matlab通信工具箱教程學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1matlab通信工具箱教程通信工具箱教程第一頁，編輯于星期六：十九點(diǎn) 三十六分。通信工具箱的函數(shù) 在MATLAB的Communication Toolbox(通信工具箱)中提供了許多仿真函數(shù)和模塊，用于對通信系統(tǒng)進(jìn)行仿真和分析。主要包括兩部分內(nèi)容：通信函數(shù)命令和Simulink的Communications Blockset（通信模塊集）仿真模塊。用戶既可以在MATLAB的工作空間中直接調(diào)用工具箱中的函數(shù)，也可以使用Simulink平臺構(gòu)造自己的仿真模塊，以達(dá)到擴(kuò)充工具箱的內(nèi)容。通信工具箱中的函數(shù)名稱和內(nèi)容列表，其內(nèi)容包含：Signal Sources(信號源函數(shù))；Signal An

2、alysis function(信號分析函數(shù))；Source Coding(信源編碼)；Error Control Coding(差錯控制編碼函數(shù))；Lower Level Function for Error Control Coding(差錯控制編碼的底層函數(shù))；Modulation/Demodulation(調(diào)制/解調(diào)函數(shù))Special Filters(特殊濾波器設(shè)計函數(shù))；Lower Level Function for Specials Filters(設(shè)計特殊濾波器的底層函數(shù))；Channel Functions(信道函數(shù))；Galosi Field Computation(有限

3、域估計函數(shù))；Utilities(實(shí)用工具函數(shù))。第1頁/共44頁第二頁，編輯于星期六：十九點(diǎn) 三十六分。6.2 信息的量度與編碼 信源熵的輸出可以用隨機(jī)過程來表達(dá)。對于一個離散無記憶平穩(wěn)隨機(jī)過程，其信息量(熵)定義為：XxxpxpXH)(log)()(其中X表示信源取值集合，p(x)是信源取值x的概率。6.2.1 Huffman編碼 信源編碼可分為兩類：無失真編碼和限失真編碼。Huffman編碼的基本原理就是為概率較小的信源輸出分配較長的碼字，而對那些出現(xiàn)可能性較大的信源輸出分配較短的碼字。Huffman編碼算法及步驟如下： 將信源消息按照概率大小順序排隊。 按照一定的規(guī)則，從最小概率的兩個

4、消息開始編碼。 將經(jīng)過編碼的兩個消息的概率合并，并重新按照概率大小排序，重復(fù)步驟。 重復(fù)上面步驟，一直到合并的概率達(dá)到1時停止。這樣便可以得到編碼樹狀圖。 按照后出先編碼的方式編程，即從數(shù)的根部開始，將0和1分別放到合并成同一節(jié)點(diǎn)的任意兩個支路上，這樣就產(chǎn)生了這組Huffman碼。第2頁/共44頁第三頁，編輯于星期六：十九點(diǎn) 三十六分。6.2.2 MATLAB信源編/譯碼方法 大多數(shù)信源（比如語音、圖像）最開始都是模擬信號，為了將信源輸出數(shù)字化，信源必須量化為確定數(shù)目的級數(shù)。量化方案可劃分為標(biāo)量量化和矢量量化兩種。在標(biāo)量量化中每個信源輸出都分別被量化，標(biāo)量量化可進(jìn)一步分為均勻量化和非均勻量化。

5、在均勻量化中量化區(qū)域是等長的；在非均勻量化中量化區(qū)域可以是不等長的。矢量量化是對信源輸出組合進(jìn)行整體量化。 在標(biāo)量量化中，隨機(jī)標(biāo)量X的定義域被劃分成N個互不重疊的區(qū)域Ri，1 i Fs。變量Fs可以是標(biāo)量也可以為一個二維的矢量。二維矢量中第一個值為采樣頻率，第二個值為調(diào)制載波的初相，初相以弧度表示，默認(rèn)值為0。根據(jù)采樣定理，采樣頻率必須大于或等于調(diào)制信號最高頻率的兩倍。字符串變量method指定所用的調(diào)制方式，見表。 (2) 帶通模擬解調(diào)函數(shù)ademod( )格式：z=ademod(y,Fc,Fs,method.)功能：對載波為Fc的調(diào)制信號y進(jìn)行解，采樣頻率Fs，F(xiàn)cFs。它是amod函數(shù)的

