[摘要]本文介紹了MATLAB軟件中通信工具箱的兩種仿真方法，并重點闡述了在MATLAB／SIMULINK環境下對通信系統進行可視化動態仿真的一般步驟和實現方法。最后通過教學范例和實驗結果說明，MATLAB通信系統仿真模型能夠反映通信系統的動態工作情況，具有較強的演示性、可視性和實用性，是《通信原理》課程教學中強有力的輔助工具。 [關鍵詞]MATLAB SIMULINK 仿真 通信系統 一、引言 《通信原理》是通信及相關專業的專業基礎課，是許多后續專業課程的基礎。其中很多基本概念、重要原理將貫穿整個通信專業的各門課程之中。然而，對于剛剛接觸通信專業的學生來說，類似于調制、解調、抽樣、量化、復用等概念及原理往往過于抽象，傳統的教學方法很難高效的使學生從根本上理解這些概念、原理及過程。將MATLAB通信系統的計算機仿真演示應用到《通信原理》的教學中，能夠較好的解決這個問題。采用MATLAB對基本原理和方法進行計算機仿真演示，能夠使復雜的計算簡單化，抽象的理論具體化、直觀化，從而提高學習效率，增強學習興趣，在一定程度還上培養學生進行通信系統工程設計的能力。 MATLAB最初是Mathworks公司推出的一種數學應用軟件，經過多年的發展，開發了包括通信系統在內的多個工具箱，從而成為目前科學研究和工程應用最流行的軟件包之一。MATLAB的動態仿真軟件SIMLINK提供了可視化的系統仿真環境和多個模型庫，在模型庫中提供了豐富的功能模塊，采用模塊化設計，可以方便、靈活地建立通用性較強的通信仿真模型。 MATLAB通信工具箱是一套用于通信領域進行理論研究、系統開發、分析設計和仿真的專業化工具軟件包，主要由兩部分組成：通信系統功能函數庫和SIMULINK通信系統仿真模型庫。下面分別從兩個方面介紹MATLAB通信系統仿真方法。 二、使用通信系統函數庫實現通信系統仿真 MATLAB通信系統功能函數庫[1]由70多個函數組成，每個函數又有多種選擇參數，函數功能覆蓋了現代通信系統的各個方面。這些函數包括：信號源產生函數、信源編碼／解碼函數、調制／解調函數、濾波器函數、TDMA、FDMA、CDMA函數等。 現舉例說明使用MATLAB函數庫實現仿真。 例1、計算平均信息量[2] （1）分析： 消息x中所包含的信息量I是消息發生的概率P（x）的函數，即： （1） 信息量I的單位與對數的底數有關： a=2 單位為比特（bit，簡寫為b） a=e 單位為奈特（nat，簡寫為n） a=10 單位為笛特（Det） 由n個符號組成的信息源的平均信息量H（x）為： （2） 公式（1）、（2）本身較簡單，學生要記憶也不困難，但是由于牽涉到對數運算，而且對數的底數是可以變化的，因此增加了計算的難度。在此我們可以建立一個MATLAB的M文件，把復雜的計算過程交給計算機來完成。 （2）參考代碼： 建立一個M文件保存為message.m function r=message(x，n) r=0; for i=1:n r=r-x(i)*log(x(i))/log(2); end disp('此離散信源的平均信息量為'); （3）運行MATLAB的M文件求解平均信息量 當需要求解一組符號的平均信息量時，只需要在MATLAB的命令窗口輸入該組符號出現的概率和符號個數就可方便快速的得出平均信息量。 例如，由4個符號組成的信息源，相應的概率為 ，求平均信息量，只需要在MATLAB的命令窗口輸入： message([ ]，4) 然后敲回車即可在窗口中顯示出計算結果： “此離散信源的平均信息量為1.75” 在需要的地方靈活使用該M文件可以求出不同信號源的平均信息量，當需要求解的符號數特別多、數字比較復雜時更能體現其優越性。 三、基于MATLAB/SIMULINK的可視化動態仿真 SIMULINK是MATLAB提供的圖形界面仿真工具，由一系列模型庫組成，包括Sources(信源模塊)、Sinks(顯示模塊)、Linear(線性環節)、Connections(連接)、Blocksets＆Toolboxes(其他環節)等。 在這里，整個通信系統的流程被慨括為：信號的產生與輸出、編碼與解碼、調制與解調 多址接入方式、濾波器以及傳輸介質的模型。在每個設計模塊中還包含有大量的子模塊，它們基本上覆蓋了目前通信系統中所應用到的各種模塊型。根據所要仿真的通信系統的數學模型(或數學表達式)，用戶只要從上述各個模型庫中找出所需的模塊，用鼠標器拖到模型窗口中組合在一起，并設定好各個模塊參數，就可方便地進行動態仿真。從輸出模塊可實時看到仿真結果，如時域波形圖、頻譜圖等。每次仿真結束后還可以更改各參數，以便觀察仿真結果的變化情況。另外，對SIMULINK中沒有的模塊，可根據自己掌握的技術生成所需的子模塊，并且可以封裝和自定義模塊庫，以便隨時調用。 1、可視化動態仿真的步驟[3] 1)建立數學模型：根據通信系統的基本原理，將整個系統簡化，確定總的系統功能，并將各部分功能模塊化，找出各部分之間的關系，畫出系統流程框圖模型。 2)仿真系統：根據建立的模型，從SIMULINK 通信模型庫中，將所需要的單元功能模塊拷貝到Untitled窗口，按系統流程框圖模型連接，組建要仿真的通信系統模型。 3)設置、調整參數：參數設置包括運行系統參數設置(如系統運行時間、采樣速率等)和功能模塊運行參數設置(正弦信號的頻率、幅度、初相；低通濾波器的截至頻率、通帶增益、阻帶衰減等)。 4)設置觀察窗口，分析仿真數據和波形：在系統模型的關鍵點處設置觀測輸出模塊，用于觀測仿真系統的運行情況，以便及時調整參數，分析結果。 5)生成新的模塊：對于Communication Toolbox中沒有的功能模塊，可以根據已掌握的技術生成所需新的子模塊，例如由C或Fortran編寫MEX 文件，編譯成DLL后利用SIMULINK提供的封裝(Masking)功能封裝或自定義模塊庫，以便隨時調用。 2、可視化動態仿真實現范例 例2、抽樣定理的仿真實現 抽樣定理的數學模型如圖1所示，可建立相應SIMULINK仿真模型如圖2所示，在設定的參數下對正弦信號仿真結果如圖3所示。 號源參數設置： Sine wave參數設置 Pulse Generator參數設置： 改變信號源的參數設置可以得到鋸齒波的抽樣波形如圖4。

通過圖3和圖4的觀察，我們可以很方便的看到抽樣前后的波形變化，同時可以通過參數的設置看到失真的抽樣波形，使同學們對于抽樣定理的內容和適用條件有了更為直觀的認識。 四、總結 將MATLAB／SIMULINK可視化動態仿真應用到通信原理課程的教學中，使一些抽象的概念和原理可視化，有助于同學們理解和接受，既提高了教學質量和效率，又可為學生提供良好的通信系統開發、設計、模擬、調試和分析平臺，鍛煉其分析和解決問題的能力。 [