序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇通信原理教程范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

篇(1)

關鍵詞：Matlab軟件；通信原理課程；DSB調制；解調

中圖分類號：TN911 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2013） 22-0000-01

通信原理課程屬于電子信息類各專業的專業基礎課，是通信工程、電子信息工程專業學生的必修課，還是相關專業碩士研究生入學考試科目之一。隨著現代通信技術的發展和深入，計算機科學與技術、自動控制以及光電子等專業也紛紛開設通信原理課程。作為一門專業基礎課程，通信原理是學習其他后續專業課程的基礎，因此學好通信原理課程對于專業學習來說具有非常重要的意義。

另一方面，系統建模和仿真技術已日益成為現工科各專業進行科學探索、系統可行性研究和工程設計不可缺少的重要環節。Matlab軟件由于其諸多優點，吸引了眾多科學研究工作者，越來越成為科學研究、數值計算、建模仿真以及學術交流的事實標準。

一、Matlab軟件的特點

Matlab是矩陣實驗室（Matrix Laboratary）的簡稱，是由美國公司公司出品的商業數學軟件，用于算法開發、數據可視化、數據分析以及數值計算的高級技術計算語言和交互式環境，主要包括Matlab和Simulink兩大部分。1984年美國新墨西歌大學計算機科學系主任CleveMoler博士推出了Matlab軟件的正式版本，時至今日，經過Math Works公司的不斷完善，Matlab已經發展成為適合多學科、多種工作平臺的功能強勁的大型軟件。在歐美等高校，Matlab 已經成為線性代數、自動控制理論、數理統計、數字信號處理、時間序列分析、動態系統仿真等高級課程的基本教學工具；成為攻讀學位的大學生、碩士生、博士生必須掌握的基本技能。

Matlab仿真軟件的特點∶提供了大量的內部函數，使得其在使用中非常方便；繪圖功能強大，可對不同復雜程度的抽象理論進行恰當的圖形化，直觀地揭示抽象理論的規律和內涵；Matlab自身提供的開放式環境，可以讓用戶通過M文件建立自己的控制模型和控制算法，這進一步顯示了Matlab在通信工程領域的教學、科學研究及工程計算中的價值；接近自然語言，極易入門，便于學生學習和掌握。

二、基于Matlab 編程DSB系統的仿真

（一）DSB調制

1.DSB調制仿真代碼（如圖1）

圖1

2.DSB調制仿真波形

圖2 DSB調制仿真波形

（二）DSB解調

1.DSB解調仿真代碼（如圖3）

圖3

2.DSB解調仿真波形

圖4 DSB解調波形

在已調信號進過乘法器后，其輸出波形由低頻部分和高頻諧波部分構成。低頻部分與原調制信號的頻譜波形一樣。再將乘法器輸出波形通過濾波器后，低頻部分被濾出來，高頻部分消失。最后對解調的頻譜進行離散變換輸出解調信號時域波形。通過比較調制信號和解調信號波形是一樣的。

三、結語

由于DSB調制和解調過程復雜，其波形手工畫不是很標準，容易誤導學生。通過使用Matlab仿真軟件，教師就可以通過程序簡單地仿真出DSB調制和解調過程的各種時域波形圖，這樣就能直觀準確地比較DSB調制和解調過程信號的變化及效果。如果能將Matlab仿真軟件融入到通信原理課程教學中來，可以方便地分析和比較各類通信系統的特點工程，也可以實現教學和仿真演示同步進行。通過仿真演示，學生對通信原理教學內容將會更加容易接受和理解。

參考文獻：

[1]樊昌信，曹麗娜.通信原理[M].北京：國防工業出版社，2012.

[2]張義芳.高頻電子線路第四版[M].哈爾濱：哈爾濱工業大學出版社，2009.

篇(2)

關鍵詞：擴頻通信，定位，數據鏈

 

1 問題的提出

為了實現利用空中數據鏈遂行作戰任務這一目的，提出了兩個新的需要重點解決的問題：

（1）實現具有較強抗干擾、保密能力的數字化通信；

（2）實現對空中目標的實時定位。

只有解決了以上兩個問題，才可能構建數據鏈系統的平臺，并在此基礎上實現作戰能力。由于數字電臺是數據鏈系統的基本裝備，因此，進入數據鏈系統的作戰飛機均需要裝備數字電臺，現有125電臺和485等系統可供選擇。它們采用DS（直接序列擴頻）或DS/FH（直接序列擴頻/跳頻）調制方式，具有相當的抗干擾能力，可以較好地解決問題（1）。。與此同時可以利用此型裝備解決問題（2）。

2 依據的基本原理

DS或DS/FH調制是擴展頻譜通信的方式之一，是良好的抗干擾、保密通信手段，其中DS調制方式是利用偽隨機碼對原始數字信息進行頻譜擴展。這樣利用偽隨機碼良好的自相關性能是可以測出信號的傳遞時間，并進而得到空間距離，這是實現定位的前提。

3 方案設計

3.1理論設想1

如果三個通信站同時發送DS信號，三個站之間的偽碼完全相同且完全同步，由機載接收機分別測算來自兩個站偽碼信號的時差Δt（利用偽隨機碼良好的自相關特性），可以得到一條位置曲線，由三個站至少可以得到兩條位置曲線，其交點為飛機平面位置（見圖1），若加上高度信息，就可以實現空間定位。如果三個站位置合適，直接即可實現定位（見圖2）。但該設想不能實際應用，因為它需要機載接收機同時接收來自三站的DS信號，對于單通道設備是做不到的，實際方案應有所變化。。。