6、逆過程，amod與ademod選擇的調(diào)制方式必須相同，否則不容易正確復(fù)制出源信號。該函數(shù)在解調(diào)中用到一個低通濾波器，低通濾波器傳輸函數(shù)的分子、分母由輸入?yún)?shù)num、den指定，低通濾波器的采樣時間等于1/Fs。當(dāng)num=0或缺省時，函數(shù)使用一個默認(rèn)的巴特沃斯低通濾波器，可由num,den=butter(5,Fc*2/Fs)生成。字符串變量method指定所用的調(diào)制方式， 見表。 第24頁/共44頁第二十五頁，編輯于星期六：十九點(diǎn) 三十六分。例6-13 使用MATLAB對一信號進(jìn)行正交幅度調(diào)制。MATLAB程序如下： Fs=100; %采樣頻率 Fc=15; %載波頻率 t=0:0.025:2;

7、 %采樣時間 x=sin(pi*t,2*pi*t); %信號 y=amod(x,Fc,Fs,qam); %正交幅度調(diào)制 z=ademod(y,Fc,Fs,qam); %正交幅度解調(diào) plot(t,x(:,1),-,t,z(:,1),-) %繪制調(diào)制信號 hold; plot(t,x(:,2),-o,t,z(:,2),-*) %繪制調(diào)制信號程序運(yùn)行得到的信號和解調(diào)信號的波形如圖所示。 第25頁/共44頁第二十六頁，編輯于星期六：十九點(diǎn) 三十六分。6.4.2 基帶模擬調(diào)制/解調(diào) 基帶仿真，也稱低通對等方法，使用帶通信號的復(fù)包絡(luò)作為輸入信號。設(shè)B為原始信號帶寬，基帶仿真要求仿真抽樣率大于或等于2B

8、，而一般的有 BFcFd。method 為調(diào)制方法，見表。2數(shù)字帶通解調(diào)函數(shù)ddemod( )格式：z=ddemod(y, Fc, Fd, Fs, method )功能：解調(diào)載波為Fc(Hz)的數(shù)字調(diào)制信號y，其抽樣頻率為Fd(Hz)，計算抽樣頻率為Fs(Hz)。該函數(shù)為dmod的逆過程，對頻率與函數(shù)為dmod 中求要相同。當(dāng)Fd為一個二維矢量時，F(xiàn)d中的第二個值即為輸出抽樣點(diǎn)的時間偏移量(必須是整數(shù)，默認(rèn)為0)。該函數(shù)測出接收碼到編碼中所有可能的碼的距離，然后以離接收碼最近的碼作為輸出數(shù)字碼。除method =msk和method =fsk解調(diào)外，該函數(shù)可使用一個指定的低通濾波器，該濾波器的

9、傳輸函數(shù)由分子num和分母den指定，濾波器的抽樣時間為1/Fs，缺省濾波器時，在解調(diào)時無積分器。第31頁/共44頁第三十二頁，編輯于星期六：十九點(diǎn) 三十六分。 (a) 調(diào)制解調(diào)前后的信號(b)星座圖圖16-QASK調(diào)制 例6-16 利用MATLAB進(jìn)行帶通數(shù)字調(diào)制解調(diào)M元正交幅度鍵控調(diào)制。 第32頁/共44頁第三十三頁，編輯于星期六：十九點(diǎn) 三十六分。6.5.2 基帶數(shù)字調(diào)制/解調(diào)1基帶數(shù)字調(diào)制函數(shù)dmodce( )格式：y=dmodce(x, Fd, Fs, method, )功能：調(diào)制一個帶復(fù)包絡(luò)的數(shù)字信號，主要用于基帶數(shù)字調(diào)制。輸出y為復(fù)數(shù)，其采樣頻率為Fs，輸入x的采樣頻率為Fd，F(xiàn)

