精品课件-MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用-第4章

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MATLAB仿真在通信原理课程教学中的应用

教育论坛Digital Space P .331MATLAB 仿真在通信原理课程教学中的应用陈书文王玉玺周近江苏第二师范学院数学与信息技术学院摘要：通信原理是信息通信类工科专业的核心课程，其特点是：知识体系严谨，理论概念较为抽象，课程对数学基础要求较高，且结论表达式较难记忆。

这些特点导致了学生在学习过程中，往往陷入死背结论公式、死记符号参数的泥潭，而对公式的物理意义与有关参数的作用并没有直观的认识。

若将基于MATLAB 的通信仿真实验引入本课程的教学，学生便可在教师的指导下自主编程，深入地理解课程知识，更好地掌握课程的重点与难点。

实践表明，该方法不仅能加深学生对知识的理解，激发学习兴趣，还能促进学生自主研究能力的培养。

本文分别以模拟通信与数字通信各一列来介绍MATLAB 的仿真应用，说明使用该软件教学的优越性。

关键词：MATLAB 仿真通信原理在通信工程、电子信息工程等工科专业中，通信原理是非常重要的专业基础课，也通常设置为研究生招生考试的专业课，其内容主要分为模拟通信和数字通信两大部分。

在长期的教学实践中，本科生普遍反映学习该课程的困难是：对数学基础要求较高，内容缺乏直观表现，公式推导复杂且难以理解等。

这些问题严重影响了该课程的教学效果，即便在多媒体教学普及后，教师也只是把课本内容硬搬到屏幕上，并没有在本质上解决学习内容抽象、理解困难等问题。

所以，为了让学生扎实地掌握通信的基础理论与系统设计方法，有必要提高该课程的实验教学效果。

1 MATLAB 虚拟实验环境MATLAB 是美国的数学与系统仿真软件，它具有数值分析、矩阵运算、数字信号处理、系统控制与优化等基本功能。

基于MATLAB 的通信虚拟实验平台具有三大优势：（1）学生能够自主编程，通过通信仿真实验加深对课堂所学的理论的理解；（2）实验硬件只需要普通机房的PC 机，学生也可在自己的电脑上安装MATLAB 软件，实验场地选择自由，实验教学成本相对较低；（3）培养学生的自主学习和理论研究的能力，在完成大纲规定的基础上，学生可以做感兴趣的拓展研究。

matlab电路仿真完整ppt

信号发生器，可以产生给定频率和幅值
的正弦波(sine wave)、方波(square wave)和锯齿波(saw-
tooth wave)，双击图标可以设置。
定时器，显示仿真时间，在系统仿真时打开定时器，可以
看到实时的仿真时间。
正弦波，电路中常用到的正弦信号（Sine Wave）模块，
双击图标，在弹出的窗口中调整相关参数。信号生成方式有两种：
3）连接模块，从而构成需要的系统模型。
1. 对模块的基本操作
移动、复制、删除、转向、改变大小、模块命名、颜色设定、参数设定、属性设定、模块输入输出信号
举例说明
2. 对信号线的操作
改变粗细、设定标签、线的折弯、线的分支
举例说明
3. 对运行仿真的操作
设置仿真参数启动仿真仿真结果分析
（1）设置仿真参数
在MATLAB窗口的工具栏中单击
图标
在命令窗口中输入命令： >>simulink
2. Simulink浏览器
标题栏菜单栏工具栏模块说明框
基本模块库
已安装专用模块库
模块查找框模块显示框
Simulink基本模块库包括8类子库： Continuous（连续模块） Discrete（离散模块） Function&Tables（函数和平台模块） Math（数学模块） Nonlinear（非线性模块） Signals&Systems（信号和系统模块） Sinks（接收器模块） Sources（输入源模块）
（2）启动仿真
启动方式： (1) Simulink模块编辑窗口菜单栏“ Simulation /Start” (2)单击工具栏上的图标
举例说明 Sim6_1.mdl

