通信原理教程精品(七篇)
时间：2023-12-14 10:02:33
序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇通信原理教程范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。
篇(1)
中图分类号：TN911 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 22-0000-01
通信原理课程属于电子信息类各专业的专业基础课，是通信工程、电子信息工程专业学生的必修课，还是相关专业硕士研究生入学考试科目之一。随着现代通信技术的发展和深入，计算机科学与技术、自动控制以及光电子等专业也纷纷开设通信原理课程。作为一门专业基础课程，通信原理是学习其他后续专业课程的基础，因此学好通信原理课程对于专业学习来说具有非常重要的意义。
另一方面，系统建模和仿真技术已日益成为现工科各专业进行科学探索、系统可行性研究和工程设计不可缺少的重要环节。Matlab软件由于其诸多优点，吸引了众多科学研究工作者，越来越成为科学研究、数值计算、建模仿真以及学术交流的事实标准。
一、Matlab软件的特点
Matlab是矩阵实验室（Matrix Laboratary）的简称，是由美国公司公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括Matlab和Simulink两大部分。1984年美国新墨西歌大学计算机科学系主任CleveMoler博士推出了Matlab软件的正式版本，时至今日，经过Math Works公司的不断完善，Matlab已经发展成为适合多学科、多种工作平台的功能强劲的大型软件。在欧美等高校，Matlab 已经成为线性代数、自动控制理论、数理统计、数字信号处理、时间序列分析、动态系统仿真等高级课程的基本教学工具；成为攻读学位的大学生、硕士生、博士生必须掌握的基本技能。
Matlab仿真软件的特点∶提供了大量的内部函数，使得其在使用中非常方便；绘图功能强大，可对不同复杂程度的抽象理论进行恰当的图形化，直观地揭示抽象理论的规律和内涵；Matlab自身提供的开放式环境，可以让用户通过M文件建立自己的控制模型和控制算法，这进一步显示了Matlab在通信工程领域的教学、科学研究及工程计算中的价值；接近自然语言，极易入门，便于学生学习和掌握。
二、基于Matlab 编程DSB系统的仿真
（一）DSB调制
1.DSB调制仿真代码（如图1）
图1
2.DSB调制仿真波形
图2 DSB调制仿真波形
（二）DSB解调
1.DSB解调仿真代码（如图3）
图3
2.DSB解调仿真波形
图4 DSB解调波形
在已调信号进过乘法器后，其输出波形由低频部分和高频谐波部分构成。低频部分与原调制信号的频谱波形一样。再将乘法器输出波形通过滤波器后，低频部分被滤出来，高频部分消失。最后对解调的频谱进行离散变换输出解调信号时域波形。通过比较调制信号和解调信号波形是一样的。
三、结语
由于DSB调制和解调过程复杂，其波形手工画不是很标准，容易误导学生。通过使用Matlab仿真软件，教师就可以通过程序简单地仿真出DSB调制和解调过程的各种时域波形图，这样就能直观准确地比较DSB调制和解调过程信号的变化及效果。如果能将Matlab仿真软件融入到通信原理课程教学中来，可以方便地分析和比较各类通信系统的特点工程，也可以实现教学和仿真演示同步进行。通过仿真演示，学生对通信原理教学内容将会更加容易接受和理解。
参考文献：
[1]樊昌信，曹丽娜.通信原理[M].北京：国防工业出版社，2012.
[2]张义芳.高频电子线路第四版[M].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，2009.
篇(2)
关键词：扩频通信，定位，数据链
1 问题的提出
为了实现利用空中数据链遂行作战任务这一目的，提出了两个新的需要重点解决的问题：
（1）实现具有较强抗干扰、保密能力的数字化通信；
（2）实现对空中目标的实时定位。
只有解决了以上两个问题，才可能构建数据链系统的平台，并在此基础上实现作战能力。由于数字电台是数据链系统的基本装备，因此，进入数据链系统的作战飞机均需要装备数字电台，现有125电台和485等系统可供选择。它们采用DS（直接序列扩频）或DS/FH（直接序列扩频/跳频）调制方式，具有相当的抗干扰能力，可以较好地解决问题（1）。。与此同时可以利用此型装备解决问题（2）。
2 依据的基本原理
DS或DS/FH调制是扩展频谱通信的方式之一，是良好的抗干扰、保密通信手段，其中DS调制方式是利用伪随机码对原始数字信息进行频谱扩展。这样利用伪随机码良好的自相关性能是可以测出信号的传递时间，并进而得到空间距离，这是实现定位的前提。
3 方案设计
3.1理论设想1
如果三个通信站同时发送DS信号，三个站之间的伪码完全相同且完全同步，由机载接收机分别测算来自两个站伪码信号的时差Δt（利用伪随机码良好的自相关特性），可以得到一条位置曲线，由三个站至少可以得到两条位置曲线，其交点为飞机平面位置（见图1），若加上高度信息，就可以实现空间定位。如果三个站位置合适，直接即可实现定位（见图2）。但该设想不能实际应用，因为它需要机载接收机同时接收来自三站的DS信号，对于单通道设备是做不到的，实际方案应有所变化。。。
