了得網計算機/網絡_MATLAB R2016a通信繫統建模與仿真28個案例分析

編輯推薦

《MATLAB R2016a通信繫統建模與仿真28個案例分析》是“精通MATLAB”叢書之一，以MATLAB R2016a為平臺編寫，通過28個案例介紹MATLAB在通信工程中的應用，應用性強，實用價值高。本書提供所有程序源代碼。“精通MATLAB”相關書目如下：（1）MATLAB 8.X實戰指南（2）數字圖像處理高級應用——基於MATLAB和CUDA的實現（第2版）（3）MATLAB通信繫統建模與仿真（4）MATLAB R2015a數字圖像處理（5）MATLAB R2015b數學建模（6）MATLAB R2015a小波分析（7）MATLAB R2015b神經網絡技術（8）MATLAB R2015b*化計算（9）MATLAB R2015b概率與數理統計（10）MATLAB R2015b數值計算方法（11）MATLAB R2016a智能計算25個案例分析（12）MATLAB R2016a在電子信息工程中仿真案例分析（13）MATLAB R2016a神經網絡設計與應用28個案例分析（14）MATLAB R2016a通信繫統建模與仿真28個案例分析

內容簡介

MATLAB及其Simulink通信、信號處理專業函數庫和專業工具箱越來越成熟，並逐漸為廣大通信技術領域的專家、學者和工程師所熟悉，在通信理論研究、算法設計、繫統設計、建模仿真和性能分析驗證等方面的應用也越來越廣泛。本書以MATLAB R2016a為平臺，在講解各實現方法中給出相應的實例，使得本書應用性更強，實用價值更高。
全書共28章，主要介紹通信繫統的信源與信道、通信繫統濾波器、通信繫統的調制與解調、通信繫統的鎖相環與擴頻、MATLABSimulink繫統建模與仿真、通信繫統的實際應用和信號處理技術等內容。MATLAB以其獨特的魅力，成為通信技術領域強有力的工具。
本書主要作為通信工程、電子信息工程等領域的廣大科研人員、學者、工程技術人員的參考用書，也可作為高等院校相關專業及領域本科生、研究生的學習用書。

