MATLAB基礎(chǔ)與實(shí)例進(jìn)階學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1MATLAB基礎(chǔ)基礎(chǔ)(jch)與實(shí)例進(jìn)階與實(shí)例進(jìn)階第一頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 2數(shù)字通信系統(tǒng)基本概念數(shù)字通信系統(tǒng)基本概念14.1數(shù)字調(diào)制數(shù)字調(diào)制/ /解調(diào)及其仿真解調(diào)及其仿真14.2信道編碼信道編碼/ /譯碼及其仿真譯碼及其仿真14.3典型數(shù)字通信仿真實(shí)例典型數(shù)字通信仿真實(shí)例14.4第1頁(yè)/共39頁(yè)第二頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 3第2頁(yè)/共39頁(yè)第三頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 4第3頁(yè)/共39頁(yè)第四頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 5第4頁(yè)/共

2、39頁(yè)第五頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 6參數(shù)名稱(chēng)參數(shù)值M-ary number（M維數(shù)）4Initial seed（初始化種子）37Sample time（采樣時(shí)間）0.01Random Integer Generator（隨機(jī)(su j)整數(shù)發(fā)生器）的主要參數(shù)M-PAM調(diào)制和解調(diào)器的主要參數(shù)參數(shù)名稱(chēng)參數(shù)值M-ary number（M維數(shù)）4Minimum distance （最小距離）2Constellation ordering（星座順序）Binary第5頁(yè)/共39頁(yè)第六頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 7AWGN Chan

3、nel（高斯白噪聲(zoshng)信道）的主要參數(shù)Discrete-Time Scatter Plot Scope（離散時(shí)間星座儀）的主要參數(shù)參數(shù)名稱(chēng)參數(shù)值Initial seed（初始化種子）67Es/No（dB）（信噪比）25Symbol period（符號(hào)周期）1參數(shù)名稱(chēng)參數(shù)值Samples per symbol（每符號(hào)采樣）1Offset（samples）（偏置）0Points displayed（顯示點(diǎn)數(shù)）1000New points per display（每次顯示的新跡）500第6頁(yè)/共39頁(yè)第七頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 8Error Rat

4、e Calculation（誤碼率計(jì)算(j sun)）的主要參數(shù)參數(shù)名稱(chēng)參數(shù)值Receive delay（接收延遲）0Computation delay（計(jì)算延遲）0Computation mode（計(jì)算模式）Entire frameOutput data（輸出數(shù)據(jù)）port第7頁(yè)/共39頁(yè)第八頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 9第8頁(yè)/共39頁(yè)第九頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 10M-PSK Modulator Baseband（M-PSK基帶調(diào)制器）的主要參數(shù)參數(shù)名稱(chēng)參數(shù)值M-ary number（M維數(shù)）8Phase off

5、set（rad）（相位偏差）pi/8Constellation ordering（星座順序）BinaryInput type（輸入類(lèi)型）Integer第9頁(yè)/共39頁(yè)第十頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 11第10頁(yè)/共39頁(yè)第十一頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 12 Bernoulli Binary Generator（伯努利二進(jìn)制隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器）的主要參數(shù)參數(shù)名稱(chēng)參數(shù)值Probability of a zero（0出現(xiàn)的概率）0.5Initial seed（初始化種子）61Sample time（采樣時(shí)間）0.1Frame-bas

6、ed output（基于幀輸出）使能Samples per frame（每幀采樣數(shù)）10M-FSK Modulator Baseband（MFSK基帶調(diào)制器）的主要參數(shù)參數(shù)名稱(chēng)參數(shù)值M-ary number（M維數(shù)）4Input type（輸入類(lèi)型）BitSymbol set ordering（符號(hào)順序）BinaryFrequency separation（Hz）（頻率間隔）10Phase continuity（相位連續(xù)性）DiscontinuousSamples per symbol（每符號(hào)采樣數(shù)）16第11頁(yè)/共39頁(yè)第十二頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 1

7、3第12頁(yè)/共39頁(yè)第十三頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 14GMSK Modulator Baseband（GMSK基帶調(diào)制器）的主要參數(shù)參數(shù)名稱(chēng)參數(shù)值Input type（輸入類(lèi)型）BitBT product（BT乘積）0.3Pulse length（symbol intervals）（符號(hào)間隔）3Symbol prehistory（符號(hào)前史）1Phase offset（rad）（相位偏置）0Samples per symbol（每符號(hào)采樣數(shù)）16第13頁(yè)/共39頁(yè)第十四頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 15第14頁(yè)/共39頁(yè)第

