无线实验指导书文档格式.docx
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MATLAB进行数值计算的基本单位是复数数组，这使得MATLAB高度“向量化”。
经过近30年的完善和扩充，其现已发展成为线性代数的标准工具。
由于它不需定义数组的维数，并提供了矩阵函数、特殊矩阵等专门的库函数，使之在求解诸如信号处理等领域问题时，显得大为简捷，这是其它高级语言所不能比拟的。
MATLAB中包括了被称做工具箱（Toolbox）的各类应用问题的求解工具。
MATLAB7.0.1中包括了图形界面编辑GUI，改变了以前单一的“在指令窗口通过文本型的指令进行各种操作”的状况。
这可让使用者也可以像VB、VC等语言那样进行一般的可视化程序编辑。
在MATLAB指令窗口“CommandWindow”键入“simulink”就可以打开“simulink”窗口。
以往十分困难的系统仿真问题，在“simulink”窗口只需拖动鼠标即可轻而易举地解决。
良好的人机界面使MATLAB得到了使用者的青睐。
1.1.2MATLAB集成开发环境
MATLAB启动后如图1-1所示，光标处在命令窗口“CommandWindow”下。
图1-1MATLAB命令窗口
输入命令pwd，可以显示当前所处的目录。
输入cdd:
\ls，可以切换到D盘ls文件夹下。
如下图：
图1-2pwd和cd命令
MATLAB共有File、Edit、Debug、Desktop、Window、Help等6个选单，每个主要功能之下又有下一层的功能。
对于初学者，可以在命令窗口键入“demo”，在出现的“Help”窗口中会有使用MATLAB进行仿真的流程，方便初学者学习。
如有不熟悉的函数，可在“CommandWindow”窗口键入“Help+函数名”查询函数的具体用法。
例如，要了解sin命令的意义与用法，可键入
Helpsin
其执行结果如下：
SINSine.
SIN（X）isthesineoftheelementofX.
Overloadedmethods
helpsym/sin.m
在MATLAB下进行基本数学运算时，只需直接在提示号（>
>
）之后输入运算式，并按“Enter”键即可。
例如：
（10*19+2/4-34）/2*3
ans=
234.7500
MATLAB的结果直接存入一变数ans，并将其显示在屏幕上，若在所输入的结尾加上“；
”则计算结果不会显示；
要想得知计算值，只须键入该变数名ans即可。
MATLAB使用中括号来建立一个行向量[1352]，将其储存在变量s中。
如>
s=[1352];
。
若要一次执行大量的MATLAB语句，可将这些语句存放到一个扩展名为m的文件中，并在MATLAB命令提示号下输入此文件的主文件名即可。
这种包含MATLAB语句的文件都以m为扩展名，因此通称M文件。
例如一个名为test.m的M文件，包含许多的MATLAB语句，那么只要直接输入test，即可执行其所包含的语句。
MATLAB语句区分字母大小写。
MATLAB利用“↑”“↓”两个游标键将所操作过的指令“唤醒”，使之被重复使用。
按下“↑”键，则前一次指令重复出现，之后再按“Enter”键，即可执行该指令。
而“↓”键的功用则是往后执行指令。
当要在MATLAB中执行操作系统（例如DOS）的指令时，可以利用“！
”再加上原操作系统的指令，例如!
dir，!