目錄

第1章通信仿真的MATLAB函數實現

1.1信源產生函數

1.1.1randerr函數

1.1.2randint函數

1.1.3randsrc函數

第1章通信仿真的MATLAB函數實現

1.1信源產生函數

1.1.1randerr函數

1.1.2randint函數

1.1.3randsrc函數

1.1.4wgn函數

1.2信源編碼/解碼函數

1.2.1arithenco/arithdeco函數

1.2.2dpcmenco/dpcmdeco函數

1.2.3compand函數

1.2.4lloyds函數

1.2.5quantiz函數

1.3信道函數

1.3.1awgn函數

1.3.2bsc函數

第2章地震及雷達信號的MATLAB實現

2.1地震觀測繫統的仿真和地面運動的恢復

2.1.1基本理論

2.1.2地震觀測繫統的MATLAB應用

2.2雷達信號的產生

2.2.1脈衝幅度調制

2.2.2線性調頻信號

2.2.3相位編碼信號

2.2.4相位編碼內線性調頻混合調制信號

第3章通信繫統模擬線性調制的MATLAB實現

3.1雙邊帶調幅與解調

3.2常規雙邊帶調幅

3.3抑制載波雙邊帶調幅

3.4單邊帶調幅與解調

第4章雷達信號中的數字處理技術

4.1雷達回波信號隨機熱噪聲分析

4.1.1服從高斯分布的熱噪聲

4.1.2服從均勻分布的熱噪聲

4.1.3服從指數分布的熱噪聲

4.1.4服從瑞利分布的熱噪聲

4.2數字處理技術在雷達信號中的應用

4.2.1固定對消

4.2.2動目標顯示與檢測

4.2.3恆虛警處理

4.2.4積累處理

第5章擴頻通信繫統的MATLAB實現

5.1擴頻通信繫統的仿真

5.2偽隨機碼產生

5.2.1m序列

5.2.2偽隨機數序列相關函數

5.2.3Gold序列

5.3直接序列擴頻繫統

5.4利用MATLAB仿真演示直擴信號抑制餘弦干擾

5.5跳頻擴頻繫統

5.6BFSK/FH繫統性能仿真

第6章隨機信號及參數建模分析

6.1倒譜分析

6.2時域建模

6.2.1三種參數模型

6.2.2時域建模原理

6.2.3線性預測方法

6.3頻域建模

6.3.1模擬濾波器的頻域建模

6.3.2數字濾波器的頻域建模

第7章通信繫統設計的MATLAB實現

7.1設計通信繫統的發射機

7.2設計通信繫統的接收機

7.3通信繫統的MATLAB實現

第8章信號突變點檢測算法研究

8.1信號的突變性與小波變換

8.2信號的突變點檢測原理

8.3實驗結果與分析

8.3.1Daubechies 5小波用於檢測含有突變點的信號

8.3.2Daubechies 6小波用於檢測突變點

第9章MIMOOFDM通信繫統設計的MATLAB實現

9.1MIMOOFDM通信繫統設計

9.2MIMO繫統

9.3OFDM技術

9.4MIMOOFDM繫統

9.5空間分組編碼

9.6STBC的MIMOOFDM繫統設計

9.6.1STBC的MIMOOFDM繫統模型

9.6.2分析STBC的MIMOOFDM繫統性能

9.7STBC的MIMOOFDM繫統的MATLAB實現

第10章模擬角度調制的MATLAB實現

10.1頻率調制

10.2相位調制

第11章仿真繫統Simulink模塊創建過程

11.1Simulink主要特點

11.2Simulink工作原理

11.2.1動態繫統計算機仿真

11.2.2Simulink求解器

11.2.3求解器參數設置

11.3一個Simulink實例

第12章通信繫統鎖相環的MATLAB實現

12.1鎖相環構建

12.2鎖相環Simulink模塊

12.2.1基本鎖相環模塊

12.2.2壓控振蕩器模塊

12.2.3設計並仿真一個頻率合成器

第13章利用MATLAB及Simulink繫統進行建模

13.1MATLAB建模

13.1.1靜態繫統

13.1.2動態繫統

13.2Simulink建模

13.2.1線性繫統建模

13.2.2二階微分方程

13.2.3狀態方程

13.2.4非線性建模

第14章小波變換在信號特征檢測中的算法研究

14.1小波信號特征檢測的理論分析

14.1.1自相似信號小波變換的特點

14.1.2小波變換與信號的突變性

14.2實驗結果與分析

14.2.1突變性檢測

14.2.2自相似性檢測

14.2.3趨勢檢測

第15章通信繫統調制/解調的MATLAB實現

15.1載波提取分析

15.1.1幅度鍵控分析

15.1.2相移鍵控分析

15.1.3頻移鍵控分析

15.1.4正交幅度調制

15.2調制/解調的Simulink模塊