8、十五頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 161線(xiàn)性分組碼線(xiàn)性分組碼MATLAB中使用encode、decode可以(ky)實(shí)現(xiàn)線(xiàn)性分組碼的編譯碼。encode函數(shù)的語(yǔ)法形式如下：code = encode(msg,n,k,linear/fmt,genmat)code = encode(msg,n,k,cyclic/fmt,genpoly)code = encode(msg,n,k,hamming/fmt,prim_poly)code = encode(msg,n,k)code,added = encode(.)使用encode可以(ky)實(shí)現(xiàn)線(xiàn)性分組碼、循環(huán)碼、漢明

9、碼的編碼。第15頁(yè)/共39頁(yè)第十六頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 171線(xiàn)性分組碼線(xiàn)性分組碼函數(shù)參數(shù)的含義如下： msg：信息序列，可以是二進(jìn)制行或列向量，也可以是二進(jìn)制矩陣，也可以是十進(jìn)制行或列向量； n,k：分別為碼長(zhǎng)和信息分組長(zhǎng)度； fmt：表示編碼進(jìn)制數(shù)，默認(rèn)為二進(jìn)制(binary)； genmat：表示線(xiàn)性分組碼的生成矩陣； genpoly：表示循環(huán)碼的生成多項(xiàng)式，可以由函數(shù)cyclpoly(n,k)實(shí)現(xiàn)(shxin)； prim_poly：表示采用漢明編碼時(shí)的本原多項(xiàng)式，可以由函數(shù)gfprimdf(n-k)實(shí)現(xiàn)(shxin)。第16頁(yè)/共39頁(yè)第十七

10、頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 181線(xiàn)性分組碼線(xiàn)性分組碼【例10-1】encode函數(shù)使用示例：采用三種不同(b tn)的格式（二進(jìn)制向量、二進(jìn)制矩陣以及十進(jìn)制向量）生成（7,4）漢明碼。clc;clear all;close all;m = 3; n = 2m-1; %碼長(zhǎng) = 7k = 2m-1-m; %信息分組長(zhǎng) =4% 生成50個(gè)信息分組，每個(gè)分組k比特msg1 = randint(50*k,1,0,1); % 列向量msg2 = vec2mat(msg1,k); % 轉(zhuǎn)換為k維列向量的矩陣msg3 = bi2de(msg2); % 轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制整數(shù)的

11、行向量第17頁(yè)/共39頁(yè)第十八頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 191線(xiàn)性分組碼線(xiàn)性分組碼% 生成50個(gè)碼字，每個(gè)碼字n比特(b t)code1 = encode(msg1,n,k,hamming/binary);code2 = encode(msg2,n,k,hamming/binary);code3 = encode(msg3,n,k,hamming/decimal);% 判斷三種方法生成的碼字是否相同if ( vec2mat(code1,n)=code2 & de2bi(code3,n)=code2 ) disp(All three formats

12、produced the same content.)end第18頁(yè)/共39頁(yè)第十九頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 202循環(huán)碼循環(huán)碼l循環(huán)碼lBCH碼l里德-所羅門(mén)（RS）碼第19頁(yè)/共39頁(yè)第二十頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 212循環(huán)碼循環(huán)碼【例encode和 decode函數(shù)使用(shyng)示例：對(duì)(15,4)循環(huán)碼進(jìn)行編譯碼。clc;clear all;close all;n = 15; k = 4; genpoly=cyclpoly(n,k,max); % 構(gòu)造循環(huán)碼多項(xiàng)式msg = randint(100,k,0

13、,1); % 100個(gè)信息分組code = encode(msg,n,k,cyclic/binary,genpoly);noisycode = rem(code + randerr(100,n,0 1;.7 .3), 2); % 加噪聲newmsg = decode(noisycode,n,k,cyclic); %譯碼number,ratio = biterr(newmsg,msg); % 計(jì)算誤碼率disp(The bit error rate is ,num2str(ratio)第20頁(yè)/共39頁(yè)第二十一頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 222循環(huán)碼循環(huán)碼lB

14、CH碼lbchenc函數(shù)的語(yǔ)法形式如下：lcode = bchenc(msg,n,k)lcode = bchenc(.,paritypos)l這兩個(gè)函數(shù)可以用于生成 BCH碼，其中msg的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)必須為Galois array。l與bchenc相對(duì)應(yīng)的函數(shù)是bchdec，函數(shù)的語(yǔ)法形式如下：ldecoded = bchdec(code,n,k)ldecoded,cnumerr,ccode = bchdec(.)lcnumerr：表示(biosh)與code相對(duì)應(yīng)的糾正的錯(cuò)誤個(gè)數(shù)；lccode：表示(biosh)經(jīng)過(guò)錯(cuò)誤糾正后的碼字；ldecoded：表示(biosh)返回的譯碼結(jié)果。第21頁(yè)/

