MATLAB R2016A通信系统建模与仿真28个案例分析 吴茂 978730247570 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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吴茂 著

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• 吴茂
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出版社： 清华大学出版社

ISBN：9787302475705

商品编码：29262497857

出版时间：2017-12-15

书名	MATLAB R2016A通信系统建模与仿真28个案例分析
定价	89.00
ISBN	9787302475705
出版社	清华大学出版社
作者	吴茂
编号	1201670352
出版日期	无
印刷日期	2018-03-01
版次	1
字数	682千字
页数	445

MATLAB及其Simulink通信、信号处理专业函数库和专业工具箱越来越成熟 并逐渐为广大通信技术领域的专家、学者和工程师所熟悉 在通信理论研究、算法设计、系统设计、建模仿真和性能分析验证等方面的应用也越来越广泛。本书以MATLABR2016a为平台 在讲解各实现方法中给出相应的实例 使得本书应用性更强 实用价值更高。全书共28章 主要介绍通信系统的信源与信道、通信系统滤波器、通信系统的调制与解调、通信系统的锁相环与扩频、MATLAB�睸imulink系统建模与仿真、通信系统的实际应用和信号处理技术等内容。MATLAB以其独特的魅力 成为通信技术领域强有力的工具。本书主要作为通信工程、电子信息工程等领域的广大科研人员、学者、工程技术人员的参考用书 也可作为高等院校相关专业及领域本科生、研究生的学习用书。

