本書以MATLAB R2016a為平臺,通過大量的MATLAB、Simulink仿真實例,加深讀者對通信系統(tǒng)原理的理解。本書共9章,前8章主要包括仿真思想的引入、MATLAB語言及Simulink仿真基礎(chǔ)、MATLAB計算和可視化、信號系統(tǒng)分析基礎(chǔ)、模擬信號的數(shù)字傳輸、數(shù)字信號基帶傳輸、載波調(diào)制、數(shù)字信號處理應(yīng)用等內(nèi)容。第9章綜合篇,提供了通信系統(tǒng)原理仿真、語音信號處理、計算機視覺這三個方向的4個設(shè)計項目,供讀者在學(xué)習(xí)前面章節(jié)的基礎(chǔ)上,對仿真技術(shù)加以綜合運用。

本書中所舉的大量實例有助于讀者對通信原理及仿真實踐的理解,設(shè)計項目也提供了必要的程序框架和參考資料,可作為高等院校通信工程、電子信息技術(shù)等專業(yè)學(xué)生的通信仿真課程教材和參考書。本書適合所有MATLAB編程愛好者和使用MATLAB的不同專業(yè)大學(xué)生閱讀，還可供研究生、科研工作人員及高校教師參考。

本書是《基于MATLAB的通信系統(tǒng)仿真》（北京航空航天大學(xué)出版社出版）一書的升級版本。第1版圖書曾在過去十幾年時間里得到全國近百所高校老師的認可。第2版較第1版更實用，除了講解通信系統(tǒng)工作原理，還介紹了通信仿真方法，理論課和實驗課的素材都能在這本書里獲得。書中所有程序代碼均可通過掃描書中二維碼免費獲得。授課老師可通過前言中給出的聯(lián)系方式獲取實驗課電子版材料。

MATLAB是由美國的MathWorks公司推出的一種科學(xué)計算和工程仿真軟件,將高性能的科學(xué)計算、結(jié)果可視化和編程集中在一個易于操作的環(huán)境中。目前,在世界范圍內(nèi)被科研工作者、工程技術(shù)人員和院校師生廣泛應(yīng)用。本書通過大量的MATLAB、Simulink仿真實例,加深讀者對通信系統(tǒng)建模與仿真的理解。

全書共9章。第1章介紹仿真的基本思想以及通信系統(tǒng)仿真的方法等；第2 章介紹MATLAB/Simulink的基本操作、通信系統(tǒng)工具箱等內(nèi)容；第3章介紹運用MATLAB進行數(shù)值計算的方法,以及二維/三維圖形繪制的常用命令等；第4章介紹傅里葉變換和隨機過程等信號系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)；第5章介紹抽樣量化編碼三個步驟；第6章介紹基帶信號的碼型、碼間串?dāng)_、基帶傳輸?shù)牟铄e率分析；第7章介紹AM、DSB、FM、ASK、FSK、PSK、DPSK、OFDM 調(diào)制解調(diào)過程的仿真；第8章介紹DSP工具箱的使用以及運用DSP工具箱進行濾波器設(shè)計的方法；第9章提供通信系統(tǒng)原理仿真、語音信號處理、計算機視覺這三個方向的4個設(shè)計項目,供讀者在學(xué)習(xí)前面章節(jié)的基礎(chǔ)上,對仿真技術(shù)加以綜合運用和實踐。前8章各內(nèi)容均通過MATLAB函數(shù)或Simulink模塊進行仿真,第9章各設(shè)計項目也提供了必要的程序框架和參考資料。

本書層次分明,淺顯易懂,大量的實例有助于讀者對通信系統(tǒng)原理及仿真實踐的理解。第2版在保持第1版風(fēng)格的基礎(chǔ)上,對內(nèi)容和結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化；對所有Simulink模型進行了升級；增加了綜合實踐項目；刪去了每章課后練習(xí),計劃重新編寫配套上機實踐教程；適合高等院校通信工程、電子信息技術(shù)等專業(yè)學(xué)生作為通信仿真課程教材和參考書。

