matlab与通信仿真实验指导书(下)
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《Matlab与通信仿真》实验指导书(下)
刘毓 杨辉 徐健 和煦 黄庆东 吉利萍编著
上课时间： 学年第 学期
系 部：
班 级：
姓 名：
班内序号：
指导教师：
实验课程成绩：
通信与信息工程学院
2009-12
目 录
实验一 MATLAB基础实验 ......................................................... 1
实验一成绩
实验二 绘图和确知信号分析实验 ............................................... 8
实验二成绩
实验三 随机信号与数字基带实验 ............................................. 15
实验三成绩
实验四 模拟调制实验 ................................................................. 24
实验四成绩
实验五 模拟信号数字传输实验（一） ..................................... 32
实验五成绩
实验六 模拟信号数字传输实验（二） ..................................... 39
实验六成绩
实验七 数字频带传输系统实验 ................................................. 45
实验七成绩
实验八 通信系统仿真综合实验 ................................................. 57
实验八成绩
Matlab与通信仿真
1 实验一 MATLAB基础实验
一、实验目的
了解MATLAB 程序设计语言的基本特点，熟悉MATLAB软件运行环境
掌握创建、保存、打开m文件及函数的方法
掌握变量等有关概念，具备初步的将一般数学问题转化为对应的计算机模型并进行处理
的能力
二、实验内容及步骤
1.在Command Window里面计算
①(358)510；
②sin(3)9/5；
③123456789A，789456123B，计算：,,\,/CABDABACCB；
④31.247.56.63.15.43.46.1A，求1,,AAA；
⑤12345678iiZii，输入复数矩阵；
2.建立.m文件，用for循环语句生成50×50的矩阵A：12502351505199,将A矩阵进行水平和垂直翻转得到矩阵B和C。将A矩阵的前10行，10列变成0并赋值给D。
3.建立.m文件，随机产生一个50×50的矩阵，元素值为从0到255，要求用0和255对该矩阵进行标记，元素值大于128的标记为255，元素值小于128的标记为0。
4.产生一个均值为2.4方差为0.2大小为3×4的随机矩阵。
5.（选做）编写函数使用0.618搜索法（近似黄金分割法）求给定函数的极值：搜索法求解0min()tt的基本过程：给出[a,b]，使得t在[a,b]中。[a,b]称为搜索区间。迭代缩短[a,b]的长度。当[a,b]的长度小于某个预设的值，或者导数的绝对值小于某个预设的正数，则迭代终止。
Matlab与通信仿真
2
以函数30min()21tttt，作为处理对象，其中搜索区间定为[0,3],精度定为0.5。
三、预习报告：（原理，流程图，编程思想，基本程序） Matlab与通信仿真
3 Matlab与通信仿真
4 Matlab与通信仿真
5 四、实验报告：（调试好的程序，实验结果及分析） Matlab与通信仿真
6 Matlab与通信仿真
7 Matlab与通信仿真
8 实验二 绘图和确知信号分析实验
一、实验目的
掌握二维平面图形的绘制方法，能够使用这些方法进行常用的数据可视化处理
理解周期信号的傅里叶级数展开的物理意义
掌握信号的傅里叶变换及其反变换
二、实验原理
1.周期信号的傅里叶级数
若一周期信号ftftkT，其中k为整数，T成为信号的周期。若周期信号在一个周期内可积，则可通过傅里叶级数对该信号进行展开。其傅里叶展开式如下：
2sjnftnnftFe，/22/21sTjnftnTFftedtT
其中，T为信号最小周期；1/sfT为信号的基波；nF为傅里叶展开系数，其物理意义为频率分量snf的幅度和相位。
2.信号的傅里叶变换及其反变换
对于非周期信号st，满足绝对可积的条件下，可利用傅里叶变换对其进行频域分析。