10、s/Fd必須是一個正整數(shù)。當(dāng)輸入x是一個矩陣時，x中每列是相互獨(dú)立的，輸出矩陣y的行數(shù)是Fs/Fd*x的行數(shù)。當(dāng)變量Fs為兩維矢量，矢量中第一個值是抽樣頻率，第二個值是調(diào)制載波的初始相位(弧度)，默認(rèn)值為0。method 為調(diào)制方法，見表。 2數(shù)字基帶解調(diào)函數(shù)ddemodce( )格式：z=ddemodce(y,Fd,Fs,method)功能：解調(diào)數(shù)字基帶調(diào)制信號y，其抽樣頻率為Fd (Hz), 計算抽樣頻率為Fs(Hz)。Fs/Fd必須為正整數(shù)，變量Fd可以是一個標(biāo)量或兩維矢量，矢量中第一個值是抽樣頻，第二個值為抽樣時間偏移量(必須為整數(shù))，默認(rèn)值為0。 3AWGN信道函數(shù)awgn格式：y=

11、awgn(x,snr)功能：向功率為0dB的信號x添加高斯白噪聲，輸出信號y的信噪比SNR為參數(shù)snr (單位dB)。如果信號x為復(fù)信號，該函數(shù)添加復(fù)高斯白噪聲。第33頁/共44頁第三十四頁，編輯于星期六：十九點(diǎn) 三十六分。例6-17 利用MATLAB對信號進(jìn)行基帶數(shù)字調(diào)制解調(diào)。 MATLAB程序如下：M=4; %設(shè)置M的數(shù)目Fd=1; %信號采樣速率Fs=32; %采樣頻率SNRperBit=5; %信噪比adjSNR=SNRperBit-10*log10(Fs/Fd)+10*log10(log2(M);x=randint(5000,1,M); %源信號%正交FSK調(diào)制tone=0.5; %

12、頻隙間隙f=Fd/2randn(state,1945724); %設(shè)置RANDN產(chǎn)生器的狀態(tài)w1=dmodce(x,Fd,Fs,fsk,M,tone); %調(diào)制y1=awgn(w1,adjSNR,measured,dB); % 對調(diào)制信號添加噪聲z1=ddemodce(y1,Fd,Fs,fsk,M,tone);%調(diào)制ser1=symerr(x,z1) %輸出符號誤差率%非正交FSK調(diào)制tone=0.25;randn(state,1945724); %設(shè)置RANDN產(chǎn)生器的狀態(tài)w2=dmodce(x,Fd,Fs,fsk,M,tone); %調(diào)制y2=awgn(w2,adjSNR,measured

13、,dB); % 對調(diào)制信號添加噪聲z2=ddemodce(y2,Fd,Fs,fsk,M,tone); %解調(diào)ser2=symerr(x,z2) %輸出符號誤差率第34頁/共44頁第三十五頁，編輯于星期六：十九點(diǎn) 三十六分。6.6 通信系統(tǒng)的性能仿真通信系統(tǒng)的誤碼率仿真 通信系統(tǒng)誤碼率的大小是衡量通信系統(tǒng)性能的好壞。無論是仿真帶通系統(tǒng)還是基帶通信系統(tǒng)，通信系統(tǒng)模型的誤碼率的計算過程主要由設(shè)置相關(guān)參數(shù)、創(chuàng)建信號及信源編碼、調(diào)制、對調(diào)制信號添加高斯噪聲、解調(diào)、計算系統(tǒng)的誤碼率等步驟組成。 6.6.2 誤碼率仿真界面 MATLAB提供了一種有效的分析誤碼率的工具誤碼率仿真界面，它可用來計算和比較不同調(diào)

14、制方式、不同差錯控制編碼方式和不同信道噪聲模型條件下的通信系統(tǒng)的誤碼率。 在MATLAB命令窗中輸入命令： commgui即可打開一個圖形用戶界面窗口誤碼率仿真界面。誤碼率仿真界面包含了通信系統(tǒng)中信號處理的全部過程：信號源信號的生成；信號經(jīng)過差錯控制編碼和調(diào)制后發(fā)送；疊加在信道噪聲后送到接收設(shè)備；經(jīng)過解調(diào)和解碼恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)、進(jìn)行誤碼率的計算過程等。 第35頁/共44頁第三十六頁，編輯于星期六：十九點(diǎn) 三十六分。圖6.29 誤碼率仿真窗口 誤碼率仿真窗口上半部分功能區(qū)域，分為以下四個部分：Source（信號源）； Err-Ctr-Code（差錯控制編碼）；Modulation（信號調(diào)制編碼）；

