精通MATLAB：MATLAB通信系统建模与仿真

《MATLAB通信系统建模与仿真（第2版）》是“精通MATLAB”丛书之一，以MATLAB R2016a为平台编写，归纳和总结了MATLAB与Simulink通信系统建模与仿真的原理、应用与实践，应用性强，实用价值高。《MATLAB通信系统建模与仿真（第2版）》提供所有程序源代码。“精通MATLAB”相关书目如下：
（1）MATLAB 8.X实战指南
（2）数字图像处理高级应用——基于MATLAB和CUDA的实现（第2版）
（3）MATLAB R2015a数字图像处理
（4）MATLAB R2015b数学建模
（5）MATLAB R2015a小波分析
（6）MATLAB R2015b神经网络技术
（7）MATLAB R2015b*优化计算
（8）MATLAB R2015b概率与数理统计
（9）MATLAB R2015b数值计算方法
（10）MATLAB R2016a智能计算25个案例分析
（11）MATLAB R2016a在电子信息工程中仿真案例分析
（12）MATLAB R2016a神经网络设计与应用28个案例分析
（13）MATLAB R2016a通信系统建模与仿真28个案例分析
（14）MATLAB通信系统建模与仿真（第2版）

本书以MATLAB R2016a为平台，以工程实例为背景，通过专业技术与大量实例相结合的形式，深入浅出地介绍MATLAB与Simulink通信系统建模与仿真。全书共9章，前8章主要介绍MATLAB R2016a、Simulink及通信系统的基础知识、MATLAB/Simulink建模与仿真、信源与信道、滤波器、调制与解调、锁相环与扩频等，帮助读者快速掌握MATLAB/Simulink，并进一步深入利用MATLAB/Simulink进行通信系统建模与仿真，可使读者领略到MATLAB/Simulink的强大功能。第9章介绍通信系统的实际应用，帮助读者利用MATLAB/Simulink解决实际通信问题。
本书可作为高等学校相关专业本科生和研究生的教学用书，也可作为相关专业科研人员、学者、工程技术人员的参考用书。

第1章MATLAB R2016a初识
1.1MATLAB概述
1.1.1MATLAB的发展史
1.1.2MATLAB的优势
1.1.3MATLAB的特点
1.1.4MATLAB R2016a的新增功能
1.2MATLAB安装、启动与卸载
1.2.1MATLAB安装与激活
1.2.2MATLAB启动与退出
1.2.3MATLAB卸载
1.3MATLAB工作环境
1.3.1命令行窗口
1.3.2工作区窗口
1.3.3命令历史记录窗口
1.3.4当前文件夹窗口
1.3.5编辑器窗口
1.3.6设置路径窗口
1.4MATLAB工具项
1.4.1主页工具项
1.4.2绘图工具项
1.4.3应用程序工具项
1.5MATLAB帮助系统
1.5.1帮助浏览器
1.5.2命令帮助系统
1.6MATLAB的应用
第2章通信系统初识
2.1通信方式
2.2通信系统组成
2.2.1信源
2.2.2信道
2.2.3信宿
2.2.4发送与接收设备
2.3通信分类
2.3.1按信源分类
2.3.2按信号特征分类
2.3.3按传输媒介分类
2.4模拟/数字通信
2.4.1模拟通信
2.4.2数字通信
2.5系统类型
2.5.1多路系统
2.5.2有线系统
2.5.3微波系统
2.5.4卫星系统
2.5.5电话系统
2.5.6电报系统
2.5.7数据系统
2.6仿真技术与通信仿真
2.6.1仿真技术
2.6.2计算机仿真步骤
2.6.3通信仿真步骤
2.6.4蒙特卡罗法步骤
2.6.5混合方法步骤
2.7通信系统仿真的优点
2.8通信系统仿真的局限性
第3章MATLAB基本操作
3.1MATLAB数据类型
3.2MATLAB基本元素
3.2.1常量
3.2.2变量
3.2.3赋值语句
3.2.4矩阵及元素
3.3矩阵运算
3.3.1矩阵的代数运算
3.3.2矩阵的关系运算
3.3.3矩阵的逻辑运算
3.4MATLAB流程控件
3.4.1顺序结构
3.4.2循环结构
3.4.3选择结构
3.5M文件
3.5.1脚本文件
3.5.2函数文件
3.6MATLAB图形绘制
3.6.1二维图形绘制
3.6.2三维图形绘制
3.7图形对象属性
3.7.1图形对象及属性
3.7.2图形属性的设置
3.7.3图形可视编辑工具
第4章MATLAB/Simulink系统建模与仿真
4.1Simulink主要特点
4.2Simulink工作原理
4.2.1动态系统计算机仿真
4.2.2Simulink求解器
4.2.3求解器参数设置
4.3Simulink组成
4.3.1常用模块库