MATLAB课件·第4章通信系统的建模与仿真

B 这种典型的情况，带通采样定理所规定的采
样频率近似等于下界 2 B 。对整个通信系统进行仿真开发时，选择对系统合适的采样频率是要做的一个基本决定。除考虑上述信号带宽外，有许多因素影响所需的系统采样频率。具有反馈的系统、非线性系统、多径信道等会导致更高的采样频率要求。对于无反馈的线性系统，必需的采样频率可由可接受的混叠误差决定的，而这又有赖于发送滤波器成形脉冲的功率谱密度。成形脉冲是假定时域有限的，因此不可能是带宽有限的，因而会产生在实际中不可能消除混叠误差。为仿真选择合适的采样频率的一个策略就是在混叠误差和仿真时间之间达成一个可以接受的折衷。目标是选择一个采样频率，使得混叠误差相对于仿真所考察的系统性能的降低是可以忽略的。有些要仿真的系统（如扩频通信系统）包含两个或多个不同信号带宽的子系统。扩频通信系统同时包括窄带信号和宽带信号。如果使用单一的采样频率，那么这个采样频率必须与宽带波形相适应，而用宽带信号所需的采样率对窄带信号进行采样，将导致仿真的时间过大和效率降低。一般最有效的方法是对每个过程用它的奈奎斯特速率采样，对整个系统而言采用多速率采样。系统中出现两个不同带宽时，可采用两个采样率：在窄带到宽带的分界处提高采样频率（上采样），而在宽带到窄带的分界处降低采样频率（下采样）。采样频率的提高是通过对在原始样点之间内插新的样点来完成；采样频率的降低是通过从原样点每多个样点抽取一个来实现。采样点的值在计算机中是用有限长的码字来量化，所以在仿真中都会出现量化误差。计算机处理表示数字的方式可以分为定点和浮点两类。当用定点数表示时，字长每增加一个比特，量化的信噪比增加 6dB 。在通用计算机上采用浮点数表示进行仿真操作时，由量化导致的量化误差通常可以忽略不计。然而，这种噪声永远不会为零，在噪声累积的情况过多时可能会严重地降低仿真结果的精度。 3. 信道编码器和译码器信道编码器对数码流进行相应的处理，使系统具有一定的纠错能力和抗干扰能力。信道编码的处理技术有差错控制码、交织编码器等。差错控制码有线性差错控制码（汉明码、线性循环码等）、Reed-Solomon 码、卷积码、Turbo 码、LDPC 码等。信道译码器完成信道编码的译码。交织编码技术可离散化并纠正信号衰落引起的突发性差错，改善信道

MATLAB在通信中的应用

存为example1.m，然后选中下拉菜单Debug|Run运行得到右图。
2023/11/21
MATLAB在通信中的应用
22
第二讲 MATLAB的基础准备及入门
八、保存和检索数据
当你在工作窗中做了一些运算之后,需要暂时休息一下，希望将所作的工作保存，以便以后接着做下去，可以点击File|Save Workspace As…项，会弹出一个对话框，选择保存路径并键入文件名,按“保存”键。当再次开始工作时，用File|Load workspace 或File|Import Data…再把该文件装入，原来定义的变量又可以使用了。
2023/11/21
MATLAB在通信中的应用
9
第二讲 MATLAB的基础准备及入门
一、MATLAB的安装
A碟：Matlab主程序及工具箱扩展包； B碟：帮助文件。
建议安装双碟版的Matlab 6.1、6.5或7.0，并且采用完全安装。完全安装需要大约1.4G的硬盘空间。
2023/11/21
MATLAB在通信中的应用
三、MATLAB的工作环境
Workspace
工作空间窗口
或
Current Directory 当前目录窗口
Command Window 命令窗口
Command History
命令历史窗口
2023/11/21
MATLAB在通信中的应用
14
第二讲 MATLAB的基础准备及入门
四、命令窗口的菜单
2023/11/21
➢键入who，显示出当前工作
环境下的变量名。
➢键入whos，显示出当前工作
环境下所有变量的具体信息。
2023/11/21

Matlab语言及其在电子信息工程中的应用：第4讲V.ppt

函数调用格式为：
[输出参数1, 输出参数2, …]=函数名（输入参数1，输入参数2，…）
例1：给定数a,b,和一个正整数n，对k=1,2,…,n，计算
(a b)k , (a b)k
(1) 先建立一个函数文件power_ab.m function [out1,out2]=power_ab(a,b,n) %power.m是计算(a+b)^n 和(a-b)^n的函数文件
显示出错信息*****，并终止程序； ➢warning(‘****’)
显示告警信息****，程序继续运行。
许钢 2020/4/19
Matlab语言及其在电子信息工程中的应用
9
第四讲 MATLAB程序设计
三、字符与字符串
1、在MATLAB中字符串要用单引号来界定注：单引号必须是在英文状态下输入例： a='Hello' a=[a, ' World'] %字符串可以合并 >>a =
Matlab语言及其在电子信息工程中的应用
主讲：许钢
（V1.2）
许钢 2020/4/19
Matlab语言及其在电子信息工程中的应用
1
第四讲 MATLAB程序设计
一、M文件二、控制语句三、字符与字符串四、函数的调用五、程序的优化
（ “逻辑判断和流程控制”其编程思想和C、 Basic等高级语言类似，具体语法请同学们自学！）
deblank 移去空字符
strcmp 比较字符串
num2str 将数字变为字符串
str2num 将字符串变为数字
str2mat 将字符号串变为文本矩阵
strrep 将一个字符串变为另一个字符串
许钢 2020/4/19