3.2理論設想2

三站工作在同一時鐘下，將單位時間劃分為若干通信時幀，在每一時幀中劃分三個時幀，由三個站交替在這三個時幀中發送DS信號進行通信，接收機在某一靜止點處分別接收來自三站的信號，并計算任兩站信號到達的時差Δt´，該時差減去發送間隔即得到Δt（相當于兩站同時發送DS信號而到達接收機的時差），從而完成定位計算。為了在定位范圍內，接收機收到的三站信號不至于混疊，三個分時幀之間加有保護時幀。正常情況下，在一個時幀內即可完成定位，信號的周期發送可以完成不間斷的實時定位。

圖1 三點定位原理示意圖1

圖2 三點定位原理示意圖2

圖3通信時幀及接收示意圖

4 影響定位誤差因素

4.1時鐘的同步

系統要求三站發送偽碼時鐘完全同步，若時鐘有同步誤差δ，會產生δC（C為光速）的距離差。若采用良好的同步手段，該誤差可消除。

4.2系統誤差

由于偽隨機碼在一個偽隨機碼元范圍內即可相關，因此有ts / 2的模糊時間，將產生ts C / 2距離誤差，偽碼速率越快，所產生的距離誤差越小。現有系統和電臺偽碼速率為4.096 MHz及5MHz，分別可產生36.6m（4.096MHz）和30m（5MHz）的誤差，該誤差不可消除，ts 是偽隨機碼的周期。

4.3接收機的移動造成誤差

系統的這種定位測算方式雖然使用一部接收機即可以勝任，但要求接收機應該處于靜止狀態。如果接收機處于移動狀態，當接收A站信號后再接收B站信號，接收機已經移動了一段距離，如果移動距離足夠長，則測算已無意義。若系統定位分時幀足夠短，接收機移動距離較短，可近似認為靜止。例如：一個通信時幀長1ms，一架時速為2倍音速的飛機在該時間內位移量為0.7m，可近似認為靜止。

5 結論

（1）該方案可以實現實時定位的要求

不需要單獨發送定位信號，只要設定相應的通信協議，在通信完成的同時即可完成定位，并可將位置信息下傳。

（2）機載設備安裝工程量小

只要數據鏈系統安裝DS調制的數字電臺，只需在作戰飛機上加裝一部小型計算單元即可。

（3）安全保密、抗干擾

DS調制方式本身具有安全保密、抗干擾能力；另外發送站可多點設置使其具有一定的抗毀能力；作戰飛機只需接收信號，自主測算，沒有電磁輻射。

（4）誤差較小，且與距離遠近無關。

參 考 文 獻

1 樊昌信，通信原理教程. 北京：電子工業出版社，2004

2 浙江大學數學系高等數學教研組，概率論與數理統計. 北京：高等教育出版社，1984

3 王育民，何大可，保密學——基礎與應用. 西安：西安電子科技大學出版社，1990

篇(3)

（中國空空導彈研究院，河南洛陽471009）

摘要：針對高動態環境下猝發DQPSK通信系統，提出一種四相鑒頻頻率牽引、鑒頻輔助鑒相的載波跟蹤方案，通過Matlab仿真驗證，并編寫VHDL程序在FPGA中實現，最終在硬件平臺上進行性能測試，測試結果表明該方案可行，硬件實現達到了設計指標要求。

關鍵詞 ：DQPSK；載波跟蹤；高動態；猝發通信

中圖分類號：TN850.4?34 文獻標識碼：A 文章編號：1004?373X（2015）13?0010?03

收稿日期：2015?02?14

0 引言

差分四相相移鍵控（DQPSK）調制具有較好的頻帶利用率及良好的抗干擾性能，在數字微波通信系統中得到了廣泛應用。載波跟蹤是DQPSK信號相干接收的關鍵技術之一，受多普勒頻移和本振不穩定等因素的影響，接收信號存在頻率漂移，從而使收發載波存在較大頻偏，直接影響到接收機的性能，因此必須將頻偏消除。而在高動態環境下，且采用猝發通信模式，對系統載波捕獲速度與跟蹤精度提出更嚴格的要求，常用的科斯塔斯（COSTAS）載波跟蹤環路已不能滿足使用要求。因此，采用一種四相鑒頻[1-3]頻率牽引、鑒頻輔助鑒相的載波跟蹤方案[4]，并編寫VHDL程序在FPGA中實現[5-7]，最終在硬件平臺上進行性能測試，測試結果表明該方案可行，硬件實現達到了設計指標要求。

1 DQPSK 中頻接收總體方案

中頻接收機總體方案如圖1所示[8]。

經A/D采樣的中頻信號和NCO輸出的正交載波相乘后，頻譜搬移到0中頻附近，此時數據流的速率仍很高，為40.96 MHz，采用積分梳狀濾波器低通濾波，同時進行16倍抽取，將數據速率降低到2.56 MHz，最后進行匹配濾波得到基帶信號。

先對下變頻、降速率的I，Q兩路數據進行四相鑒頻頻率牽引，牽引到一定頻差后四相鑒頻器停止工作，轉向鑒頻輔助鑒相環路跟蹤載波，所生成的相位誤差信號送入環路濾波器，濾除高頻分量后作為載波相位調整信息送入NCO產生所需頻率的載波。

基帶信號在符號判決器中完成解調，再經并/串轉換得到輸出數據。

2 載波跟蹤具體設計

2.1 四相鑒頻算法

輸入的中頻信號經過正交解調和相關積分后，載波多普勒頻移被牽引到一個頻率搜索單元范圍，此時頻率估計誤差仍然較大，有可能超出鑒頻的線性跟蹤范圍。因此，首先用四相鑒頻器將誤差降低到較小的頻差范圍內。

環路中I，Q兩路信號積分清零的輸出可表示為：

I(k)≈ AD(k)sinc{[Δf (k)] ? πT}cos(φk) + n?I (k)

Q(k)≈ AD(k)sinc{[Δf (k)] ? πT}sin(φk) + n?Q (k)

式中：A 為信號幅度；D(k) 為數據信息；Δf (k) 為頻偏；φk 為相位差。

頻率誤差信號通過比較兩個連續時序同相正交信號分量獲得，計算同一時刻同相、正交信號分量絕對值之差為：

| I(k)| - |Q(k)| = A ? R[ε(k)] ? |sinc{[Δf (k)] ? πT}| ?

