基于MATLAB/Simulink的通信系统建模与仿真（第2版）

作者: 张瑾著 , 周原著

出版社: 北京航空航天大学出版社

出版时间: 2017-10

版次: 2

ISBN: 9787512424890

定价: 29.00

装帧: 平装

开本: 16开

纸张: 胶版纸

分类: 计算机与互联网

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　　基于MATLAB/Simulink的通信系统建模与仿真
　　本书以MATLAB R2016a为平台,通过大量的MATLAB、Simulink仿真实例,加深读者对通信系统原理的理解。本书共9章,前8章主要包括仿真思想的引入、MATLAB语言及Simulink仿真基础、MATLAB计算和可视化、信号系统分析基础、模拟信号的数字传输、数字信号基带传输、载波调制、数字信号处理应用等内容。第9章综合篇,提供了通信系统原理仿真、语音信号处理、计算机视觉这三个方向的4个设计项目,供读者在学习前面章节的基础上,对仿真技术加以综合运用。
　　本书中所举的大量实例有助于读者对通信原理及仿真实践的理解,设计项目也提供了必要的程序框架和参考资料,可作为高等院校通信工程、电子信息技术等专业学生的通信仿真课程教材和参考书。本书适合所有MATLAB编程爱好者和使用MATLAB的不同专业大学生阅读，还可供研究生、科研工作人员及高校教师参考。

　　张瑾，通信工程专业教师，主要从事通信与信息处理、数字图像处理、计算机视觉、虚拟仿真等方面的教学和研究工作，参与医学影像分析、建模、
　　可视化等相关内容的基础研究工作。长期从事《通信系统建模与仿真》本科课程教学。

