MATLAB基礎(chǔ)與實(shí)例進(jìn)階

會(huì)計(jì)學(xué)1MATLAB基礎(chǔ)與實(shí)例進(jìn)階2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page2第14章MATLAB通信系統(tǒng)仿真數(shù)字通信系統(tǒng)基本概念14.1數(shù)字調(diào)制/解調(diào)及其仿真14.2信道編碼/譯碼及其仿真14.3典型數(shù)字通信仿真實(shí)例14.4第1頁(yè)/共39頁(yè)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page314.1數(shù)字通信系統(tǒng)基本概念第2頁(yè)/共39頁(yè)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page414.2數(shù)字調(diào)制/解調(diào)及其仿真14.2.1脈沖幅度調(diào)制（PAM）信號(hào)14.2.2相位調(diào)制（PSK）信號(hào)14.2.3頻率調(diào)制信號(hào)14.2.4連續(xù)相位調(diào)制信號(hào)第3頁(yè)/共39頁(yè)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page51.脈沖幅度調(diào)制（PAM）信號(hào)第4頁(yè)/共39頁(yè)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page61.脈沖幅度調(diào)制（PAM）信號(hào)參數(shù)名稱參數(shù)值M-arynumber（M維數(shù)）4Initialseed（初始化種子）37Sampletime（采樣時(shí)間）0.01RandomIntegerGenerator（隨機(jī)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)名稱參數(shù)值M-arynumber（M維數(shù)）4Minimumdistance（最小距離）2Constellationordering（星座順序）Binary第5頁(yè)/共39頁(yè)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page71.脈沖幅度調(diào)制（PAM）信號(hào)AWGNChannel（高斯白噪聲信道）的主要參數(shù)Discrete-TimeScatterPlotScope（離散時(shí)間星座儀）的主要參數(shù)參數(shù)名稱參數(shù)值Initialseed（初始化種子）67Es/No（dB）（信噪比）25Symbolperiod（符號(hào)周期）1參數(shù)名稱參數(shù)值Samplespersymbol（每符號(hào)采樣）1Offset（samples）（偏置）0Pointsdisplayed（顯示點(diǎn)數(shù)）1000Newpointsperdisplay（每次顯示的新跡）500第6頁(yè)/共39頁(yè)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page81.脈沖幅度調(diào)制（PAM）信號(hào)ErrorRateCalculation（誤碼率計(jì)算）的主要參數(shù)參數(shù)名稱參數(shù)值Receivedelay（接收延遲）0Computationdelay（計(jì)算延遲）0Computationmode（計(jì)算模式）EntireframeOutputdata（輸出數(shù)據(jù)）port第7頁(yè)/共39頁(yè)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page92.相位調(diào)制（PSK）信號(hào)第8頁(yè)/共39頁(yè)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page102.相位調(diào)制（PSK）信號(hào)M-PSKModulatorBaseband（M-PSK基帶調(diào)制器）的主要參數(shù)參數(shù)名稱參數(shù)值M-arynumber（M維數(shù)）8Phaseoffset（rad）（相位偏差）pi/8Constellationordering（星座順序）BinaryInputtype（輸入類型）Integer第9頁(yè)/共39頁(yè)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page113.頻率調(diào)制信號(hào)第10頁(yè)/共39頁(yè)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page123.頻率調(diào)制信號(hào)

BernoulliBinaryGenerator（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)名稱參數(shù)值Probabilityofazero（0出現(xiàn)的概率）0.5Initialseed（初始化種子）61Sampletime（采樣時(shí)間）0.1Frame-basedoutput（基于幀輸出）使能Samplesperframe（每幀采樣數(shù)）10M-FSKModulatorBaseband（MFSK基帶調(diào)制器）的主要參數(shù)參數(shù)名稱參數(shù)值M-arynumber（M維數(shù)）4Inputtype（輸入類型）BitSymbolsetordering（符號(hào)順序）BinaryFrequencyseparation（Hz）（頻率間隔）10Phasecontinuity（相位連續(xù)性）DiscontinuousSamplespersymbol（每符號(hào)采樣數(shù)）16第11頁(yè)/共39頁(yè)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page134.連續(xù)相位調(diào)制信號(hào)第12頁(yè)/共39頁(yè)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page144.連續(xù)相位調(diào)制信號(hào)GMSKModulatorBaseband（GMSK基帶調(diào)制器）的主要參數(shù)參數(shù)名稱參數(shù)值Inputtype（輸入類型）BitBTproduct（BT乘積）0.3Pulselength（symbolintervals）（符號(hào)間隔）3Symbolprehistory（符號(hào)前史）1Phaseoffset（rad）（相位偏置）0Samplespersymbol（每符號(hào)采樣數(shù)）16第13頁(yè)/共39頁(yè)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page1514.3信道編碼/譯碼及其仿真14.3.1線性分組碼14.3.2循環(huán)碼14.3.3卷積碼第14頁(yè)/共39頁(yè)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page161．線性分組碼MATLAB中使用encode、decode可以實(shí)現(xiàn)線性分組碼的編譯碼。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可以實(shí)現(xiàn)線性分組碼、循環(huán)碼、漢明碼的編碼。第15頁(yè)/共39頁(yè)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page171．線性分組碼函數(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)；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)。第16頁(yè)/共39頁(yè)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page181．線性分組碼【例10-1】encode函數(shù)使用示例：采用三種不同的格式（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;clearall;closeall;m=3;n=2^m-1;%碼長(zhǎng)=7k=2^m-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)的行向量第17頁(yè)/共39頁(yè)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page191．線性分組碼%生成50個(gè)碼字，每個(gè)碼字n比特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('Allthreeformatsproducedthesamecontent.')end第18頁(yè)/共39頁(yè)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page202．循環(huán)碼循環(huán)碼BCH碼里德-所羅門(mén)（RS）碼第19頁(yè)/共39頁(yè)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page212．循環(huán)碼【例encode和

