华南农业大学【通信系统仿真使用Matlab实验chapter2】

Matlab通信系统仿真实验

实验一熟悉基本的Matlab仿真环境

一、实验目的

1、熟悉Matlab仿真环境，编制简单的matlab程序，熟悉基本的调试技巧等。认为学生已经掌握Matlab的基本语法和基本操作。

2、熟悉基本的Matlab中通信仿真工具，相关的函数和命令等的基本使用，包括基本的通信模块相关命令函数，plot相关的命令函数

3、计算机通信仿真的基本的技术和方法

二、知识要点

1、Matlab概述

Matlab是由美国的MathWorks公司推出的一种科学计算和工程仿真软件。Matlab将高性能的科学计算、结果可视化和编程集中在一个易于操作的环境中，提供了大量的内置函数，具有强大的矩阵计算和绘图功能，适用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真和设计工作。目前，在世界范围内被科研工作者、工程技术人员和院校师生广泛采用。

2、Matlab中的通信仿真工具

实现基本的Matlab通信仿真，有两种基本的途径：第一种，用matlab的基本运算和操作实现基本的通信功能模块，当然前提是对这些基本的通信功能模块的概念和原理非常的清晰。另一种途径是，利用Matlab中提供的专业通信工具箱中的函数实现。前提是对这些函数功能非常明确，并熟悉其使用的算法和调用的方法，尤其是参数的理解和设置。Matlab工具箱中包括100多个Matalb函数可用于通信算法的开发、系统分析及设计。通信工具箱能完成如下任务：

1)信源编码及量化

2)高斯白噪声信道模型

3)差错控制编码

4)调制和解调

5)发送和接收滤波器

6)基带和调制信道模型

7)同步，包括模拟和数字锁相环

8)多址接入，包括CDMA,FDMA,TDMA.

9)分析结果和比较系统误码率的图形用户界面

10)用于通信信号可视化图形分析和绘制，包括眼图，星座表等。

11)新增的信道可视化工具用于进行时变信道的可视化和开发。

3、Matlab中的绘图功能

Matlab为用户提供了结果可视化功能，只要在命令窗口输入相应的命令，结果就会用图形

4、基本的计算机通信仿真的技术和方法

蒙特卡罗仿真建立在机率游戏的基础上，因此，以赌城蒙特卡罗命名。其含义是利用蒙特卡罗方法估计系统参数（例如，误比特率）的仿真。几个相关的概念和说明：

✓蒙特卡罗估计：通过随机试验估计参数值。

✓相对频率：进行大量的随机试验，试验次数为N，以NA表示事件A 发生的次数。

将事件A 发生的概率近似为相对频率，其定义为NA/ N 。

✓在相对频率的意义下，事件A 的概率可以通过重复无限多次随机试验来求得，即：NA/ N的值就是P(A)的估计器。

✓由于实验是随机的，N是有限的实验次数，NA是随机变量，故估计器也是随机变量。

该变量的统计形式决定了其精准度

三、实验内容及步骤

1、使用下面的例子熟悉描述绘图的基本步骤：

【matlab程序】：

x=[-5:0.1:5];

y1=sin(x);

y2=cos(x) ;%准备绘图数据

figure(1) ;%打开图形窗口

subplot(2,1,1) ;%确定第一幅图绘图窗口

plot(x,y1) ;%以x，y1绘图

title('plot(x,y1)');%为第一幅图取名为plot(x,y1)

grid on;%为第一幅绘制网格线

subplot(2,1,2);%确定第二幅图绘图窗口

plot(x,y2);%以x，y2绘图

xlabel('time');%第二副图横坐标名为‘time’

ylabel('y');%第二幅图纵坐标名为‘y’

figure(2) ;%打开图形窗口2

subplot(2,1,1) ;%图形窗口2中第一幅图的绘图窗口

stem(x,y1, 'r') ;%绘制红色的脉冲图

subplot(2,1,2);%图形窗口2中第二幅图的绘图窗口

errorbar(x,y1, 'g');%绘制绿色的误差条形图

【程序运行结果】；

2、运用下面的实例熟悉三维绘图步骤和相关函数【matlab程序】：

%空间曲线绘制

x=[-2 :0.2 :2] ;

y1=sin(x) ;

y2=cos(x) ;

plot3(y1,y2,x) ;

grid on ;%空间曲面绘制

x=[-2 :0.2 :2] ;

y=x ;

[X,Y]=meshgrid(x,y) ;%生成x-y坐标“格点”矩阵Z=2.*exp(-X.^2-Y.^2) ;

subplot(2,2,1);

surf(Z);%绘制曲面

shading flat;%把曲面上的小格平滑掉

subplot(2,2,2);

mesh(Z);%绘制网格曲面

subplot(2,2,3);

meshc(Z);%等高线投影到平面上

subplot(2,2,4);

surfl(Z);

view(20,0);%变换立体图视角

【程序运行结果】：

实验2常用信号源和噪声源的仿真

一、实验目的

1、针对教材第二章的教学内容：随机变量的产生仿真、随机过程的功率谱分析仿真、随机

过程通过线性系统的输出信号仿真、带通过程的低通等效仿真等，进行相关内容的熟悉，实践和知识的应用。

2、熟悉上述仿真中的重要的matlab命令或函数。

3、理解信源和噪声源的随机性及其数学模型，进行不同性质随机过程（例如，包括低通随

机过程、带限低通随机过程、带通随机过程）的分析和仿真（主要包括产生的方法，随机过程的数字统计特征，包括：均值，方差矩阵，自相关函数，功率谱等）。

二、知识要点

1、一种产生高斯分布随机变量的方法（步骤）：

产生（0,1）内均匀分布的随机变量A

利用产生瑞利分布随机变量R

产生（0,1）内均匀分布的随机变量B，则：是服从均匀分布的随机变

量

利用

产生一对高斯分布的随机变量。

注意：参数是C和D的方差

2、一个平稳随机过程的频域特性用功率谱表征，功率谱和随机过程自相关函数

互为傅里叶变换和反变换，即：

对于离散时间序列，计算该序列的的自相关，其定义如下：

同样，求自相关函数的离散傅里叶变换（DFT）可得到的功率谱。DFT的定义为：