第1章MATLAB軟件

1.1MATLAB概述

1.1.1MATLAB是什麼

1.1.2MATLAB的優勢

1.1.3MATLAB的應用範圍

1.1.4MATLAB R2021功能

1.2MATLAB R2021運行界面

1.3矩陣和數組

1.3.1數組創建

1.3.2矩陣和數組運算

1.3.3串聯

1.3.4復數

1.4數組索引

1.5工作區變量

1.6文本和字符

1.6.1字符串數組中的文本

1.6.2字符數組中的數據

1.7調用函數

1.8二維圖和三維圖

1.8.1線圖

1.8.2三維繪圖

1.8.3子圖

1.9編程和腳本

1.9.1腳本

1.9.2實時腳本

1.9.3循環及條件語句

1.10幫助和文檔

1.11數據分析

1.11.1數據的預處理

1.11.2彙總數據

1.11.3可視化數據

1.11.4數據建模

第2章信號處理和分析

2.1信號處理概述

2.2信號生成和預處理

2.2.1信號的產生和可視化

2.2.2信號與不同開始時間對齊

2.2.3平滑和去噪

2.2.4去除趨勢

2.2.5去除雜聲

2.2.6去除峰值

2.2.7從不規則采樣數據重建信號

2.3重采樣

2.3.1下采樣

2.3.2上采樣

2.3.3更改信號采樣率

2.4測量和特征提取

2.4.1峰值分析

2.4.2檢測病毒爆發和信號的顯著變化

2.4.3在數據中尋找信號

2.5相關性和卷積

2.5.1卷積和相關函數的定義

2.5.2相關性和卷積的實現

2.6數字濾波器

2.6.1數字濾波器概述

2.6.2IIR濾波器結構

2.6.3FIR濾波器結構

2.6.4補償FIR濾波器引入的延遲

2.6.5補償IIR濾波器引入的延遲

2.6.6取信號的導數

2.7變換

2.7.1離散傅裡葉變換

2.7.2Hilbert變換

2.7.3包絡提取

2.7.4Hilbert變換與瞬時頻率

2.7.5WalshHadamard 變換

2.7.6復倒頻譜

2.7.7倒頻譜分析

2.8頻譜分析

2.8.1頻譜估計

2.8.2加窗法

2.9信號建模

2.9.1參數化建模

2.9.2線性預測編碼

2.10振動分析

2.10.1振動信號的階數分析

2.10.2識別模型的模態分析

2.11使用深度學習處理信號

2.11.1使用深度學習進行序列分類

2.11.2使用深度學習進行時序預測

第3章小波分析合成信號和圖像

3.1小波變換

3.1.1連續小波變換

3.1.2一維離散小波變換

3.1.3二維離散小波變換

3.1.4多分辨率分析

3.1.5正交小波變換

3.1.6小波包分析

3.2利用小波分析合成信號和圖像

3.2.1可視化小波、小波包和小波濾波器

3.2.2時頻分析和連續小波變換

3.3離散小波分析

3.3.1一維小波去噪

3.3.2二維抽取離散小波分析

3.3.3非抽取離散小波分析

3.4匹配的追蹤

3.4.1圖像的稀疏表征

3.4.2匹配追蹤

3.4.3匹配追蹤實現

3.5時頻分析

3.5.1用小波相干性比較信號的時頻含量

3.5.2時變一致性

3.6離散多分辨率分析實現

3.7小波分析用於降噪

第4章通信仿真

4.1模擬/數字通信

4.1.1模擬通信

4.1.2數字通信

4.2模擬通信繫統的物理層

4.2.1檢查16QAM

4.2.2繫統對像的使用

4.2.3實現散點圖和眼圖

4.2.4測量ACPR和CCDF

4.3物理層組件建模

4.3.1信源與信道概述

4.3.2產生信源函數

4.3.3信宿函數

4.4信源編碼

4.4.1相關函數

4.4.2相關對像

4.5模擬和數字調制

4.5.1模擬調制

4.5.2線性調制

4.6濾波

4.6.1模擬濾波器的結構

4.6.2數字濾波器的結構

4.6.3幾個濾波的常用函數

4.6.4升餘弦濾波器的應用

4.7均衡化

4.7.1均衡化的原理

4.7.2均衡化的應用

4.8同步與接收機設計

4.8.1載波同步與位同步

4.8.2相關函數

4.8.3無線通信實現

第5章射頻損耗應用

5.1射頻概述

5.2接收機

5.3數據導入和網絡參數

5.3.1數據導入參數

5.3.2網絡參數

5.4射頻濾波器設計

5.4.1逆切比雪夫濾波器Ⅰ

5.4.2中頻巴特沃斯帶通濾波器

5.4.3帶通濾波器的響應

5.4.4設計匹配網絡

5.5射頻電路對像

第6章天線技術的應用

6.1移動通信概述

6.1.1移動通信的特點

6.1.2移動通信的結構

6.1.3移動通信繫統的分類

6.2智能天線概述

6.2.1智能天線的發展

6.2.2智能天線技術的基本原理

6.2.3智能天線的發展階段

6.2.4智能天線的主要用途和應用進展

6.3陣列天線的統計模型

6.3.1天線陣列模型

6.3.2自適應陣列天線

6.4基本恆模算法

6.4.1隨機梯度恆模算法

6.4.2小二乘恆模算法

6.5天線技術的基礎應用