3.2理论设想2
三站工作在同一时钟下，将单位时间划分为若干通信时帧，在每一时帧中划分三个时帧，由三个站交替在这三个时帧中发送DS信号进行通信，接收机在某一静止点处分别接收来自三站的信号，并计算任两站信号到达的时差Δt´，该时差减去发送间隔即得到Δt（相当于两站同时发送DS信号而到达接收机的时差），从而完成定位计算。为了在定位范围内，接收机收到的三站信号不至于混叠，三个分时帧之间加有保护时帧。正常情况下，在一个时帧内即可完成定位，信号的周期发送可以完成不间断的实时定位。
图1 三点定位原理示意图1
图2 三点定位原理示意图2
图3通信时帧及接收示意图
4 影响定位误差因素
4.1时钟的同步
系统要求三站发送伪码时钟完全同步，若时钟有同步误差δ，会产生δC（C为光速）的距离差。若采用良好的同步手段，该误差可消除。
4.2系统误差
由于伪随机码在一个伪随机码元范围内即可相关，因此有ts / 2的模糊时间，将产生ts C / 2距离误差，伪码速率越快，所产生的距离误差越小。现有系统和电台伪码速率为4.096 MHz及5MHz，分别可产生36.6m（4.096MHz）和30m（5MHz）的误差，该误差不可消除，ts 是伪随机码的周期。
4.3接收机的移动造成误差
系统的这种定位测算方式虽然使用一部接收机即可以胜任，但要求接收机应该处于静止状态。如果接收机处于移动状态，当接收A站信号后再接收B站信号，接收机已经移动了一段距离，如果移动距离足够长，则测算已无意义。若系统定位分时帧足够短，接收机移动距离较短，可近似认为静止。例如：一个通信时帧长1ms，一架时速为2倍音速的飞机在该时间内位移量为0.7m，可近似认为静止。
5 结论
（1）该方案可以实现实时定位的要求
不需要单独发送定位信号，只要设定相应的通信协议，在通信完成的同时即可完成定位，并可将位置信息下传。
（2）机载设备安装工程量小
只要数据链系统安装DS调制的数字电台，只需在作战飞机上加装一部小型计算单元即可。
（3）安全保密、抗干扰
DS调制方式本身具有安全保密、抗干扰能力；另外发送站可多点设置使其具有一定的抗毁能力；作战飞机只需接收信号，自主测算，没有电磁辐射。
（4）误差较小，且与距离远近无关。
参 考 文 献
1 樊昌信，通信原理教程. 北京：电子工业出版社，2004
2 浙江大学数学系高等数学教研组，概率论与数理统计. 北京：高等教育出版社，1984
3 王育民，何大可，保密学——基础与应用. 西安：西安电子科技大学出版社，1990
篇(3)
（中国空空导弹研究院，河南洛阳471009）
摘要：针对高动态环境下猝发DQPSK通信系统，提出一种四相鉴频频率牵引、鉴频辅助鉴相的载波跟踪方案，通过Matlab仿真验证，并编写VHDL程序在FPGA中实现，最终在硬件平台上进行性能测试，测试结果表明该方案可行，硬件实现达到了设计指标要求。
关键词 ：DQPSK；载波跟踪；高动态；猝发通信
中图分类号：TN850.4?34 文献标识码：A 文章编号：1004?373X（2015）13?0010?03
收稿日期：2015?02?14
0 引言
差分四相相移键控（DQPSK）调制具有较好的频带利用率及良好的抗干扰性能，在数字微波通信系统中得到了广泛应用。载波跟踪是DQPSK信号相干接收的关键技术之一，受多普勒频移和本振不稳定等因素的影响，接收信号存在频率漂移，从而使收发载波存在较大频偏，直接影响到接收机的性能，因此必须将频偏消除。而在高动态环境下，且采用猝发通信模式，对系统载波捕获速度与跟踪精度提出更严格的要求，常用的科斯塔斯（COSTAS）载波跟踪环路已不能满足使用要求。因此，采用一种四相鉴频[1-3]频率牵引、鉴频辅助鉴相的载波跟踪方案[4]，并编写VHDL程序在FPGA中实现[5-7]，最终在硬件平台上进行性能测试，测试结果表明该方案可行，硬件实现达到了设计指标要求。
1 DQPSK 中频接收总体方案
中频接收机总体方案如图1所示[8]。
经A/D采样的中频信号和NCO输出的正交载波相乘后，频谱搬移到0中频附近，此时数据流的速率仍很高，为40.96 MHz，采用积分梳状滤波器低通滤波，同时进行16倍抽取，将数据速率降低到2.56 MHz，最后进行匹配滤波得到基带信号。
先对下变频、降速率的I，Q两路数据进行四相鉴频频率牵引，牵引到一定频差后四相鉴频器停止工作，转向鉴频辅助鉴相环路跟踪载波，所生成的相位误差信号送入环路滤波器，滤除高频分量后作为载波相位调整信息送入NCO产生所需频率的载波。
基带信号在符号判决器中完成解调，再经并/串转换得到输出数据。
2 载波跟踪具体设计
2.1 四相鉴频算法
输入的中频信号经过正交解调和相关积分后，载波多普勒频移被牵引到一个频率搜索单元范围，此时频率估计误差仍然较大，有可能超出鉴频的线性跟踪范围。因此，首先用四相鉴频器将误差降低到较小的频差范围内。
环路中I，Q两路信号积分清零的输出可表示为：
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 为信号幅度；D(k) 为数据信息；Δf (k) 为频偏；φk 为相位差。
频率误差信号通过比较两个连续时序同相正交信号分量获得，计算同一时刻同相、正交信号分量绝对值之差为：
| I(k)| - |Q(k)| = A ? R[ε(k)] ? |sinc{[Δf (k)] ? πT}| ?
