MATLAB 通信工程仿真

前言

MATLAB是當今最優(yōu)秀的科技應用軟件之一，它以強大的科學計算與可視化功能、簡單易用、開放式可擴展環(huán)境，特別是所附帶的30多種面向不同領(lǐng)域的工具箱支持，使得它在許多科學領(lǐng)域中成為計算機輔助設(shè)計和分析、算法研究和應用開發(fā)的基本工具和首選平臺。MATLAB具有其他高級語言難以比擬的一些優(yōu)點，如編寫簡單、編程效率高、易學易懂等，因此MATLAB語言也被通俗地稱為演算紙式科學算法語言。MATLAB廣泛應用于控制、通信、信號處理及科學計算等領(lǐng)域，并且已經(jīng)被認可為能夠有效提高工作效率、改善設(shè)計手段的工具。因此，掌握了MATLAB就好比掌握了開啟這些專業(yè)領(lǐng)域大門的鑰匙。Simulink是MATLAB其中的一個工具包，其建模與一般程序建模相比更為直觀，操作也更為簡單，不必記憶各種命令、參數(shù)的用法，只要用鼠標就能夠完成非常復雜的工作。Simulink不但支持線性系統(tǒng)仿真，還支持非線性系統(tǒng)仿真；不但支持連續(xù)系統(tǒng)仿真，還支持離散系統(tǒng)甚至混合系統(tǒng)仿真；不但自身功能非常強大，而且還是一個開放性體系，用戶可以自己開發(fā)模塊來增強Simulink自身的功能。對于同一個系統(tǒng)模型，利用Simulink可以采用多個不同的采樣速率，不但能夠?qū)崟r地顯示計算結(jié)果，還能夠顯示模型所表示實物的實際運動形式。隨著MATLAB與Simulink通信、信號處理專業(yè)函數(shù)庫和專業(yè)工具箱的成熟，它們逐漸為廣大通信技術(shù)領(lǐng)域的專家、學者和工程師所熟悉，在通信理論研究、算法設(shè)計、系統(tǒng)設(shè)計、建模仿真和性能分析驗證等方面的應用也越來越廣泛。本書以MATLAB的基礎(chǔ)為入門，先介紹MATLAB的強大功能，然后進一步讓讀者對通信系統(tǒng)有一個基本概念，從系統(tǒng)建模原理和仿真的數(shù)值計算方法入手，以圖文的巧妙與緊密結(jié)合，讓讀者對通信系統(tǒng)由一個從量到質(zhì)的認識。本書以實際工程為背景，重點通過專業(yè)技術(shù)與大量示例相結(jié)合的形式，詳細地介紹了MATLAB／Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真設(shè)計的方法和技巧。全書共分10章：第l章為MATLAB概述，包括MATLAB簡介、MATLAB的基礎(chǔ)與入門知識等內(nèi)容；第2章介紹MATLAB的基本操作，包括MATLAB中的數(shù)據(jù)及變量類型、MATLAB數(shù)值矩陣運算、MATLAB多項式及其運算等內(nèi)容；第3章介紹MATLAB程序設(shè)計，包括M文件及其使用方法、程序結(jié)構(gòu)等內(nèi)容；第4章介紹MATLAB繪圖功能，包括MATLAB二維圖形繪制與MATLAB的三維繪圖等內(nèi)容；第5章介紹通信系統(tǒng)與仿真基礎(chǔ)，包括通信系統(tǒng)的組成、通信系統(tǒng)模型的分類等內(nèi)容；第6章介紹Simulink，包括Simulink的啟動及其模塊庫簡介、Simulink建模與仿真方法等內(nèi)容；第7章介紹通信模塊分析，包括信息論基礎(chǔ)介紹、信道模型分析內(nèi)容；第8章介紹通信系統(tǒng)建模，包括信源編碼與譯碼、調(diào)制與解調(diào)分析等內(nèi)容；第9章介紹模擬和數(shù)字通信系統(tǒng)的建模與仿真，包括濾波器的模型分析、通信系統(tǒng)的基本模型分析等內(nèi)容；第10章介紹通信系統(tǒng)綜合應用及MATLAB延伸，包括MATLAB／Simulink在通信系統(tǒng)的綜合應用與Stateflow的原理與應用等內(nèi)容。