formata：
“Ctrl+C”（即同时按“Ctrl”及“C”两个键）可以终止执行中的MATLAB工作。
有下述三种方法可以结束MATLAB：
●Exit
●Quit
●直接关闭MATLAB的指令窗口“CommandWindow”。
1.1.3MATLAB基本操作
1.变量及其命名规则与表达式
1）变量及其命名规则如下：
（1）MATLAB对变量名的大小写是敏感的。
（2）变量名的第一个字符必须为英文字母。
（3）预定义的变量如表1-1所示，这些变量名有特定的含义。
（4）键入“clear”，则是去除所有定义过的变量名称。
表1-1预定义的变量
变量名
含义
ans
预定的计算结果的变量名
pi
内建的π值
2）表达式
MATLAB书写表达式的规则与“手写算式”的基本类同。
如果一个指令过长，则可以在结尾加上…（代表此行指令与下一行连续），例如：
3*…
6
ans=
18
2.MATLAB系统命令
MATLAB系统命令如表1-2所示。
表1-2系统命令
命令
help
在线帮助
dir
显示目录内容
demo
运行演示程序
path
获取或设置搜索路径
pwd
显示当前的工作目录
cd
改变当前的工作目录
who
显示当前变量
load
把文件调入到变量工作间
whos
显示当前变量的详细信息
save
把变量存入文件中
clear
清空工作间的变量和函数
quit/exit
退出MATLAB
4.MATLAB语言中的关系与逻辑运算
在执行关系及逻辑运算时，MATLAB将输入的不为零的数值都视为真（True），而为零的数值则视为假（Flalse）。
运算的输出值将判断为真者以1表示，而判断为假者以0表示。
各个运算指令须用在两个维数相同的阵列或矩阵中。
1.1.4矩阵运算
MATLAB事实上是以阵列（Array）及矩阵方式在做运算的。
而这两种方式在MATLAB的基本运算中的性质有所不同，阵列强调元素对元素的运算，而矩阵则采用线性代数的运算方式。
当宣告一变数为阵列或是矩阵时，如果是要个别键入元素，须用中括号[]将元素置于其中。
阵列为一维元素所构成，而矩阵为多维元素所构成。
在MATLAB内部的数据结构中，每一个矩阵都是一个以行为主的阵列，因此对于矩阵元素的存取，我们可用一维或二维的索引（Index）来定址。
1.1.6MATLAB控制语句
1.for循环语句
for循环语句用于以预定的次数重复执行一组命令。
for循环语句的一般形式为
for循环控制变量=存储着该变量依次所取值的向量；
运算式；
End
在for和end语句之间的运算式重复执行的次数由上方向量的长度决定；
每次执行，循环控制变量依次取该向量的值。
如fori=1:
h（i）=1/i;
end
以上程序表示共循环6次。
2.while循环语句
while循环语句根据表达式的结果来确定循环执行一组语句的次数。
while循环的一般形式为
while表达式
运算式;
只要表达式的结果为真，就执行while和end语句之间的运算式。
通常，表达式的求值结果是一个标准值，但数组值也同样有效。
在数组情况下，所得到数组的所有元素必须都为真。
就是说，只要表达式成立，运算式就会一直被执行。
可以利用break命令直接跳出while循环。
while循环可按需要嵌套。
为了得到最大速度，while循环被执行之前，应预先分配数组。
如
x=zeros（1,6）;
%表示把1个1行6列的0矩阵赋值给向量x，则x
（1）=0,x
（2）=0……,x（6）=0
i=1;
whilei<
=6
x（i）=1/i;
i=i+1;
3.if-else-end分支语句
最简单的if-else-end结构为
if表达式
如果在表达式中的所有元素为真（为零），那么就执行if和end语言之间的语句。
如果有两个选择，那么if-else-end结构为
运算式;
else
在这里，如果表达式为真，则执行第一组命令；
如果表达式为假，则执行第二组命令。
如x=4;
ifx>
1
fprintf（‘x大于1’）;
%显示x大于1
4.switch-case语句
switch-case语句的一般格式为
switchnum
casen1
command
casen2
casen3
……
otherwise
一旦num等于n1，n2，n3，…中的每个值或字符串时，就执行所对应的指令；
否则执行otherwise后的语句。
1.1.7MATLAB编程语言
MATLAB程序大致分为两类，即M脚本文件（M-Script）和M函数（M-Function），它们都是普通的文本文件。
M脚本文件中包含一组由MATLAB语言编写的语句，它类似于DOS下的批处理文件。
M脚本文件的执行方式很简单，用户只需在MATLAB的提示符“>
”下键入该M文件的文件名，MATLAB就会自动执行该M文件中的各条语句，并将结果直接返回到MATLAB工作区。
M函数格式是MATLAB程序设计的主流，一般情况下，不建议使用M脚本文件格式编程。
MATLAB的M函数是由function语句引导的，其基本格式如下：
function[返回变量列表]=函数名（输入变量列表）
[注释（由%引导）]
[检查输入变量和输出变量的格式]
[函数体语句]
在M函数中，输入变量和返回变量的个数分别由nargin和nargout两个变量确定，并且这两个变量是由MATLAB自动生成的，只要进入该函数就可以使用，如果输入变量的数目大于1，则应该用括号“（）”将它们包围起来，中间用逗号分割。
注释语句段的每行语句都应该由“%”引导，百分号后面的内容不执行，只起注释作用。