{|cos φ | k - |sin φ | k }
式中：ε(k) 为误差信号；T 为数据持续时间。由于载波跟踪时码相位估计对准在一个码片范围内，则R[ε(k)] > 0，| I(k)| - |Q(k)|的符号与η ={|cos φ | k - |sin φ | k }
的符号相同，可将载波频率误差分割成4个区间，设频率误差信号为β ，则有：
2.2 鉴频辅助鉴相
四相鉴频牵引后，频差缩小到一定范围，由于系统采用猝发工作模式，要求在尽量小的时间内稳定跟踪载波，而常用的COSTAS 环锁相需要的时间较长，为加快载波调整速度，需采用AFC（自动频率控制）环路进行辅助捕获。鉴频辅助鉴相框图如图2所示。
积分清零后的基带信号，采用延迟相干解调的方式提取符号信息，并产生辅助鉴相的频率误差信号。实现框图如图3所示。
Δφk 表示由于调制而引起的相邻符号间的相差，对DQPSK信号而言，此值为0°，90°，180°，270°，Δφmod (k) 表示由于收发频差而引起的相邻符号间的相差，Δφrot (k)表示符号旋转角度，这里为-45°旋转。
DQPSK信号的频率误差信号为：
ε = sign[Dot(k)] ? Cross(k) - sign[Cross(k)] ? Dot(k)
本设计所用的鉴相算法为改进型硬判决COSTAS环鉴相算法[9]，在基本的COSTAS 环加上的非线性变换能实现最佳相位估计，然而要硬件实现tanh变换相当复杂，于是要寻找简单而容易实现的tanh 变换的近似函数。在大信噪比且| x | >>1时，发现tanh 可以近似看作取信号x 的符号（±1），而取符号运算FPGA实现简单。
推广到DQPSK 载波恢复，改进后的鉴相算法的相位误差信号为：ε = sign[I] ? Q - sign[Q] ? I，当环路的相位误差φ = θ - θ? 较小或信噪比高的时候，环路的相位误差信号将为ε = A sin φ，为正弦鉴相特性。完成频率误差和相位误差运算后，按照图2所示的结构，采用一阶锁频环辅助二阶锁相环。
可以看出，四相鉴频、鉴频辅助鉴相结构相似，VDHL实现简单，取符号运算只需判断信号的最高位是‘0’还是‘1’，各项误差信号只需进行基本的加法、乘积运算便可得出。四相鉴频环路将频差缩小到一定范围后便停止工作，转向鉴频鉴相环路捕获跟踪载波，最后误差信号经环路滤波器后，作为载波NCO 的频率控制字的调整量，调整NCO输出所需频率的载波。
3 仿真测试
Matlab仿真时，调制信息速率设为20 kHz，载波频率设为70 MHz，A/D采样速率为40.96 MHz。调制信息通过串/并转换、差分编码、载波调制后经AWGN信道输出，A/D 采样后的数据通过DDC 下变频，CIC 抽取滤波[10]，数据速率降至2.56 MHz，之后进入载波跟踪环路计算载波频差反馈给本地载波NCO。当载波中心频率存在4 kHz 偏移的情况下，系统正常工作，完全满足指标要求。
频差跟踪仿真结果如图4所示。
载波跟踪算法经VHDL实现后，嵌入到中频接收系统中，最后下载到Altera公司EP2S60芯片内进行测试，结果表明所采用的算法及实现满足技术指标要求。
4 结论
本文针对高动态环境下猝发DQPSK 通信系统，提出一种四相鉴频频率牵引、鉴频辅助鉴相的载波跟踪方案，并编写VHDL程序在FPGA中实现。实际测试结果表明，所采用的载波跟踪算法捕获时间短、跟踪范围宽，满足设计指标要求。
参考文献
[1] 沈亮.QPSK中频数字接收的同步算法研究[D].南京：南京理工大学，2006.
[2] 赵维刚，姚廷燕，张其善，等.提高gps接收机四相鉴频频率牵引性能的算法设计[J].遥测遥控，2006（2）：28?31.
[3] 李陟，吕卫华.一种应用四相鉴频的扩频接收机载波快速同步技术研究[J].科学技术与工程，2008（18）：5178?5182.
[4] 张伯川，张其善.高动态接收机的关键技术研究[J].电子学报，2003，31（12）：1844?1846.
[5] 刑建平，曾繁泰.VHDL程序设计教程[M].北京：清华大学出版社，2005.