　　周原，副教授，长期从事通信工程专业一线教学，主讲通信工程和电子信息工程专业本科生通信原理、移动通信、通信系统建模与仿真、通信工程专业导论等课程。主要研究方向为新一代移动通信技术、物联网技术及应用等，近年来主持和参与省部级以上项目十余项，发表科研、教研论文二十余篇，指导学生参加“全国大学生电子设计大赛”“挑战杯”等学科竞赛获省级一等奖、二等奖多项。
第1章仿真思想的引入………………………………………………………………… 1
1.1 仿真的定义和分类………………………………………………………………… 1
1.1.1 仿真的定义……………………………………………………………………… 1
1.1.2 仿真的分类……………………………………………………………………… 1
1.1.3 仿真技术的发展与应用………………………………………………………… 2
1.2 通信系统仿真……………………………………………………………………… 4
1.2.1 通信系统………………………………………………………………………… 4
1.2.2 通信系统模型…………………………………………………………………… 4
1.2.3 通信系统仿真的概念和意义…………………………………………………… 5
1.2.4 通信系统仿真的一般流程……………………………………………………… 6
1.3 通信系统仿真方法和仿真工具…………………………………………………… 6
1.3.1 通信系统仿真方法……………………………………………………………… 6
1.3.2 通信系统仿真工具……………………………………………………………… 7
第2章 MATLAB语言及Simulink仿真基础…………………………………………… 8
2.1 MATLAB概述………………………………………………………………………… 8
2.1.1 MATLAB家族……………………………………………………………………… 8
2.1.2 MATLAB发展及特点……………………………………………………………… 11
2.1.3 MATLAB R2016b界面环境…………………………………………………………12
2.2 MATLAB基本语法和基本操作……………………………………………………… 15
2.2.1 变量赋值………………………………………………………………………… 15
2.2.2 矩阵运算………………………………………………………………………… 16
2.2.3 程序控制语句…………………………………………………………………… 18
2.2.4 基本绘图方法…………………………………………………………………… 21
2.3 Simulink简介…………………………………………………………………… 24
2.3.1 Simulink家族及主要功能…………………………………………………… 24
2.3.2 Simulink基本模块库………………………………………………………… 27
2.3.3 Simulink建模仿真的操作过程……………………………………………… 29
2.4 MATLAB/Simulink在通信仿真中的应用………………………………………… 31
第3章 MATLAB计算和可视化………………………………………………………… 34
3.1 符号计算基础……………………………………………………………………… 34
3.2 矩阵及线性代数方程组的求解…………………………………………………… 35
3.2.1 符号矩阵的创建………………………………………………………………… 36
3.2.2 符号矩阵的运算………………………………………………………………… 36
3.2.3 代数方程组的求解……………………………………………………………… 37
3.3 函数的极限及微积分运算………………………………………………………… 38
3.3.1 函数求极限……………………………………………………………………… 38
3.3.2 微分与Jacobian矩阵………………………………………………………… 39
3.3.3 积分运算………………………………………………………………………… 40
3.3.4 微分方程(组)的求解……………………………………………………………41
3.4 用MATLAB绘制二维图形………………………………………………………… 42
3.4.1 MATLAB图形绘制的基本步骤………………………………………………… 42
3.4.2 MATLAB基本绘图命令………………………………………………………… 43
3.4.3 二维图形的创建及曲线颜色、线型、数据点型设置……………………… 44
3.4.4 二维图形的标注……………………………………………………………… 46
3.4.5 几种特殊二维图形的绘制………………………………………………………48
3.5 三维图形的绘制…………………………………………………………………… 54
3.5.1 三维图形的基本绘制方法………………………………………………………54
3.5.2 典型三维图形的绘制……………………………………………………………56
第4章信号系统分析基础……………………………………………………………… 60
4.1 概述……………………………………………………………………………… 60
4.2 傅里叶变换的主要性质及傅里叶变换对………………………………………… 63
4.2.1 周期信号的傅里叶级数………………………………………………………… 63
4.2.2 傅里叶变换及其性质…………………………………………………………… 66
4.3 功率和能量………………………………………………………………………… 74
4.4 随机变量的产生…………………………………………………………………… 75
4.5 高斯过程…………………………………………………………………………… 79
4.6 随机过程和白噪声的功率谱……………………………………………………… 82
4.6.1 随机过程的能量和功率谱密度………………………………………………… 82
4.6.2 白噪声功率谱密度和二进制随机数序列……………………………………… 85
4.7 随机过程的线性滤波……………………………………………………………… 88
第5章模拟信号的数字传输………………………………………………………… 94
5.1 概述……………………………………………………………………………… 94
5.2 抽样定理…………………………………………………………………………… 96
5.2.1 低通抽样定理…………………………………………………………………… 96
5.2.2 带通抽样定理………………………………………………………………… 100
5.3 量化……………………………………………………………………………… 101
5.3.1 标量量化……………………………………………………………………… 101
5.3.2 均匀量化……………………………………………………………………… 105