參與本書編寫工作的教師有:西南交通大學(xué)的張瑾,黃淮學(xué)院的周原、姚巧鴿,成都大學(xué)的趙靜。本書在編寫過程中得到了北京航空航天大學(xué)出版社的幫助和支持,作者在此表示誠摯的感謝! 作者還要感謝家人潘磊、潘若葭、張海明、吳啟榮的全力支持,沒有家人們的鼓勵和擔(dān)當(dāng),書稿不可能按期完成；同時感謝西南交通大學(xué)的李永輝、陳林秀、易慶萍、楊乃琪、孟軍和黃淮學(xué)院的鄭來文、陳中顯、王單等同事在書稿內(nèi)容選取、文字校對方面所提供的幫助。

本書擬配備實驗教材電子版,僅供訂購教材的教師使用,索取郵箱goodtextbook@126.com,聯(lián)系電話010 82317036。本書為讀者免費提供程序源代碼,以二維碼的形式印在扉頁及前言后,請掃描二維碼下載。讀者也可通過網(wǎng)址http://www.buaapress.com.cn/upload/download/20170920mtsi.zip或者http://pan.baidu.com/s/1pLVzmKb下載該源代碼。

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由于作者水平有限,加之時間倉促,書中錯漏之處在所難免,懇請廣大讀者批評指正。作者聯(lián)系方式: zhangjin_em@hotmail.com。

編 者

2017年5月

張瑾：通信工程專業(yè)教師，主要從事通信與信息處理、數(shù)字圖像處理、計算機視覺、虛擬仿真等方面的教學(xué)和研究工作，參與醫(yī)學(xué)影像分析、建模、

可視化等相關(guān)內(nèi)容的基礎(chǔ)研究工作 。長期從事《通信系統(tǒng)建模與仿真》本科課程教學(xué)。

周原，副教授，長期從事通信工程專業(yè)一線教學(xué)，主講通信工程和電子信息工程專業(yè)本科生通信原理、移動通信、通信系統(tǒng)建模與仿真、通信工程專業(yè)導(dǎo)論等課程。主要研究方向為新一代移動通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)及應(yīng)用等，近年來主持和參與省部級以上項目十余項，發(fā)表科研、教研論文二十余篇，指導(dǎo)學(xué)生參加全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽挑戰(zhàn)杯等學(xué)科競賽獲省級一等獎、二等獎多項。

第1章 仿真思想的引入………………………………………………………………… 1

1.1 仿真的定義和分類………………………………………………………………… 1

1.1.1 仿真的定義……………………………………………………………………… 1

1.1.2 仿真的分類……………………………………………………………………… 1

1.1.3 仿真技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用………………………………………………………… 2