[6] 胡振华.VHDL与FPGA设计[M].北京：中国铁道出版社，2003.
[7] 王诚，吴继华，范丽珍，等.Altera FPAG/CPLD设计[M].北京：人民邮电出版社，2005.
[8] 樊昌信.通信原理教程[M].北京：电子工业出版社，2005.
[9] 洪振宏.高码率QPSK 解调器载波恢复环的算法与实现[D].北京：中国科学院研究生院，2007.
篇(4)
关键词：多抽样率；频分复用；时分复用；抽取；插值
1 引言
在我们通常所讨论的数字系统中只有一个采样率，即把采样率Fs视为固定值。但在实际系统中经常会被要求能工作在“多抽样率”状态。将一个宽带信号分解到几个互不重叠的窄带信道上传输，每个窄带的采样率只要满足奈奎斯特采样定理即可，因此可以降低取样频率，节省传输频带。
在通信系统中，信道所能提供的带宽通常比传送一路信号所需的带宽宽很多。如果一个信道只传送一路信号是非常浪费的，为了能够充分利用信道的带宽，就可以采用复用的方法。“复用”是一种将若干个彼此独立的信号合并为一个可在同一信道上传输的复合信号的方法。比如，在电话系统中，传输的语言信号的频谱一般在300～3400Hz内。为了使若干个这种信号能在同一信道上传输，可以使它们的频谱调制到不同的频段，合并在一起而不相互影响，并能在接收端彼此分离开来。常用的方法是时分复用（TDMA）和频分复用（FDMA）。
2 系统仿真与设计
2.1仿真环境介绍
SIMULINK仿真环境是美国MathWorks软件公司在1990年专门为MATLAB语言设计提供的结构图编程与系统仿真的专用软件工具，是MATLAB实现动态系统建模、仿真的一个集成环境，它使MATLAB的功能得到进一步的扩展。这种扩展的意识表现在：第一，实现了可视化建模。第二，实现了多工作环境间文件互用和数据交换，如SIMULINK与MATLAB，SIMULINK与C、FORTRAN，SIMULINK与DSP、SIMULINK与实施硬件工作环境等的信息交换都就可以方便的实现；第三，把理论研究和工程实现有机地结合在一起。利用SIMULINK提供的输入信号（信号源模块）对结构图所描述的系统施加激励，利用SIMULINK提供的输出装置（输出接口模块）获得系统的输出响应数据或者时间响应曲线，成为图形化、模块化方式的控制系统仿真，使得动态系统的方针与建模更加简洁方便，这不能不说是控制系统仿真工具的一大突破性的进步。
结构图化的系统模型构建之后即可进行SIMULINK的系统仿真。仿真程序的执行可以在MATLAB命令平台上键入模型文件的文件名来启动，也可以直接在SIMULINK之下由菜单命令来启动。菜单方式的仿真操作完全是用户交互方式，例如选择仿真算法，改变参数设置，使用模拟示波器，观察系统输出或者内部的响应曲线等。另外，仿真结果可以以变量的方式返回MATLAB命令平台以方便仿真数据的后期处理。
fdatool（filter design & analysis tool）是matlab信号处理工具箱里专用的滤波器设计分析工具，matlab6.0以上的版本还专门增加了滤波器设计工具箱（filter design toolbox）。fdatool可以设计几乎所有的基本的常规滤波器，包括fir和iir的各种设计方法。它操作简单，方便灵活。
fdatool界面总共分两大部分，一部分是design filter，在界面的下半部，用来设置滤波器的设计参数，另一部分则是特性区，在界面的上半部分，用来显示滤波器的各种特性。
2.2 频分复用系统的多抽样率仿真设计
频分复用可以由许多的方法实现，在传统端到端通信中通常利用调制解调原理实现。在发送端，用不同频率的信号当作载波将原始信号调制到不同频率处，经过通信线路的传输，在接收端，利用不同的滤波器将不同频率处的信号滤除，然后经过解调恢复出原信号。以上技术主要应用在模拟信号传输普遍应用在多路载波电话系统中。利用多采样率技术实现的频分复用实现原理与调制解调相似。在发送端，用插值器将信号频谱变窄并在整个频率轴上做周期延拓，当然周期会变小，相当在0到π之间多出镜像来，利用不同的滤波器将其滤出。在接收端，利用抽取器将信号频谱展宽，并平移，周期会变宽，就可以恢复出原信号。在理论上，利用多采样率技术实现的频分复用系统可以实现无限多路信号的并行传输，但是会对滤波器设计要求很高，截止特性要非常好，在实际中是不可实现的。
2.3时分复用系统的多抽样率仿真设计
实现时分复用的传统方法非常多，但大都对时间同步要求较高，实现起来较为复杂。利用多抽样率技术的时分复用实现起来非常简单，并不要求时间的严格同步，各路信号互不干扰。非常适于前后采样率不同系统之间的通信。
经过比较，时分复用发送接收端的信号频谱相似，时域波形变化不大。理论上可以实现无限多路信息的传输，但是路数多时，会有明显的延迟。语音信号经过频分复用系统传输以后，其高频部分有少许的缺失，其原因是在用滤波器滤波时，滤波器有一定的过渡带，截止边缘不能有绝对的陡峭。语音信号经过时分复用系统时，其幅度有较大的减小，因为在抽取时，其幅度变为原来的1/4，在实际应用中，可以加一个放大器。综上所述，利用多抽样率技术的时分复用和频分复用系统都可以实现多路通信，而时分复用系统实现起来更为简单，可靠。
3 小结