4.3.2连续模块库
4.3.3仪表板模块库
4.3.4不连续模块库
4.3.5离散模块库
4.3.6逻辑与位操作模块库
4.3.7查找表模块库
4.3.8数学运算模块库
4.3.9模型验证模块库
4.3.10模型扩充模块库
4.3.11端口与子系统模块库
4.3.12信号属性模块库
4.3.13信号路由模块库
4.3.14信号接收器模块库
4.3.15输入源模块库
4.3.16用户自定义模块库
4.3.17扩展模块库
4.4一个Simulink实例
4.5MATLAB/Simulink建模
4.5.1MATLAB建模
4.5.2Simulink建模
4.6Simulink与MATLAB的接口
4.6.1MATLAB设置系统模块参数
4.6.2信号输出到MATLAB
4.6.3工作空间变量作为输入信号
4.6.4MATLAB函数与Function模块
4.7命令行方式进行动态仿真
4.7.1命令行动态系统仿真
4.7.2模型线性化
4.7.3平衡点求取
4.8MATLAB/Simulink动态分析系统
4.8.1蹦极跳的安全性分析
4.8.2行驶控制系统
4.9子系统
4.9.1简单子系统
4.9.2浏览下层子系统
4.9.3条件子系统
4.9.4控制流系统
4.10子系统封装
4.11S函数
4.11.1S函数模块
4.11.2S函数工作原理
4.11.3M文件S函数模板
4.11.4S函数应用
4.12Simulink建模与仿真
第5章通信系统的信源与信道
5.1通信系统的基本模型
5.2MATLAB通信仿真函数
5.2.1信源产生函数
5.2.2信源编码/解码函数
5.2.3信道函数
5.3信号与信道
5.3.1随机数据信号源
5.3.2序列产生器
5.3.3噪声源发生器
5.4信道
5.4.1加性高斯白噪声信道
5.4.2多径瑞利退化信道
5.4.3多径莱斯退化信道
5.5信号观测设备
5.5.1星座图
5.5.2误码率计算器
5.6信源编译码
5.6.1信源编码
5.6.2信源译码
5.7MATLAB/Simulink通信系统仿真实例
5.7.1MATLAB编码实例
5.7.2Simulink信道实例
5.7.3MATLAB/Simulink信道实例
第6章通信系统的滤波器
6.1滤波器概述
6.2滤波器结构
6.2.1模拟滤波器结构
6.2.2数字滤波器结构
6.3滤波器MATLAB函数
6.3.1模拟滤波器MATLAB函数
6.3.2数字滤波器MATLAB函数
6.3.3特殊滤波器MATLAB函数
6.4滤波器设计模块
6.4.1数字滤波器设计模块
6.4.2模拟滤波器设计模块
6.4.3理想矩形脉冲滤波器模块
6.4.4升余弦发射滤波器模块
6.4.5升余弦接收滤波器模块
6.5滤波器设计实例
第7章通信系统的调制与解调
7.1模拟线性调制
7.1.1双边带调幅与解调
7.1.2常规双边带调幅
7.1.3抑制载波双边带调幅
7.1.4单边带调幅与解调
7.2模拟角度调制
7.2.1频率调制
7.2.2相位调制
7.3数字信号基带传输
7.3.1数字基带信号的码型介绍
7.3.2码型的功率谱分布
7.4载波提取分析
7.4.1幅度键控分析
7.4.2相移键控分析
7.4.3频移键控分析
7.4.4正交幅度调制
7.5调制与解调的Simulink模块
7.5.1DSBAM调制与解调
7.5.2SSBAM调制与解调
7.5.3DSBSCAM调制与解调
7.5.4FM调制与解调
7.5.5PM调制与解调
7.6数字基带调制与解调
7.6.1数字幅度调制与解调
7.6.2数字频率调制与解调
7.6.3数字相位调制与解调
7.7调制与解调的Simulink应用
第8章通信系统的锁相环与扩频
8.1锁相环构建
8.2锁相环Simulink模块
8.2.1基本锁相环模块
8.2.2压控振荡器模块
8.3扩频通信系统的仿真
8.3.1伪随机码产生
8.3.2直接序列扩频系统
8.3.3跳频扩频系统
8.4蒙特卡罗仿真的精度分析
8.4.1蒙特卡罗仿真次数和精度的关系
8.4.2蒙特卡罗仿真次数的序贯算法
8.5仿真结果数据处理
8.5.1插值
8.5.2拟合
第9章通信系统的实际应用
9.1设计通信系统
9.1.1设计通信系统的发射机
9.1.2设计通信系统的接收机
9.1.3通信系统的MATLAB实现
9.2MIMOOFDM通信系统设计
9.2.1MIMO系统
9.2.2OFDM技术
9.2.3MIMOOFDM系统
9.2.4空间分组编码
9.2.5STBC的MIMOOFDM系统设计
9.2.6STBC的MIMOOFDM系统MATLAB实现
参考文献

　　第3章MATLAB基本操作