15、 Channel（信道）。第36頁/共44頁第三十七頁，編輯于星期六：十九點(diǎn) 三十六分。6.6.3 眼圖/散射圖1眼圖 在研究數(shù)字傳輸碼間干擾及其它信道噪聲的時候，眼圖是一個很方便的工具。眼圖是一個接收信號相對于時間的關(guān)系曲線。當(dāng)?shù)竭_(dá)x軸的時間上限時，信號回到時間初始點(diǎn)，這樣便產(chǎn)生了一幅重疊畫。產(chǎn)生眼圖的常用方法是使用示波器，將示波器的掃描頻率設(shè)為1/T，其中T是信號周期。格式：eyediagram(x, N)功能：繪制信號x的眼圖，該信號在一個掃描周期中有N個抽樣點(diǎn)。N必須大于1。圖6.31 眼圖(無偏移) 例6-22 試?yán)L制QASK調(diào)制信號的眼圖。 第37頁/共44頁第三十八頁，編輯于星期

16、六：十九點(diǎn) 三十六分。2散射圖散射圖與眼圖密切相關(guān)。散射圖記錄了在給定判決點(diǎn)處信號的值。在MATLAB通信工具箱中也提供了一條專用函數(shù)命令scatterplot來繪制散射圖。格式：scatterplot(x, N)功能：根據(jù)指定的參數(shù)N繪制信號x的散射圖。x可為實(shí)向量，也可為復(fù)數(shù)向量，或只有兩列的矩陣，第一為信號的實(shí)部，第二列為信號的虛部。繪制x中的第N點(diǎn)時從第一個值開始，默認(rèn)值N=1。圖6.32 散步圖 例6-23 試制散QASK調(diào)制信號的繪射圖。 第38頁/共44頁第三十九頁，編輯于星期六：十九點(diǎn) 三十六分。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的性能仿真圖6.33 數(shù)字?jǐn)U頻通信系統(tǒng)基本框圖 為了正確進(jìn)行信號的擴(kuò)頻

17、解擴(kuò)處理，必須使接收機(jī)的本地 PN 序列與接收信號中所包含的PN 序列建立時間同步。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)按其工作方式的不同可分為下列幾種：直接序列擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)、跳頻擴(kuò)頻系統(tǒng)、跳時擴(kuò)頻系統(tǒng)、混合式。只討論兩種基本的擴(kuò)頻系統(tǒng)的仿真：直接擴(kuò)頻(DS)和跳頻(FH)系統(tǒng)。第39頁/共44頁第四十頁，編輯于星期六：十九點(diǎn) 三十六分。直接序列擴(kuò)頻(DS-SS)系統(tǒng) 如果假設(shè)采用BPSK 方式發(fā)送二進(jìn)制信息序列的擴(kuò)頻通信。設(shè)信息速率為 R bit/s，碼元間隔為Tb=1/Rs傳輸信道的有效帶寬為Bc (Hz)(BcR )，在調(diào)制器中, 信息序列的帶寬擴(kuò)展為W= Bc ， 載波相位以每秒W次的速率按偽隨機(jī)序列發(fā)生器序列改變載波相位，即是直接序列擴(kuò)頻。圖6.34 二進(jìn)制信息序列的擴(kuò)頻通信第40頁/共44頁第四十一頁，編輯于星期六：十九點(diǎn) 三十六分。圖 直擴(kuò)信號抑制正弦干擾效果圖 例6-24 利用MATALB仿真演示直擴(kuò)信號抑制正弦干擾的效果。 第41頁/共44頁第四十二頁，編輯于星期六：十九點(diǎn) 三十六分。6.7.2 跳頻擴(kuò)頻系統(tǒng)(FH-SS) 跳頻擴(kuò)頻系統(tǒng)將傳輸?shù)膸扺分為很多互不重疊的頻率點(diǎn)，按照信號時間間