本文阐述了simulink软件和利用多抽样率信号处理设计TDM系统和FDM系统的原理，并且介绍了在此软件中进行的仿真。虽然这个课题的部分理论内容已经学习过，但综合设计系统并进行仿真还不很熟练，所以在课题的设计方面遇到了不少问题。比如，在设计FDM系统时，三路通信简单的认为用三倍插值，三倍抽取，但是仔细分析后就会明白三倍插值不足以将信号频谱分开到中、低、高频，自然不会有对应的滤波器能完全的分开频谱。在设计TDM系统中对于延时的理解要准确，否则声音会出现较大失真。
参考文献：
篇(5)
【关键词】监控 通讯协议 接收程序 发送程序
1 引言
随着互联网技术的发展，构建高效的住宅设施与家庭日程事务的管理系统已经成为不可逆转的趋势。智能家居通过物联网技术将家中的各种设备连接到一起，提供家电控制、照明控制、窗帘控制、电话远程控制、室内外遥控、防盗报警、环境监测等多种功能和手段。智能家居虽然起源很早，但是一直没有广泛的推广应用，其中主要的瓶颈之一在于没有将所有家电进行统一控制的通讯协议。
本文针对这种情况设计了一种使用于所有家用设备的通讯控制协议，通过对通讯控制协议的解析，设计了用于接收发送该协议的程序， 从而实现了对所有家电的控制。
2 控制协议的定义
协议是计算机之间传输数据的一些规范.计算机之间相互通信需要共同遵守的约定和规则.控制协议可以简单地理解为一个由特定数据按照特定格式组织的、 在特定网络系统中传输的字符串。 它由多个字段组成 ,每个字段表示特定含义,并且字段之间的顺序在设计时已经固定不可调换。控制数据帧数据时,两端可以根据事先定义的协议字段含义及顺序解析出数据进行相应处理。
这种控制协议要有如下特点:条理清晰、精确度高、易管理、拓展性强、复用性高。遵照这些特点,自定义协议既要有清晰明确的字段定义,又要有合理规范的格式;既方便程序处理,又方便理解；既没有冗余数据,还要有一定的扩展余地,并且不能使整个协议系统过于庞大；既保证快速的传输数据,又具有高可靠性。一个好的控制协议体系 ,对于整个智能家居系统性能的提高具有至关重要的意义。
3 控制协议的结构
本文这种控制协议设计思想基于帧传输的方式，即在发送数据时是一帧一帧地发送。所有数据帧采用统一的数据帧格式。
数据帧格式：本控制协议帧只有控制命令帧和应答帧两种。这两种数据帧采用统一格式。这种格式如下：引导字节 、起始字节、设备编码、地址、识别码、数据长度、数据、校验码、结束符。其中数据区随数据长度的变化而变化。具体结构如图1所示。
3.1 引导字节
用于检测一个数据帧的开始，设计为固定字节FEH。其数量不固定，可用于唤醒休眠设备。
3.2 起始字节
用于标记引导字节的结束，有效数据的开始，设计为固定字节68H。
3.3 设备编码
占用一个字节，用于标记家中的各种设备，每一种设备都有自己对应的唯一编码。
3.4 地址
用于区别相同设备，对于相同设备实现精确控制。
3.5 识别码
用于识别数据的用途，是命令还是应答数据等等，根据不同的标识数据区具有不同的意义。主动发送帧的识别码取值范围为00H-7FH,应答帧的识别码为发送码的最高位置1。
3.6 数据长度
用于标记数据区的数据长度。
3.1.7 数据
控制的内容以应答的内容等等，数据区内容的具体含义需要根据不同的设备编码和识别码而定。
3.8 校验码
从起始符开始一直到数据的最后一位的所有加和，然后取后八位。
3.9 结束符
标记数据帧的结束，固定字节16H。
4 接收发送程序设计
数据帧按照字节逐个进行接收，首先检测引导字节，引导字节正确则检测起始字节，起始字节正确后继续往下接收,若错误则返回到检测引导字节，这样能够最大程度上满足数据帧接收的准确性与稳定性。具体的接收流程如图2所示。
数据帧中的引导字节、起始字节、结束符都是固定的内容，不需要再定义变量进行存储，其中的校验码只是在接收和发送数据时需要，也不需要放在需要处理的程序中。
4.1 数据帧的数据类型定义
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
首先定义两个全局变量用于记录接收字节的状态以及计算校验值。
unsigned char State=0;
unsigned char CheckSum=0;
下面是接收程序，可以放在系统接收数据的程序内即可，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;//此处添加处理标志}break;
default:State = 0;break;}}
4.3 发送程序
使用发送函数之前首先要实现发送一个字节的函数SendOneChar（），并且将数据赋予Buf_TypeDef类型的变量。然后调用该函数就可以按照格式把数据帧发送出去。
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 实际应用
该套智能家居协议已经用到局域网控制空调、电灯、电源等设备。春兰集团变频一级e星空物联网智能空调的柜机和挂机就是采用本协议，实际控制效果良好稳定。实际应用时可以根据不同的设备定义不同设备编码。该套协议适合通过手机、平板电脑控制控制家中的设备。通过他们向家中的设备发送命令数据帧，设备接收到命令数据帧后会返回应答数据帧，完全实现对所有设备的控制。
6 结束语
本文介绍了一种通用性的智能家居控制协议方案，理论上能够适用于所有的家电，在此协议框架的基础上完成上位机与家中设备之间的数据和控制指令的传输，能够有效的解决智能家居中对不同家电的控制。
参考文献
[1]李志淮,周晓玮.网络通信中自定义协议的一种制定方法[J].大连理工大学学报,2005,45(增刊):272-274.