1.2 通信系統(tǒng)仿真……………………………………………………………………… 4

1.2.1 通信系統(tǒng)………………………………………………………………………… 4

1.2.2 通信系統(tǒng)模型…………………………………………………………………… 4

1.2.3 通信系統(tǒng)仿真的概念和意義…………………………………………………… 5

1.2.4 通信系統(tǒng)仿真的一般流程……………………………………………………… 6

1.3 通信系統(tǒng)仿真方法和仿真工具…………………………………………………… 6

1.3.1 通信系統(tǒng)仿真方法……………………………………………………………… 6

1.3.2 通信系統(tǒng)仿真工具……………………………………………………………… 7

第2章 MATLAB語言及Simulink仿真基礎(chǔ)…………………………………………… 8

2.1 MATLAB概述………………………………………………………………………… 8

2.1.1 MATLAB家族……………………………………………………………………… 8

2.1.2 MATLAB發(fā)展及特點……………………………………………………………… 11

2.1.3 MATLAB R2016b界面環(huán)境…………………………………………………………12

2.2 MATLAB基本語法和基本操作……………………………………………………… 15

2.2.1 變量賦值………………………………………………………………………… 15

2.2.2 矩陣運算………………………………………………………………………… 16

2.2.3 程序控制語句…………………………………………………………………… 18

2.2.4 基本繪圖方法…………………………………………………………………… 21

2.3 Simulink簡介…………………………………………………………………… 24

2.3.1 Simulink家族及主要功能…………………………………………………… 24

2.3.2 Simulink基本模塊庫………………………………………………………… 27

2.3.3 Simulink建模仿真的操作過程……………………………………………… 29

2.4 MATLAB/Simulink在通信仿真中的應(yīng)用………………………………………… 31

第3章 MATLAB計算和可視化………………………………………………………… 34

3.1 符號計算基礎(chǔ)……………………………………………………………………… 34

3.2 矩陣及線性代數(shù)方程組的求解…………………………………………………… 35

3.2.1 符號矩陣的創(chuàng)建………………………………………………………………… 36

3.2.2 符號矩陣的運算………………………………………………………………… 36

3.2.3 代數(shù)方程組的求解……………………………………………………………… 37

3.3 函數(shù)的極限及微積分運算………………………………………………………… 38

3.3.1 函數(shù)求極限……………………………………………………………………… 38

3.3.2 微分與Jacobian矩陣………………………………………………………… 39

3.3.3 積分運算………………………………………………………………………… 40

3.3.4 微分方程(組)的求解……………………………………………………………41

3.4 用MATLAB繪制二維圖形………………………………………………………… 42

3.4.1 MATLAB圖形繪制的基本步驟………………………………………………… 42

3.4.2 MATLAB基本繪圖命令………………………………………………………… 43

3.4.3 二維圖形的創(chuàng)建及曲線顏色、線型、數(shù)據(jù)點型設(shè)置……………………… 44

3.4.4 二維圖形的標(biāo)注……………………………………………………………… 46

3.4.5 幾種特殊二維圖形的繪制………………………………………………………48

3.5 三維圖形的繪制…………………………………………………………………… 54

3.5.1 三維圖形的基本繪制方法………………………………………………………54

3.5.2 典型三維圖形的繪制……………………………………………………………56

第4章 信號系統(tǒng)分析基礎(chǔ)……………………………………………………………… 60

4.1 概 述……………………………………………………………………………… 60

4.2 傅里葉變換的主要性質(zhì)及傅里葉變換對………………………………………… 63

4.2.1 周期信號的傅里葉級數(shù)………………………………………………………… 63

4.2.2 傅里葉變換及其性質(zhì)…………………………………………………………… 66

4.3 功率和能量………………………………………………………………………… 74

4.4 隨機變量的產(chǎn)生…………………………………………………………………… 75

4.5 高斯過程…………………………………………………………………………… 79

4.6 隨機過程和白噪聲的功率譜……………………………………………………… 82

4.6.1 隨機過程的能量和功率譜密度………………………………………………… 82

4.6.2 白噪聲功率譜密度和二進制隨機數(shù)序列……………………………………… 85

4.7 隨機過程的線性濾波……………………………………………………………… 88

第5章 模擬信號的數(shù)字傳輸………………………………………………………… 94

5.1 概 述……………………………………………………………………………… 94

5.2 抽樣定理…………………………………………………………………………… 96

5.2.1 低通抽樣定理…………………………………………………………………… 96

5.2.2 帶通抽樣定理………………………………………………………………… 100

5.3 量 化……………………………………………………………………………… 101

5.3.1 標(biāo)量量化……………………………………………………………………… 101