实验一四相移相键控（QPSK）调制及解调实验
一、实验目的
1、掌握QPSK调制解调原理及特性。
2、掌握利用MATLAB编程实现调制及解调的方法。
二、实验内容
1、利用MATLAB编程实现QPSK调制及解调。
2、观察I、Q两路基带信号的特征及与输入NRZ码的关系。
3、观察I、Q调制解调过程中各信号变化。
三、基本原理
1、QPSK调制原理
QPSK又叫四相绝对相移调制，它是一种正交相移键控。
QPSK利用载波的四种不同相位来表征数字信息。
由于每一种载波相位代表两个比特信息，因此，对于输入的二进制数字序列应该先进行分组，将每两个比特编为一组，然后用四种不同的载波相位来表征。
我们把组成双比特码元的前一信息比特用a代表，后一信息比特用b代表。
双比特码元中两个信息比特ab通常是按格雷码排列的，它与载波相位的关系如表1-1所示，矢量关系如图1-1所示。
图1-1（a）表示A方式时QPSK信号矢量图，图1-1（b）表示B方式时QPSK信号的矢量图。
由于正弦和余弦的互补特性，对于载波相位的四种取值，在A方式中：
45°
、135°
、225°
、315°
，则数据
、
通过处理后输出的成形波形幅度有两种取值±
；
B方式中：
0°
、90°
、180°
、270°
通过处理后输出的成形波形幅度有三种取值±
1、0。
表1-1双比特码元与载波相位关系
双比特码元
载波相位
a
b
A方式
B方式
225°
315°
135°
90°
180°
270°
图1-1QPSK信号的矢量图
下面以A方式的QPSK为例说明QPSK信号相位的合成方法。
串/并变换器将输入的二进制序列依次分为两个并行序列，然后通过基带成形得到的双极性序列（从D/A转换器输出，幅度为±
）。
设两个双极性序列中的二进制数字分别为a和b，每一对ab称为一个双比特码元。
双极性的a和b脉冲通过两个平衡调制器分别对同相载波及正交载波进行二相调制，得到图1-2中虚线矢量，将两路输出叠加，即得到QPSK调制信号，其相位编码关系如表1-2所示。
图1-2矢量图
表1-2QPSK信号相位编码逻辑关系
－1
a路平衡调制器输出
b路平衡调制器输出
合成相位
用调相法产生QPSK调制器框图如图1-3所示。
图1-3QPSK调制器框图
由图1-3可以看到，最初的基带信号是一个32位长的二进制序列，经过处理后变为4096维的二进制序列。
输入的基带信号经过串并变换，变成两路速率减半的序列，两个支路分别经过单/双极性变换器将单极性信号变换成双极性的二电平信号（即电平为+1和-1）I（t）和Q（t），然后对
和
进行调制，相加后即可得到QPSK信号。
经过串并变换后形成的两个支路如图1-4所示，一路为单数码元，另外一路为偶数码元，这两个支路互为正交，一个称为同相支路，即I支路。
I信号是一个4096维的双极性信号（值为+1或-1）；
另外一路称为正交支路，即Q支路。
同样，Q信号也是一个4096维的双极性信号（值为+1或-1）。
I信号与本地产生的载波进行相乘，也即进行调制后，与经过调制的Q信号相加后，形成已调制的信号S（t）。
图1-4二进制码经串并变换后码型
QPSK信号经过高斯信道（即噪声信道）
2、QPSK解调原理
由于QPSK可以看作是两个正交2PSK信号的合成，故它可以采用与2PSK信号类似的解调方法进行解调，即由两个2PSK信号相干解调器构成，其原理框图如图1-5所示。
图1-5QPSK解调原理框图
3、数学推导
调制信号为：
调制信号经过高斯信道为：
I路相干解调：
Q路相干解调：
由公式推导可以知道，只需将
），
通过一个具有低通特性的系统即可获得只包含I和Q信息的信号，实现解调，这里选用了巴特沃斯型的低通滤波器。
附程序代码
%日期2013.1.14
%功能QPSK的调制解调，基带信号点数t（限偶数），基波频率w0可设置
clearall;
nb=32;
%传输的比特数
T=1;
%基带信号宽度，也就是基波频率
fc=8/T;
%载波频率
ml=2;
%调制信号类型的一个标志位（选取2的原因见23行）
c=4*nb;
%单周期采样点数
delta_T=T/c;
%采样间隔
fs=1/delta_T;
%采样频率
t=0:
delta_T:
nb*T-delta_T%限定t的取值范围c*nb
N=length（t）;
%采样数
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%调制部分
%基带信号的产生
data=fix（2*rand（1,nb））;
%调用一个随机函数（0or1），输出到一个1*100的矩阵
datanrz=data.*2-1;
%变成极性码
fori=1:
nb
data1（（i-1）/delta_T+1:
i/delta_T）=datanrz（i）;
%将极性码变成对应的波形信号
end
%将基带信号变换成对应波形信号
data0（（i-1）/delta_T+1:
i/delta_T）=data（i）;
%将基带信号变成对应的波形信号
%串并转换，将奇偶位数据分开
idata=datanrz（1:
ml:
（nb-1））;
%将奇偶位分开，因此间隔m1为2
qdata=datanrz（2:
nb）;
%QPSK信号的调制
nb/2
ich（2*（（i-1）/delta_T+1）:
2*（i/delta_T））=idata（i）;
forii=1:
N/T
a（ii）=（1/sqrt
（2））*cos（2*pi*fc*t（ii））;
idata1=ich.*a;
%奇数位数据与余弦函数相乘，得到一路的调制信号