　　数值计算是MATLAB中最重要、最有特色的功能之一，也是MATLAB软件的基础。MATLAB强大的数值计算功能使其成为诸多数学计算软件中的佼佼者。而数组和矩阵是数值计算的最基本运算单元，在MATLAB中，向量可看作一维数组，而矩阵则可看作二维数组。数组和矩阵在形式上没有区别，但二者的运算性质却有很大的不同，数组运算强调的是元素对元素的运算，而矩阵运算则采用线性代数的运算方式。
　　3.1MATLAB数据类型
　　MATLAB的基本数据单位是矩阵，而MATLAB数据类型的最大特点是每一种类型都以数组为基础。
　　数据类型是掌握任何一门编程语言都必须首先了解的内容。MATLAB R2016a的数据类型主要有逻辑、数值、字符串、矩阵、元胞、Java、函数句柄、稀疏及结构等。数值型又分为单精度型、双精度型及整数型。而整数型里又分为无符号型(uint8、uint16、uint32、uint64)和符号型(int8、int16、int32、int64)两种，它们间的层次关系如图31所示。在MATLAB中，所有的数据不管是属于什么类型，都是以数组或矩阵的形式保存的。
　　图31数据类型的层次结构图
　　3.2MATLAB基本元素
　　本节介绍常量、变量和矩阵这三种最常用的MATLAB基本元素以及赋值语句的基本形式。
　　3.2.1常量
　　常量，在MATLAB中习惯称为特殊变量，即系统自定义的变量。它们在MATLAB启动以后驻留在内存中。在MATLAB中常用的特殊变量如表31所示。
　　表31MATLAB常用特殊变量表
　　特 殊 变 量取值
　　ansMATLAB中运行结果的默认变量名
　　pi圆周率π
　　eps计算机中的最小数
　　flops浮点运算数
　　inf无穷大,如1/0
　　NaN不定值,如0/0,∞/∞,0*∞
　　i或j复数中的虚数单位,i=j=-1
　　nargin函数输入变量数目
　　narout函数输出变量数目
　　realmax最大的可用正实数
　　realmin最小的可用正实数
　　在MATLAB R2016a的命令行窗口中输入一个表达式或者一组数据，系统将会自动把计算的结果赋值给ans变量。
　　注意： A和a表示的是不同的变量，读者编程时必须注意。
　　3.2.2变量
　　变量是任何程序设计语言的基本元素之一，MATLAB语言当然也不例外。与常规的程序设计语言不同的是，MATLAB并不要求事先对所使用的变量进行声明，也不需要指定变量类型，MATLAB语言会自动依据所赋予变量的值或对变量进行的操作来识别变量的类型。在赋值过程中，如果赋值变量已存在，则MATLAB将使用新值代替旧值，并以新值类型代替旧值类型。在MATLAB中变量的命名应遵循以下规则：
　　 变量名必须以字母开头，之后可以是任意的字母、数字或下画线。
　　 变量名区分字母的大小写。
　　 变量名不超过31个字符，第31个字符以后的字符将被忽略。
　　与其他的程序设计语言相同，在MATLAB语言中也存在变量作用域的问题。在未加特殊说明的情况下，MATLAB语言将所识别的一切变量视为局部变量，即仅在其使用的M文件内有效。如果要将变量定义为全局变量，则应当对变量进行说明，即在该变量前加关键字global。一般来说，全局变量均用大写的英文字符表示。
　　3.2.3赋值语句
　　MATLAB采用命令行形式的表达式语言，每一个命令行就是一条语句，其格式与书写的数学表达式十分相近，非常容易掌握。读者在命令行窗口中输入语句并按Enter键确认后，该语句就由MATLAB系统解析运行，并给出运行结果。MATLAB赋值语句有以下两种结构。
　　1. 直接赋值语句
　　直接赋值语句的基本结构为：
　　赋值变量=赋值表达式
　　其中，等号右边的表达式由变量名、常数、函数和运算符构成。直接赋值语句把右边表达式的值直接赋给了左边的赋值变量，并将返回值显示在MATLAB命令行窗口中。
　　【例31】对A赋值，实现A=3*27。
　　在MATLAB命令行窗口中输入语句并按Enter键。
　　……

　　前言
　　现代工程的许多问题往往都可以通过各种数学模型以科学的方法表示出来，在这些数学模型的基础上诞生了各种相应的理论和算法。但是，影响工程实际问题的因素往往很多，理论的模型也只是一些近似的结论。在这种近似的情况下，单纯通过理论分析和逻辑推导，并不能达到数值计算更好的结果，甚至有时会出现谬误。随着计算机性能的不断提高，人们发现工程上的许多问题可以通过计算机强大的计算功能来辅助完成，MATLAB软件就是这样一款辅助软件。
