Simulink仿真在通信原理教学中的应用

Simulink仿真在通信原理教学中的应用（精选3篇）

1.Simulink仿真在通信原理教学中的应用 篇一

《通信原理》课程设计

开机，启动Matlab，在工作窗口Simulink。

模块库——>各个模块 Simulink：基本模块库

Commuinications Blockset：通信模块库 Signal Processing Blockset：信号处理模块库

基本原理：

1． 信源

通信工具箱：Communications Blockset——Comm Sources/Rondom Data Sources 选择：Bernoulli Binary Generator二进制伯努利序列产生器

Random Integer Generator 随机整数产生器 Signal Processing Blockset——signal Processing Sources

Sine Wave正弦波 2． 噪声源

Communications Blockset——Comm Sources/Noise Generators 选择：Gaussian Noise Generator高斯白噪声产生器

Rayleigh Noise Generator瑞利噪声产生器

Uniform Noise Generator均匀噪声产生器 3． 示波器

Simulink——〉Sinks——〉Scope 4． 相加器、增益、相乘器 Simulink——〉Math Operations——〉Add、Gain、Produc 5． 信道

高斯白噪声加性信道

Communications Blockset—〉Comm Sources—〉Noise Generators—〉Gaussian Noise Generator 6． 滤波器

Signal Processing Blockset——〉Filtering——〉Filter Designs——〉Digital Filter Design 低通滤波器的带宽：基带信号的带宽

带通滤波器的带宽：载波频率±基带信号的带宽 7． Relay（抽样判决器）

Simulink——〉Discontinuities——〉Relay 这是一个滞环比较器，一般用来作为调节有波动的系统时的缓冲。

parameters里的设置为：switch on point-阈值上限，switch off point-阈值下限，output when on-阈值上限输出值，output when off-阈值下限输出值。

例如某个信号的阈值上限为1.5，下限为0.5，上限输出为1，下限输出为0.当该信号上升到大于1.5时，relay的输出为1。若信号下一个周期小于1.5，但仍大于0.5时，其输出仍保持为1。只有当信号下降到小于0.5时，才会输出0。

它的意义是使信号调节有一个足够的范围宽度，而不至于因为每个周期都进行调节。8． 眼图、星座图、误码率

Communications Blockset—〉Comm Sinks——〉Discrete-Time Eye Diagram Scope  Samples per symbol：每个符号的采样点数，自己计算1个二进制码元在系统中有多少个采样点，也就是要保证眼图窗口的时间宽度为整数个码元宽度（最好1、2个）。 Offset：非负整数，小于Samples per symbol和Samples per trace的乘积，指定在画第一个点时省略的采样点数。可调。

 Samples per trace：正数，指定每一条轨迹的符号数目。如2，显示两个符号周期。 Traces displayed：叠加的轨迹的数目。

 New traces per display：正整数，小于Traces displayed，指定每一次显示时新轨迹的数目。

 Rendering Properties：线型和颜色设计  Axes Properties：x、y轴范围设计

 Figure Properties：眼图显示的数据类型设计

Communications Blockset—〉Comm Sinks——〉Discrete-Time Scatter Plot Scope Communications Blockset—〉Comm Sinks——〉Error Rate Calculation

2.Simulink仿真在通信原理教学中的应用 篇二

关键词：通信原理,Matlab,Simulink,仿真技术,m序列

在各高校通信与电子信息类专业的课程中, 通信原理无疑是其中最重要的课程之一[1]。该课程是基础课向专业课的过渡课程, 是众多专业课的先修课程, 在通信工程专业的教学中占据非常重要的地位。同时, 很多高校都将这门课作为通信工程专业的研究生入学考试科目, 课程的重要性不言而喻。从教学的角度来看, 本课程与电路分析、电子技术、信号与系统等专业基础课以及高等数学、概率论等数学课程联系紧密, 课程理论性强, 抽象概念较多, 实践操作的要求又较高, 是一门既要有理论知识又要有实践技能的综合性课程, 这些都在一定程度上增加了学生学好这门课程的难度。

为了改善教学效果, 培养学生分析和解决问题的能力, 调动学生学习的积极性, 从而提高通信原理课程的教学质量, 有必要将通信仿真技术引入到本课程的教学中[2]。目前, Matlab/Simulink已经成为科学研究和工程设计常用的仿真工具, 而随着其中通信、信号处理类函数库和工具箱的成熟, Matlab/Simulink在通信理论研究、算法设计、系统设计、建模仿真和性能分析验证等方面的应用也更为广泛[3]。Simulink可视化仿真工具能够以非常直观的方框图的方式对通信系统进行建模, 并能够将模型的仿真结果 (如波形、频谱和统计数据等) 实时地显示出来, 更有利于学生对通信系统概念和公式的直观理解, 所以近年来得到了通信工程专业广大师生的重视和广泛的应用[4]。

1 Matlab/Simulink在教学中的引入

在通信原理课程的教学过程中, 教师可以在多媒体课件中加入软件的仿真结果, 从而利用Matlab Simulink辅助教学, 以期实现更好的教学效果。特别是对于较难讲解的内容、抽象的概念, 以及通信系统各个节点的波形等, 利用软件的计算和图形化显示功能, 可使其更为直观地表现出来, 从而加深学生的理解。