MATLAB通信仿真在《通信原理》课程教学中的应用

MATLAB通信仿真在《通信原理》课程教学中的应用[摘要]本文介绍了matlab软件中通信工具箱的两种仿真方法，并重点阐述了在matlab／simulink环境下对通信系统进行可视化动态仿真的一般步骤和实现方法。

最后通过教学范例和实验结果说明，matlab通信系统仿真模型能够反映通信系统的动态工作情况，具有较强的演示性、可视性和实用性，是《通信原理》课程教学中强有力的辅助工具。

[关键词]matlab simulink 仿真通信系统一、引言《通信原理》是通信及相关专业的专业基础课，是许多后续专业课程的基础。

其中很多基本概念、重要原理将贯穿整个通信专业的各门课程之中。

然而，对于刚刚接触通信专业的学生来说，类似于调制、解调、抽样、量化、复用等概念及原理往往过于抽象，传统的教学方法很难高效的使学生从根本上理解这些概念、原理及过程。

将matlab通信系统的计算机仿真演示应用到《通信原理》的教学中，能够较好的解决这个问题。

采用matlab对基本原理和方法进行计算机仿真演示，能够使复杂的计算简单化，抽象的理论具体化、直观化，从而提高学习效率，增强学习兴趣，在一定程度还上培养学生进行通信系统工程设计的能力。

matlab最初是mathworks公司推出的一种数学应用软件，经过多年的发展，开发了包括通信系统在内的多个工具箱，从而成为目前科学研究和工程应用最流行的软件包之一。

matlab的动态仿真软件simlink提供了可视化的系统仿真环境和多个模型库，在模型库中提供了丰富的功能模块，采用模块化设计，可以方便、灵活地建立通用性较强的通信仿真模型。

matlab通信工具箱是一套用于通信领域进行理论研究、系统开发、分析设计和仿真的专业化工具软件包，主要由两部分组成：通信系统功能函数库和simulink通信系统仿真模型库。

下面分别从两个方面介绍matlab通信系统仿真方法。

二、使用通信系统函数库实现通信系统仿真matlab通信系统功能函数库[1]由70多个函数组成，每个函数又有多种选择参数，函数功能覆盖了现代通信系统的各个方面。

MATLAB及在电子信息课程中的应用.ppt

1.3.1 命令窗(Command Window) 单行命令执行方式
执行结果直接显示
1.3.2 图形窗(Figure Window) 用图形方式表示计算结果
1.3.3 文本编辑窗(File Editor) 多行命令组成语言组，可以文件方式存盘
•
下面就具体看一下MATLAB 的工作环境演示。
2020/8/16
• 1.1.1 MATLAB 概述
MATLAB是集数值计算、符号运算及图形处理等强大功能于一体的科学计算语言，是一种交互式的以矩阵为基础的系统计算平台,它用于科学和工程的计算与可视化。它的优点在于快速开发计算方法，而不在于计算速度。
MATLAB已成为一门高校必修的课程，也是最为普遍的计算工具之一。
2020/8/16
8
1.2 MATLAB语言的特点
• 友好的工作平台和编程环境 • 简单易用的程序语言 • 强大的科学计算及数据处理能力 • 出色的图形处理功能 • 应用广泛的模块集和工具箱 • 实用的程序接口和发布平台 • 模块化的设计和系统级的仿真
2020/8/16
9
1.3 MATLAB的工作环境
2020/8/16
3
第1章 MATLAB语言概述
• 1.1 MATLAB语言的发展 • 1.2 MATLAB语言的特点 • 1.3 MATLAB的工作环境
1.3.1 命令窗 1.3.2 图形窗 1.3.3 文本编辑窗 • 1.4 演示程序 • 1.5 网络资源
2020/8/16
4
1.1 MATLAB语言的发展
t=t+dt; theta=theta0*cos(sqrt(g/l)*t); x=l*sin(theta);y=-l*cos(theta); set(head,'xdata',x,'ydata',y); set(body,'xdata',[0;x],'ydata',[0;y]); drawnow; end