5.3.3 非均匀量化…………………………………………………………………… 106
5.4 PCM 编码………………………………………………………………………… 113
5.5 DPCM …………………………………………………………………………… 115
第6章数字信号基带传输…………………………………………………………… 117
6.1 数字基带信号的码型…………………………………………………………… 117
6.2 码型的功率谱分布……………………………………………………………… 124
6.2.1 理论分析……………………………………………………………………… 124
6.2.2 MATLAB程序实现…………………………………………………… ……… 125
6.3 码间串扰………………………………………………………………………… 128
6.3.1 基带传输系统模型及码间串扰的定义……………………………………… 128
6.3.2 无码间串扰的传输条件……………………………………………………… 129
6.3.3 降低码间串扰的脉冲波形…………………………………………………… 130
6.3.4 眼图………………………………………………………………………… 132
6.4 基带传输的差错率分析………………………………………………………… 137
6.4.1 分析模型……………………………………………………………………… 138
6.4.2 MATLAB提供的分析工具…………………………………………………… 138
6.4.3 分析举例……………………………………………………………………… 139
第7章载波调制…………………………………………………………………… 143
7.1 模拟调制………………………………………………………………………… 143
7.1.1 标准AM 调制………………………………………………………………… 143
7.1.2 DSB调制……………………………………………………………………… 146
7.1.3 频率调制FM ………………………………………………………………… 148
7.2 幅移键控ASK ………………………………………………………………… 150
7.2.1 调制原理介绍………………………………………………………………… 150
7.2.2 调制举例……………………………………………………………………… 150
7.3 频移键控FSK …………………………………………………………………… 152
7.3.1 原理介绍……………………………………………………………………… 152
7.3.2 调制举例……………………………………………………………………… 152
7.3.3 解调与检测…………………………………………………………………… 154
7.4 相移键控PSK和DPSK ………………………………………………………… 163
7.4.1 PSK调制原理介绍…………………………………………………………… 163
7.4.2 PSK调制举例………………………………………………………………… 164
7.4.3 PSK解调与检测……………………………………………………………… 167
7.4.4 DPSK调制与解调…………………………………………………………… 175
7.5 多载波调制与OFDM …………………………………………………………… 180
7.5.1 OFDM 的基本原理…………………………………………………………… 180
7.5.2 OFDM 的实现………………………………………………………………… 181
第8章数字信号处理应用………………………………………………………… 186
8.1 DSP系统工具箱简介…………………………………………………………… 186
8.1.1 信号源模块组………………………………………………………………… 187
8.1.2 滤波器模块组………………………………………………………………… 187
8.1.3 数学函数模块组……………………………………………………………… 188
8.1.4 量化器模块组………………………………………………………………… 189
8.1.5 信号运算模块组……………………………………………………………… 189
8.1.6 信号管理模块组……………………………………………………………… 190
8.1.7 信号变换模块组……………………………………………………………… 191
8.1.8 统计模块组…………………………………………………………………… 191
8.1.9 信宿模块组…………………………………………………………………… 192
8.2 模型的建立……………………………………………………………………… 193
8.3 信号的滤波……………………………………………………………………… 195
8.3.1 使用fdesign设计滤波器…………………………………………………… 195
8.3.2 使用Filter Builder设计滤波器………………………………………… 198
8.3.3 设计一个低通滤波器………………………………………………………… 198
8.3.4 设计一个自适应滤波器……………………………………………………… 201
第9章综合篇……………………………………………………………………… 207
9.1 模拟信号的数字化过程设计项目……………………………………………… 207
9.2 电话按键拨号器的仿真设计项目……………………………………………… 210
9.3 语音识别系统设计项目………………………………………………………… 213
9.4 自动人脸识别系统设计项目…………………………………………………… 215
参考文献…………………………………………………………………………………… 217
内容简介:
　　基于MATLAB/Simulink的通信系统建模与仿真
　　本书以MATLAB R2016a为平台,通过大量的MATLAB、Simulink仿真实例,加深读者对通信系统原理的理解。本书共9章,前8章主要包括仿真思想的引入、MATLAB语言及Simulink仿真基础、MATLAB计算和可视化、信号系统分析基础、模拟信号的数字传输、数字信号基带传输、载波调制、数字信号处理应用等内容。第9章综合篇,提供了通信系统原理仿真、语音信号处理、计算机视觉这三个方向的4个设计项目,供读者在学习前面章节的基础上,对仿真技术加以综合运用。
　　本书中所举的大量实例有助于读者对通信原理及仿真实践的理解,设计项目也提供了必要的程序框架和参考资料,可作为高等院校通信工程、电子信息技术等专业学生的通信仿真课程教材和参考书。本书适合所有MATLAB编程爱好者和使用MATLAB的不同专业大学生阅读，还可供研究生、科研工作人员及高校教师参考。
作者简介:
　　张瑾，通信工程专业教师，主要从事通信与信息处理、数字图像处理、计算机视觉、虚拟仿真等方面的教学和研究工作，参与医学影像分析、建模、
　　可视化等相关内容的基础研究工作。长期从事《通信系统建模与仿真》本科课程教学。