在通信原理课程的实践环节中, 教师可以在传统实验的基础上引入Matlab/Simulink仿真实验, 从而避免实验设备、条件和学时等限制。利用软件, 我们设计出了多项仿真实验, 供学生在课程中完成。此外, 对学生感兴趣的内容, 我们还鼓励其利用课余时间进行实验方案的比较和优化, 这样, 极大地调动了学生的学习兴趣, 提高了学生对通信基本理论的掌握和计算机仿真编程的能力。

下面本文以m序列的产生与特性分析为例, 阐述了Matlab/Simulink在通信原理课程中的两方面应用: (1) 通过直接编写M文件实现m序列的产生与特性分析; (2) 利用Simulink实现m序列的产生与特性分析。

2 m序列的产生与特性

伪随机序列又称为伪随机码, 是一类有着广泛应用的码。例如, 在连续波雷达中可用作测距信号, 在遥控系统中可用作遥控信号, 在多址通信中可用作地址信号, 在数字通信中可用作群同步信号, 还可用作噪声源以及在保密通信中起加密作用等等[5,6]。m序列是最长线性反馈移位寄存器序列的简称, 它是由带线性反馈的移存器产生的周期最长的序列。由于m序列的均衡性、游程分布和自相关特性与随机序列的基本性质极相似, 所以将其作为最常用的一类伪随机序列。

设α 是GF (2n) 的一个本原元, αu1 (0<u1<2n-1) 是GF (2) 上n次本原多项式fu1 (x) 的首根, G ( fu1) 为对应的周期为m=2n-1的m序列集合。设

其所对应的最长线性反馈移位寄存器如图1所示, 则

由分析可知, m序列的自相关函数为:

其中, j表示移位数, 只取整数。 ρ ( j) 是偶函数并具备周期性, 周期也为m。由式 (2) 可知, m序列的自相关函数只有两种取值, 所以, m序列也称为双值自相关序列。

对式 (2) 作傅里叶变换, 可以求出m序列的功率谱密度函数:

其中, T0是m序列对应的周期性连续函数的周期。

3 基于M文件的仿真

在Matlab软件中, 可以通过编写一个M文件, 计算出一个周期的m序列, 并分析其自相关系数和功率谱特性[7,8]。下面以本原多项式为f ( x) =x7+x3+1 的m序列为例, 给出仿真的部分程序:

实验中m序列的周期为m =27-1 =127 , 码元宽度取1s, 采样率取10Hz。运行程序, 相应的仿真结果如图2所示。从图2a中可以看到在周期的整数倍处, 自相关系数取值为1, 其余点均取-1/m。从图2b中可以看到, 当T0和m/ T0均趋向于∞ 时, m序列的功率谱密度特性接近白噪声的功率谱密度特征。

4 基于Simulink的仿真

Matlab软件中Simulink可视化仿真工具能够以非常直观的方框图方式对通信系统进行建模, 并可以实时的将仿真结果显示出来, 更便于学生理解通信系统的物理概念和运行过程。所以, 可以通过编写测试模型, 实现m序列的自相关系数和功率谱特性分析[9,10]。

测试模型如图3所示, 使用了与上节相同的实验条件。采用PN Sequence Generator模块产生最长线性反馈移位寄存器序列, 通过Scope模块显示波形, 同时采用To workspace模块输出m序列, 并计算其对应的自相关函数。另外, 通过Modified Covariance Method (修正的协方差算法) 模块实现功率谱密度的估计, 其输出经过归一化处理后通过Vector Scope模块显示, 最终仿真结果如图4所示。这里, 自相关函数图与图2a一致, 就不再列出。

5 结束语

在通信原理课程理论课的讲授过程中, 教师多采用多媒体课件演示的教学模式, 这可能会导致学生在一些抽象的概念和较难的数学公式推导等方面理解度不够。将基于Matlab/Simulink的通信仿真技术引入到课程的教学中, 教师可以利用Matlab软件中丰富的函数库和模块库, 将晦涩难懂的通信理论、通信过程和信号波形等内容直观地显示成各类图形, 不仅可以辅助教学, 还能增强学生对通信概念的感性认识, 帮助学生更好地理解和掌握知识点, 从而提高通信原理课程的教学质量。

参考文献

[1]樊昌信, 曹丽娜.通信原理[M].第6版.北京:国防工业出版社, 2006.

[2]夏江涛, 孙冬娇.Matlab在现代通信原理课程中的应用[J].2014, 31 (1) :110-114.

[3]绍玉斌.Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析[M].北京:清华大学出版社, 2014.

[4]张鸣, 李白萍.Matlab仿真在通信原理课程中的应用[J].实验技术与管理, 2012, 29 (11) :87-93.

[5]李白萍, 张鸣, 龙光利.数字通信原理[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2012.

[6]ProakisJohnG.数字通信[M].第四版.张力军译.北京:电子工业出版社, 2004.