MATLAB R2016a 通信系统建模与仿真：原理、实践与进阶 引言 在飞速发展的通信技术浪潮中，建模与仿真作为通信系统设计、优化和验证的核心手段，其重要性日益凸显。MATLAB，作为一款强大的工程计算和可视化软件，凭借其丰富的工具箱和灵活的编程环境，已成为通信系统建模与仿真的首选平台。本文将深入探讨如何利用MATLAB R2016a进行通信系统建模与仿真，从基础原理到高级应用，通过详实的阐述与实例分析，帮助读者构建扎实的理论基础，掌握实际操作技能，并最终能够独立完成复杂的通信系统设计与性能评估。 第一部分：通信系统建模基础 1.1 通信系统的基本构成与模型 通信系统本质上是一个信息传输系统，其核心在于将信息从源端可靠、高效地传递到目标端。一个典型的通信系统可以被分解为以下几个关键模块： 信源（Source）: 产生需要传输的信息，如语音、数据、图像等。信源编码旨在提高传输效率，减少冗余。 发送端（Transmitter）: 负责将信源产生的信号转换为适合传输的信号。这包括调制（将信息加载到载波上）、信道编码（增加信号的鲁棒性以抵抗噪声和失真）等。 信道（Channel）: 信息传输的物理媒介，可能引入噪声、衰减、失真、多径效应等。信道的特性直接影响通信系统的性能。 接收端（Receiver）: 负责从接收到的信号中恢复原始信息。这包括解调（提取调制信息）、译码（纠正信道编码引入的错误）等。 信宿（Sink）: 接收并处理恢复后的信息。 在MATLAB中，我们可以将这些模块抽象为函数或类，通过组合这些模块来构建整个通信系统的模型。例如，一个简单的二进制相移键控（BPSK）系统模型可能包含一个随机二进制序列生成器、一个BPSK调制器、一个加性高斯白噪声（AWGN）信道模拟器、一个BPSK解调器和一个误比特率（BER）计数器。 1.2 MATLAB R2016a通信工具箱概览 MATLAB R2016a的通信工具箱（Communication Toolbox）提供了大量预先构建的函数和模块，极大地简化了通信系统的建模与仿真过程。其核心功能涵盖了： 信号生成与处理: 包括波形生成（如正弦波、方波、脉冲）、频谱分析（FFT）、滤波（FIR、IIR）、卷积、相关等。 调制与解调: 支持多种调制方式，如ASK, FSK, PSK (BPSK, QPSK, 8PSK), QAM (4-QAM, 16-QAM, 64-QAM), PAM等。 信道编码与解码: 提供纠错编码，如卷积码、BCH码、RS码、LDPC码、Turbo码等，以及相应的解码器。 信道模型: 模拟各种无线和有线信道环境，如AWGN信道、衰落信道（Rayleigh, Rician, Nakagami-m）、多径信道、相干/非相干信道等。 源编码: 支持 PCM、DPCM、LPC等信源编码技术。 采样与量化: 模拟模拟信号到数字信号的转换过程。 性能评估: 能够方便地计算误码率（BER）、误块率（BLER）、信噪比（SNR）等性能指标。 可视化工具: 提供丰富的绘图函数，用于展示信号的时域/频域特性、星座图、眼图、误码率曲线等。 1.3 MATLAB脚本与Simulink建模 MATLAB R2016a提供了两种主要的建模与仿真方式： MATLAB脚本（M-files）: 通过编写一系列MATLAB命令来描述系统的各个模块及其交互。这种方式灵活性高，适合于算法的快速迭代和原型设计。用户可以清晰地看到代码的执行流程，方便调试和理解。 Simulink: 基于图形化的模块化设计环境。用户可以将通信系统的各个模块拖拽到工作区，并通过连线来构建系统的结构。Simulink特别适合于构建复杂的、具有反馈或状态机的系统，并提供强大的仿真功能和多种仿真引擎。 在实际应用中，常常会将两者结合使用：用MATLAB脚本实现复杂的信号处理算法或自定义模块，然后将其封装成Simulink S-function，集成到Simulink模型中。 第二部分：关键通信系统模块的MATLAB实现 2.1 信号源建模与生成 随机数据生成: `randi`函数可生成指定概率分布的随机整数，常用于模拟二进制数据源。 特定信号生成: `sin`, `square`, `sawtooth`等函数可生成基础波形。通信工具箱还提供了更高级的波形生成器，例如脉冲整形滤波器。 文本/文件数据读取: `fread`, `textscan`等函数可将外部数据导入MATLAB作为信号源。 2.2 调制与解调 通信工具箱提供了专门的调制和解调函数。例如： ASK调制: `awgn(source_signal, snr)` 模拟加性高斯白噪声，`pskmod(data, M)` 用于M进制PSK调制，`pskdemod(rx_signal, M)` 为M进制PSK解调。 QAM调制: `qammod(data, M)` 和 `qamdemod(rx_signal, M)` 分别用于M进制QAM的调制与解调。 星座图: `scatterplot(data)` 可视化星座图，帮助分析调制效果和噪声影响。 2.3 信道建模 AWGN信道: `awgn(signal, snr, 'measured')` 是最常用的函数，用于模拟加性高斯白噪声。`'measured'` 参数表示根据输入信号的功率来确定噪声功率。 衰落信道: Rayleigh衰落: `rayleighchan(sample_rate, Doppler_shift, delay_profile)` 创建Rayleigh衰落信道对象。 