MATLAB仿真应用_第4章(1)资料

第4章电子线路仿真试验
图4-3 信号微积分运算的仿真系统框图
第4章电子线路仿真试验
图4-4 信和积分的模块都来自 Simulink ＼ Continuous 库中，微分模块不需要设置，积分模块的参数设置如表 4-6所示。
第4章电子线路仿真试验表4-6 Integrator
第4章电子线路仿真试验表4-7 SignalGenerator（信号发生器）的主要参数
第4章电子线路仿真试验
4.3 触发器
触发器是电子工程中经常用到的电路，在本节中用实例来说明应用的方法。图4-5所示是触发电路仿真演示框图，在图中触发模块是实现触发的主要工具，图中常数矢量设定为0。图4-6所示是触发电路仿真结果。图4-7所示是触发电路
初始条件源也有两种： Internal （内部）（本例）和 External （外部）。初始条件为内部时，由对话框内的 Initialcondition 设定。初始条件为外部时，模块多出一个初始条件输入端口。
第4章电子线路仿真试验当激活Limitoutput（限制输出）时，可以在对话框中设定 UppersaturationLimit （限幅上限）和
LowersaturationLimit （限幅下限）。当激活
ShowsaturationPort （显示限幅端口）时，可以从新增的限幅端口输出限幅信息。
当激活Showstateport（显示状态端口）时，可以从
新增的状态端口输出状态信息。 Absolutetolerance （绝对误差）是设定模块状态的绝对误差。表4-7所示是信号发生器的主要参数。

MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用(第二版)(徐明远)1-4章 (2)

第 2 章 MATLAB仿真
(4) MATLAB的计算精度很高。 MATLAB中的数据是以双精度存储的。一个实数采用8字节存储，而一个复数则采用16字节存储。通常矩阵运算的精度高达1015以上，完全能够满足一般工程和科学计算的需要。与其他语言相比， MATLAB对计算机内存、硬盘空间的要求也是比较高的。
本书给出的程序和例子均在MATLAB Release 2008b（7.7.0）（完全安装）版本下验证通过。
第 2 章 MATLAB仿真
2.1.2 MATLAB快速入门
1. MATLAB 本书以Windows XP下的MATLAB 2008b（7.7.0）为例，在 Windows Vista、 Windows 7 等版本下操作类似。假定已经正确安装了MATLAB的Windows版本，从 Windows 的“开始|程序” 菜单中找到MATLAB图标，单击该图标即可进入MATLAB环境。进入MATLAB后操作环境通常显示的是MATLAB的命令窗口，在该窗口中可以输入各种MATLAB命令和语句，通过命令方式与MATLAB 进行交互。
(7) MATLAB程序可以直接映射为DSP芯片可接受的代码，大大提高了现代电子通信设备的研发效率。
(8) MATLAB程序的执行效率比其他语言低。 MATLAB程序通常是解释执行的，在执行效率和速度上低于其他高级语言，当然如果对执行效率有特别要求，可以采用C语言编制算法，然后通过 MATLAB接口在MATLAB中执行。事实上， MATLAB自带的许多内部函数均是用C语言编写并编译的，因此利用MATLAB内部函数程序部分的运行速度并不比其他语言中的相应函数低。
MATLAB中常用的算术运算符有+、－、 *、 /、 \、 ^、