15.2.1DSBAM調制/解調

15.2.2SSBAM調制/解調

15.2.3DSBSCAM調制/解調

15.2.4FM調制/解調

15.2.5PM調制/解調

第16章Simulink與MATLAB的接口

16.1Simulink與MATLAB的數據交互

16.2命令行方式進行動態仿真

16.2.1命令行動態繫統仿真

16.2.2模型線性化

16.2.3平衡點求取

第17章信源編譯碼的MATLAB模塊實現

17.1信源編譯碼

17.1.1信源編碼

17.1.2信源譯碼

17.2MATLABSimulink通信繫統仿真實例

17.2.1MATLAB編碼實例

17.2.2Simulink信道實例

17.2.3MATLABSimulink信道實例

第18章數字基帶調制/解調的Simulink模塊實現

18.1數字幅度調制/解調

18.2數字頻率調制/解調

18.3數字相位調制/解調

18.4調制/解調的Simulink應用

第19章信號加噪的MATLAB實現及觀測設備

19.1信道模塊的信號加噪

19.1.1加性高斯白噪聲信道

19.1.2多徑瑞利退化信道

19.1.3多徑萊斯退化信道

19.2信號觀測設備

19.2.1離散眼圖示波器

19.2.2星座圖

19.2.3離散信號軌跡圖

19.2.4誤碼率計算器

第20章信號與信道的MATLABSimulink產生

20.1隨機數據信號源

20.1.1伯努利二進制信號產生器

20.1.2泊松分布整數產生器

20.1.3隨機整數產生器

20.2序列產生器

20.2.1PN序列產生器

20.2.2Gold序列產生器

20.2.3Walsh序列產生器

20.3噪聲源發生器

20.3.1均勻分布隨機噪聲產生器

20.3.2高斯隨機噪聲產生器

20.3.3瑞利噪聲產生器

20.3.4萊斯噪聲產生器

第21章濾波器的Simulink模塊設計

21.1數字濾波器設計模塊

21.2模擬濾波器設計模塊

21.3理想矩形脈衝濾波器模塊

21.4升餘弦發射濾波器模塊

21.5升餘弦接收濾波器模塊

21.6濾波器設計實例

第22章信號分解與重構的MATLAB實現

22.1小波快速算法設計原理與步驟

22.2小波分解算法

22.3對稱小波分解算法

22.4小波重構算法

22.5對稱小波重構算法

22.6MATLAB程序設計實現

第23章S函數及其作用

23.1S函數的相關概率

23.2S函數模塊

23.3S函數工作原理

23.4M文件S函數模板

23.5S函數應用

第24章通信繫統濾波器的MATLAB函數實現

24.1模擬濾波器的MATLAB函數實現

24.1.1設計模擬濾波器

24.1.2求模擬濾波器的小階次

24.1.3濾波器的傳遞函數

24.2數字濾波器的MATLAB函數實現

24.2.1窗函數

24.2.2數字濾波器頻率響應函數

24.3特殊濾波器的MATLAB函數實現

第25章Subsystem模塊創建子繫統

25.1子繫統

25.1.1創建子繫統

25.1.2瀏覽下層子繫統

25.1.3條件執行子繫統

25.1.4控制流繫統

25.2子繫統封裝

第26章通信繫統濾波器設計的MATLAB實現

26.1濾波器簡介

26.2模擬濾波器結構

26.3數字濾波器結構

第27章故障信號檢測的MATLAB實現

27.1故障信號檢測的理論分析

27.2實驗結果與分析

27.2.1利用小波分析檢測傳感器故障

27.2.2小波類型的選擇對於檢測突變信號的影響

27.3小波類型選擇

第28章MATLAB在電信工程實際問題中的應用

28.1工具箱提供的信號函數

28.2離散時間信號

28.2.1離散繫統的卷積和相關

28.2.2離散繫統的差分方程

28.3信號參數的測量和分析

28.3.1信號的能量和功率

28.3.2信號直流分量和交流分量

28.3.3離散時間信號的統計參數

28.3.4信號的頻域參數

附錄MATLAB R2016a安裝說明

參考文獻

前言

前言

MATLAB是當今秀的科技應用軟件之一，它以強大的科學計算與可視化功能、簡單易用的特點、開放式可擴展環境，特別是所附帶的30多種面向不同領域的工具箱支持，使得它在許多科學領域成為計算機輔助設計與分析、算法研究與應用開發的基本工具和平臺。它具有其他高級語言難以比擬的一些優點，如編寫簡單、編程效率高、易學易懂等，因此MATLAB語言也被通俗地稱為演算紙式科學算法語言。在通信、信號處理、控制及科學計算等領域，MATLAB應用廣泛，已經成為可有效提高工作效率、改善設計手段的工具軟件。掌握了MATLAB，就好比掌握了開啟這些專業領域大門的鑰匙。