內(nèi)容概要

本書系統(tǒng)地介紹了使用MATLAB進行通信工程仿真的方法，主要內(nèi)容包括MATLAB概述、MATLAB的基本操作、MATLAB程序設(shè)計、MATLAB繪圖功能、通信系統(tǒng)與仿真基礎(chǔ)、Simulink介紹、通信模塊分析、通信系統(tǒng)建模、模擬和數(shù)字通信系統(tǒng)的建模與仿真、通信系統(tǒng)綜合應用等內(nèi)容。    本書可作為理工科各專業(yè)本科生、研究生以及應用MATLAB的相關(guān)科研人員學習MATLAB通信工程仿真的教材或參考書。

書籍目錄

前言第1章 MATLAB概述 　1.1 MATLAB簡介 　　1.1.1 MATLAB發(fā)展歷程 　　1.1.2 MATLAB組成 　　1.1.3 MATLAB主窗口 　　1.1.4 MATLAB命令窗口 　　1.1.5 MATLAB工作空間窗口 　　1.1.6 命令歷史窗口 　　1.1.7 Start菜單 　1.2 MATLAB的基礎(chǔ)準備及入門 　　1.2.1 MATLAB基本操作 　　1.2.2 MATLAB繪圖 　　1.2.3 MATLAB常用命令 　　1.2.4 MATLAB幫助窗口 　　1.2.5 MATLAB演示系統(tǒng) 　　1.2.6 當前目錄瀏覽器窗口 第2章 MATLAB的基本操作 　2.1 MATLAB中的數(shù)據(jù)及變量類型 　　2.1.1 常量和變量 　　2.1.2 數(shù)據(jù)類型 　　2.1.3 數(shù)值計算應用實例 　　　2.2 MATLAB數(shù)值矩陣運算 　　2.2.1 數(shù)值矩陣的創(chuàng)建 　　2.2.2 數(shù)值矩陣的矩陣算法 　　2.2.3 數(shù)值矩陣的數(shù)組算法 　　2.2.4 矩陣的特殊運算 　2.3 MATLAB多項式及其運算 　　2.3.1 多項式求值 　　2.3.2 多項式求根 　　2.3.3 部分分式展開 　　2.3.4 多項式乘除 　　2.3.5 多項式的微積分 　2.4 字符串變量和符號矩陣 　　2.4.1 字符串變量和函數(shù)求值 　　2.4.2 符號變量 　　2.4.3 符號矩陣的創(chuàng)建方法 　　2.4.4 符號矩陣的運算 　　2.4.5 符號矩陣運算中的幾個特有命令的應用 　2.5 MATLAB在復變函數(shù)中的應用 　　2.5.1 復數(shù)的基本概念 　　2.5.2 復變量的函數(shù) 　　2.5.3 復數(shù)的生成及其矩陣創(chuàng)建 　　2.5.4 復數(shù)的幾何意義 　　2.5.5 MATLAB在復數(shù)運算中的應用 第3章 MATLAB程序設(shè)計 　3.1 M文件及其使用方法 　　3.1.1 M文件 　　3.1.2 腳本文件 　　3.1.3 函數(shù)文件 　　3.1.4 函數(shù)調(diào)用和變量傳遞 　　3.1.5 數(shù)據(jù)導入與導出 　　3.1.6 示例分析 　3.2 程序結(jié)構(gòu) 　　3.2.1 順序結(jié)構(gòu) 　　3.2.2 循環(huán)結(jié)構(gòu) 　　3.2.3 分支結(jié)構(gòu) 　　3.2.4 程序終止控制語句 　　3.2.5 程序異常處理語句 　3.3 程序流控制語句 　　3.3.1 echo指令 　　　　3.3.2 input指令 　　3.3.3 pause指令 　　3.3.4 keyboard指令 　　3.3.5 bread指令 　　　　3.3.6 錯誤控制 　3.4 函數(shù)類型 　　3.4.1 主函數(shù) 　　3.4.2 子函數(shù) 　　3.4.3 私有函數(shù) 　　3.4.4 嵌套函數(shù) 　　3.4.5 重載函數(shù) 　3.5 MATLAB程序調(diào)試 　　3.5.1 調(diào)試方法 　　3.5.2 調(diào)試工具 第4章 MATLAB繪圖功能 第5章 通信系統(tǒng)與仿真基礎(chǔ) 第6章 Simulink介紹 第7章 通信模塊分析 第8章 通信系統(tǒng)建模 第9章 模擬和數(shù)字通信系統(tǒng)的建模與仿真 第10章 通信系統(tǒng)綜合應用及MATLAB延伸 參考文獻

