南邮MATLAB软件设计.doc

通信与信息工程学院2015 / 2016 学年 第 2 学期软件设计 实验报告模 块 名 称 MATLAB软件设计 专 业 通信工程 学 生 班 级 B130102 学 生 学 号 B13010229 学 生 姓 名 郭智超 指 导 教 师 孟田甜 设计题目1. 练习题部分2. 设计部分：（1）M文件实现部分（2）Simulink实现部分任务要求熟悉MATLAB软件，熟练掌握计算、设计方法，对设计的系统使用Simulink工具中进行仿真。掌握MATLAB部分工具包的使用方法，侧重于simulink环境。通过完成所有的练习题，熟悉M文件的编写，Simulink环境中仿真系统的搭建、运行、调试和验证。在此基础上，完成通信系统设计题，并调试验证通过。实验设备及软件PC机一台MATLAB7.0同组人员学号及姓名无参考文献1. 通信原理第7版，樊昌信、曹丽娜编著，国防工业出版社2. 数字信号处理实验指导书MATLAB版，Sanjit K. Mitra著， 电子工业出版社3. 基于MATLAB/Simulink系统仿真权威指南，王江、付文利等编著，机械工业出版社报告内容一、要求练习的实验部分1.题目：在时间区间 0,10中，绘出曲线。 程序代码： t=0:0.02:10; y=1-exp(-0.5)*t).*cos(2*t); plot(t,y,b); xlabel(time); ylabel(amplitude); title(figure 1); grid 实验结果：2. 题目：写出生成如图E2-1所示波形的MATLAB脚本M文件。图中虚线为正弦波，要求它的负半波被置零，且在处被削顶。 程序代码： t=linspace(0,10,500); %产生线性间隔的向量（在0-10之间取500点）y=sin(t);a=sin(pi/3);z=(y=0).*y;z=(y=a).*a+(ytol) - rank(A) 是多少 ？ （2） S(1,1) - norm(A) = 0 是多少 ?（3） sqrt(sum(diag(S*S) - norm(A,fro) 的结果是什么 ?（4） S(1,1)/S(3,3) - cond(A) 的结果是什么 ?（5） S(1,1)*S(2,2)*S(3,3) - det(A) tol 的运行结果是什么？（6） V(:,1)*null(A) 得到什么结果 ? （7） abs(A*null(A) tol) - rank(A)S(1,1) - norm(A) sqrt(sum(diag(S*S) - norm(A,fro)S(1,1)/S(3,3) - cond(A) S(1,1)*S(2,2)*S(3,3) - det(A) tolV(:,1)*null(A)abs(A*null(A) tol) - rank(A) 的结果是0 （2） S(1,1) - norm(A) = 0的结果是0 （3） sqrt(sum(diag(S*S) - norm(A,fro) 的结果是3.5527e-015（4） S(1,1)/S(3,3) - cond(A) 的结果是 -8（5） S(1,1)*S(2,2)*S(3,3) - det(A) tol的结果是1（6） V(:,1)*null(A) 的结果是 0（7） abs(A*null(A) tol 的结果是1；1；1（8） U(:,1:2) = = orth(A) 的结果是 1 1 ；1 1 ；1 14. 题目：求积分，。 提示：abs,sin,cos,cumsum,disp,plot,grid 程序代码： t=0:pi/100:2*pi;f=abs(cos(sin(t);F=cumsum(f)*pi/100; %求和plot(t,F);xlabel(t);ylabel(f);title(积分曲线);grid on 运行结果：5. 题目： 求方程的解。提示：solve 程序代码：syms xsyms y %变量定义A=solve(x*x+y*y=1,x*y=2,x,y);Ax=A.xAy=A.y 运行结果： Ax = -1/2*(1/2*5(1/2)+1/2*i*3(1/2)3+1/4*5(1/2)+1/4*i*3(1/2) -1/2*(1/2*5(1/2)-1/2*i*3(1/2)3+1/4*5(1/2)-1/4*i*3(1/2) -1/2*(-1/2*5(1/2)+1/2*i*3(1/2)3-1/4*5(1/2)+1/4*i*3(1/2) -1/2*(-1/2*5(1/2)-1/2*i*3(1/2)3-1/4*5(1/2)-1/4*i*3(1/2)Ay = 1/2*5(1/2)+1/2*i*3(1/2) 1/2*5(1/2)-1/2*i*3(1/2) -1/2*5(1/2)+1/2*i*3(1/2) -1/2*5(1/2)-1/2*i*3(1/2)6. 题目： 在某激励条件下，二阶系统归一化响应可表示为，其中为阻尼系数，。请用不同的颜色或线型，在同一张图上，绘制取值下系统在区间内的响应曲线，并要求用和对它们相应的两条曲线进行醒目的文字标志。 代码段1：clcclearsyms k;t=0:0.1:18;hold on;%kz=-r .g b c m y k w :r :g;kz=r g :b c m y k w r g r:;i=0;for k=0.2:0.2:2 i=i+1; clear y; a=sqrt(1-k2); b=atan(sqrt(1-k2)/k); if k=1 y=(exp(t)-t-1)./exp(t); plot(t,y,kz(i) else y=1-1/a*exp(-k*t).