5.3.2 均勻量化……………………………………………………………………… 105

5.3.3 非均勻量化…………………………………………………………………… 106

5.4 PCM 編碼………………………………………………………………………… 113

5.5 DPCM …………………………………………………………………………… 115

第6章 數(shù)字信號基帶傳輸…………………………………………………………… 117

6.1 數(shù)字基帶信號的碼型…………………………………………………………… 117

6.2 碼型的功率譜分布……………………………………………………………… 124

6.2.1 理論分析……………………………………………………………………… 124

6.2.2 MATLAB程序?qū)崿F(xiàn)…………………………………………………… ……… 125

6.3 碼間串?dāng)_………………………………………………………………………… 128

6.3.1 基帶傳輸系統(tǒng)模型及碼間串?dāng)_的定義……………………………………… 128

6.3.2 無碼間串?dāng)_的傳輸條件……………………………………………………… 129

6.3.3 降低碼間串?dāng)_的脈沖波形…………………………………………………… 130

6.3.4 眼 圖………………………………………………………………………… 132

6.4 基帶傳輸?shù)牟铄e率分析………………………………………………………… 137

6.4.1 分析模型……………………………………………………………………… 138

6.4.2 MATLAB提供的分析工具…………………………………………………… 138

6.4.3 分析舉例……………………………………………………………………… 139

第7章 載波調(diào)制…………………………………………………………………… 143

7.1 模擬調(diào)制………………………………………………………………………… 143

7.1.1 標(biāo)準(zhǔn)AM 調(diào)制………………………………………………………………… 143

7.1.2 DSB調(diào)制……………………………………………………………………… 146

7.1.3 頻率調(diào)制FM ………………………………………………………………… 148

7.2 幅移鍵控ASK ………………………………………………………………… 150

7.2.1 調(diào)制原理介紹………………………………………………………………… 150

7.2.2 調(diào)制舉例……………………………………………………………………… 150

7.3 頻移鍵控FSK …………………………………………………………………… 152

7.3.1 原理介紹……………………………………………………………………… 152

7.3.2 調(diào)制舉例……………………………………………………………………… 152

7.3.3 解調(diào)與檢測…………………………………………………………………… 154

7.4 相移鍵控PSK和DPSK ………………………………………………………… 163

7.4.1 PSK調(diào)制原理介紹…………………………………………………………… 163

7.4.2 PSK調(diào)制舉例………………………………………………………………… 164

7.4.3 PSK解調(diào)與檢測……………………………………………………………… 167

7.4.4 DPSK調(diào)制與解調(diào)…………………………………………………………… 175

7.5 多載波調(diào)制與OFDM …………………………………………………………… 180

7.5.1 OFDM 的基本原理…………………………………………………………… 180

7.5.2 OFDM 的實現(xiàn)………………………………………………………………… 181

第8章 數(shù)字信號處理應(yīng)用………………………………………………………… 186

8.1 DSP系統(tǒng)工具箱簡介…………………………………………………………… 186

8.1.1 信號源模塊組………………………………………………………………… 187

8.1.2 濾波器模塊組………………………………………………………………… 187

8.1.3 數(shù)學(xué)函數(shù)模塊組……………………………………………………………… 188

8.1.4 量化器模塊組………………………………………………………………… 189

8.1.5 信號運算模塊組……………………………………………………………… 189

8.1.6 信號管理模塊組……………………………………………………………… 190

8.1.7 信號變換模塊組……………………………………………………………… 191

8.1.8 統(tǒng)計模塊組…………………………………………………………………… 191

8.1.9 信宿模塊組…………………………………………………………………… 192

8.2 模型的建立……………………………………………………………………… 193

8.3 信號的濾波……………………………………………………………………… 195

8.3.1 使用fdesign設(shè)計濾波器…………………………………………………… 195

8.3.2 使用Filter Builder設(shè)計濾波器………………………………………… 198

8.3.3 設(shè)計一個低通濾波器………………………………………………………… 198

8.3.4 設(shè)計一個自適應(yīng)濾波器……………………………………………………… 201

第9章 綜合篇……………………………………………………………………… 207

9.1 模擬信號的數(shù)字化過程設(shè)計項目……………………………………………… 207

9.2 電話按鍵撥號器的仿真設(shè)計項目……………………………………………… 210

9.3 語音識別系統(tǒng)設(shè)計項目………………………………………………………… 213

9.4 自動人臉識別系統(tǒng)設(shè)計項目…………………………………………………… 215

參考文獻…………………………………………………………………………………… 217