章節(jié)摘錄

插圖：對于連續(xù)模塊，Simulink采用積分方式計算輸出信號的數(shù)值，因此，連續(xù)模塊主要涉及數(shù)值的計算及其積分。離散模塊的輸出信號在下一個采樣到來之前保掙恒定，這時候，Simulink只需要以一定的間隔計算輸出信號的數(shù)值?；旌夏K是根據(jù)輸入信號的類型來確定信號類型的，它既能夠產(chǎn)生連續(xù)輸出信號，也能夠產(chǎn)生離散輸出信號。如果一個仿真模型中只包含離散模塊，這時候，Simulink采用固定步長的方式進行仿真（即每隔一定的間隔計算一次輸出信號）。當所有的離散模塊都有相同的采樣間隔時，Simulink只需要按照這個間隔實施仿真；否則，Simulink采用多速率方式進行仿真。多速率仿真模式的一種方案是選取一個最大的可用間隔，使之適用于所有的離散模塊。這個間隔一般是各個離散模塊采樣間隔的最大公約數(shù)。對于可變步長方式，多速率仿真模型按照各個模塊的采樣間隔列出系統(tǒng)可能的仿真時刻，在仿真時刻到來的時候，只對相應的離散模塊實施仿真，從而在一定程度上提高了仿真的效率。如果仿真模型中包含了連續(xù)模塊，Simulink將采用連續(xù)方式對模塊進行仿真。如果模塊中既包括連續(xù)模塊，又包含離散模塊，Simulink采用兩種仿真步長進行仿真。對于其中的離散模塊，Simulink可以按照離散模塊的方式進行仿真，這個仿真步長稱為主步長。在每個步長仿真中，Simulink使用小步長間隔，通過積分運算得到連續(xù)狀態(tài)的當前輸出信號。Simulink仿真包括兩個階段：初始化階段和模型執(zhí)行階段。1.初始化階段在初始化階段，Simulink內(nèi)部主要完成以下工作。1）模型參數(shù)傳給MATLAB進行估計，得到的數(shù)值結(jié)果將作為模型的實際參數(shù)。2）展開模型的各個層次，每一個執(zhí)行的子系統(tǒng)被它包含的模塊代替。3）模型中的模塊按更新的次序進行排序。排序算法產(chǎn)生一個列表，以確保具有代數(shù)環(huán)的模塊在產(chǎn)生它的驅(qū)動輸入的模塊被更新后才更新。當然，這一步要先檢測出模型中存在的代數(shù)環(huán)。4）決定模型由無顯式設(shè)定的信號屬性。例如名稱、數(shù)據(jù)類型、數(shù)值類型以及大小等，并且檢查每個模塊是否能夠接收連接到它們輸入端的信號。Simulink使用屬性傳遞來確定未被設(shè)定的屬性，這個過程將源信號的屬性傳遞到它所驅(qū)動的模塊的輸入信號。5）決定所有無顯示設(shè)定才采樣的時間模塊的采樣時間。6）分配和初始化用于存儲每個模塊的狀態(tài)和輸入當前值的存儲空間。完成以上工作后，就可以進行下一步工作了，也就是模型執(zhí)行階段。2.模型執(zhí)行階段一般模型是使用數(shù)值積分來進行仿真的，所運用的仿真解法器（仿真算法）依賴于模型提供它的連續(xù)積分能力。計算微分可分為以下兩步來進行。1）按照排列所確定的次序計算每個模塊的輸出。2）根據(jù)當前時刻的輸入和狀態(tài)來決定狀態(tài)的微分；得到微分向量后再把它返回給解法器；后者用它來計算下一個采樣點的狀態(tài)向量。一旦新的狀態(tài)向量計算完畢，被采樣的數(shù)據(jù)源模塊和接收模塊才被更新。

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