基于MATLAB/Simulink的通信系统建模与仿真

第1章 仿真思想的引入………………………………………………………………… 1 1.1 仿真的定义和分类………………………………………………………………… 1 1.1.1 仿真的定义……………………………………………………………………… 1 1.1.2 仿真的分类……………………………………………………………………… 1 1.1.3 仿真技术的发展与应用………………………………………………………… 2 1.2 通信系统仿真……………………………………………………………………… 4 1.2.1 通信系统………………………………………………………………………… 4 1.2.2 通信系统模型…………………………………………………………………… 4 1.2.3 通信系统仿真的概念和意义…………………………………………………… 5 1.2.4 通信系统仿真的一般流程……………………………………………………… 6 1.3 通信系统仿真方法和仿真工具…………………………………………………… 6 1.3.1 通信系统仿真方法……………………………………………………………… 6 1.3.2 通信系统仿真工具……………………………………………………………… 7 第2章 MATLAB语言及Simulink仿真基础…………………………………………… 8 2.1 MATLAB概述………………………………………………………………………… 8 2.1.1 MATLAB家族……………………………………………………………………… 8 2.1.2 MATLAB发展及特点……………………………………………………………… 11 2.1.3 MATLAB R2016b界面环境…………………………………………………………12 2.2 MATLAB基本语法和基本操作……………………………………………………… 15 2.2.1 变量赋值………………………………………………………………………… 15 2.2.2 矩阵运算………………………………………………………………………… 16 2.2.3 程序控制语句…………………………………………………………………… 18 2.2.4 基本绘图方法…………………………………………………………………… 21 2.3 Simulink简介…………………………………………………………………… 24 2.3.1 Simulink家族及主要功能…………………………………………………… 24 2.3.2 Simulink基本模块库………………………………………………………… 27 2.3.3 Simulink建模仿真的操作过程……………………………………………… 29 2.4 MATLAB/Simulink在通信仿真中的应用………………………………………… 31 第3章 MATLAB计算和可视化………………………………………………………… 34 3.1 符号计算基础……………………………………………………………………… 34 3.2 矩阵及线性代数方程组的求解…………………………………………………… 35 3.2.1 符号矩阵的创建………………………………………………………………… 36 3.2.2 符号矩阵的运算………………………………………………………………… 36 3.2.3 代数方程组的求解……………………………………………………………… 37 3.3 函数的极限及微积分运算………………………………………………………… 38 3.3.1 函数求极限……………………………………………………………………… 38 3.3.2 微分与Jacobian矩阵………………………………………………………… 39 3.3.3 积分运算………………………………………………………………………… 40 3.3.4 微分方程(组)的求解……………………………………………………………41 3.4 用MATLAB绘制二维图形………………………………………………………… 42 3.4.1 MATLAB图形绘制的基本步骤………………………………………………… 42 3.4.2 MATLAB基本绘图命令………………………………………………………… 43 3.4.3 二维图形的创建及曲线颜色、线型、数据点型设置……………………… 44 3.4.4 二维图形的标注……………………………………………………………… 46 3.4.5 几种特殊二维图形的绘制………………………………………………………48 3.5 三维图形的绘制…………………………………………………………………… 54 3.5.1 三维图形的基本绘制方法………………………………………………………54 3.5.2 典型三维图形的绘制……………………………………………………………56 第4章 信号系统分析基础……………………………………………………………… 60 4.1 概 述……………………………………………………………………………… 60 4.2 傅里叶变换的主要性质及傅里叶变换对………………………………………… 63 4.2.1 周期信号的傅里叶级数………………………………………………………… 63 4.2.2 傅里叶变换及其性质…………………………………………………………… 66 4.3 功率和能量………………………………………………………………………… 74 4.4 随机变量的产生…………………………………………………………………… 75 4.5 高斯过程…………………………………………………………………………… 79 4.6 随机过程和白噪声的功率谱……………………………………………………… 82 4.6.1 随机过程的能量和功率谱密度………………………………………………… 82 4.6.2 白噪声功率谱密度和二进制随机数序列……………………………………… 85 4.7 随机过程的线性滤波……………………………………………………………… 88 第5章 模拟信号的数字传输………………………………………………………… 94 5.1 概 述……………………………………………………………………………… 94 5.2 抽样定理…………………………………………………………………………… 96 5.2.1 低通抽样定理…………………………………………………………………… 