{|cos φ | k - |sin φ | k }

式中：ε(k) 為誤差信號；T 為數據持續時間。由于載波跟蹤時碼相位估計對準在一個碼片范圍內，則R[ε(k)] > 0，| I(k)| - |Q(k)|的符號與η ={|cos φ | k - |sin φ | k }

的符號相同，可將載波頻率誤差分割成4個區間，設頻率誤差信號為β ，則有：

2.2 鑒頻輔助鑒相

四相鑒頻牽引后，頻差縮小到一定范圍，由于系統采用猝發工作模式，要求在盡量小的時間內穩定跟蹤載波，而常用的COSTAS 環鎖相需要的時間較長，為加快載波調整速度，需采用AFC（自動頻率控制）環路進行輔助捕獲。鑒頻輔助鑒相框圖如圖2所示。

積分清零后的基帶信號，采用延遲相干解調的方式提取符號信息，并產生輔助鑒相的頻率誤差信號。實現框圖如圖3所示。

Δφk 表示由于調制而引起的相鄰符號間的相差，對DQPSK信號而言，此值為0°，90°，180°，270°，Δφmod (k) 表示由于收發頻差而引起的相鄰符號間的相差，Δφrot (k)表示符號旋轉角度，這里為-45°旋轉。

DQPSK信號的頻率誤差信號為：

ε = sign[Dot(k)] ? Cross(k) - sign[Cross(k)] ? Dot(k)

本設計所用的鑒相算法為改進型硬判決COSTAS環鑒相算法[9]，在基本的COSTAS 環加上的非線性變換能實現最佳相位估計，然而要硬件實現tanh變換相當復雜，于是要尋找簡單而容易實現的tanh 變換的近似函數。在大信噪比且| x | >>1時，發現tanh 可以近似看作取信號x 的符號（±1），而取符號運算FPGA實現簡單。

推廣到DQPSK 載波恢復，改進后的鑒相算法的相位誤差信號為：ε = sign[I] ? Q - sign[Q] ? I，當環路的相位誤差φ = θ - θ? 較小或信噪比高的時候，環路的相位誤差信號將為ε = A sin φ，為正弦鑒相特性。完成頻率誤差和相位誤差運算后，按照圖2所示的結構，采用一階鎖頻環輔助二階鎖相環。

可以看出，四相鑒頻、鑒頻輔助鑒相結構相似，VDHL實現簡單，取符號運算只需判斷信號的最高位是‘0’還是‘1’，各項誤差信號只需進行基本的加法、乘積運算便可得出。四相鑒頻環路將頻差縮小到一定范圍后便停止工作，轉向鑒頻鑒相環路捕獲跟蹤載波，最后誤差信號經環路濾波器后，作為載波NCO 的頻率控制字的調整量，調整NCO輸出所需頻率的載波。

3 仿真測試

Matlab仿真時，調制信息速率設為20 kHz，載波頻率設為70 MHz，A/D采樣速率為40.96 MHz。調制信息通過串/并轉換、差分編碼、載波調制后經AWGN信道輸出，A/D 采樣后的數據通過DDC 下變頻，CIC 抽取濾波[10]，數據速率降至2.56 MHz，之后進入載波跟蹤環路計算載波頻差反饋給本地載波NCO。當載波中心頻率存在4 kHz 偏移的情況下，系統正常工作，完全滿足指標要求。

頻差跟蹤仿真結果如圖4所示。

載波跟蹤算法經VHDL實現后，嵌入到中頻接收系統中，最后下載到Altera公司EP2S60芯片內進行測試，結果表明所采用的算法及實現滿足技術指標要求。

4 結論

本文針對高動態環境下猝發DQPSK 通信系統，提出一種四相鑒頻頻率牽引、鑒頻輔助鑒相的載波跟蹤方案，并編寫VHDL程序在FPGA中實現。實際測試結果表明，所采用的載波跟蹤算法捕獲時間短、跟蹤范圍寬，滿足設計指標要求。

參考文獻

[1] 沈亮.QPSK中頻數字接收的同步算法研究[D].南京：南京理工大學，2006.

[2] 趙維剛，姚廷燕，張其善，等.提高gps接收機四相鑒頻頻率牽引性能的算法設計[J].遙測遙控，2006（2）：28?31.

[3] 李陟，呂衛華.一種應用四相鑒頻的擴頻接收機載波快速同步技術研究[J].科學技術與工程，2008（18）：5178?5182.

[4] 張伯川，張其善.高動態接收機的關鍵技術研究[J].電子學報，2003，31（12）：1844?1846.

[5] 刑建平，曾繁泰.VHDL程序設計教程[M].北京：清華大學出版社，2005.

[6] 胡振華.VHDL與FPGA設計[M].北京：中國鐵道出版社，2003.

[7] 王誠，吳繼華，范麗珍，等.Altera FPAG/CPLD設計[M].北京：人民郵電出版社，2005.

[8] 樊昌信.通信原理教程[M].北京：電子工業出版社，2005.

[9] 洪振宏.高碼率QPSK 解調器載波恢復環的算法與實現[D].北京：中國科學院研究生院，2007.

