通信系统综合设计

《数字信号处理》上机实验指导手册

实验一：Matlab工具软件使用

1、实验目的

(1)熟悉matlab仿真工具软件，熟悉matlab软件的启动、程序运行。

(2)掌握matlab中一些基本的、常用的函数。

2、实验原理与方法

MATLAB（Matrix Laboratory）是Mathworks公司于1982年推出的一套高性能的数值计算和可视化软件。它集数值分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构成了一个方便且界面友好的用户环境。MATLAB的推出得到了各个领域专家学者的广泛关注。其强大的扩展功能为各个领域的应用提供了基础。由各个领域的专家学者相继推出了十几种MATLAB工具箱，信号处理工具箱就是其中之一，借助这一工具箱进行信号处理方面的研究，可大大节省时间。这些工具箱函数的使用可通过Help 命令得到。为了便于使用，下面简要介绍MATLAB的启动、编程和运行程序的过程，最后给出实验中可能用到的工具箱函数。

1．启动MATLAB系统及编程

在Windows 桌面上双击MATLAB6.5，启动MATLAB系统，Windows 工作平台上自动弹出一个窗口，其标题为MATLAB Command Window，称其为 MATLAB命令窗口。该窗口是用户与MATLAB解释器进行通信的工作环境，所有的MATLAB 函数、命令及程序都要在该命令窗口下运行。

在命令窗口中，用户可以发出MATLAB命令。每条命令输入并按回车键后，MATLAB系统便解释并执行之，显示命令执行结果。如果不想显示中间结果，可在相应命令后加分号即可。

应当注意，在命令窗口输入命令只适合一些简单的运算程序，不便于编辑修改较复杂的程序。这是因为直接在命令窗口输入的命令一经执行后，只记录其运行结果变量，如果有错误，就得再输入一遍（当然，有较简便的重新输入方法）。这样一来调试程序大麻烦。M文件为这种编辑运行程序过程提供了方便。

在MATLAB系统中，根据功能可将MATLAB系统所使用的外部文件分成几类，并用不同的扩展名作为标识。

（l）M文件以字母m为扩展名，一般为ASCII码文本文件，可以用任何文本编辑器进行编辑。

（2）MAT文件是MATLAB系统的二进制数据文件，用于保存MATLAB系统所

使用的数据。

（3）MEX文件是经过MATLAB编译系统编译的函数二进制可执行文件，可直接调入MATLAB系统中运行，运行速度比M文件快得多，所以常把已经调试好且比较大的M文件编译成MEX文件，供以后使用。M文件又分为程序M文件和函数M 文件。下面简要介绍实验过程中要用到的程序M文件的编辑与运行方法。

如前述，M文件为ASCII文本文件，可以用任何文本编辑器进行编辑。本实验只介绍在MATLAB命令窗口状态下M文件的编辑运行与修改。

1）新建M文件

在MATLAB命令窗口状态，选File－New－M-file，MATLAB系统弹出文件编辑窗口，类似于Windows的记事本（低版本MATLAB就是调用Windows 记事本），这时一切编辑就如同记事本一样。

2）运行与修改M文件

MATLAB采用的是行命令模式，用户每输入一条命令，回车后MATLAB就解释并执行这条命令，再根据要求显示运算结果。此外，MATLAB也可执行某个文件中的MATLAB语句序列（类似于DOS的批处理文件）。这两种模式一起构成了MATLAB 的解释环境。

当一个M文件编辑存盘后，在MATLAB命令窗口输入M文件名并回车，则MATLAB系统就逐行解释并执行该M文件中的命令序列（即程序）。若发现错误，则打开M文件修改，再运行。

2．实验用MATLAB函数简介

为了便于实验时查阅，下面简要介绍几种实验中可能要用到的MATLAB函数。

1）abs

功能：求绝对值（模值）。

格式：y=abs(x)

说明：

Y=abs(x)用于计算x的绝对值，当x为复数时，得到的是复数的模值。

当x为字符串时，abs(x)得到字符串的各个字符的ASCII码，例如，x=′123′，则abs(x)得到：

49 50 51。

2）angle

功能：求相角。

格式。ϕ=angle（h）

说明：ϕ=angle（h）用于求复矢量或复矩阵的相角（以弧度为单位），相角介于-π和+π之间。例如，对复数h可用两种方法表示：

h=x+jy=me j ϕ

则m 和ϕ可由x+jy 表示格式的复数求得

M=abs(h)

ϕ＝angle(h)

当然，也可由m 和ϕ求取h=x+jy 格式中的x 和y ：

h=m. ∗exp （i ∗ϕ）

x=real （h ）

y ＝imag （h ）

3）conv

功能：求卷积。

格式：c=conv （a ，b ）

说明：conv （a ，b ）用于求矢量a 和b 的卷积，即

c(n)=∑−+−=1

N 0k k)n (b )1k (a ，n=1，2，…

式中N 为矢量a 和b 的最大长度。例如，当a=[1 2 3]，b=［4 5 6］时，则

c=conv （a ，b ）

c=

4 13 28 27 18

此函数可直接用于求两个有限长序列的卷积。设x(n)和h(n)的长度分别为M 和N ，则计算二者卷积的MATLAB 语句如下：

y ＝conv （x ，h ）

y 的长度为N ＋M —1。

4）filter

功能：利用IIR 滤波器或FIR 滤波器对数据进行滤波。

格式：y=filter （b ，a ，x ）

［y ，zf ］＝filter （b ，a ，x ）

y ＝filter （b ，a ，x ，zi ）

说明：filter 利用数字滤波器对数据进行滤波，其实现采用直接Ⅱ型结构，因而适用于IIR 和FIR 两种滤波器。滤波器的系统函数为 H(z)=N -N 11M

M 110z a z a 1z b z b b ++++++−−−""

即滤波器系数a=[a 0 a 1 a 2…a N ]，b=[b 0 b 1 …b M ]，输入序列矢量为X 。

这里的标准形式为a 0=1，如果输入矢量a 时，a 0≠1，则MATLAB 将自动进行归一化系数的操作；如果a 0=0，则给出出错信息。

y=filter （b ，a ，x ）利用给定系数矢量a 和b 对x 中的数据进行滤波，结果放入y 矢量中，y 的长度取max （N ，M ）。