　　MATLAB是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。MATLAB是matrix和laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂(矩阵实验室)，是美国MathWorks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如C语言、FORTRAN语言)的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
　　Simulink是MATLAB重要功能之一，是MathWorks公司开发的用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具，该工具包括多种不同功能的模块库。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。基于以上优点，Simulink已广泛应用于控制理论、数字信号、通信系统等复杂仿真与设计。对于学生而言，最有效的学习途径是结合某一专业课程来学习和掌握Simulink。
　　目前，网络通信是一个非常热门的领域，无论是有线网络还是无线网络，都逐渐应用到生活的各个方面，通信系统正向着宽带化方向迅速发展。使用MATLAB/Simulink进行通信系统建模与仿真设计，已经成为大量通信工程师必须研究掌握的技术之一。
　　本书以通信原理为主线，从MATLAB的基础入手，先介绍MATLAB/Simulink的强大功能，进而让读者对通信系统有一个基本概念，然后再详细介绍系统建模原理和仿真的数值计算方法，图文巧妙地紧密结合，让读者对通信系统完成从量到质的认识。
　　本书具有以下特点：
　　(1) 深入浅出，循序渐进。本书先对MATLAB软件进行概要介绍，让读者对MATLAB强大功能有一定认识，接着介绍Simulink，让读者认识到Simulink可读性强，适应面广，再利用MATLAB/Simulink实现通信系统的建模与仿真，让读者领略到利用MATLAB/Simulink实现通信系统建模与仿真的简便与强大。
　　(2) 内容新颖，步骤详尽。本书结合MATLAB与Simulink解决通信系统中的各种实际问题，详尽地介绍MATLAB/Simulink的使用方法与技巧。在讲解过程中辅以相应的图片，使读者在阅读时一目了然，从而快速掌握书中内容。
　　(3) 实用性强。书中每介绍一个概念或函数都给出相应的用法及实例进行说明，使读者快速掌握MATLAB/Simulink，并利用MATLAB/Simulink快速实现通信仿真与建模。
　　通过本书的学习，读者不仅可以全面掌握MATLAB/Simulink建模与仿真，还可以提高快速分析和解决实际问题的能力，从而能够在最短的时间内高效率地解决在实际通信系统中遇到的问题。
　　全书共分为9章，主要内容包括：
　　第1章介绍了MATLAB R2016a初识，主要包括MATLAB特性与组成、MATLAB工作环境、MATLAB工具项等内容。
　　第2章介绍通信系统初识，主要包括通信方式、通信系统组成、通信分类以及仿真技术与通信仿真等内容。
　　第3章介绍MATLAB基本操作，主要包括MATLAB基本元素、MATLAB流程控件、MATLAB图形绘制、图形对象属性等内容。
　　第4章介绍MATLAB/Simulink系统建模与仿真，主要包括Simulink工作原理、Simulink组成、MATLAB/Simulink建模、MATLAB/Simulink动态分析系统、Simulink子系统等内容。
　　第5章介绍通信系统的信源与信道，主要包括通信系统的基本模型、MATLAB通信仿真函数、信号与信道、信噪等内容。
　　第6章介绍通信系统的滤波器，主要包括滤波器结构、滤波器MATLAB函数、滤波器设计模块等内容。
　　第7章介绍通信系统的调制与解调，主要包括模拟线性调制、模拟角度调制、数字信号基带传输、载波提取分析等内容。
　　第8章介绍通信系统的锁相环与扩频，主要包括锁相环Simulink模块、扩频通信系统的仿真、蒙特卡罗仿真的精度分析等内容。
　　第9章介绍通信系统的实际应用，主要包括设计通信系统、MIMO系统等内容。
　　本书主要由邓奋发编写，其中第4章由刘志为编写，此外参加编写的还有栾颖、周品、曾虹雁、邓俊辉、陈添威、邓耀隆、高永崇、李嘉乐、梁朗星、梁志成、梁平、许兴杰、张金林、钟东山、李伟平、宋晓光和何正风。
　　本书可以作为相关专业在校本科生和研究生的学习用书，也可以作为相关专业科研人员、学者、工程技术人员的参考用书。
　　由于时间仓促，加之作者水平有限，书中不足和疏漏之处在所难免。在此，诚恳地期望得到专家和广大读者的批评指正,有兴趣的读者请发送邮件。
　　作者
　　2017年10月