篇(4)

關鍵詞：多抽樣率；頻分復用；時分復用；抽取；插值

1 引言

在我們通常所討論的數字系統中只有一個采樣率，即把采樣率Fs視為固定值。但在實際系統中經常會被要求能工作在“多抽樣率”狀態。將一個寬帶信號分解到幾個互不重疊的窄帶信道上傳輸，每個窄帶的采樣率只要滿足奈奎斯特采樣定理即可，因此可以降低取樣頻率，節省傳輸頻帶。

在通信系統中，信道所能提供的帶寬通常比傳送一路信號所需的帶寬寬很多。如果一個信道只傳送一路信號是非常浪費的，為了能夠充分利用信道的帶寬，就可以采用復用的方法。“復用”是一種將若干個彼此獨立的信號合并為一個可在同一信道上傳輸的復合信號的方法。比如，在電話系統中，傳輸的語言信號的頻譜一般在300～3400Hz內。為了使若干個這種信號能在同一信道上傳輸，可以使它們的頻譜調制到不同的頻段，合并在一起而不相互影響，并能在接收端彼此分離開來。常用的方法是時分復用（TDMA）和頻分復用（FDMA）。

2 系統仿真與設計

2.1仿真環境介紹

SIMULINK仿真環境是美國MathWorks軟件公司在1990年專門為MATLAB語言設計提供的結構圖編程與系統仿真的專用軟件工具，是MATLAB實現動態系統建模、仿真的一個集成環境，它使MATLAB的功能得到進一步的擴展。這種擴展的意識表現在：第一，實現了可視化建模。第二，實現了多工作環境間文件互用和數據交換，如SIMULINK與MATLAB，SIMULINK與C、FORTRAN，SIMULINK與DSP、SIMULINK與實施硬件工作環境等的信息交換都就可以方便的實現；第三，把理論研究和工程實現有機地結合在一起。利用SIMULINK提供的輸入信號（信號源模塊）對結構圖所描述的系統施加激勵，利用SIMULINK提供的輸出裝置（輸出接口模塊）獲得系統的輸出響應數據或者時間響應曲線，成為圖形化、模塊化方式的控制系統仿真，使得動態系統的方針與建模更加簡潔方便，這不能不說是控制系統仿真工具的一大突破性的進步。

結構圖化的系統模型構建之后即可進行SIMULINK的系統仿真。仿真程序的執行可以在MATLAB命令平臺上鍵入模型文件的文件名來啟動，也可以直接在SIMULINK之下由菜單命令來啟動。菜單方式的仿真操作完全是用戶交互方式，例如選擇仿真算法，改變參數設置，使用模擬示波器，觀察系統輸出或者內部的響應曲線等。另外，仿真結果可以以變量的方式返回MATLAB命令平臺以方便仿真數據的后期處理。

fdatool（filter design & analysis tool）是matlab信號處理工具箱里專用的濾波器設計分析工具，matlab6.0以上的版本還專門增加了濾波器設計工具箱（filter design toolbox）。fdatool可以設計幾乎所有的基本的常規濾波器，包括fir和iir的各種設計方法。它操作簡單，方便靈活。

fdatool界面總共分兩大部分，一部分是design filter，在界面的下半部，用來設置濾波器的設計參數，另一部分則是特性區，在界面的上半部分，用來顯示濾波器的各種特性。

2.2 頻分復用系統的多抽樣率仿真設計

頻分復用可以由許多的方法實現，在傳統端到端通信中通常利用調制解調原理實現。在發送端，用不同頻率的信號當作載波將原始信號調制到不同頻率處，經過通信線路的傳輸，在接收端，利用不同的濾波器將不同頻率處的信號濾除，然后經過解調恢復出原信號。以上技術主要應用在模擬信號傳輸普遍應用在多路載波電話系統中。利用多采樣率技術實現的頻分復用實現原理與調制解調相似。在發送端，用插值器將信號頻譜變窄并在整個頻率軸上做周期延拓，當然周期會變小，相當在0到π之間多出鏡像來，利用不同的濾波器將其濾出。在接收端，利用抽取器將信號頻譜展寬，并平移，周期會變寬，就可以恢復出原信號。在理論上，利用多采樣率技術實現的頻分復用系統可以實現無限多路信號的并行傳輸，但是會對濾波器設計要求很高，截止特性要非常好，在實際中是不可實現的。

2.3時分復用系統的多抽樣率仿真設計

實現時分復用的傳統方法非常多，但大都對時間同步要求較高，實現起來較為復雜。利用多抽樣率技術的時分復用實現起來非常簡單，并不要求時間的嚴格同步，各路信號互不干擾。非常適于前后采樣率不同系統之間的通信。

經過比較，時分復用發送接收端的信號頻譜相似，時域波形變化不大。理論上可以實現無限多路信息的傳輸，但是路數多時，會有明顯的延遲。語音信號經過頻分復用系統傳輸以后，其高頻部分有少許的缺失，其原因是在用濾波器濾波時，濾波器有一定的過渡帶，截止邊緣不能有絕對的陡峭。語音信號經過時分復用系統時，其幅度有較大的減小，因為在抽取時，其幅度變為原來的1/4，在實際應用中，可以加一個放大器。綜上所述，利用多抽樣率技術的時分復用和頻分復用系統都可以實現多路通信，而時分復用系統實現起來更為簡單，可靠。

3 小結

本文闡述了simulink軟件和利用多抽樣率信號處理設計TDM系統和FDM系統的原理，并且介紹了在此軟件中進行的仿真。雖然這個課題的部分理論內容已經學習過，但綜合設計系統并進行仿真還不很熟練，所以在課題的設計方面遇到了不少問題。比如，在設計FDM系統時，三路通信簡單的認為用三倍插值，三倍抽取，但是仔細分析后就會明白三倍插值不足以將信號頻譜分開到中、低、高頻，自然不會有對應的濾波器能完全的分開頻譜。在設計TDM系統中對于延時的理解要準確，否則聲音會出現較大失真。