[7]徐明远, 邵玉斌.MATLAB仿真在通信与电子工程中的应用[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2005.

[8]Mokhtari Mohand, Marie Michel.MATLAB与SIMULINK工程应用[M].赵彦玲, 吴淑红译.北京:电子工业出版社, 2002.

[9]Proakis John G, Salehi Masoud.现代通信系统:使用MATLAB[M].刘树棠译.西安:西安电子科技大学出版社, 2003.

3.Simulink仿真在通信原理教学中的应用 篇三

【关键词】通信原理课程 SystemView

【中图分类号】G642【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）10-0251-01

1.引言

“通信原理” 是通信工程专业的主干课程， 该课程要求学生掌握通信系统的基本理论、 性能分析方法和设计思想。这门课在整个通信工程专业课程体系中起着承上启下的作用， 同时也是学习现代通信系统和技术的必备理论基础。这门课程的特点是理论性强，高度抽象[1]。由于该课程交叉和渗透各学科的基础理论，学生普遍感到对通信系统的基本理论、基本分析方法不能很好地理解与掌握。SystemView是一种较为常用的通信系统仿真软件，使用者无需与复杂的程序语言打交道，不用写代码就可以完成各种系统设计与仿真，非常适合初学者[2]。将SystemView仿真应用于通信原理课程，作为辅助理论教学的工具，能为学生提供具有可视化、互动性的通信仿真教学平台，帮助学生理解抽象的理论技术，理论联系实际，激发学生的学习兴趣，参与课程讨论，有效提高课堂及课后教学效果。

2.SystemView软件简介

SystemView 是美国ELANIX公司推出的，基于Windows环境的用于系统仿真的可视化软件工具[3]。它界面简洁，使用方便。SystemView仿真软件主要用于电路与通信系统的设计和仿真，能满足从数字信号处理、滤波器设计、直到复杂的通信系统等不同层次的设计、仿真要求。可以构造各种复杂的模拟和数字系统，还可以用于线性和非线性系统的设计和仿真。SystemView以模块化和交互式的界面，在大家熟悉的Windows窗口环境下，为用户提供一个嵌入式的分析引擎。使用SystemView只需要考虑项目的设计思想和过程，不必花费大量的时间和精力去编程来建立系统的仿真模型。用户只需要点击图标即可完成复杂系统的建模，设计，测试。

3.利用SystemView进行通信原理辅助教学的实例

本文以 FSK 系统的 SystemView 仿真为例， 详细阐述了SystemView仿真在通信原理课堂教学中的重要作用。

通信原理课程涉及大量原理方框图和波形图， 教学过程中采用课件进行讲述时，图形是静止的，而 SystemView仿真软件中都有现成的图符，只需用鼠标进行点击、 拖动和连线即可得到原理图，对系统和各图符设置好参数后，用波形观察窗口就可以观看系统各部分的波形图和频谱图，并能对各图形进行分析和计算。

图1给出了基于相干解调的2FSK通信系统。仿真过程中参数设置如下：仿真时间：5s；基带信号频率：20Hz；载波频率：50Hz，100Hz；已调信号幅值：1V；噪声标准差：0.5V；带通滤波器：30-70Hz，80-120Hz；低通滤波器：20Hz；信噪比3dB。

图2、图3和图4分别给出了2FSK调制信号的时域波形，2FSK调制信号的功率谱及叠加噪声后的2FSK传输信号。通过改变2FSK信号的调制频率，信号的时域波形和功率谱密度也会发生相应的变化，提高信道高斯白噪声的噪声方差，传输信噪比降低，其影响也会反应在最后的解调结果中，传输误码率增大。通过SystemView仿真可以看到，一方面，SystemView仿真能非常直观的给出信号的变换过程，使抽象的信号处理过程直观化；另一方面，2FSK信号功率谱密度的理论推导较为复杂，尤其在多进制FSK中，其数学推导相当繁琐超出了本科生的学识范围， 所以在通信原理教材中除个别作了不太严格的解释外， 其他的都直接给出公式[4]，SystemView仿真可以弥补数学上的不足，直接给出信号的功率谱密度，让学生能有一个感性的认识。

4.总结

将SystemView仿真引入通信原理理论教学环节，增强课堂的互动性，使教学方式多样化，吸引学生的注意力，提高学生学习的积极性。同时在课外时间里，学生遇到问题时，也可以首先通过SystemView仿真研究问题，提出自己的见解和看法，然后与老师进行讨论。通过这种教与学的互动，帮助学生更好的掌握抽象的理论知识，将理论知识与实际相结合，使学生能更牢固的掌握和运用专业知识，从而为今后的工作与学习提供有力的支持。

参考文献：

[1]邹丹. SystemView在现代通信原理课程中的应用[J]. 华东交通大学学报2007年12期.

[2]吴怡， 陈俊. SystemView仿真软件在 《通信原理》 课程教学中的应用[J]. 2004年9期.

[3]罗卫兵.SystemView 动态系统分析及通信系统仿真设计[M]. 西安电子科技大学出版社，2002.