decode函數(shù)使用示例：對(duì)(15,4)循環(huán)碼進(jìn)行編譯碼。clc;clearall;closeall;n=15;k=4;genpoly=cyclpoly(n,k,'max');

%構(gòu)造循環(huán)碼多項(xiàng)式msg=randint(100,k,[0,1]);

%100個(gè)信息分組code=encode(msg,n,k,'cyclic/binary',genpoly);noisycode=rem(code+randerr(100,n,[01;.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(['Thebiterrorrateis',num2str(ratio)])第20頁(yè)/共39頁(yè)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page222．循環(huán)碼BCH碼bchenc函數(shù)的語(yǔ)法形式如下：code=bchenc(msg,n,k)code=bchenc(...,paritypos)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Galoisarray。與bchenc相對(duì)應(yīng)的函數(shù)是bchdec，函數(shù)的語(yǔ)法形式如下：decoded=bchdec(code,n,k)[decoded,cnumerr,ccode]=bchdec(...)cnumerr：表示與code相對(duì)應(yīng)的糾正的錯(cuò)誤個(gè)數(shù)；ccode：表示經(jīng)過(guò)錯(cuò)誤糾正后的碼字；decoded：表示返回的譯碼結(jié)果。第21頁(yè)/共39頁(yè)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page232．循環(huán)碼【例10-4】BCH碼編譯碼仿真示例。clc;clearall;closeall;m=4;n=2^m-1;%碼字長(zhǎng)度k=5;%信息符號(hào)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:t2);%對(duì)每個(gè)碼字加t2比特錯(cuò)誤第22頁(yè)/共39頁(yè)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page242．循環(huán)碼[newmsg,err,ccode]=bchdec(noisycode,n,k);%譯碼ifccode==codedisp('Allerrorswerecorrected.')endifnewmsg==msgdisp('Themessagewasrecoveredperfectly.')end第23頁(yè)/共39頁(yè)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page252．循環(huán)碼【例10-5】RS碼編譯碼仿真示例。m=3;%每符號(hào)比特?cái)?shù)n=2^m-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nw=4;%碼字個(gè)數(shù)msgw=gf(randint(nw,k,2^m),m);%生成隨機(jī)信息符號(hào)c=rsenc(msgw,n,k);%編碼noise=(1+randint(nw,n,2^m-1)).*randerr(nw,n,t);cnoisy=c+noise;%加噪聲[dc,nerrs,corrcode]=rsdec(cnoisy,n,k);%譯碼isequal(dc,msgw)&isequal(corrcode,c)%檢測(cè)是否譯碼正確第24頁(yè)/共39頁(yè)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page263．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；CodeGenerator：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)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page273．卷積碼trellis：函數(shù)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)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page283．卷積碼convenc函數(shù)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(trellis.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)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page293．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,opmode,'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28頁(yè)/共39頁(yè)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page303．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,opmode,'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)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page313．卷積碼vitdec函數(shù)有三種操作模式： '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)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page323．卷積碼【例10-7】卷積碼的編譯碼仿真示例。clc;clearall;closeall;%編碼數(shù)據(jù)比特trel=poly2trellis(3,[67]);%定義網(wǎng)格msg=randi([01],1000,1);%隨機(jī)數(shù)據(jù)code=convenc(msg,trel);%卷積編碼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=ucode<0;%硬判決譯碼，轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制decoded1=vitdec(hcode,trel,tblen,'cont','hard');第31頁(yè)/共39頁(yè)2023/1/18機(jī)械工業(yè)出版社Page333．卷積碼%軟判決譯碼，使用量化輸入，采用3比特量化

[x,qcode]=quantiz(ucode,[-.75-.5-.250.25.5.75],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),m