Rician衰落: `ricianchan(sample_rate, Doppler_shift, delay_profile)` 创建Rician衰落信道对象。 多径信道: 通过定义延迟和衰减的路径来模拟多径效应。 2.4 信道编码与解码 卷积码: `convenc(data, trellis)` 进行卷积编码，`vitdec(rx_bits, trelis, tblen, 'term', 'hard')` 进行维特比（Viterbi）译码。`trellis` 是通过 `poly2trellis` 定义的。 BCH码: `bchenc(data, n, k)` 进行BCH编码，`bchdec(rx_bits, n, k)` 进行BCH解码。 Turbo码: `comm.TurboEncoder` 和 `comm.TurboDecoder` 对象用于Turbo编码和解码。 2.5 性能评估 误比特率（BER）: `comm.ErrorRate` 计数器用于计算误比特率。 眼图: `comm.EyeDiagram` 对象用于生成和显示眼图，这是一种直观的评估数字信号质量的方法。 第三部分：典型通信系统仿真案例分析 本节将通过一系列实例，展示如何将上述理论和工具应用到实际通信系统仿真中。 3.1 BPSK调制与AWGN信道下的BER性能仿真 1. 系统设置: 定义仿真参数，如仿真时长、比特数、SNR范围等。 2. 信号生成: 生成随机二进制比特序列。 3. BPSK调制: 使用 `pskmod` 对比特序列进行BPSK调制。 4. AWGN信道: 使用 `awgn` 函数向调制后的信号添加高斯白噪声。 5. BPSK解调: 使用 `pskdemod` 对接收到的带噪信号进行解调。 6. BER计算: 使用 `comm.ErrorRate` 对象计算误比特率。 7. 迭代仿真: 改变SNR值，重复以上步骤，绘制BER随SNR变化的曲线。 8. 理论对比: 将仿真结果与理论BER公式进行对比。 3.2 QPSK调制与Rayleigh衰落信道下的BER性能仿真 1. 系统设置: 类似BPSK仿真，但需要定义Rayleigh衰落信道的参数（多普勒频移、延迟扩展等）。 2. QPSK调制: 使用 `qammod`（M=4）进行QPSK调制。 3. Rayleigh衰落信道: 创建 `rayleighchan` 对象，并使用 `filter` 函数将调制信号通过信道。 4. QPSK解调: 使用 `qamdemod` 进行QPSK解调。 5. BER计算: 计算BER。 6. 迭代仿真: 改变SNR和衰落信道参数，绘制BER曲线。 3.3 卷积码在AWGN信道下的纠错性能仿真 1. 系统设置: 定义编码率、约束长度、译码追溯长度等参数。 2. 数据生成: 生成随机二进制比特。 3. 卷积编码: 使用 `convenc` 进行编码。 4. AWGN信道: 向编码后的信号添加噪声。 5. 维特比译码: 使用 `vitdec` 进行译码。 6. BER计算: 比较原始数据和译码后数据的误比特率。 7. 性能分析: 观察在不同SNR下，卷积码的纠错能力。 3.4 简易OFDM系统仿真 1. OFDM原理: 介绍OFDM（正交频分复用）的基本原理，即利用多个正交子载波传输数据，以对抗频率选择性衰落。 2. IFFT/FFT: 使用 `ifft` 进行IFFT（逆快速傅里叶变换）生成OFDM时域信号，使用 `fft` 进行FFT实现OFDM解调。 3. 循环前缀（CP）: 介绍CP的作用，以及如何在Simulink或脚本中添加和移除CP。 4. 信道传输: 模拟OFDM信号通过多径信道。 5. 性能评估: 计算OFDM系统的BER。 3.5 相干与非相干解调的比较 1. 相干解调: 要求接收端知道载波的精确相位和频率，通常通过载波同步实现。 2. 非相干解调: 不需要精确的载波同步，例如差分相移键控（DPSK）的非相干解调。 3. 仿真比较: 仿真相同信道条件下，相干解调和非相干解调的BER性能差异，分析其优缺点。 第四部分：高级话题与进阶应用 4.1 误码率曲线的理论分析与拟合 MATLAB的符号计算工具箱: 演示如何使用 `syms` 和其他符号计算函数推导通信系统的理论BER公式。 曲线拟合: 使用 `polyfit` 或 `fit` 函数将仿真得到的BER数据拟合到理论曲线，进行误差分析。 4.2 功率谱密度（PSD）分析 Welch方法: 使用 `pwelch` 函数计算信号的功率谱密度，分析信号的频谱特性，帮助理解调制方式对频谱的影响。 4.3 联合仿真与硬件实现 MATLAB与FPGA/ASIC协同设计: 简要介绍MATLAB代码生成能力，以及如何将其用于FPGA或ASIC的设计流程。 软件定义无线电（SDR）: 介绍MATLAB与SDR硬件（如USRP、Xilinx Zynq）的接口，实现实时通信系统的建模与测试。 4.4 性能优化与设计考虑 调制方式的选择: 根据信道特性和传输速率要求，选择合适的调制方式。 编码增益分析: 评估不同信道编码对系统性能的提升。 系统参数的优化: 如发射功率、带宽、码率等。 结论 MATLAB R2016a通信工具箱为通信系统建模与仿真提供了一个强大且易于使用的平台。通过对基本原理的深入理解，结合丰富的工具箱函数和灵活的仿真方法，用户可以有效地构建、分析和优化各种复杂的通信系统。本文从基础到进阶，提供了全面的指导和实际案例，旨在帮助读者掌握通信系统建模与仿真的核心技能，为未来通信技术的研究与开发奠定坚实的基础。随着通信技术的不断进步，掌握MATLAB仿真工具将是每一位通信工程师和研究人员必备的素质。