參考文獻：

篇(5)

【關鍵詞】監控 通訊協議 接收程序 發送程序

1 引言

隨著互聯網技術的發展，構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統已經成為不可逆轉的趨勢。智能家居通過物聯網技術將家中的各種設備連接到一起，提供家電控制、照明控制、窗簾控制、電話遠程控制、室內外遙控、防盜報警、環境監測等多種功能和手段。智能家居雖然起源很早，但是一直沒有廣泛的推廣應用，其中主要的瓶頸之一在于沒有將所有家電進行統一控制的通訊協議。

本文針對這種情況設計了一種使用于所有家用設備的通訊控制協議，通過對通訊控制協議的解析，設計了用于接收發送該協議的程序， 從而實現了對所有家電的控制。

2 控制協議的定義

協議是計算機之間傳輸數據的一些規范.計算機之間相互通信需要共同遵守的約定和規則.控制協議可以簡單地理解為一個由特定數據按照特定格式組織的、 在特定網絡系統中傳輸的字符串。 它由多個字段組成 ,每個字段表示特定含義,并且字段之間的順序在設計時已經固定不可調換。控制數據幀數據時,兩端可以根據事先定義的協議字段含義及順序解析出數據進行相應處理。

這種控制協議要有如下特點:條理清晰、精確度高、易管理、拓展性強、復用性高。遵照這些特點,自定義協議既要有清晰明確的字段定義,又要有合理規范的格式;既方便程序處理,又方便理解；既沒有冗余數據,還要有一定的擴展余地,并且不能使整個協議系統過于龐大；既保證快速的傳輸數據,又具有高可靠性。一個好的控制協議體系 ,對于整個智能家居系統性能的提高具有至關重要的意義。

3 控制協議的結構

本文這種控制協議設計思想基于幀傳輸的方式，即在發送數據時是一幀一幀地發送。所有數據幀采用統一的數據幀格式。

數據幀格式：本控制協議幀只有控制命令幀和應答幀兩種。這兩種數據幀采用統一格式。這種格式如下：引導字節 、起始字節、設備編碼、地址、識別碼、數據長度、數據、校驗碼、結束符。其中數據區隨數據長度的變化而變化。具體結構如圖1所示。

3.1 引導字節

用于檢測一個數據幀的開始，設計為固定字節FEH。其數量不固定，可用于喚醒休眠設備。

3.2 起始字節

用于標記引導字節的結束，有效數據的開始，設計為固定字節68H。

3.3 設備編碼

占用一個字節，用于標記家中的各種設備，每一種設備都有自己對應的唯一編碼。

3.4 地址

用于區別相同設備，對于相同設備實現精確控制。

3.5 識別碼

用于識別數據的用途，是命令還是應答數據等等，根據不同的標識數據區具有不同的意義。主動發送幀的識別碼取值范圍為00H-7FH,應答幀的識別碼為發送碼的最高位置1。

3.6 數據長度

用于標記數據區的數據長度。

3.1.7 數據

控制的內容以應答的內容等等，數據區內容的具體含義需要根據不同的設備編碼和識別碼而定。

3.8 校驗碼

從起始符開始一直到數據的最后一位的所有加和，然后取后八位。

3.9 結束符

標記數據幀的結束，固定字節16H。

4 接收發送程序設計

數據幀按照字節逐個進行接收，首先檢測引導字節，引導字節正確則檢測起始字節，起始字節正確后繼續往下接收,若錯誤則返回到檢測引導字節，這樣能夠最大程度上滿足數據幀接收的準確性與穩定性。具體的接收流程如圖2所示。

數據幀中的引導字節、起始字節、結束符都是固定的內容，不需要再定義變量進行存儲，其中的校驗碼只是在接收和發送數據時需要，也不需要放在需要處理的程序中。

4.1 數據幀的數據類型定義

typedef struct

{

unsigned char EquipmentType;

unsigned char EquipmentAddr;

unsigned char EquipmentCmd;

unsigned char EquipmentDataLen;

Unsigned char EquipmentData[64];

}Buf_TypeDef;

4.2 接收程序

首先定義兩個全局變量用于記錄接收字節的狀態以及計算校驗值。

unsigned char State=0;

unsigned char CheckSum=0;

下面是接收程序，可以放在系統接收數據的程序內即可，具有通用性。

Buf_TypeDef ReceiveBuf;

void ReceiveData(unsigned char ch)

{unsigned char i;switch(State){

case0:if(ch == 0xFE){State = 1;}break;

case 1:if(ch == 0x68){CheckSum = 0x68;

State = 2;}else if(ch != 0xFE){State = 0;}

break;case2:ReceiveBuf.EquipmentType=ch;CheckSum += ch;i = 0;State = 3;break;

case 3:ReceiveBuf.EquipmentAddr[i]=ch;

CheckSum += ch;i++;if(i >= 4){State = 4;

}break;case 4:ReceiveBuf.EquipmentCmd = ch;CheckSum += ch;State = 5;break;case 5:ReceiveBuf.EquipmentDataLen = ch;

CheckSum += ch;i = 0;State = 6;break;

case 6:ReceiveBuf.EquipmentData[i]=ch;

CheckSum += ch;i++;if(i>=ReceiveBuf.