6.5.1天線的建模與分析

6.5.2天線表面電流

6.6自定義幾何PCB天線

6.6.1定制2D和3D天線

6.6.2PCB天線

第7章無線通信的物理層

7.1波形生成

7.1.1下行鏈路處理

7.1.2上行鏈路處理

7.2鏈路級仿真

7.2.1傳播信道模型

7.2.2一致性測試

第8章流信號設計與仿真

8.1MATLAB中的流信號處理

8.1.1流式信號處理簡介

8.1.2過濾噪聲正弦波信號的幀

8.2設計和實現濾波器

8.3多速率信號處理

8.4光譜分析

8.4.1光譜分析原理

8.4.2估計功率譜

8.4.3估計未知繫統的傳遞函數

8.5頻譜測量

8.5.1頻譜可視化和測量

8.5.2編程獲取測量數據

8.6布局

8.6.1設計定點濾波器

8.6.2生成 DSP 應用程序

第9章5G通信技術

9.15G概述

9.1.15G的基本特征

9.1.25G的關鍵技術

9.25G工具箱的基礎知識

9.2.1同步和突發信號塊

9.2.2建模下行鏈路控制信息

9.2.35G新無線電極性編碼

9.2.4DLSCH和ULSCH的LDPC處理

9.3下行信道

9.3.1下行物理信號

9.3.2下行傳輸信道

9.4接收信號

9.4.1相關函數

9.4.2用於5G信道估計的深度學習數據合成

參考文獻

通信(communication)是將信息從發送者傳送到接收者的過程。自古以來，信息就如同物質和能量一樣，是人類賴以生存和發展的基礎資源之一。人類通信的歷史可以追溯到遠古時代，文字、信標、烽火及驛站等作為主要的通信方式，曾經延續了幾千年。
電通信的發展歷史從1837年美國人莫爾斯發明人工電報裝置開始，至今不足兩百年。翻開厚厚的電信史冊，沿著歷史的腳步一路走來，在技術和市場需求的雙重驅動下，僅有一百多年歷史的電通信發生了翻天覆地的變化，取得了令人驚嘆的輝煌成就。
隨著電通信繫統性能的不斷提高，人們發現工程上的許多問題可以通過計算機強大的計算功能來輔助完成，MATLAB軟件就是這樣一款輔助軟件。
MATLAB是Matrix和Laboratory兩個詞的組合，意為矩陣工廠(矩陣實驗室)，是美國MathWorks公司發布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環境。MATLAB將數值分析、矩陣計算、科學數據可視化以及非線性動態繫統的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易於使用的視窗環境中，為科學研究、工程設計以及必須進行有效數值計算的眾多科學領域提供了一種全面的解決方案，並在很大程度上擺脫了傳統非交互式程序設計語言(如C語言、FORTRAN語言)的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。
通信是一個非常熱門的領域，無論是有線網絡還是無線網絡，都已逐漸應用到生活的各個方面，目前5G繫統正逐步全面覆蓋4G繫統。5G作為一種新型移動通信網絡，不僅要解決人與人之間的通信，為用戶提供增強現實、虛擬現實、超高清(3D)視頻等更加身臨其境的極致業務體驗，更要解決人與物、物與物之間的通信問題，滿足移動醫療、車聯網、智能家居、工業控制、環境監測等物聯網的應用需求。終，5G將滲透到經濟社會的各行業、各領域，成為支撐經濟社會數字化、網絡化、智能化轉型的關鍵新型基礎設施。
本書以通信原理為主線，從MATLAB的基礎入手，先介紹MATLAB、信號處理等基礎知識，讓讀者領略MATLAB軟件的功能和利用MATLAB處理信號問題的簡捷。再進一步詳細介紹通信仿真、天線技術、無線通信、流信號、5G通信等內容，並通過概念與實例相結合的形式，使圖文巧妙地緊密結合，讓讀者對移動通信繫統完成從量到質的認識。
【本書特色】
(1) 深入淺出，循序漸進。本書先對MATLAB軟件進行概要介紹，讓讀者對MATLAB的強大功能有一定認識，接著實現利用MATLAB進行信號處理問題，讓讀者初步領略利用MATLAB處理信號的簡捷。
(2) 實用性強，步驟詳盡。本書結合MATLAB解決無線通信繫統中的各種實際問題，詳盡地介紹MATLAB的使用方法與技巧。在講解過程中輔以相應的圖片，使讀者在閱讀時一目了然，從而快速掌握書中內容。
(3) 內容新穎，步驟詳細。書中每介紹一個概念或函數都給出相應的用法及實例進行說明，並利用MATLAB對5G移動通信進行快速仿真與建模。通過本書的學習，讀者不僅可以全面掌握利用MATLAB實現無線通信繫統的建模與仿真，還可以提高快速分析和解決實際通信問題的能力，並能夠在短的時間內實現利用MATLAB解決各種5G通信問題。
【配套資源】
本書提供教學課件、程序代碼等配套資源，可以關注“人工智能科學與技術”微信公眾號，在“知識”→“資源下載”→“配書資源”菜單獲取本書配套資源(也可以到清華大學出版社網站本書頁面下載)。
本書由佛山科學技術學院丁偉雄編寫。由於時間倉促，加之作者水平有限，所以疏漏之處在所難免。在此，誠懇地期望各領域的專家和廣大讀者批評指正，聯繫郵箱見配套資源。

丁偉雄2022年4月