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［摘 要］ 《移动通信原理》课程比较抽象难懂，如果让学生能够形象地看到移动通信的工作过程，那么对学生掌握移动通信原理是非常有帮助的。为了能使通信系统的研究形象、直观地显示，使教学事半功倍,非常有必要先对通信电路进行实验仿真。文章就是以MATLAB软件为基础，对通信系统调制技术中的抑制载波双边带调幅和正交振幅调制进行仿真，并用Simulink软件包进行建模仿真，目的就是让移动通信专业的学生形象地理解移动通信的概念与理论知识。
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［关键词］ MATLAB；Simulink；调制；仿真
［作者简介］ 谭卫东，南宁职业技术学院副教授，工学硕士，研究方向 ：3G移动通信技术，广西 南宁，530008
［中图分类号］ TN929.5 ［文献标识码］ A ［文章编号］ 1007-7723（2011）11-0020-0003
一、MATLAB简介
《移动通信原理》课程，涉及到许多抽象的理论知识，比如：信源编码、信道编码、交织、加密、TDMA、扩频、调制与解调等，它们都比较生涩难懂，也比较难以用实验来体现。为了解决这些问题，通信仿真技术就应运而生了。通信仿真技术是通过在计算机中构建虚拟的环境来反映现实的通信网络环境，模拟现实中的通信网络行为，降低通信系统的投资风险，减少不必要的投资浪费。MATLAB作为当前国际控制界最流行的面向工程和科学计算的高级语言，在控制系统、通信系统的仿真、分析和设计方面得到了非常广泛的应用。用MATLAB进行通信仿真近年来在业界内得到一致认可，所以有必要将MATLAB软件引进到移动通信技术专业的教学研究中，让学生通过仿真实验的体验来掌握移动通信的概念与理论知识。
MATLAB由Matrix （矩阵）和Laboratory （实验室）两词的前3个字母组合而成，可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通信、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域[1]。
Simulink于20世纪90年代初由MathWorks公司开发，是MATLAB环境下对动态系统进行建模、仿真和分析的一个软件包。在Simulink环境下，用户可以在屏幕上调用现成的模块，并将它们连接起来构成系统的模型，就是所谓的“可视化建模”。 Simulink由于功能强大，使用简单方便，已成为应用最广泛的动态系统仿真软件[2]。
Simulink是通过系统模型（框图）与MATLAB求解器直接的交互对话完成系统的仿真的，如图1所示。
二、移动通信系统中的调制/解调技术
图2是数字移动通信系统的工作原理框图：
在这个通信系统模型中，调制技术非常重要。通过调制不仅可以将调制信号转换成适合于信道传输的已调信号，而且它对系统的传输有效性和可靠性有很大的帮助。
为了增加两信号点的距离，可以采用增加发射功率的办法，即增加圆周半径。但在许多通信系统中，发射功率常常受到限制。所以，在不增加信号平均功率的前提下，通过安排信号点在星座图中的位置，可以增大两个信号点之间的距离，从而降低系统的误码率。M元正交振幅键控调制（M-QASK）就是基于这种思想，它的原理框图如图3所示[3]。
三、利用MATLAB软件包实现移动通信调制/解调技术的建模仿真
如何让学生尽快掌握正交振幅调制（QAM）这种数字调制技术呢？笔者尝试利用MATLAB软件包来进行仿真实现。本次仿真分为两部分：simulink建模与仿真、数字调制中的正交振幅调制仿真（QAM）实现
（一）Simulink建模与仿真
1. 选择菜单“File”――“New”――“Model”，新建一个名为“unititled”的空白模型窗；
2. 在模块窗口中，单击“Source”子模块库前的“+”，用鼠标右击所需要的模块Signal Generator（设置相应参数后，便可得6sin(t)、sin(6t)模块，后文会详细谈及在此不再赘述）、Band-Linited White Noise。在快捷菜单中选择“add to unititled”命令就可将相应的模块添加到unititled窗口；
3. 用同样的方法将Math Operations 模块组中的Add模块、Sinks中的Scope模块添加到“unititled”窗口中；
4. 在“unititled”窗口中，用鼠标指向“6sin(t)”右侧的输出端，当光标变为十字符时，按住鼠标向“Subtract”模块的第一个“+”的输入端，松开鼠标按键，就完成了两个模块间的信号线连接。用同样的方法连接其他信号线，一个模拟信号叠加的模型已经建成，如图4所示。
5. 模型建好后，要进行相应的参数设置后才能开始仿真。
（二）利用MATLAB实现正交振幅调制的仿真示例
利用MATLAB进行带通数字调制与解调――M元正交振幅键控调制，它一般将输入的数字码符映射成为同相和正交的两个独立分量，然后模拟QAM法对它们进行调制；在接收方，接收的信号被解调为同相和正交信号，从映射过程中恢复原始信号。其用MATLAB实现的代码如图5所示。
运行程序，就可以得到我们预期的结果，生动形象，如图6所示。通过MATLAB软件，可以让学生清晰地看到发射端的源信号，在高频调制的传输过程中，因为叠加了白噪声等干扰信号而出现波形的失真。在接收端，通过解调技术的修正，界调出的信号与发射端的源信号非常相似，基本可以实现了对干扰信号的抑制，从而体现了在移动通信系统中，调制/解调技术的关键性。
本文成功地进行了抑制载波双边带调幅和正交振幅调制的MATLAB程序代码的仿真，使仿真结果以波形图的形式展现，达到了预期的目的。
［参考文献］
［1］朱静,徐军.用MATLAB对双边带抑制载波调制解调器的仿真分析［J］.湖南城建高等专科学校学报,2002,(4).
［2］马牧燕,冷俊敏,左秀锋.基于MATLAB的正交幅度调制系统仿真［J］.北京机械工业学院学报, 2007,(6).
［3］王普明,杨其锋.正交幅度调制信号在AWGN信道传输的MATLAB仿真［J］.河南机电高等专科学校学报,2006,(11). |
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发表于 2018-7-16 20:01:49