EquipmentDataLen){ i = 0; State = 7;}

break;case 7:if(CheckSum == ch)

{State = 8;}break;case 8:if(ch==0x16)

{State=0;//此處添加處理標志}break;

default:State = 0;break;}}

4.3 發送程序

使用發送函數之前首先要實現發送一個字節的函數SendOneChar（），并且將數據賦予Buf_TypeDef類型的變量。然后調用該函數就可以按照格式把數據幀發送出去。

void SendData(Buf_TypeDef *SendBuf){

unsigned char i=0;

unsigned char CheckSum=0;

for(i=0;i

SendOneChar(SendBuf->EquipmentType);CheckSum += SendBuf->EquipmentType;

for(i=0;i

{SendOneChar(SendBuf->EquipmentAddr[i]);CheckSum += SendBuf->EquipmentAddr[i];}

SendOneChar(SendBuf->EquipmentCmd);

CheckSum += SendBuf->EquipmentCmd;

SendOneChar(SendBuf->EquipmentDataLen);CheckSum += SendBuf->EquipmentDataLen;

for(i=0;iEquipmentDataLen;i++){SendOneChar(SendBuf->EquipmentData[i]);CheckSum += SendBuf->EquipmentData[i];}

SendOneChar(CheckSum);SendOneChar(0x16);}

5 實際應用

該套智能家居協議已經用到局域網控制空調、電燈、電源等設備。春蘭集團變頻一級e星空物聯網智能空調的柜機和掛機就是采用本協議，實際控制效果良好穩定。實際應用時可以根據不同的設備定義不同設備編碼。該套協議適合通過手機、平板電腦控制控制家中的設備。通過他們向家中的設備發送命令數據幀，設備接收到命令數據幀后會返回應答數據幀，完全實現對所有設備的控制。

6 結束語

本文介紹了一種通用性的智能家居控制協議方案，理論上能夠適用于所有的家電，在此協議框架的基礎上完成上位機與家中設備之間的數據和控制指令的傳輸，能夠有效的解決智能家居中對不同家電的控制。

參考文獻

[1]李志淮,周曉瑋.網絡通信中自定義協議的一種制定方法[J].大連理工大學學報,2005,45(增刊):272-274.

[2]陳小峰.通信新讀:從原理到應用[M]. 北京:機械工業出版社,2013.

[3]王承君.自定義串口數據通信協議的分析與設計[J].計算機工程,2004,30(25): 192-194.

[4]樊昌信.通信原理教程(第3版)[M].北京:電子工業出版社,2013.

篇(6)

關鍵詞：雙極型；離散濾波器；碼間串擾；Simulink

中圖分類號：TN929文獻標識碼：B

文章編號：1004-373X(2008)24-145-03

Bipolar Code Digital Baseband Transmission System Simulation Based on Simulink

CHEN Shengdeng,LIU Jie

(College of Physics and Information Engineering,Fuzhou University,Fuzhou,350002,China)

Abstract：Simulink is the integration environment for modeling,simulation and analysis of the dynamic system in Matlab,according to bipolar code can be transmited in cable and not grounding transmission line and so on,and bipolar code has got more applications.Using Discrete filter to simulate the crosstalk between code,based on the analysis of digital base band transmission system,the error rate question of the bipolar baseband signal is analysised and the signal baseband system of having crosstalk and the signal baseband system of not crosstalk are described,and the simulation result is analysed.Simulation results and theoretical are basically the same.

Keywords：bipolar code;discrete filter;crosstalk between code;Simulink

1 引 言

基帶信號,是指消息源的消息直接經過轉換器轉換成的電信號。在數據通信過程中，不使用載波調制解調裝置而直接傳送基帶信號的系統，稱它為基帶傳輸系統［1］。

目前，在實際使用的數字通信中，雖然基帶傳輸不如頻帶傳輸那樣廣泛，但是，對于基帶傳輸系統的研究仍然是十分有意義的。這是因為：首先，基帶傳輸系統的許多問題也是頻帶傳輸系統必須考慮的問題；其次，隨著數字通信技術的發展，基帶傳輸這種方式也有迅速發展的趨勢，目前，它不僅用于低速數據傳輸，而且還用于高速數據傳輸；最后，理論上也可以證明，任何一個采用線性調制的頻帶傳輸系統，總是可以由一個等效的基帶傳輸系統所替代。然而，在實際的基帶傳輸系統中碼間干擾總是或多或少的存在。由于AMI碼［2］和HDB3碼［3］已有被仿真過，而雙極型碼可以在電纜等無接地的傳輸線上傳輸，得到較多的應用，因此利用Matlab中的Simulink工具對其碼間干擾問題進行仿真探討具有十分重要的意義。

2 數字基帶傳輸系統模型分析

在基帶傳輸系統中，一系列的基帶信號波形被變換成相應的發送基帶波形后，就被送入信道。信號通過信道傳輸，一方面要受到信道特性的影響，使信號發生畸變；另一方面信號被信道中的加性噪聲所疊加，造成信號的隨機畸變。因此，到達接收端的基帶信號已經發生了畸變。為此，在接收端首先要安排一個接收濾波器，使噪聲盡量得到抑制，而使信號順利通過。然而，在接收濾波器的輸出信號里，總還是存在畸變和混有噪聲的。因此，為了提高接收系統的可靠性，通常要在接收濾波器的輸出端安排一個識別電路，常用的識別電路是抽樣判決器，它是在每一接收基帶波形的中心附近，對信號進行抽樣，然后將抽樣值與判決門限進行比較。若抽樣值大于門限值，則判為“高”電平，否則就判為“零”電平。這樣就獲得一系列新的基帶波形再生的基帶信號。

根據上述信號傳輸過程，可以把一個基帶傳輸系統用圖1所示的模型來概括［4-5］。

發送濾波器至接收濾波器的傳輸特性：

H(ω)=GT(ω)C(ω)GR(ω)

對于無碼間干擾，基帶傳輸特性應滿足：

∑iHω+2iπ/Ts=Ts|ω|≤π/Ts

圖1 基帶傳輸系統模型

3 系統誤碼率分析

由于基帶傳輸信號的誤碼率與傳輸時所使用的碼型有關［6-7］，由于雙極性碼是一種適合于信道傳輸的碼型，而且便于仿真構造模型，碼型簡單，因此下面主要討論在雙極型基帶系統中疊加平穩高斯白噪聲后的抗噪聲性能。而噪聲影響下發生誤碼將有2種差錯形式：發送的是“1”碼，被判為“0”碼；發送的是“0”碼，被判為“1”碼。

