通信原理MATLAB仿真实验指导书V3.0最终版20131112.pdf

1、 通信原理通信原理 Matlab 仿真实验指导书仿真实验指导书 厦门海洋职业技术学院 信息技术系通信教研室 林志谋 2013 年 10 月 第 2 版通信原理 Matlab 仿真实验指导书 林志谋 -1-前前 言言 Matlab 的名称源自 Matrix Laboratory，它的首创者是在数值线性代数领域颇有影响的 Cleve Moler 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

2、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

3、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 -2-目目 录录 实验实验 1：MATLAB 基础基础.3 实验实验 2：MATLAB SIMULINK 的建模仿真的建模仿真.9 实验实验 3

4、：信道与噪声仿真：信道与噪声仿真.15 实验实验 4：AM 调制与解调仿真调制与解调仿真.21 实验实验 5：DSB 调制与解调仿真调制与解调仿真.29 实验实验 6：SSB 调制与解调仿真调制与解调仿真.32 实验实验 7：PCM 编码与解码仿真编码与解码仿真.35 实验实验 8：单极性码与双极性码眼图仿真：单极性码与双极性码眼图仿真.38 实验实验 9：2ASK 调制与解调仿真调制与解调仿真.41 实验实验 10：2FSK 调制与解调仿真调制与解调仿真.46 实验实验 11：2PSK 调制与解调仿真调制与解调仿真.52 实验实验 12：循环码的差错控制系统仿真：循环码的差错控制系统仿真.5

5、8 综合实验：综合实验：CDMA 通信系统的通信系统的 MATLAB 仿真仿真.65 附录：附录：MATLAB 程序设计程序设计.77 通信原理 Matlab 仿真实验指导书 林志谋 -3-实验实验 1：MATLAB 基础基础 一、实验目的：一、实验目的：1熟悉熟悉 MATLAB 开发环境开发环境 2掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算掌握矩阵、变量、表达式的各种基本运算 3熟悉和了解熟悉和了解 MATLAB 图形绘制程序编辑的基本指令；图形绘制程序编辑的基本指令；4熟悉掌握利用熟悉掌握利用 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；图形编辑窗口编辑和修改图形界面，并

6、添加图形的各种标注；5掌握掌握 plot、subplot 等指令格式和语法。等指令格式和语法。二、实验原理：二、实验原理：1MATLAB基础知识基础知识 1.1 MATLAB 程序设计语言简介 MATLAB，Matrix Laboratory 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。1.2 MATLA

7、B 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。图图 1-1 MATLAB 基本界面基本界面（1）菜单栏 在 MATLAB 主窗口的菜单栏，共包含 File、Edit、View、Web、Window 和 Help 6 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 -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

8、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 Close all，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

9、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 help sin，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（help window）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（help desk）通过在命令窗口中选择帮助菜单的“help desk”选项或键入 helpdesk命

10、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.熟悉熟悉 MATLAB 环境环境: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.掌握掌握 MATLAB 常用命令常用命令 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

11、息 4.MATLAB变量与运算符变量与运算符 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1 MATLAB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 -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 realma

12、x 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 2 MATLAB 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 3 MATLAB 关系运算符 操作符 功能说明 =等于=不等于 大于=大于等于 simulink 一个称为 Simulink Library Browser 的窗口就会弹出，如下图所示：通信原理 Matlab 仿真实验指导书 林志谋 -10-Simulink Browser 窗口左边子窗口

13、下的各个模块库是按照应用进行分类的。在通信仿真用应用到的模块，除了 Simulink 基本模块库之外，还包括 Communication Blockset、DSP Blockset 等。在 Simulink Browser 界面下，选择“File”菜单下的“New”中的“Model”选项，弹出如图所示的模型窗口，用户就可以 Simulink Browser 中选择不同的模块来建立自己的模型。在建立完自己的模型后，保存模型，开始仿真。Simulink 的仿真主要就是针对浏览器窗口和模型窗口进行操作的。2了解了解SIMULINK模块库中各子模块基本功能模块库中各子模块基本功能 通信原理 Matla

14、b 仿真实验指导书 林志谋 -11-通信原理 Matlab 仿真实验指导书 林志谋 -12-3.SIMULINK 的建模与仿真方法的建模与仿真方法（1）建立数学模型：根据通信系统的基本原理，将整个系统简化到源系统，确定总的系统功能，并将各部分功能模块化，找出各部分之间的关系，画出系统流程框图模型。（2）仿真系统：根据建立的模型，从simulink 通信模型库的各个子库中，将所需要的单元功能模块拷贝到Untitled 窗口，按系统流程框图模型连接，组建要仿真的通信系统模型。（3）设置、调整参数：参数设置包括运行系统参数设置（如系统运行时间、采样速率等）和功能模块运行参数设置（正弦信号的频率、幅度

15、、初相；低通滤波器的截至频率、通带增益、阻带衰减等）。（4）分析仿真数据和波形：在系统模型的关键点处设置观测输出模块，用于观测仿真系统的运行情况，以便及时调整参数，分析结果。三、实验内容和步骤：三、实验内容和步骤：1.用信号发生器产生用信号发生器产生0.2Hz，幅度为，幅度为1V 的正弦波和方波信号，并通过示波器观察波形。的正弦波和方波信号，并通过示波器观察波形。注意设置仿真参数和示波器的扫描参数和幅度显示参数。使得示波器能够显示完整的若干个正 弦波周期。如图：问题1.1 请总结一下示波器的使用方法，怎么样快捷的使用示波器显示波形？有哪些主要参数需要设置？2.SIMULINK 仿真实际应用仿真

16、实际应用 1.建立一个很小的系统，用示波器观察正弦信号的平方的波形，如图所示系统中所需的模块：正弦波模块，示波器模块。正弦波仿真电路和参数如下：（在 Scope 的 Parameters 里面，把 Number of Axes 设为 2，可以变成有 2 个输入端的示波器）通信原理 Matlab 仿真实验指导书 林志谋 -13-中英文注释：Sine Wave=正弦波发生器，Product=乘法器，Scope=示波器；中英文注释：Amplitude=幅度，Bias=偏移，Frequency=频率，Phase=相位,Sample time=抽样时间，Sine type=正弦波类型。系统内的示波器显示的波形如图：问题 2.1 改变两个正弦波的幅度和频率，观察输出的波形是否符合预期要求？3.SIMULINK 仿真实际应用仿真实际应用 2：测量正弦信号的最大值，最小值、振幅、功率：测量正弦信号的最大值，最小值、振幅、功率 产生一个 1Hz，振幅为 2.5V 的正弦波，用 Simulink 模块来测试其最大值，最小值、振幅、功率。这里学习使用 DSP 工具箱中的 Statisitics 工具箱。St