通信原理MATLAB仿真实验指导书V3.0最终版20131112

通信原理Matlab仿真实验指导书厦门海洋职业技术学院信息技术系通信教研室林志谋[e-mail]2013年10月第2版通信原理Matlab仿真实验指导书林志谋[e-mail]-1-前言Matlab的名称源自MatrixLaboratory，它的首创者是在数值线性代数领域颇有影响的CleveMoler博士，他也是生产经营Matlab产品的美国Mathworks公司的创始人之一。Matlab是一种科学计算软件，专门以矩阵的形式处理数据。Matlab将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数，从而使其被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作中。Matlab程序语言设计和Simulink是Matlab主要的两种仿真设计的工具。Matlab程序语言设计语法相对简单，功能较为强大，仿真设计最为灵活，需要较高的设计技巧；Simulink是Matlab最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。本实验指导书主要是以Simulink为基础平台，兼顾Matlab程序语言设计入门，在初步了解通信系统理论的基础上，利用Matlab提供的通信工具箱和信号处理工具箱中的模块，对通信系统中的调制和解调，编码和解码，信号差错控制等系统进行模型构建、系统设计、仿真演示、结果显示，在增强学生动手能力的同时，进一步加深对通信原理基础理论的理解。通信原理Matlab仿真实验指导书林志谋[e-mail]-2-目录实验1：MATLAB基础..........................................................................3实验2：MATLABSIMULINK的建模仿真........................................9实验3：信道与噪声仿真......................................................................15实验4：AM调制与解调仿真...............................................................21实验5：DSB调制与解调仿真..............................................................29实验6：SSB调制与解调仿真..............................................................32实验7：PCM编码与解码仿真............................................................35实验8：单极性码与双极性码眼图仿真..............................................38实验9：2ASK调制与解调仿真...........................................................41实验10：2FSK调制与解调仿真..........................................................46实验11：2PSK调制与解调仿真..........................................................52实验12：循环码的差错控制系统仿真................................................58综合实验：CDMA通信系统的MATLAB仿真................................65附录：MATLAB程序设计...................................................................77通信原理Matlab仿真实验指导书林志谋[e-mail]-3-实验1：MATLAB基础一、实验目的：1．熟悉MATLAB开发环境2．掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算3．熟悉和了解MATLAB图形绘制程序编辑的基本指令；4．熟悉掌握利用MATLAB图形编辑窗口编辑和修改图形界面，并添加图形的各种标注；5．掌握plot、subplot等指令格式和语法。二、实验原理：1．MATLAB基础知识1.1MATLAB程序设计语言简介MATLAB，MatrixLaboratory的缩写，是由MathWorks公司开发的一套用于科学工程计算的可视化高性能语言，具有强大的矩阵运算能力。与大家常用的Fortran和C等高级语言相比，MATLAB的语法规则更简单，更贴近人的思维方方式，被称为“草稿纸式的语言”。MATLAB软件主要由主包、仿真系统（simulink）和工具箱（toolbox）三大部分组成。1.2MATLAB界面及帮助MATLAB基本界面如图1-1所示，命令窗口包含标题栏、菜单栏、工具栏、命令行区、状态栏、垂直和水平波动条等区域。图1-1MATLAB基本界面（1）菜单栏在MATLAB主窗口的菜单栏，共包含File、Edit、View、Web、Window和Help6个菜单项。File菜单项：File菜单项实现有关文件的操作。通信原理Matlab仿真实验指导书林志谋[e-mail]-4-Edit菜单项：Edit菜单项用于命令窗口的编辑操作。