[2]陈小峰.通信新读:从原理到应用[M]. 北京:机械工业出版社,2013.
[3]王承君.自定义串口数据通信协议的分析与设计[J].计算机工程,2004,30(25): 192-194.
[4]樊昌信.通信原理教程(第3版)[M].北京:电子工业出版社,2013.
篇(6)
关键词：双极型；离散滤波器；码间串扰；Simulink
中图分类号：TN929文献标识码：B
文章编号：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
基带信号,是指消息源的消息直接经过转换器转换成的电信号。在数据通信过程中，不使用载波调制解调装置而直接传送基带信号的系统，称它为基带传输系统［1］。
目前，在实际使用的数字通信中，虽然基带传输不如频带传输那样广泛，但是，对于基带传输系统的研究仍然是十分有意义的。这是因为：首先，基带传输系统的许多问题也是频带传输系统必须考虑的问题；其次，随着数字通信技术的发展，基带传输这种方式也有迅速发展的趋势，目前，它不仅用于低速数据传输，而且还用于高速数据传输；最后，理论上也可以证明，任何一个采用线性调制的频带传输系统，总是可以由一个等效的基带传输系统所替代。然而，在实际的基带传输系统中码间干扰总是或多或少的存在。由于AMI码［2］和HDB3码［3］已有被仿真过，而双极型码可以在电缆等无接地的传输线上传输，得到较多的应用，因此利用Matlab中的Simulink工具对其码间干扰问题进行仿真探讨具有十分重要的意义。
2 数字基带传输系统模型分析
在基带传输系统中，一系列的基带信号波形被变换成相应的发送基带波形后，就被送入信道。信号通过信道传输，一方面要受到信道特性的影响，使信号发生畸变；另一方面信号被信道中的加性噪声所叠加，造成信号的随机畸变。因此，到达接收端的基带信号已经发生了畸变。为此，在接收端首先要安排一个接收滤波器，使噪声尽量得到抑制，而使信号顺利通过。然而，在接收滤波器的输出信号里，总还是存在畸变和混有噪声的。因此，为了提高接收系统的可靠性，通常要在接收滤波器的输出端安排一个识别电路，常用的识别电路是抽样判决器，它是在每一接收基带波形的中心附近，对信号进行抽样，然后将抽样值与判决门限进行比较。若抽样值大于门限值，则判为“高”电平，否则就判为“零”电平。这样就获得一系列新的基带波形再生的基带信号。
根据上述信号传输过程，可以把一个基带传输系统用图1所示的模型来概括［4-5］。
发送滤波器至接收滤波器的传输特性：
H(ω)=GT(ω)C(ω)GR(ω)
对于无码间干扰，基带传输特性应满足：
∑iHω+2iπ/Ts=Ts|ω|≤π/Ts
图1 基带传输系统模型
3 系统误码率分析
由于基带传输信号的误码率与传输时所使用的码型有关［6-7］，由于双极性码是一种适合于信道传输的码型，而且便于仿真构造模型，码型简单，因此下面主要讨论在双极型基带系统中叠加平稳高斯白噪声后的抗噪声性能。而噪声影响下发生误码将有2种差错形式：发送的是“1”码，被判为“0”码；发送的是“0”码，被判为“1”码。
对于双极性基带信号，在一个码元持续时间内，抽样判决器输入端得到的波形可表示为：
x(t)=A+∑n≠kanh(t－nTs)+nR(t)，发送“1”时
－A+∑n≠kanh(t－nTs)+nR(t)，发送“0”时
令：
y(t)=x(t)－∑n≠kanh(t－nTs+t0)
=A+nR(t)，发送“1”时
－A+nR(t)，发送“0”时
这时，若令判决门限为Vd，则将“1”错判为“0”的概率pe1及将“0”错判为“1”的概率pe2可以表示为：
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〗
若发送“1”码的概率为P(1)，发送“0”码的概率为P(0)，则基带传输系统总的误码率可表示为：
Pe=P(1)pe1+P(0)pe2
可以看出，基带传输系统的总误码率与判决门限Vd有关。通常把使总误码率最小的判决门限电平称为最佳门限电平。若令dPedVd=0，则可求得最佳门限电平为：
V*d=σ2n2AlnP(0)P(1)
若P(1)=P(0)=12，则最佳判决门限电平为V*d=0这时，基带传输系统总误码率为：