對于雙極性基帶信號，在一個碼元持續時間內，抽樣判決器輸入端得到的波形可表示為：

x(t)=A+∑n≠kanh(t－nTs)+nR(t)，發送“1”時

－A+∑n≠kanh(t－nTs)+nR(t)，發送“0”時

令：

y(t)=x(t)－∑n≠kanh(t－nTs+t0)

=A+nR(t)，發送“1”時

－A+nR(t)，發送“0”時

這時，若令判決門限為Vd，則將“1”錯判為“0”的概率pe1及將“0”錯判為“1”的概率pe2可以表示為：

pe1=P(x

=∫Vd－∑n≠kanh(t－nTs)－∞12πσnexp-(y－A)22σ2ndy=12+12erf

Vd－∑n≠kanh(t－nTs)－A2σn〗

pe2=P(x>Vd)=Pn≠kanh(t－nTs)〗=∫∞Vd－∑n≠kanh(t－nTs)f1(y)dy

=∫∞Vd－∑n≠kanh(t－nTs)12πσnexp-(y+A)22σ2ndy=12－12erfVd－∑n≠kanh(t－nTs)+A2σn〗

若發送“1”碼的概率為P(1)，發送“0”碼的概率為P(0)，則基帶傳輸系統總的誤碼率可表示為：

Pe=P(1)pe1+P(0)pe2

可以看出，基帶傳輸系統的總誤碼率與判決門限Vd有關。通常把使總誤碼率最小的判決門限電平稱為最佳門限電平。若令dPedVd=0，則可求得最佳門限電平為：

V*d=σ2n2AlnP(0)P(1)

若P(1)=P(0)=12，則最佳判決門限電平為V*d=0這時，基帶傳輸系統總誤碼率為：

Pe=12pe1+12pe2

=12+14erf－∑n≠kanh(t－nTs)－A2σn〗－

14erf－∑n≠kanh(t－nTs)+A2σn〗

4 仿真過程設計及分析

Matlab中的Simulink有可視化建模和動態仿真的功能，因此本文用Simulink構造仿真系統,方法簡單，形象直觀［8-10］。

（1） 無碼間干擾時雙極型基帶傳輸系統的抗噪聲性能，雙極型基帶傳輸系統如圖2所示。

圖2 雙極型基帶傳輸系統

在這個仿真模型中，Switch1以及1，－1這兩個常數模塊組成了發送濾波器，它將二進制Bernoulli序列產生器所產生的隨機序列編成雙極性碼；Switch以及1，0這兩個常數模塊組成了一個抽樣判決器，由它來對接收到的碼元進行抽樣判決，最后送入誤碼率計算模塊計算誤碼率。在這里，假設基帶傳輸系統C(ω)?GR(ω)=1，以保證其不會出現碼間干擾。仿真結果如圖3所示。其中，①為仿真得到的誤碼率曲線；②為理論上的誤碼率曲線。從圖3可以看出，兩者基本吻合，這說明理論推導出來的誤碼率計算公式是正確的。

（2） 有碼間干擾時雙極型基帶傳輸系統的抗噪聲性能。

在構造碼間干擾的模型過程中，令H(z)=11+az－1，即h(t)=anu(n)，并對a取不同的值，來比較不同的h(t)對系統的抗噪聲性能的影響。如圖4所示。

圖3 雙極性基帶系統誤碼率曲線圖

圖4 有碼間干擾時雙極性基帶傳輸系統

為了模擬碼間干擾，本文提出了在原來雙極性基帶系統上增加一個離散濾波器(Discrete Filter)，離散濾波器的參數分別設置為：Numerator：［1］，Denominator：［1 a］，Sample time：-1，使得基帶傳輸系統C(ω)GR(ω)=1/（1+az-1）≠1，也就使得整個系統產生了碼間干擾。仿真結果如圖5所示。

圖5 有碼間干擾時，雙極性基帶系統誤碼率曲線圖

其中，①為a=-0.6時仿真得到的誤碼率曲線；②為a=-0.2時仿真得到的誤碼率曲線；③為無碼間干擾時的誤碼率曲線。由圖5可以看出，當a=-0.6時，碼間干擾對系統的抗噪聲性能有較大影響，而當a=-0.2時，這個影響較小，整個系統的誤碼率與無碼間干擾時基本相同。

當a=-0.6時，h(t)=0.6tu(t)，當a=-0.2時，h(t)=0.2tu(t)它們的函數曲線如圖6所示。

由圖6可見，當a=-0.2時，h(t)的值除t=0外，均小于a=-0.6時的h(t)值，也就是說在其他所有抽樣點上的值較小，這就使得碼間干擾值∑n≠kanh［(k－n)Ts+t0］較小，因此它對整個系統的抗噪聲性能相對較小，這與仿真實驗的結果相一致。

圖6 a不同時h(t)函數圖

5 結 語

由理論推導和實驗仿真，注意到系統的總誤碼率僅依賴于信號峰值A與噪聲均方根值σn之比，若比值A/σn越大，則Pe就越小。同時發現，當系統存在碼間干擾時，系統誤碼率與其碼間干擾值的大小有關，隨著碼間干擾值的增大，系統誤碼率也隨之增大。而碼間干擾值不僅受系統的傳輸特性H(ω)影響，而且還與an有親密聯系。從以上仿真結果分析和誤碼性能驗證來看,實驗仿真系統完全達到了實際可用的要求。

參考文獻

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［10］鄭智琴.Simunlink電子通信仿真與應用.北京:國防工業出版社，2002.