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第 4 章电子线路仿真试验
图4-3 信号微积分运算的仿真系统框图
第 4 章电子线路仿真试验
图4-4 信号微积分运算的仿真结果
第 4 章电子线路仿真试验
微分和积分的模块都是来自 Simulink＼Continuous库中，微分模块不需要设置，积分模块的参数设置如表4-6所示。
第 4 章电子线路仿真试验
第 4 章电子线路仿真试验
第 4 章电子线路仿真试验
4.2 微积对信号进行微积分运算时可以用M文件编程（在附录A.5中会介绍），本例是用一个小例子来说明应用Simulink的方法进行微积分运算。图4-3所示是信号微积分运算的仿真系统框图，图4-4所示是信号微积分运算的仿真结果。信号发生器输出一个方波，则示波器的三个输入端（从上到下)分别输入方波信号以及信号的微分和积分运算的结果。可以看出，对应方波的上下沿的微分有大的输出，其余时间微分为零，在方波保持［－1 1］区间，积分先线性增长，后线性下降。
第 4 章电子线路仿真试验
初始条件源也有两种： Internal（内部）（本例）和 External（外部）。初始条件为内部时，由对话框内的 Initial condition设定。初始条件为外部时，模块多出一个初始条件输入端口。
当激活Limit output（限制输出）时，可在对话框中设定 Upper saturation limit（限幅上限）及Lower saturation limit（限幅下限）。当激活Show saturation port（显示限幅端口）时，可以从新增的限幅端口输出限幅信息。
第 4 章电子线路仿真试验
图4-1 信号合并的仿真系统框图
第 4 章电子线路仿真试验
图4-2 信号合并的系统仿真结果
第 4 章电子线路仿真试验
表4-1~表4-5分别给出了信号合并仿真系统中各个模块的主要参数。
第 4 章电子线路仿真试验
第 4 章电子线路仿真试验
第 4 章电子线路仿真试验
积分模块有两种工作模式：简单积分方式（本例）和重置积分方式。当设定的触发信号到来时，模块输出重置为初始条件。
当激活Integrator (积分器)模块时，弹出的对话框中的 External reset（外部复位）选项被置于none，模块工作在简单积分方式，此时不需要外部触发信号输入端口。选项被置于 Rising、 Falling、 Either 时模块工作在重置积分方式，并且分别表示是用触发信号过零时的上升沿、下降沿进行重置的操作。此时，模块多出一个触发信号输入端口。
（2）示波器通道2显示了仅在方波信号过零的上升沿触发时，采集并保持的正弦信号的样值。
（3）示波器通道3显示了仅在方波信号过零的下降沿触发时，采集并保持的正弦信号的样值。
（4）示波器通道4显示了在方波信号过零的上升或下降沿触发时，采集并保持的正弦信号的样值。
简而言之，触发电路是一个采样保持电路，采样的时刻取决于触发信号的形状和触发方式的设定。
第 4 章电子线路仿真试验
图4-5 触发电路仿真演示框图
第 4 章电子线路仿真试验
图4-6 触发电路仿真结果
第 4 章电子线路仿真试验
图4-7 触发电路结构
第 4 章电子线路仿真试验
触发电路的Trigger type（触发类型）设定为Function call（函数调用）时和模块使能时，有三种设置： Held（有效）、 Reset（复位）和Inherit（继承）。
此时， Sample time type（取样时间类型）可设为触发或周期。 Sample time（取样时间）均被激活。
现在以图4-6中显示的结果来分析触发的过程：（1）示波器通道1显示了作为触发信号的信号发生器的方波，同时还显示了等于零的基线以及被用作触发取样观察的正弦信号。
第 4 章电子线路仿真试验
第 4 章电子线路仿真试验
第 4 章电子线路仿真试验
4.1 信号合并 4.2 微积分 4.3 触发器 4.4 分频器 4.5 使能开关 4.6 编程开关 4.7 移位寄存器 4.8 整流电路 4.9 驻波演示 4.10 超外差式接收机
第 4 章电子线路仿真试验
4.1 信号合图4-1所示是信号合并的仿真系统框图，图中正弦信号和锯齿波发生器产生的信号通过两个交替打开的门控电路，在合并（叠加）Merge模块中合成为一路信号，并在示波器中显示。在仿真系统中采用方波信号发生器的输出作为门控信号。图4-2 所示是信号合并的仿真结果。
当激活Show state port（显示状态端口）时，可以从新增的状态端口输出状态信息。
Absolute tolerance（绝对误差）是设定模块状态的绝对误差。表4-7给出了信号发生器的主要参数。
第 4 章电子线路仿真试验
第 4 章电子线路仿真试验
4.3 触发器触发器是电子工程中经常用到的电路，在本节中用实例来说明其应用的方法。图4-5所示是触发电路仿真演示框图，在图中触发模块是实现触发的主要工具，图中常数矢量设定为0。图4-6所示是触发电路仿真结果。图4-7 所示是触发电路结构图，激活图中的 trigger，可以在弹出的对话框中进行参数设置。
表4-8~表4-11分别给出了触发电路仿真系统中各个模块的主要参数。
第 4 章电子线路仿真试验
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第 4 章电子线路仿真试验
第 4 章电子线路仿真试验
第 4 章电子线路仿真试验
第 4 章电子线路仿真试验
4.4 分频器分频器应用广泛，下面用一示例说明其使用方法。图4-8 所示是分频器仿真框图，其组成仅有三台设备：脉冲发生器、分频器（计数器）和示波器。脉冲发生器产生周期为1 s，占空比为 50%，幅度为1 的方波，馈入计数器。计数器设置为分频器工作方式，本例中分频比设为11，即每输入11个脉冲，送出一个Hit data（到达脉冲）， Maximum count（最大计数）是10，即分频比减一。 Initial count（初始计数）表示计数器中开始计数时刻，即计数器中原有的数，本例是0。 Hit value（到达值）表示在计数到第几（本例是7）个脉冲时，开始输出到达脉冲。