评分☆☆☆☆☆

这本书的出版，在当前这个通信技术飞速发展的时代，无疑是对广大通信专业学生和工程师的一份宝贵馈赠。我翻看了目录，其中涵盖了从基础的OFDM系统到一些更前沿的编码技术，这让我看到了作者在内容上的广度和深度。我个人尤其对书中提及的“案例分析”部分非常感兴趣。我常常觉得，学习通信系统，尤其是建模和仿真，最难的部分在于如何将理论知识转化为实际的工程应用。很多教科书虽然提供了扎实的理论基础，但往往在如何进行仿真建模方面指导不足。这本书以“案例分析”的方式，我相信能够有效地弥补这一空白。我期待书中能够提供清晰的建模思路，一步步地引导读者完成仿真，并且对仿真结果进行深入的剖析，帮助我们理解不同参数设置对系统性能的影响。这种“知其然，更知其所以然”的学习方式，对于培养扎实的工程实践能力至关重要。如果书中在每个案例中都能提供完整的MATLAB代码，并且对代码的每一部分进行详细的注释和解释，那将是极大的福音，能够极大地加速我们的学习进程，让我们能够快速地掌握通信系统仿真的核心技能。

评分☆☆☆☆☆

我一直对通信系统仿真领域充满好奇，特别是如何利用MATLAB这样的强大工具来模拟和分析复杂的通信链路。这本书名中的“28个案例分析”让我眼前一亮，这暗示着书中并非停留在理论层面，而是提供了大量的实操指导。我特别看重那些能够帮助我理解通信系统基本原理的案例，比如不同调制解调技术的性能对比，或者在噪声和干扰环境下系统的鲁棒性分析。如果书中能够详细讲解每个案例的建模步骤，包括如何从系统需求出发，逐步构建仿真模型，并对模型中的关键参数进行解释，那就太有价值了。我期待书中能够清晰地展示MATLAB代码，并且对代码的逻辑和实现方式进行详尽的说明，确保我这个MATLAB初学者也能够理解。此外，仿真结果的分析是至关重要的一环，我希望书中能够指导读者如何解读仿真图表，并从中得出有意义的结论，从而加深对通信系统设计的理解。这本书的出现，让我看到了一个将理论与实践紧密结合的学习机会。

评分☆☆☆☆☆

这本书的封面设计简洁大方，透着一股专业和严谨的气息。拿到手中，沉甸甸的分量也让我对其中的内容充满期待。我最看重的是书中“28个案例分析”这几个字。在通信系统学习的过程中，理论固然重要，但缺乏实践的理论往往是苍白的。我一直渴望找到一本能够将抽象的通信原理，通过实际的MATLAB仿真案例，生动地呈现在我眼前的书籍。我期待书中能够涵盖一些我一直想深入了解的通信技术，比如先进的编码技术，或者复杂的无线通信系统模型。更重要的是，我希望每个案例的讲解都能详略得当，既有清晰的步骤和代码，又能深入剖析原理，让我不仅能“照葫芦画瓢”地完成仿真，更能理解“为什么这么做”。如果书中还能提供一些关于仿真结果评估和优化的指导，那就更加完美了。这本书，对于我这样希望将理论知识转化为实际工程能力的学习者来说，无疑是一份重要的学习资源。

评分☆☆☆☆☆

拿到这本《MATLAB R2016a通信系统建模与仿真28个案例分析》，我第一时间就翻阅了目录，心中涌起一股强烈的学习冲动。作为一名通信专业的学生，我深切体会到理论知识与实践能力之间的鸿沟。很多时候，我们对着公式和原理苦思冥想，却难以将其转化为实际可运行的仿真程序。这本书以“28个案例分析”为切入点，无疑提供了一个绝佳的学习路径。我非常期待书中能够深入浅出地讲解每一个案例的仿真过程，不仅仅是给出代码，更重要的是解释代码背后的设计思想和原理。例如，对于某个特定的调制方案，书中能否详细解释为什么选择这种调制方式，其优缺点是什么，然后在MATLAB中如何具体实现？对于信道建模，书中能否针对不同的信道环境，例如AWGN、衰落信道等，给出详细的仿真方法，并且展示不同信道对系统性能的影响？如果书中能够做到这一点，那么这本书的价值将远超一般的技术手册，而成为一本真正能够指导实践的“宝典”。我希望作者能够用通俗易懂的语言，将复杂的通信系统概念，通过生动的案例，呈现在我们面前。

评分☆☆☆☆☆

刚刚拿到这本《MATLAB R2016a通信系统建模与仿真28个案例分析》，还没来得及深入研读，但从整体的装帧和目录来看，就已经让我对它充满了期待。书中“28个案例分析”的字样，无疑是吸引我的最大亮点。我一直觉得，理论学习如果不能与实际操作相结合，往往会流于空泛。通信系统这种本身就高度依赖于算法和仿真设计的学科，更是如此。很多时候，我们死记硬背公式、推导原理，但当真正面对一个复杂的通信场景，想要搭建仿真模型时，却无从下手。这本书显然是瞄准了这一痛点，通过精选的28个案例，希望能够手把手地带领读者，将那些抽象的概念转化为可执行的MATLAB代码。我尤其关注那些涉及实际通信链路的仿真，比如信道建模、调制解调方案的对比、以及一些经典的通信系统架构的实现。如果书中能够详细阐述每个案例的背景、要解决的问题、模型的设计思路、MATLAB代码的编写细节，以及仿真结果的分析和解读，那这本书的实用价值将是巨大的。我希望作者能够不吝笔墨，将每一个案例的细节都讲透，让我们这些初学者能够真正地“看懂”并“学会”如何用MATLAB来解决通信系统设计中的实际问题。