15、共39頁(yè)第二十二頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 232循環(huán)碼循環(huán)碼【例10-4】BCH碼編譯碼仿真示例。clc;clear all;close all;m = 4; n = 2m-1; % 碼字長(zhǎng)度k = 5; % 信息符號(hào)(fho)長(zhǎng)度nwords = 10; % 編碼個(gè)數(shù)msg = gf(randint(nwords,k);genpoly,t = bchgenpoly(n,k); % 獲得生成多項(xiàng)式及相應(yīng)的糾錯(cuò)能力tt2 = t;code = bchenc(msg,n,k); % 編碼noisycode = code + randerr(nwords,n,1

16、:t2); % 對(duì)每個(gè)碼字加t2比特錯(cuò)誤第22頁(yè)/共39頁(yè)第二十三頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 242循環(huán)碼循環(huán)碼newmsg,err,ccode = bchdec(noisycode,n,k); % 譯碼if ccode=code disp(All errors were corrected.)endif newmsg=msg disp(The message was recovered perfectly.)end第23頁(yè)/共39頁(yè)第二十四頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 252循環(huán)碼循環(huán)碼【例10-5】RS碼編譯碼仿真示例。

17、m = 3; % 每符號(hào)比特?cái)?shù)n = 2m-1; k = 3; % 碼字長(zhǎng)度和信息長(zhǎng)度t = (n-k)/2; % rs碼的糾錯(cuò)能力(nngl)nw = 4; % 碼字個(gè)數(shù)msgw = gf(randint(nw,k,2m),m); % 生成隨機(jī)信息符號(hào)c = rsenc(msgw,n,k); % 編碼noise = (1+randint(nw,n,2m-1).*randerr(nw,n,t); cnoisy = c + noise; % 加噪聲dc,nerrs,corrcode = rsdec(cnoisy,n,k); % 譯碼isequal(dc,msgw) & isequal(c

18、orrcode,c) % 檢測(cè)是否譯碼正確 第24頁(yè)/共39頁(yè)第二十五頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 263卷積碼卷積碼poly2trellis函數(shù)是將卷積碼的多項(xiàng)式描述轉(zhuǎn)換為網(wǎng)格描述。函數(shù)的語(yǔ)法形式如下：trellis = poly2trellis(ConstraintLength,CodeGenerator)trellis = poly2trellis(ConstraintLength,CodeGenerator,FeedbackConnection)具體(jt)參數(shù)的函數(shù)如下：ConstraintLength：表示k個(gè)輸入比特的約束長(zhǎng)度；CodeGener

19、ator：表示卷積碼的生成矩陣，使用八進(jìn)制數(shù)表示，生成矩陣表示n個(gè)輸出對(duì)應(yīng)于k個(gè)輸入的連接；FeedbackConnection：表示反饋編碼器的連接，使用八進(jìn)制數(shù)表示；第25頁(yè)/共39頁(yè)第二十六頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 273卷積碼卷積碼trellis：函數(shù)(hnsh)的返回值是一個(gè)網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體，網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體包含的字段及含義如表所示網(wǎng)格結(jié)構(gòu)體字段維數(shù)含義numInputSymbols標(biāo)量輸入到編碼器的符號(hào)個(gè)數(shù)： numOutputsymbols標(biāo)量編碼器輸出的符號(hào)個(gè)數(shù)： numStates標(biāo)量編碼器狀態(tài)數(shù)nextStatesnumStates 矩陣當(dāng)前狀態(tài)在

20、當(dāng)前輸入下的下一狀態(tài)outputsnumStates 矩陣當(dāng)前狀態(tài)在當(dāng)前輸入下的輸出第26頁(yè)/共39頁(yè)第二十七頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 283卷積碼卷積碼convenc函數(shù)(hnsh)的語(yǔ)法形式如下：code = convenc(msg,trellis)code = convenc(msg,trellis,puncpat)code = convenc(msg,trellis,.,init_state)code,final_state = convenc(.)其中各參數(shù)含義如下：msg：待編碼的信息序列，為二進(jìn)制向量。編碼器的每個(gè)輸入符號(hào)包含log2(tre