2jftSfstedt，2jftstSfedf
其中，Sf称为信号st傅里叶变换，表示了该信号的频谱特性。
三、实验内容
1．假设N=12。对于M=4，5，7，10，在0≤n≤2N-1区间上画出)2sin(][NnMnxM，并添上适当标注。用plot和stem分别绘制该信号，并比较。
2．设周期信号一个周期[0，T]的波形为1,0/20/2tTstTtT，，其中T=1。求该信号傅里叶级数展开式，并用MATLAB画出傅里叶级数展开后的波形，并通过展开式项数的变化考察其对st的逼近程度，考察其物理意义。
3．设非周期信号1,01/201/21tstt，，求该信号的傅里叶变换，MATLAB画出傅里叶变换后的频谱，并对频谱进行反变换，画出st的波形。
Matlab与通信仿真
9 四、预习报告：（原理，流程图，编程思想，基本程序） Matlab与通信仿真
10 Matlab与通信仿真
11 Matlab与通信仿真
12 五、实验报告：（调试好的程序，实验结果及分析） Matlab与通信仿真
13 Matlab与通信仿真
14 Matlab与通信仿真
15 实验三 随机信号与数字基带实验
一、实验目的
掌握库函数产生随机数方法
基带信号波形生成和其功率谱密度
理解采用蒙特卡罗算法仿真的思想
二、实验原理
（一）.库函数产生随机数
① 均匀分布的随机数
利用MATLAB库函数rand产生。rand函数产生（0，1）内均匀分布的随机数，使用方法如下：
1）x=rand(m)；产生一个m×m的矩阵，所含元素取值均为在（0，1）内均匀分布的随机数。
2）x=rand(m，n)；产生一个m×n的矩阵，所含元素取值均为在（0，1）内均匀分布的随机数。
3）x=rand；产生一个随机数。
4）调用rand(1,N)给出均值为0.5，功率为1/12=0.083的白噪声。
5）调用rand(1,N)给出均值为0.5，功率为20.083n的白噪声，现在要均值为0，功率为0.01。
② 高斯分布的随机数
randn函数产生均值为0，方差为1的高斯分布的随机数，使用方法如下：
1）x=randn(m)；产生一个m×m的矩阵，所含元素都是均值为0，方差为1的高斯分布的随机数。
2）x=randn(m，n)；产生一个m×n的矩阵，所含元素都是均值为0，方差为1的高斯分布的随机数。
3）x=randn；产生一个均值为0，方差为1的高斯分布的随机数。
4）调用randn，生成均值为0，方差为1，服从高斯分布的白噪声信号u(n)。
（二）.基带信号波形生成和信号的功率谱密度
1).要画出完整的基带信号波形，每一个码元要采 n个样值。
2）信号)(tf的功率谱密度为：TFimlPTT2)()(。
（三）.蒙特卡罗算法
蒙特卡罗估计是指通过随机实验估计系统参数值的过程。蒙特卡罗算法的基本思想：由概率论可知，随机实验中实验的结果是无法预测的，只能用统计的方法来描述。故需进行大量的随机实验，如果实验次数为N，以AN表示事件A发生的次数。若将A发生的概率近似Matlab与通信仿真
16 为相对频率，定义为ANN。这样，在相对频率的意义下，事件A发生的概率可以通过重复无限多次随机实验来求得，即：limANNPAN
在二进制数字通信系统中，若N是发送端发送的总码元数，AN是差错发生的次数，则总误码率可通过蒙特卡罗算法计算。
三、实验内容
1．产生随机数。
利用rand函数产生5×4的（0，2）内均匀分布的随机数；
利用randn函数产生5×4的均值为0，方差为2的高斯分布的随机数。
2．利用随机数产生单极性基带信号，每一个码元要采 8个样值，并画出其波形和功率谱密。
3．利用蒙特卡罗算法仿真二进制双极性基带通信系统的误码率。
假定通信系统满足以下条件：
① 信源输出的数据符号是相互独立和等概的双极性基带信号
② 发送端没有发送滤波器，接收端没有接收滤波器
③ 信道是加性高斯白噪声信道
数字基带信号传输系统模型如图1所示：
发送滤波器接收滤波器噪声抽样判决器
图1 数字基带信号传输系统模型
当1012PP时0dV，误码率：1A12222enrPerfcerfc，利用2/21()2txQxedt，22()txerfcxedt，可得1()()22xQxerfc，故可用Q函数表示误码率()ePQr。抽样判决器输入信噪比：22Anr 抽样判决器输入信号为：121A10A0rnrn，发，发
A为判决器输入有用信号电压，1n，2n为信道输入的均值为0，方差为2n高斯噪声。
通信系统的蒙特卡罗仿真模型如图2所示。编程实现二进制基带通信系统的误码率的蒙特卡罗仿真，并和理论误码率比较。
