存。保存之后,MATLAB要對程序進行編譯,點擊【Debug】→【Run】,或者直接按“F5”就可以進行編譯。編譯成功,會聽到“嘀”的一聲,隨之彈出程序運行結果。如果編譯不成功,則會在圖1－4所示窗口顯示出哪一行出現(xiàn)了錯誤。用戶需對指出的錯誤進行修改,再次進行編譯。

下面對一些常用指令做簡單的介紹。

(1)function命令。在MATLAB中,它的自帶函數(shù)不能完成所有功能,更多的時候需要自己編寫程序來實現(xiàn)需要的功能,這時就要用到此命令,其調(diào)用格式為function****(),括號前面為函數(shù)名稱,括號中為函數(shù)中要用到的變量。

(2)plot命令。plot命令是MATLAB中用來繪制用向量表示法表示的連續(xù)信號的波形。它的功能是將向量點用直線依次連接起來。其調(diào)用格式為plot(k,f),其中k和f是向量。

(3)ezplot命令。ezplot命令是用來繪制用符號運算表示法表示的連續(xù)信號的波形。

(4)title命令。在繪圖命令中,我們可以用此命令來對繪制出的波形做注釋,以便后期進行圖形處理。

(5)xlabel、ylabel命令。這兩個命令也是對繪制的波形做標注用的,用于標注兩個坐標軸的未知數(shù)的意義,增加圖形的信息量。

(6)axis命令。此命令用來定義繪制的波形坐標范圍。

(7)syms命令。在符號表示法中,此命令用于定義變量。其調(diào)用格式為symst,意思是定義一個變量t。

(8)sym命令。此命令是符號表示法中的調(diào)用系統(tǒng)自帶函數(shù)的命令。

(9)stem命令。此命令專門用來繪制離散序列的波形。

(10)subs命令。此命令可以將連續(xù)信號中的時間變量t用t-t0,at等來替換,從而可以完成信號在時域范圍內(nèi)的變換。

(11)fliplr命令。此命令用來將向量以零時刻為基準點進行反折。

(12)min、max命令。這兩個命令用來算出向量中的最小值和最大值,或者得出兩個值中的較小值和較大值。

(13)length命令。此命令用于計算向量的長度。其調(diào)用格式為length(f)。

(14)ones函數(shù)。這是MATLAB中一個常用的函數(shù),它產(chǎn)生元素全部為1的矩陣,本書中用此函數(shù)來表示離散階躍序列,或者定義連續(xù)的門信號。

(15)subplot命令。在MATLAB繪圖過程中,有時候為了便于觀測圖形的變化,需要在波形顯示窗口顯示多個信號的波形,這時可以調(diào)用subplot命令。

(16)conv函數(shù)。這個函數(shù)用來計算兩個序列的卷積和,調(diào)用此函數(shù),可以計算出兩個給定的序列的卷積和,其調(diào)用格式為f=conv(f1,f2)。

1.6.2Simulink在通信仿真中的應用

Simulink是MATLAB產(chǎn)品家族中的一個重要組成部分。該軟件的名稱主要表明了其兩個主要功能:仿真和連接。Simulink提供了一些按功能分類的系統(tǒng)模塊,用戶只需用箭頭連接所選模塊就可以完成框圖系統(tǒng)仿真的全部過程,然后利用Simulink提供的功能對系統(tǒng)進行仿真和分析。這樣可以讓用戶把精力從語言的編程上轉(zhuǎn)到系統(tǒng)模型的構建上。

Simulink中提供了通信系統(tǒng)的建模、仿真和分析優(yōu)化的Simulink專業(yè)庫(Communica-tionsBlockset)。庫中包含13個子庫,近170個模塊,如圖1－6所示。該模塊庫提供了完整的模擬/數(shù)字通信系統(tǒng)建模、仿真和分析優(yōu)化圖形所需的模塊,可用于通信系統(tǒng)中從信源到信道,包括編碼、調(diào)制、發(fā)射、接收等各個部分的建模、仿真分析。圖1－6CommunicationsBlockset

1.各子庫的功能

(1)CommSources模塊庫:提供多種信號源,這些模塊分3類:噪聲產(chǎn)生模塊、隨機數(shù)據(jù)源和序列生成模塊,如圖1－7所示。圖1－7CommSources模塊庫