　　周原，副教授，长期从事通信工程专业一线教学，主讲通信工程和电子信息工程专业本科生通信原理、移动通信、通信系统建模与仿真、通信工程专业导论等课程。主要研究方向为新一代移动通信技术、物联网技术及应用等，近年来主持和参与省部级以上项目十余项，发表科研、教研论文二十余篇，指导学生参加“全国大学生电子设计大赛”“挑战杯”等学科竞赛获省级一等奖、二等奖多项。
目录:
第1章仿真思想的引入………………………………………………………………… 1
1.1 仿真的定义和分类………………………………………………………………… 1
1.1.1 仿真的定义……………………………………………………………………… 1
1.1.2 仿真的分类……………………………………………………………………… 1
1.1.3 仿真技术的发展与应用………………………………………………………… 2
1.2 通信系统仿真……………………………………………………………………… 4
1.2.1 通信系统………………………………………………………………………… 4
1.2.2 通信系统模型…………………………………………………………………… 4
1.2.3 通信系统仿真的概念和意义…………………………………………………… 5
1.2.4 通信系统仿真的一般流程……………………………………………………… 6
1.3 通信系统仿真方法和仿真工具…………………………………………………… 6
1.3.1 通信系统仿真方法……………………………………………………………… 6
1.3.2 通信系统仿真工具……………………………………………………………… 7
第2章 MATLAB语言及Simulink仿真基础…………………………………………… 8
2.1 MATLAB概述………………………………………………………………………… 8
2.1.1 MATLAB家族……………………………………………………………………… 8
2.1.2 MATLAB发展及特点……………………………………………………………… 11
2.1.3 MATLAB R2016b界面环境…………………………………………………………12
2.2 MATLAB基本语法和基本操作……………………………………………………… 15
2.2.1 变量赋值………………………………………………………………………… 15
2.2.2 矩阵运算………………………………………………………………………… 16
2.2.3 程序控制语句…………………………………………………………………… 18
2.2.4 基本绘图方法…………………………………………………………………… 21
2.3 Simulink简介…………………………………………………………………… 24
2.3.1 Simulink家族及主要功能…………………………………………………… 24
2.3.2 Simulink基本模块库………………………………………………………… 27
2.3.3 Simulink建模仿真的操作过程……………………………………………… 29
2.4 MATLAB/Simulink在通信仿真中的应用………………………………………… 31
第3章 MATLAB计算和可视化………………………………………………………… 34
3.1 符号计算基础……………………………………………………………………… 34
3.2 矩阵及线性代数方程组的求解…………………………………………………… 35
3.2.1 符号矩阵的创建………………………………………………………………… 36
3.2.2 符号矩阵的运算………………………………………………………………… 36
3.2.3 代数方程组的求解……………………………………………………………… 37
3.3 函数的极限及微积分运算………………………………………………………… 38
3.3.1 函数求极限……………………………………………………………………… 38
3.3.2 微分与Jacobian矩阵………………………………………………………… 39
3.3.3 积分运算………………………………………………………………………… 40
3.3.4 微分方程(组)的求解……………………………………………………………41
3.4 用MATLAB绘制二维图形………………………………………………………… 42
3.4.1 MATLAB图形绘制的基本步骤………………………………………………… 42
3.4.2 MATLAB基本绘图命令………………………………………………………… 43
3.4.3 二维图形的创建及曲线颜色、线型、数据点型设置……………………… 44
3.4.4 二维图形的标注……………………………………………………………… 46
3.4.5 几种特殊二维图形的绘制………………………………………………………48
3.5 三维图形的绘制…………………………………………………………………… 54
3.5.1 三维图形的基本绘制方法………………………………………………………54
3.5.2 典型三维图形的绘制……………………………………………………………56
第4章信号系统分析基础……………………………………………………………… 60
4.1 概述……………………………………………………………………………… 60
4.2 傅里叶变换的主要性质及傅里叶变换对………………………………………… 63
4.2.1 周期信号的傅里叶级数………………………………………………………… 63
4.2.2 傅里叶变换及其性质…………………………………………………………… 66
4.3 功率和能量………………………………………………………………………… 74
4.4 随机变量的产生…………………………………………………………………… 75
4.5 高斯过程…………………………………………………………………………… 79
4.6 随机过程和白噪声的功率谱……………………………………………………… 82
4.6.1 随机过程的能量和功率谱密度………………………………………………… 82
4.6.2 白噪声功率谱密度和二进制随机数序列……………………………………… 85
4.7 随机过程的线性滤波……………………………………………………………… 88
第5章模拟信号的数字传输………………………………………………………… 94
5.1 概述……………………………………………………………………………… 94
5.2 抽样定理…………………………………………………………………………… 96