forj=1:
qch（2*（（j-1）/delta_T+1）:
2*（j/delta_T））=qdata（j）;
forjj=1:
b（jj）=（1/sqrt
（2））*sin（2*pi*fc*t（jj））;
qdata1=qch.*b;
%偶数位数据与余弦函数相乘，得到另一路的调制信号
st=idata1-qdata1;
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%信道中
SNR=0;
%信噪比
stn=awgn（st,SNR）;
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%解调%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
%%%%%%%%%%%%%%%%%%设计滤波器%%%%%%%%
[B,A]=butter（3,0.01,'
low'
）;
[h1,w]=freqz（B,A）;
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%相干解调
ist=stn.*a;
p=length（ist）
qst=stn.*（-b）;
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%滤波
istl=filter（B,A,ist）;
qstl=filter（B,A,qst）;
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%抽样判决%%%%%%%%%%
fori=1:
nb/2
ifistl（2*（p/nb）*（i-1）+（1*（p/nb）））>
=0
in（i）=1;
elsein（i）=0;
end
ifqstl（2*（p/nb）*（i-1）+（1*（p/nb）））>
qn（i）=1;
elseqn（i）=0;
%%%%%%%%%%%%%%%%%并串转换
y（2*i-1）=in（i）;
y（2*i）=qn（i）;
nb
yy（（i-1）/delta_T+1:
i/delta_T）=y（i）;
data
y
N
figure;
subplot（4,1,1）
plot（data0*0.7）,title（'
基带信号，4096维二进制序列，对应向量是data0'
subplot（4,1,2）
plot（data1*0.7）,title（'
双极性信号，4096维双极性序列，对应向量是data1'
subplot（4,1,3）
plot（ich*0.7）,title（'
I路数据，4096维双极性序列，对应向量是ich'
subplot（4,1,4）
plot（qch*0.7）,title（'
Q路数据，4096维双极性序列，对应向量是qch'
plot（ist）,title（'
相干解调I路信号，4096维且值为（-1,1）的序列，对应向量是ist'
plot（qst）,title（'
相干解调Q路信号，4096维且值为（-1,1）的序列，对应向量是qst'
plot（istl）,title（'
I路解调波形，4096维且值为（-1,1）的序列，对应向量是istl'
plot（qstl）,title（'
Q路解调波形，4096维且值为（-1,1）的序列，对应向量是qstl'
%%%%%%%%%%%%%%%%%画图%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%
subplot（4,2,1）;
基带信号'
subplot（4,2,2）;
psd（abs（fft（data0）））,title（'
基带信号频谱'
subplot（4,2,3）;
plot（st）,title（'
调制信号'
subplot（4,2,4）;
psd（abs（fft（st）））,title（'
调制信号频谱'
subplot（4,2,5）;
plot（stn）,title（'
stn信道波形'
subplot（4,2,6）;
psd（abs（fft（stn）））,title（'
经过高斯信道信号频谱'
subplot（4,2,7）;
plot（yy*0.7）,title（'
解调后的基带信号'
subplot（4,2,8）;
psd（abs（fft（yy）））,title（'
解调后的基带信号频谱'
实验二m序列产生及其特性实验
通过本实验掌握m序列的产生方法、特性及应用。
1、编写MATLAB程序生成并观察m序列，识别其特征。
2、编写程序验证m序列的相关性质，要求至少验证一条性质。
CDMA通信要求扩频序列具有良好的伪随机特性。
由于随机噪声难以重复产生，而伪随机噪声便于重复产生，因而伪随机序列（PN序列）被广泛应用于扩频通信。
目前应用最广的是m序列，它是由线性反馈移存器产生的周期最长的二进制数字序列。
码分多址系统主要采用两种长度的m序列：
一种是周期为
的m序列，又称短PN序列；
另一种是周期为
的m序列，又称为长PN码序列。
m序列主要有两个功能：
①扩展调制信号的带宽到更大的传输带宽，即所谓的扩展频谱；
②区分通过多址接入方式使用同一传输频带的不同用户的信号。
1、产生原理
图2-1给出了一个4阶移位寄存器序列生成器。
图2-14阶移位寄存器序列生成器
该序列生成器能够产生周期为15的0，1二值序列。
设初始状态（a1,a2,a3,a4）=（1,0,0,0）,则周期序列输出为：
000111101011001。
图2-2是反馈移存
升级会员 