Pe=12pe1+12pe2
=12+14erf－∑n≠kanh(t－nTs)－A2σn〗－
14erf－∑n≠kanh(t－nTs)+A2σn〗
4 仿真过程设计及分析
Matlab中的Simulink有可视化建模和动态仿真的功能，因此本文用Simulink构造仿真系统,方法简单，形象直观［8-10］。
（1） 无码间干扰时双极型基带传输系统的抗噪声性能，双极型基带传输系统如图2所示。
图2 双极型基带传输系统
在这个仿真模型中，Switch1以及1，－1这两个常数模块组成了发送滤波器，它将二进制Bernoulli序列产生器所产生的随机序列编成双极性码；Switch以及1，0这两个常数模块组成了一个抽样判决器，由它来对接收到的码元进行抽样判决，最后送入误码率计算模块计算误码率。在这里，假设基带传输系统C(ω)・GR(ω)=1，以保证其不会出现码间干扰。仿真结果如图3所示。其中，①为仿真得到的误码率曲线；②为理论上的误码率曲线。从图3可以看出，两者基本吻合，这说明理论推导出来的误码率计算公式是正确的。
（2） 有码间干扰时双极型基带传输系统的抗噪声性能。
在构造码间干扰的模型过程中，令H(z)=11+az－1，即h(t)=anu(n)，并对a取不同的值，来比较不同的h(t)对系统的抗噪声性能的影响。如图4所示。
图3 双极性基带系统误码率曲线图
图4 有码间干扰时双极性基带传输系统
为了模拟码间干扰，本文提出了在原来双极性基带系统上增加一个离散滤波器(Discrete Filter)，离散滤波器的参数分别设置为：Numerator：［1］，Denominator：［1 a］，Sample time：-1，使得基带传输系统C(ω)GR(ω)=1/（1+az-1）≠1，也就使得整个系统产生了码间干扰。仿真结果如图5所示。
图5 有码间干扰时，双极性基带系统误码率曲线图
其中，①为a=-0.6时仿真得到的误码率曲线；②为a=-0.2时仿真得到的误码率曲线；③为无码间干扰时的误码率曲线。由图5可以看出，当a=-0.6时，码间干扰对系统的抗噪声性能有较大影响，而当a=-0.2时，这个影响较小，整个系统的误码率与无码间干扰时基本相同。
当a=-0.6时，h(t)=0.6tu(t)，当a=-0.2时，h(t)=0.2tu(t)它们的函数曲线如图6所示。
由图6可见，当a=-0.2时，h(t)的值除t=0外，均小于a=-0.6时的h(t)值，也就是说在其他所有抽样点上的值较小，这就使得码间干扰值∑n≠kanh［(k－n)Ts+t0］较小，因此它对整个系统的抗噪声性能相对较小，这与仿真实验的结果相一致。
图6 a不同时h(t)函数图
5 结 语
由理论推导和实验仿真，注意到系统的总误码率仅依赖于信号峰值A与噪声均方根值σn之比，若比值A/σn越大，则Pe就越小。同时发现，当系统存在码间干扰时，系统误码率与其码间干扰值的大小有关，随着码间干扰值的增大，系统误码率也随之增大。而码间干扰值不仅受系统的传输特性H(ω)影响，而且还与an有亲密联系。从以上仿真结果分析和误码性能验证来看,实验仿真系统完全达到了实际可用的要求。
参考文献
［1］黄载禄,殷蔚华.通信原理.北京:科学出版社,2005.
［2］许建霞,聂明新.基于Matlab的数字基带传输系统的仿真.武汉:武汉理工大学学报:交通科学与工程版,2005(3):450-452.
［3］曲中水,王建卫,朱泳.基于Matlab的数字信号基带传输系统仿真.森林工程,2004(4):31-33.
［4］樊昌信,张甫翎,徐炳祥,等.通信原理.北京:国防工业大学出版社,2001.
［5］曹志刚,钱亚生.现代通信原理.北京:清华大学出版社,1992.
［6］程佩青.数字信号处理教程［M］.2版.北京:清华大学出版社,2001.
［7］沈振元,聂志泉,赵雪荷.通信系统原理.西安:西安电子科技大学出版社,2001.
［8］邓华.Matlab通信仿真及应用实例详解.北京:人民邮电出版社,2003.
［9］刘敏,魏玲.Matlab通信仿真与应用.北京:国防工业出版社，2001.
［10］郑智琴.Simunlink电子通信仿真与应用.北京:国防工业出版社，2002.