21、llis.numInputSymbols)個(gè)比特；puncpat：表示打孔(puncture)圖樣，通過(guò)打孔可以構(gòu)造刪除卷積碼，從而獲得更高的碼率；init_state：表示編碼器的初始狀態(tài)；final_state：表示編碼結(jié)束后編碼器的最終狀態(tài)。第27頁(yè)/共39頁(yè)第二十八頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 293卷積碼卷積碼卷積碼的譯碼采用維特比譯碼，vitdec函數(shù)的語(yǔ)法形式如下：decoded = vitdec(code,trellis,tblen,opmode,dectype)decoded = vitdec(code,trellis,tblen,opmod

22、e,soft,nsdec)decoded =vitdec(code,trellis,tblen,opmode,dectype,puncpat)vitdec函數(shù)使用維特比算法進(jìn)行譯碼，具體各參數(shù)含義如下：trellis：指定了該卷積碼的網(wǎng)格圖結(jié)構(gòu)；tblen：表示(biosh)回溯長(zhǎng)度，對(duì)于 卷積碼，tblen約為編碼約束長(zhǎng)度的5倍；opmode：表示(biosh)譯碼器的操作模式。第28頁(yè)/共39頁(yè)第二十九頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 303卷積碼卷積碼卷積碼的譯碼采用維特比譯碼，vitdec函數(shù)的語(yǔ)法形式如下：decoded = vitdec(code,tr

23、ellis,tblen,opmode,dectype)decoded = vitdec(code,trellis,tblen,opmode,soft,nsdec)decoded =vitdec(code,trellis,tblen,opmode,dectype,puncpat)vitdec函數(shù)使用(shyng)維特比算法進(jìn)行譯碼，具體各參數(shù)含義如下：trellis：指定了該卷積碼的網(wǎng)格圖結(jié)構(gòu)；tblen：表示回溯長(zhǎng)度，對(duì)于 卷積碼，tblen約為編碼約束長(zhǎng)度的5倍；opmode：表示譯碼器的操作模式。第29頁(yè)/共39頁(yè)第三十頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 313

24、卷積碼卷積碼vitdec函數(shù)有三種操作(cozu)模式：cont：假定編碼器開(kāi)始于全0狀態(tài)，譯碼器從最優(yōu)路徑回溯，延遲tblen個(gè)符號(hào)后得到譯碼輸出；term：假定編碼器開(kāi)始和結(jié)束狀態(tài)都為全0狀態(tài)，譯碼器從全0狀態(tài)開(kāi)始回溯譯碼，該模式?jīng)]有延時(shí)；trunc：假定編碼器開(kāi)始于全0狀態(tài)，譯碼器從最優(yōu)路徑回溯，該模式?jīng)]有延時(shí)。dectype：表示維特比譯碼的判決模式：unquant：未量化輸入，碼字包含實(shí)值輸入；hard：采用硬判決算法；soft：采用軟判決算法；nsdec：軟判決譯碼算法中的量化比特?cái)?shù)。第30頁(yè)/共39頁(yè)第三十一頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 323卷

25、積碼卷積碼【例10-7】卷積碼的編譯碼仿真示例。clc;clear all;close all;% 編碼(bin m)數(shù)據(jù)比特trel = poly2trellis(3,6 7); % 定義網(wǎng)格msg = randi(0 1,1000,1); % 隨機(jī)數(shù)據(jù)code = convenc(msg,trel); % 卷積編碼(bin m)tblen = 5; % 回溯長(zhǎng)度% 映射 0 比特為1.0 ， 1 比特為 -1.0，同時(shí)加高斯白噪聲ucode = real(awgn(1-2*code, 3, measured);hcode = ucode0; % 硬判決譯碼，轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制decoded1 =

26、 vitdec(hcode,trel,tblen,cont,hard); 第31頁(yè)/共39頁(yè)第三十二頁(yè)，共39頁(yè)。2022-2-1機(jī)械(jxi)工業(yè)出版社Page 333卷積碼卷積碼% 軟判決譯碼，使用量化輸入，采用3比特(b t)量化 x,qcode = quantiz(ucode,-.75 -.5 -.25 0 .25 .5 .75,7:-1:0);decoded2 = vitdec(qcode,trel,tblen,cont,soft,3);decoded3 = vitdec(ucode,trel,tblen,cont,unquant); % 軟判決譯碼，使用非量化輸入% 計(jì)算誤比特(b t)率，譯碼器輸出延遲tblen個(gè)符號(hào)n1,r1 = biterr(double(decoded1(tblen+1:end),msg(1:end-tblen);n2,r2 = biterr(decoded2(tblen+1:end),msg(1:end-tblen);n3,r3 = biterr(decoded3(tblen+1:end),msg(1:end-tblen);disp(The bi