前言

MATLAB是當今秀的科技應用軟件之一，它以強大的科學計算與可視化功能、簡單易用的特點、開放式可擴展環境，特別是所附帶的30多種面向不同領域的工具箱支持，使得它在許多科學領域成為計算機輔助設計與分析、算法研究與應用開發的基本工具和平臺。它具有其他高級語言難以比擬的一些優點，如編寫簡單、編程效率高、易學易懂等，因此MATLAB語言也被通俗地稱為演算紙式科學算法語言。在通信、信號處理、控制及科學計算等領域，MATLAB應用廣泛，已經成為可有效提高工作效率、改善設計手段的工具軟件。掌握了MATLAB，就好比掌握了開啟這些專業領域大門的鑰匙。

Simulink是MATLAB的一個工具包，其建模與一般程序建模相比更為直觀，操作也更為簡單，不必記憶各種參數——命令的用法，隻要用鼠標就能夠完成非常復雜的工作。Simulink不但支持線性繫統仿真，還支持非線性繫統仿真；
不僅支持連續繫統仿真，還支持離散繫統甚至混合繫統仿真；
不僅本身功能非常強大，而且還是一個開放性體繫，用戶可以自己開發模塊來增強Simulink的功能。對於同一個繫統模型，利用Simulink可以采用多個不同的采樣速率，不但能夠實時地顯示計算結果，還能夠顯示模型所表示實物的實際運動形式。

目前，通信技術領域是一個非常熱門的領域，無論是有線通信技術還是無線通信技術，都已應用到人們生活的各個方面，通信繫統正向著寬帶化方向迅速發展。使用MATLABSimulink進行通信繫統建模與仿真設計，已經成為廣大通信工程師必須研究、掌握的技術之一。

為了滿足通信技術發展的需要，結合MATLAB的功能特點，作者編寫了本書。本書在以下幾方面做了努力。

(1) 結構緊湊、分析全面。本書介紹了通信繫統的信源與信道、通信繫統濾波器、通信繫統的調制與解調、通信繫統的鎖相環與擴頻、MATLABSimulink繫統建模與仿真、通信繫統的實際應用和信號處理技術等內容。

(2) 內容翔實，實用性強。書中每介紹一個案例都給出了詳細說明，讀者可快速掌握MATLAB在具體案例中的應用。

(3) 圖文並茂。對於程序的運行結果，本書給出了大量的圖形。本書不僅注重基礎知識的講解，而且非常注重實踐，可使讀者迅速掌握MATLAB在每個案例中的應用。

通過本書的學習，讀者不僅可以全面掌握MATLAB的編程和開發技術，還可以提高快速分析和解決實際問題的能力，從而能夠在短的時間內，快地解決實際工作中所遇到的問題，提升工作效率。

本書主要由吳茂編寫，此外參加編寫的還有趙書蘭、周品、曾虹雁、鄧俊輝、陳添威、鄧耀隆、高泳崇、李嘉樂、李錦濤、梁朗星、梁志成、梁恩慶、梁仲軒、楊平和許興傑。

本書主要作為通信工程、電子信息方面的廣大科研人員、學者、工程技術人員的參考用書，也可作為高等院校相關專業及領域本科生、研究生的學習用書。

由於作者水平有限，書中疏漏之處在所難免。在此，誠懇地期望得到各領域專家和廣大讀者的批評指正。

作者

2017年11月

在線試讀

第3章通信繫統模擬線性調制的MATLAB實現

數字調制按方法可以分為多進制幅度鍵控(MASK)、正交幅度鍵控(QASK)、多進制頻率鍵控(MFSK)以及多進制相位鍵控(MPSK)。數字調制包括數模轉換和模擬調制兩部分，如圖31所示。