View菜单项：View菜单项用于设置MATLAB集成环境的显示方式。Web菜单项：Web菜单项用于设置MATLAB的Web操作。Window菜单项：主窗口菜单栏上的Window菜单，只包含一个子菜单Closeall，用于关闭所有打开的编辑器窗口，包括M-file、Figure、Model和GUI窗口。Help菜单项：Help菜单项用于提供帮助信息。（2）工具栏MATLAB主窗口的工具栏共提供了10个命令按钮。这些命令按钮均有对应的菜单命令，但比菜单命令使用起来更快捷、方便。（3）命令行区MATLAB按以下顺序对输入命令进行解释：检查它是否是工作空间中的变量，实则显示变量内容。检查它是否是嵌入函数，是则运行之。检查它是否是子函数。检查它是否是私有函数。检查它是否是位于MATLAB搜索路径范围内的函数文件或脚本文件。MATLAB里有以下几种方法可获得帮助：（1）帮助命令（help）是查询函数相关信息的最直接方式，信息会直接显示在命令窗口中。键入helpsin，会显示sin相关信息。（2）lookfor命令可以从键入的关键字列出所有相关的题材，和help相比，lookfor覆盖范围更广，可查找到某个主题所有词组或短语。（3）帮助窗口（helpwindow）提供与帮助命令相同的信息，但帮助窗口界面更为方便直接。（4）帮助桌面（helpdesk）通过在命令窗口中选择帮助菜单的“helpdesk”选项或键入helpdesk命令即可进入帮助桌面。（5）在线帮助页是帮助桌面的在线帮助均有相应的PDF格式文件。（6）Mathworks网站，对于连接入Internet的用户通过Mathworks公司的网站询问有关问题。2.熟悉MATLAB环境:MATLAB桌面和命令窗口、命令历史窗口、帮助信息浏览器、工作空间浏览器文件和搜索路径浏览器。3.掌握MATLAB常用命令clc清除命令窗口中内容clear清除工作空间中变量help对所选函数的功能、调用格式及相关函数给出说明lookfor查找具有某种功能的函数但却不知道该函数的准确名称who查询工作空间中的变量信息4.MATLAB变量与运算符变量命名规则如下：（1）变量名可以由英语字母、数字和下划线组成（2）变量名应以英文字母开头（3）长度不大于31个（4）区分大小写MATLAB中设置了一些特殊的变量与常量，列于下表。表1MATLAB的特殊变量与常量变量名功能说明变量名功能说明ANS默认变量名，以应答最近一次操作运算结果realmin最小的正实数通信原理Matlab仿真实验指导书林志谋[e-mail]-5-i或j虚数单位INF(inf)无穷大pi圆周率NAN(nan)不定值（0/0）eps浮点数的相对误差nargin函数实际输入参数个数realmax最大的正实数nargout函数实际输出参数个数MATLAB运算符，通过下面几个表来说明MATLAB的各种常用运算符表2MATLAB算术运算符操作符功能说明操作符功能说明+加\矩阵左除-减.\数组左除*矩阵乘/矩阵右除.*数组乘./数组右除^矩阵乘方'矩阵转置.^数组乘方.'数组转置表3MATLAB关系运算符操作符功能说明==等于~=不等于大于小于=大于等于=小于等于表4MATLAB逻辑运算符逻辑运算符逻辑运算说明&And逻辑与|Or逻辑或~Not逻辑非Xor逻辑异或表5MATLAB特殊运算符号功能说明示例符号功能说明示例：1:1:4;1:2:11.；分隔行..，分隔列…（）%注释[]构成向量、矩阵！调用操作系统命令{}构成单元数组=用于赋值5.MATLAB的一维、二维数组的寻访通信原理Matlab仿真实验指导书林志谋[e-mail]-6-表6子数组访问与赋值常用的相关指令格式指令格式指令功能A(r,c)数组A中r指定行、c指定列之元素组成的子数组A(r,:)数组A中r指定行对应的所有列之元素组成的子数组A(:,c)数组A中c指定列对应的所有行之元素组成的子数组A(:)数组A中各列元素首尾相连组成的“一维长列”子数组A(i)一维长列子数组中的第i个元素A(r,c)=Sa数组A中r指定行、c指定列之元素组成的子数组的赋值A(:)=D(:)数组全元素赋值，保持A的行宽、列长不变，A、D两组元素总合应相同6．MATLAB的基本运算表7两种运算指令形式和实质内涵的异同表数组运算矩阵运算指令含义指令含义A．'非共轭转置A’共轭转置A=s把标量s赋给A的每个元素s+B标量s分别与B元素之和s-B,B-s标量s分别与B元素之差s.*A标量s分别与A元素之积s*A标量s分别与A每个元素之积s./B,B.\s标量s分别被B的元素除S*inv(B)B阵的逆乘sA.^nA的每个元素自乘n次A^nA阵为方阵，自乘n次A.^p对A各元素分别求非整数幂A^p方阵A的非整数乘方A+B对应元素相加A+B矩阵相加A-B对应元素相减A-B矩阵相减A.*B对应元素相乘A*B内维相同矩阵相乘A./BA的元素别B的对应元素除A/BA右除BB.\A与上相同B\AA左除Bexp(A)以自然数e为底，分别以A的元素为指数，求幂expm(A)A的矩阵指数函数log(A)对A的各元素求对数logm(A)A的矩阵对数函数sqrt(A)对A的各元素求平方根sqrtm(A)A的矩阵平方根函数7.MATLAB的常用函数表8标准数组生成函数指令含义指令含义diag产生对角形数组（对高维不适用）rand产生均匀分布随机数组eye产生单位数组（对高维不适用）randn产生正态分布随机数组magic产生魔方数组（对高维不适用）zeros产生全0数组ones产生全1数组size()返回指定矩阵的行数和列数表9数组操作函数通信原理Matlab仿真实验指导书林志谋[e-mail]-7-指令含义diag提取对角线元素，或生成对角阵flipud以数组“水平中线”为对称轴，交换上下对称位置上的数组元素fliplr以