基于MATLAB - SIMULINK的通信原理可视化动态仿真实验

2003年 6月 甘 肃 农 业 大 学 学 报 第 38卷 第 2期 243~247 JOURNAL OF GANSU AGRICULTURAL UNIVERSITY 季 刊 基于 MATLAB/SIMULINK的通信原理 可视化动态仿真实验

王俊年 1, 吴劲峰 2

(1. 湘潭工学院信息系,湖南 湘潭 411201; 2. 甘肃农业大学,兰州 730070 摘要:概述了 MATLAB 通信工具箱的组成与功能,介绍了在

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,并分别给出了范例和实验结果。

关键词:MATLAB 语言;通信工具箱;通信原理;可视化动态仿真

中图分类号:TN 919.8 文献标识码:A 文章编号:1003-4315(200302-0243-05 1 引言

当前,通信讯技术的发展日新月异,通信系统建设可采用的技术有多种选择,同时, 通信系统的功能要求也越来越高,系统建设愈加复杂,系统建设经费不断增加。传统的试 验设计手段已经不能适应技术发展的需要。而通信系统的计算机模拟仿真技术日益显示出 其巨大的优越性,通信原理课程教学中,在硬件电路实验的同时增加计算机仿真实验,不 仅能够帮助学生理解和掌握课程原理,而且对培养学生的科研创新能力具有十分重要的意 义,同时也大大节省了硬件电路实验中的设备更新的不断投资。

2 MATLAB通信工具箱的构成及功能

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 [1]。

MATLAB通信系统功能函数库由 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。这些函数包括:信号源产生函数、信源编码 /解码函 数、纠错控制编码 /解码函数、调制 /解调函数(基带和通带 、滤波器函数、传输信道模型 函数、 TDMA 、 FDMA 、 CDMA 函数、同步函数、工具函数等。用 MATLAB 通信系统功能 函数库进行通信系统仿真,是利用函数进行计算式的数据流仿真,速度比较慢。

SIMULINK通信系统仿真模型库(Communication toolbox如图 1所示,每个框图都是 由一个子仿真模型库构成,在通信系统中,一般情况下传输和接受所采用的技术是相互对 应的,因此,可以将发射和接受部分的各个子仿真模型库进行相应的归类。以调制解调

作者简介:王俊年(1968- ,男,甘肃金昌人,硕士,讲师,主要从事电子信息及智能控制方面的教学和研究工作。

收稿日期:2003-04-15 甘 肃 农 业 大 学 学 报 2003

244

图 1 SIMULINK通信系统仿真模型库

为例,发射部分的调制和接受部分的解调所对应的子仿真模型库归类后如图 2所示,又分 为中层子库和下层字库两层。另外,为了进行通信系统的全系统仿真,

SIMULINK 通信系 统仿真模型库提供了通带和基带二种类别的信道模型,其中,通带信道有 4种模型,基带 信道有 6种模型。

图 2 调制 /解调仿真模型库子库

利用 SIMULINK 通信仿真模型库进行通信系统仿真,是一种动态方式的时间流仿真, 即在每一时刻,所有的功能模块都同时执行,仿真速度比用 MATLAB 通信系统功能函数库 进行仿真要快得多 [2]。

第 2期 王俊年等:基于 MATLAB/SIMULINK的通信原理可视化动态仿真实验 245 3 可视化动态仿真的步骤和方法

3.1 基本步骤

通信系统仿真的基本步骤如下 [4]:

1建立数学模型:根据通信系统的基本原理,将整个系统简化到源系统,确定总的系 统功能,并将各部分功能模块化,找出各部分之间的关系,画出系统流程框图模型。 2仿真系统:根据建立的模型,从 SIMULINK 通信模型库(MATLAB 所提供的 Communication Toolbox SIMULINK Block Library 的各个子库中,将所需要的单元功能模 块拷贝到 Untitled 窗口,按系统流程框图模型连接,组建要仿真的通信系统模型。

3设置、调整参数:参数设置包括运行系统参数设置(如系统运行时间、采样速率等 和功能模块运行参数设置(正弦信号的频率、幅度、初相;低通滤波器的截至频率、通带 增益、阻带衰减等 。

4置观察窗口,分析仿真数据和波形:在系统模型的关键点处设置观测输出模块,用 于观测仿真系统的运行情况,以便及时调整参数,分析结果。

5生成新的模块:对于 Communication Toolbox中没有的功能模块,可以根据已掌握 的技术生成所需新的子模块,例如由 C 或 Fortran 编写 MEX 文件,编译成 DLL 后利用 SIMULINK 提供的封装(Masking 功能封装或自定义模块库,以便随时调用。