圖31數字調制過程
在數字信號通信快速發展以前主要是模擬通信。為了合理使用頻帶資源，提高通信質量，需要使用模擬調制技術。通常，連續波的模擬調制是以正弦信號為載波的調制方式，分為線性調制和非線性調制。線性調制是指調制後的信號頻譜為調制信號的頻譜的平移或線性變換，而非線性調制則沒有這個性質。每一種調制都通過以下幾個特點來表征。(1) 調制信號的時域表達式。(2) 調制信號的頻域表達式。(3) 調制信號的帶寬。(4) 調制信號的功率分布。(5) 調制信號的信噪比。3.1雙邊帶調幅與解調1. 雙邊帶調幅在雙邊帶調幅(DSBAM)中，已調信號的時域表示為

u(t)=m(t)c(t)=Acm(t)cos(2πfct c)(31)

第3章通信繫統模擬線性調制的MATLAB實現

數字調制按方法可以分為多進制幅度鍵控(MASK)、正交幅度鍵控(QASK)、多進制頻率鍵控(MFSK)以及多進制相位鍵控(MPSK)。數字調制包括數模轉換和模擬調制兩部分，如圖31所示。

圖31數字調制過程
在數字信號通信快速發展以前主要是模擬通信。為了合理使用頻帶資源，提高通信質量，需要使用模擬調制技術。通常，連續波的模擬調制是以正弦信號為載波的調制方式，分為線性調制和非線性調制。線性調制是指調制後的信號頻譜為調制信號的頻譜的平移或線性變換，而非線性調制則沒有這個性質。每一種調制都通過以下幾個特點來表征。(1) 調制信號的時域表達式。(2) 調制信號的頻域表達式。(3) 調制信號的帶寬。(4) 調制信號的功率分布。(5) 調制信號的信噪比。3.1雙邊帶調幅與解調1. 雙邊帶調幅在雙邊帶調幅(DSBAM)中，已調信號的時域表示為

u(t)=m(t)c(t)=Acm(t)cos(2πfct c)(31)

式中： m(t)是消息信號； c(t)=Accos(2πfct c)為載波； fc是載波的頻率； c是初始相位。為了討論方便，取初相c=0。對u(t)作傅裡葉變換，即可得到信號的頻域表示

U(f)=Ac2M(f-fc) Ac2M(f fc)(32)

傳輸帶寬BT是消息信號帶寬W的兩倍，即BT=2W。【例31】某消息信號m(t)=1,0≤t≤t0/3-2,t0/3>>clear all;
t=0.15; %信號保持時間
ts=0.001; %采樣時間間隔
fc=250; %載波頻率
fs=1/ts; %采樣頻率
df=0.3; %頻率分辨率
t1=［0:ts:t］; %時間向量
m=［ones(1,t/(3*ts)),-2*ones(1,t/(3*ts)),zeros(1,t/(3*ts) 1)］; %定義信號序列
y=cos(2*pi*fc.*t1); %載波信號
u=m.*y; %調制信號
［n,m,df1］=fftseq(m,ts,df); %傅裡葉變換
n=n/fs;
［ub,u,df1］=fftseq(u,ts,df);
ub=ub/fs;
［Y,y,df1］=fftseq(y,ts,df);
f=［0:df1:df1*(length(m)-1)］-fs/2; %頻率向量
subplot(221);
plot(t1,m(1:length(t1))); %未解調信號
title('未解調信號');
subplot(222);
plot(t1,u(1:length(t1))); %解調信號
title('解調信號');
subplot(223);
plot(f,abs(fftshift(n))); %未解調信號頻譜
title('未解調信號頻譜');
subplot(224);
plot(f,abs(fftshift(ub))); %解調信號頻譜
title('解調信號頻譜');
該程序運行後得到的信號和調制信號及信號調制前後的頻譜對比如圖32所示。

圖32DSBAM得到的信號和調制信號及信號調制前後的頻譜圖

圖32（續）

在以上代碼中調用的自定義函數的代碼如下：
function ［M,m,df］=fftseq(m,tz,df)

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