作者簡介 陳聲登 男，1982年出生，碩士。研究方向為通信與信息系統、ARM嵌入式系統應用。

篇(7)

關鍵詞：PDCA循環 課程教學 教學質量 生產運作管理

基金項目：北京信息科技大學2013年度課程建設項目

中圖分類號： G642 文獻標識碼： A

1、引言

《生產運作管理》與企業生產實踐有著緊密的聯系，是一門是以制造業為背景的綜合性和實踐性較強的管理類專業課，是具有鮮明的工程與管理特色的多學科交叉課程。根據對世界各國大學里的管理學院/商學院的課程設置研究，一個共同特點是都將“生產運作”、“市場營銷”、“理財”列為三大支柱性核心課程，由此可見本門課程在管理學科體系中的地位是非常重要的。但由于各種原因，教學質量和教學效果不同程度地存在著問題。因而，必須探尋一種有效地提高《生產運作管理》課程教學質量的方法。

PDCA循環作為全球各行各業廣泛應用的質量管理方法在管理實踐中是行之有效的。因此有必要在《生產運作管理》課程的教學過程中應用PDCA循環質量管理方法，從而有效地提高課程的教學質量和教學效果。

2、PDCA循環的概念及特點

PDCA循環的概念最早是由美國質量管理專家戴明提出來的，所以又稱為“戴明環”。PDCA循環即計劃（Plan）、執行（Do）、檢查（Check）和行動（Action），它是一個標準的管理工作程序，也是進行質量管理的四個步驟。PDCA循環可分為四個階段，其基本內容如下。

（1）計劃階段（P）：確定方針和目標，確定活動計劃；

（2）執行階段（D）：實地去做，實現計劃中的內容；

（3）檢查階段（C）：總結執行計劃的結果，注意效果，找出問題；

（4）處置階段（A）：對總結檢查的結果進行處理，成功的經驗加以肯定并適當推廣、標準化；失敗的教訓加以總結，以免重現，未解決的問題放到下一個PDCA循環。

PDCA循環的特點

（1）大環帶小環。在PDCA循環的四個階段中，每個階段都有自己小的PDCA循環，如圖1所示。

圖1 大環帶小環

（2）階梯式上升。PDCA循環不是在同一水平上循環，而是每循環一次，就解決一部分問題，取得以部分成果，工作就前進一步，就能達到一個新的水平；在新的水平上又有了新的目標和內容，再進行PDCA循環，便能達到一個更高的水平，如圖2所示。

圖2 階梯式上升

PDCA循環的基本原理符合“實踐---認識---再實踐---再認識”的認識規律，每一個循環管理過程都周而復始地運動，上一個循環解決不了的問題，轉入下一個循環解決，從而保證了管理工作的系統性全面性和完整性。

3、生產運作管理教學質量改進的PDCA循環模式

鑒于PDCA循環在質量管理中的有效性，作者把PDCA循環引入到《生產運作管理》課程的教學過程中，使得該課程的教學質量的不斷提高。

（1）計劃階段

在PDCA循環中，第一階段是計劃階段，其主要任務是制訂教學計劃，只有良好的教學計劃才能保證教學工作的順利完成。教學計劃的內容一般包括教學目的、教學重點難點、教學方法、教學進程時間安排等內容。按照PDCA循環這一工作方法，每一學期在制訂教學計劃時，要對上一學期的教學情況進行分析。目前我校在這方面已經做了一些相關工作，例如在《生產運作管理》課程期末考試的試卷分析中，都有教學效果分析的內容，比如影響教學質量的因素是什么，從哪些方面改進等。

（2）執行階段

執行階段就是執行計劃階段制訂的教學計劃。教學計劃需要通過實際的授課過程來實現，在整個教學過程中，應首先避免傳統的灌輸性教學，注重引導式、參與式與討論式教學。

教師作為教學的主體，應該按照教學計劃教學，但是也要根據教學情況調整教學內容，在教學過程中經常與學生溝通，了解學生對學習的反應。

（3）檢查階段

檢查階段的目的是檢查教學計劃執行后的效果。在教學中通過課堂提問、課內測驗、答疑輔導、課后作業以及期末考試等對學生的學習情況進行了解。此外，還可以邀請部分學生參加《生產運作管理》課程教學座談會，進一步了解課程教學情況，大約每學期1-2次。

一般情況下教學計劃執行的結果與教學計劃存在一定的偏差，教師必須分析原因找到引起偏差的主次因素，提出相應的改進教學質量的對策。

（4）處置階段

在處置階段教師要對本學期《生產運作管理》課程教學活動進行全面總結，一方面要找出該輪教學循環過程中存在的問題，分析產生問題的原因，以避免類似問題再次發生，另一方面要把教學過程中成功的經驗加以推廣，作為下一輪教學循環借鑒之用。

還需要明確一點，運用PDCA循環管理方法時，有些問題不可能在一個教學過程中全部發現并解決，這些問題的解決必須循序漸進，持續改進，從而不斷地提高課程教學質量。

4、結論

提高教學質量是教學研究的一個永恒的課題，PDCA循環教學模式把教學當做一個又一個螺旋式上升的循環，形成一個周期模型。《生產運作管理》課程教學過程中運用PDCA循環思想必將使得《生產運作管理》這門課程的教學質量逐步提升，教學工作更加規范化標準化。

參考文獻

[1]陳志祥.本科層次生產管理課程建設與教學改革[J].高等工程教育研究，2005.5：62-66.

[2]佘靜.PDCA循環管理模式在《通信原理》課程教學中的應用[J].咸寧學院學報，2012，32（4）：159-160.

[3]趙啟蘭等.生產與運作管理教程[M]，北京：北京交通大學出版社 清華大學出版社，2008.