(2)CommSinks模塊庫:提供4個信宿模塊,用于繪制信號的眼圖、發(fā)散圖和軌跡圖,計算誤碼率,如圖1－8所示。圖1－8CommSinks模塊庫

(3)SourceCoding模塊庫:提供信源量化、編碼的模塊,包括采樣量化編/解碼器、差分脈沖編/解碼器、A律壓縮/擴張器、μ律壓縮/擴張器,如圖1－9所示。圖1－9SourceCoding模塊庫

(4)ErrorDetectionandCorrection模塊庫:提供信道編碼的差錯控制和糾錯模塊,包括Hamming、BCH、循環(huán)、卷積等,如圖1－10所示。圖1－10ErrorDetectionandCorrection模塊庫

(5)Interleaving模塊庫:提供各種實現(xiàn)信號交織功能的模塊,如圖1－11所示。圖1－11Interleaving模塊庫

(6)Modulation模塊庫:提供實現(xiàn)信號調(diào)制解調(diào)的模塊,分為模擬頻帶調(diào)制和數(shù)字基帶調(diào)制兩個子庫,數(shù)字基帶調(diào)制子庫包含“AM”“CPM”“FM”“PM”“TCM”5種調(diào)制的模塊,如圖1－12所示。圖1－12Modulation模塊庫

(7)CommFilters模塊庫:提供發(fā)送/接收濾波器模塊,如圖1－13所示。圖1－13CommFilters模塊庫

(8)Channels模塊庫:提供了4種常見信道模塊,即AWGN信道模塊、二進制對稱信道模塊、多徑瑞利衰落信道模塊和倫琴衰落信道模塊,如圖1－14所示。圖1－14Channels模塊庫

(9)RFImpairments模塊庫:對射頻信號的各種衰落進行仿真,如圖1－15所示。圖1－15RFImpairments模塊庫

(10)Synchronization模塊庫:提供4種鎖相環(huán)模塊,對信號同步功能進行仿真,如圖1－16所示。圖1－16Synchronization模塊庫

(11)Equalizers模塊庫:提供多種均衡器模塊。

(12)SequenceOperations模塊庫:提供順序運行模塊。

(13)UtilityBlocks模塊庫:提供了10種常用的轉(zhuǎn)換函數(shù)模塊。

2.Simulink建模仿真的一般過程

(1)單擊工具欄上的“新建”圖標,打開一個空白的編輯窗口,如圖1－17所示。圖1－17空白編輯窗口

(2)在模塊庫中選取需要的模塊并拖到編輯窗口里,將環(huán)節(jié)都布置好,并修改編輯窗口中模塊的參數(shù),如圖1－18所示。圖1－18選取需要的模塊并進行處置

(3)用箭頭將各個模塊連接起來,如圖1－19所示。連接的方法是:從上一個模塊的連線點開始按住左鍵不放,拖到下一個連接模塊的連線點釋放,自動生成箭頭。圖1－19連接各個模塊

(4)單擊“startsimulation”按鈕進行仿真分析,在仿真的同時,可以觀察仿真結果,如果發(fā)現(xiàn)錯誤,可以立即單擊“stop”按鈕停止仿真,對參數(shù)進行修正,調(diào)整至滿意后將模型保存為*.mdl文件。

本章小結

通信是指將消息有效而可靠地由一地傳輸?shù)搅硪坏氐倪^程。根據(jù)攜載消息的信號參量是連續(xù)取值還是離散取值,信號可分為模擬信號和數(shù)字信號。通信系統(tǒng)有不同的分類方法,按照信道中所傳輸?shù)氖悄M信號還是數(shù)字信號,相應地,通信系統(tǒng)可分成模擬通信系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)。

數(shù)字通信已成為當前通信技術的主流。與模擬通信相比,數(shù)字通信系統(tǒng)具有抗干擾能力強,可消除噪聲積累;差錯可控;數(shù)字處理靈活,可以將來自不同信源的信號綜合到一起傳輸,易集成,成本低,保密性好等優(yōu)點。其缺點是占用帶寬大,同步要求高。

按消息傳遞的方向與時間關系分類,通信方式可分為單工、半雙工及全雙工通信。按數(shù)據(jù)代碼排列的順序分類,通信方式可分為并行傳輸和串行傳輸。

信息量是對消息發(fā)生的概率(不確定性)的度量。一個二進制碼元含1b的信息量;一個M進制碼元