作者简介 陈声登 男，1982年出生，硕士。研究方向为通信与信息系统、ARM嵌入式系统应用。
篇(7)
关键词：PDCA循环 课程教学 教学质量 生产运作管理
基金项目：北京信息科技大学2013年度课程建设项目
中图分类号： G642 文献标识码： A
1、引言
《生产运作管理》与企业生产实践有着紧密的联系，是一门是以制造业为背景的综合性和实践性较强的管理类专业课，是具有鲜明的工程与管理特色的多学科交叉课程。根据对世界各国大学里的管理学院/商学院的课程设置研究，一个共同特点是都将“生产运作”、“市场营销”、“理财”列为三大支柱性核心课程，由此可见本门课程在管理学科体系中的地位是非常重要的。但由于各种原因，教学质量和教学效果不同程度地存在着问题。因而，必须探寻一种有效地提高《生产运作管理》课程教学质量的方法。
PDCA循环作为全球各行各业广泛应用的质量管理方法在管理实践中是行之有效的。因此有必要在《生产运作管理》课程的教学过程中应用PDCA循环质量管理方法，从而有效地提高课程的教学质量和教学效果。
2、PDCA循环的概念及特点
PDCA循环的概念最早是由美国质量管理专家戴明提出来的，所以又称为“戴明环”。PDCA循环即计划（Plan）、执行（Do）、检查（Check）和行动（Action），它是一个标准的管理工作程序，也是进行质量管理的四个步骤。PDCA循环可分为四个阶段，其基本内容如下。
（1）计划阶段（P）：确定方针和目标，确定活动计划；
（2）执行阶段（D）：实地去做，实现计划中的内容；
（3）检查阶段（C）：总结执行计划的结果，注意效果，找出问题；
（4）处置阶段（A）：对总结检查的结果进行处理，成功的经验加以肯定并适当推广、标准化；失败的教训加以总结，以免重现，未解决的问题放到下一个PDCA循环。
PDCA循环的特点
（1）大环带小环。在PDCA循环的四个阶段中，每个阶段都有自己小的PDCA循环，如图1所示。
图1 大环带小环
（2）阶梯式上升。PDCA循环不是在同一水平上循环，而是每循环一次，就解决一部分问题，取得以部分成果，工作就前进一步，就能达到一个新的水平；在新的水平上又有了新的目标和内容，再进行PDCA循环，便能达到一个更高的水平，如图2所示。
图2 阶梯式上升
PDCA循环的基本原理符合“实践---认识---再实践---再认识”的认识规律，每一个循环管理过程都周而复始地运动，上一个循环解决不了的问题，转入下一个循环解决，从而保证了管理工作的系统性全面性和完整性。
3、生产运作管理教学质量改进的PDCA循环模式
鉴于PDCA循环在质量管理中的有效性，作者把PDCA循环引入到《生产运作管理》课程的教学过程中，使得该课程的教学质量的不断提高。
（1）计划阶段
在PDCA循环中，第一阶段是计划阶段，其主要任务是制订教学计划，只有良好的教学计划才能保证教学工作的顺利完成。教学计划的内容一般包括教学目的、教学重点难点、教学方法、教学进程时间安排等内容。按照PDCA循环这一工作方法，每一学期在制订教学计划时，要对上一学期的教学情况进行分析。目前我校在这方面已经做了一些相关工作，例如在《生产运作管理》课程期末考试的试卷分析中，都有教学效果分析的内容，比如影响教学质量的因素是什么，从哪些方面改进等。
（2）执行阶段
执行阶段就是执行计划阶段制订的教学计划。教学计划需要通过实际的授课过程来实现，在整个教学过程中，应首先避免传统的灌输性教学，注重引导式、参与式与讨论式教学。
教师作为教学的主体，应该按照教学计划教学，但是也要根据教学情况调整教学内容，在教学过程中经常与学生沟通，了解学生对学习的反应。
（3）检查阶段
检查阶段的目的是检查教学计划执行后的效果。在教学中通过课堂提问、课内测验、答疑辅导、课后作业以及期末考试等对学生的学习情况进行了解。此外，还可以邀请部分学生参加《生产运作管理》课程教学座谈会，进一步了解课程教学情况，大约每学期1-2次。
一般情况下教学计划执行的结果与教学计划存在一定的偏差，教师必须分析原因找到引起偏差的主次因素，提出相应的改进教学质量的对策。
（4）处置阶段
在处置阶段教师要对本学期《生产运作管理》课程教学活动进行全面总结，一方面要找出该轮教学循环过程中存在的问题，分析产生问题的原因，以避免类似问题再次发生，另一方面要把教学过程中成功的经验加以推广，作为下一轮教学循环借鉴之用。
还需要明确一点，运用PDCA循环管理方法时，有些问题不可能在一个教学过程中全部发现并解决，这些问题的解决必须循序渐进，持续改进，从而不断地提高课程教学质量。
4、结论
提高教学质量是教学研究的一个永恒的课题，PDCA循环教学模式把教学当做一个又一个螺旋式上升的循环，形成一个周期模型。《生产运作管理》课程教学过程中运用PDCA循环思想必将使得《生产运作管理》这门课程的教学质量逐步提升，教学工作更加规范化标准化。
参考文献
[1]陈志祥.本科层次生产管理课程建设与教学改革[J].高等工程教育研究，2005.5：62-66.
[2]佘静.PDCA循环管理模式在《通信原理》课程教学中的应用[J].咸宁学院学报，2012，32（4）：159-160.
[3]赵启兰等.生产与运作管理教程[M]，北京：北京交通大学出版社 清华大学出版社，2008.