96 5.2.2 带通抽样定理………………………………………………………………… 100 5.3 量 化……………………………………………………………………………… 101 5.3.1 标量量化……………………………………………………………………… 101 5.3.2 均匀量化……………………………………………………………………… 105 5.3.3 非均匀量化…………………………………………………………………… 106 5.4 PCM 编码………………………………………………………………………… 113 5.5 DPCM …………………………………………………………………………… 115 第6章 数字信号基带传输…………………………………………………………… 117 6.1 数字基带信号的码型…………………………………………………………… 117 6.2 码型的功率谱分布……………………………………………………………… 124 6.2.1 理论分析……………………………………………………………………… 124 6.2.2 MATLAB程序实现…………………………………………………… ……… 125 6.3 码间串扰………………………………………………………………………… 128 6.3.1 基带传输系统模型及码间串扰的定义……………………………………… 128 6.3.2 无码间串扰的传输条件……………………………………………………… 129 6.3.3 降低码间串扰的脉冲波形…………………………………………………… 130 6.3.4 眼 图………………………………………………………………………… 132 6.4 基带传输的差错率分析………………………………………………………… 137 6.4.1 分析模型……………………………………………………………………… 138 6.4.2 MATLAB提供的分析工具…………………………………………………… 138 6.4.3 分析举例……………………………………………………………………… 139 第7章 载波调制…………………………………………………………………… 143 7.1 模拟调制………………………………………………………………………… 143 7.1.1 标准AM 调制………………………………………………………………… 143 7.1.2 DSB调制……………………………………………………………………… 146 7.1.3 频率调制FM ………………………………………………………………… 148 7.2 幅移键控ASK ………………………………………………………………… 150 7.2.1 调制原理介绍………………………………………………………………… 150 7.2.2 调制举例……………………………………………………………………… 150 7.3 频移键控FSK …………………………………………………………………… 152 7.3.1 原理介绍……………………………………………………………………… 152 7.3.2 调制举例……………………………………………………………………… 152 7.3.3 解调与检测…………………………………………………………………… 154 7.4 相移键控PSK和DPSK ………………………………………………………… 163 7.4.1 PSK调制原理介绍…………………………………………………………… 163 7.4.2 PSK调制举例………………………………………………………………… 164 7.4.3 PSK解调与检测……………………………………………………………… 167 7.4.4 DPSK调制与解调…………………………………………………………… 175 7.5 多载波调制与OFDM …………………………………………………………… 180 7.5.1 OFDM 的基本原理…………………………………………………………… 180 7.5.2 OFDM 的实现………………………………………………………………… 181 第8章 数字信号处理应用………………………………………………………… 186 8.1 DSP系统工具箱简介…………………………………………………………… 186 8.1.1 信号源模块组………………………………………………………………… 187 8.1.2 滤波器模块组………………………………………………………………… 187 8.1.3 数学函数模块组……………………………………………………………… 188 8.1.4 量化器模块组………………………………………………………………… 189 8.1.5 信号运算模块组……………………………………………………………… 189 8.1.6 信号管理模块组……………………………………………………………… 190 8.1.7 信号变换模块组……………………………………………………………… 191 8.1.8 统计模块组…………………………………………………………………… 191 8.1.9 信宿模块组…………………………………………………………………… 192 8.2 模型的建立……………………………………………………………………… 193 8.3 信号的滤波……………………………………………………………………… 195 8.3.1 使用fdesign设计滤波器…………………………………………………… 195 8.3.2 使用Filter Builder设计滤波器………………………………………… 198 8.3.3 设计一个低通滤波器………………………………………………………… 198 8.3.4 设计一个自适应滤波器……………………………………………………… 201 第9章 综合篇……………………………………………………………………… 207 9.1 模拟信号的数字化过程设计项目……………………………………………… 207 9.2 电话按键拨号器的仿真设计项目……………………………………………… 210 9.3 语音识别系统设计项目………………………………………………………… 213 9.4 自动人脸识别系统设计项目…………………………………………………… 215 参考文献…………………………………………………………………………………… 217