5.2.1 低通抽样定理…………………………………………………………………… 96
5.2.2 带通抽样定理………………………………………………………………… 100
5.3 量化……………………………………………………………………………… 101
5.3.1 标量量化……………………………………………………………………… 101
5.3.2 均匀量化……………………………………………………………………… 105
5.3.3 非均匀量化…………………………………………………………………… 106
5.4 PCM 编码………………………………………………………………………… 113
5.5 DPCM …………………………………………………………………………… 115
第6章数字信号基带传输…………………………………………………………… 117
6.1 数字基带信号的码型…………………………………………………………… 117
6.2 码型的功率谱分布……………………………………………………………… 124
6.2.1 理论分析……………………………………………………………………… 124
6.2.2 MATLAB程序实现…………………………………………………… ……… 125
6.3 码间串扰………………………………………………………………………… 128
6.3.1 基带传输系统模型及码间串扰的定义……………………………………… 128
6.3.2 无码间串扰的传输条件……………………………………………………… 129
6.3.3 降低码间串扰的脉冲波形…………………………………………………… 130
6.3.4 眼图………………………………………………………………………… 132
6.4 基带传输的差错率分析………………………………………………………… 137
6.4.1 分析模型……………………………………………………………………… 138
6.4.2 MATLAB提供的分析工具…………………………………………………… 138
6.4.3 分析举例……………………………………………………………………… 139
第7章载波调制…………………………………………………………………… 143
7.1 模拟调制………………………………………………………………………… 143
7.1.1 标准AM 调制………………………………………………………………… 143
7.1.2 DSB调制……………………………………………………………………… 146
7.1.3 频率调制FM ………………………………………………………………… 148
7.2 幅移键控ASK ………………………………………………………………… 150
7.2.1 调制原理介绍………………………………………………………………… 150
7.2.2 调制举例……………………………………………………………………… 150
7.3 频移键控FSK …………………………………………………………………… 152
7.3.1 原理介绍……………………………………………………………………… 152
7.3.2 调制举例……………………………………………………………………… 152
7.3.3 解调与检测…………………………………………………………………… 154
7.4 相移键控PSK和DPSK ………………………………………………………… 163
7.4.1 PSK调制原理介绍…………………………………………………………… 163
7.4.2 PSK调制举例………………………………………………………………… 164
7.4.3 PSK解调与检测……………………………………………………………… 167
7.4.4 DPSK调制与解调…………………………………………………………… 175
7.5 多载波调制与OFDM …………………………………………………………… 180
7.5.1 OFDM 的基本原理…………………………………………………………… 180
7.5.2 OFDM 的实现………………………………………………………………… 181
第8章数字信号处理应用………………………………………………………… 186
8.1 DSP系统工具箱简介…………………………………………………………… 186
8.1.1 信号源模块组………………………………………………………………… 187
8.1.2 滤波器模块组………………………………………………………………… 187
8.1.3 数学函数模块组……………………………………………………………… 188
8.1.4 量化器模块组………………………………………………………………… 189
8.1.5 信号运算模块组……………………………………………………………… 189
8.1.6 信号管理模块组……………………………………………………………… 190
8.1.7 信号变换模块组……………………………………………………………… 191
8.1.8 统计模块组…………………………………………………………………… 191
8.1.9 信宿模块组…………………………………………………………………… 192
8.2 模型的建立……………………………………………………………………… 193
8.3 信号的滤波……………………………………………………………………… 195
8.3.1 使用fdesign设计滤波器…………………………………………………… 195
8.3.2 使用Filter Builder设计滤波器………………………………………… 198
8.3.3 设计一个低通滤波器………………………………………………………… 198
8.3.4 设计一个自适应滤波器……………………………………………………… 201
第9章综合篇……………………………………………………………………… 207
9.1 模拟信号的数字化过程设计项目……………………………………………… 207
9.2 电话按键拨号器的仿真设计项目……………………………………………… 210
9.3 语音识别系统设计项目………………………………………………………… 213
9.4 自动人脸识别系统设计项目…………………………………………………… 215
参考文献…………………………………………………………………………………… 217

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