*sin(a*t+b); plot(t,y,kz(i) end % plot(t,y,kz(i) if k=0.2 text(8,1.2,阻尼系数是0.2) end if k=2 text(14,0.9,阻尼系数是2) endendtitle(二阶系统归一化响应);xlabel(t);ylabel(y(t);hold offgrid 运行结果：代码段2（求极限）：syms klimit(1-1/sqrt(1-k2)*exp(-k*t)*sin(sqrt(1-k2)*t+atan(sqrt(1-k2)/k),k,1)运行结果：ans =(exp(t)-t-1)/exp(t)7. 题目： 构建一个简单的全波整流模型，并用示波器分两路同时观察原信号和整流后的信号波形。要求：信源模块被重新命名为“输入正弦波”；信宿模块被重新命名为“示波器”；连接到信宿的信号线上分别标注“原信号”和“整流信号”；在模型窗中添加注释文本。方法1：用sine wave产生正弦波，用abs进行整流，用Scope进行信号的观察。示波器观测结果：方法2：示波器观测结果：结果分析：两种方法都较好的实现了全波整流。8. 题目： 利用 SIMULINK及其标准模块设计一个低通滤波器，从受噪声干扰的多频率混合信号中获取10Hz的信号。在此，而 实现方法: 用Sine Wave产生正弦波，用Random Number产生随机信号，用sum将信号相加，用Analog Filter Design设计低通滤波器，用Mux模块将信号合并在一起,用Scope观察信号； 实验模型：示波器观测结果： 结果分析：LPC使用Butterworth方法，实现了不错的低通滤波效果。9. 题目：已知系统的状态方程为：，其中，请构建该系统的仿真模型，并用XY Graph模块观察相轨迹。 实现方法：利用乘法器，加法器，积分器搭建模型，利用XY Graph模块观察相轨。 实验模型： 运行结果：10.题目： CD74HC00仿真（数字电路） 数字电路实验模型： 封装后功能检测模型： 运行结果： 结果分析：前两路分别为产生“1010”和“1100”的脉冲发生器的波形，后四路波形则分别为四个与非门的输出；系统对于“11”、“01”、“10”、“00”四种输入的输出符合与非逻辑关系，设计无误，可以实现预期功能。11.题目： 2FSK信号的生成与接收滤波 要求：1) 产生二进制0，1随机信号波，信号波特率为1000B2) 对此信号进行2FSK调制，f1=1500Hz, f2=3050Hz3) 加入高斯白噪声4) 在接收端进行带通滤波5) 抽样速率为20KHz. 观察滤波前后信号的波形和频谱。 实现方法： 利用Bernoulli Binary Generator模块产生随机信号作为输入信号； 利用Sine Wave模块产生f1=1500Hz, f2=3050Hz 的载波，结合Switch模块进行2FSK调制； 利用AWGN Channel模块构建高斯白噪声信道，其参数设置为：信噪比：10dB，输入信号功率：1W； 利用Digital Filter Design设计带通滤波器，分别为1500Hz和3050Hz。实验模型：频谱观测结果：示波器观测结果如下：完整2FSK信号生成与接收滤波实验模型：为便于观察，设置信号波特率为50B，示波器观测结果： 结果分析：略有误差与延迟，但大体上成功实现信号的滤波接收。实验模型：12. 题目：创建一个简单的离散多速率系统：单位阶跃信号经过具有不同速率的采样后分别用作两个离散传递函数的输入。这两个离散传递函数有相同的有理分式，但采样时间和时间偏置二元对分别设为1 , 0.1和0.7 , 0。要求：观察这两个离散传递函数的输出有什么不同；用不同的颜色标帜不同采样速率系统。（通信系统） 示波器观测结果：二、M文件实现部分 题目：模拟调制-DSB调制与解调要求：对正弦信号（300Hz）进行DSB调制和解调。信道采用高斯白噪声信道。用MATLAB编写程序计算并画出调制信号波形和频谱。 程序代码：t=0:1/(400*1000-1):0.01;s=sin(300*2*pi*t); %原始信号 f=300Hz正弦信号figure(1);subplot(3,1,1);plot(t,s);xlabel(t);ylabel(amplitude); %坐标轴标注grid; %网格title(原始信号); %画出原始信号z=ammod(s,1*105,4*105); %使用ammod函数进行调制 z = ammod(x,Fc,Fs)subplot(3,1,2);plot(t,z);xlabel(t);ylabel(SDSB1(t);title(DSB-SC调制信号信号图); %画出调制信号y=awgn(z,5); %加入高斯白噪声 信噪比SNR=5subplot(3,1,3);plot(t,y);xlabel(t);ylabel(SDSB2(t);title(加入噪声后的DSB-SC调制信号图，SNR=5); %画出加入噪声后的DSB-SC图 %以上是调制部分% figure(2);f=(0:length(fft(z)-1)*(400*1000-1)/length(fft(z); %FFT 离散时间傅里叶变换subplot(3,1,1);plot(f,abs(fft(z);xlabel(f);ylabel(M(f);grid;title(调制后的频谱图);%以下为带通滤波器参数As=100; Ap=1;fs=4*105; %采样频率 fp1=200; fp2=1.1*105; %通频带fs1=100; fs2=1.2*105; %截止带wp=fp1 fp2/(fs/2); ws=fs1 fs2/(fs/2);n,wn=cheb1ord(wp,ws,Ap,As); %带通滤波b=fir1(n,wn,chebwin(n+1,As);x=fftfilt(b,y);z1=amdemod(x,1*105,4*105);%滤波法解调subplot(3,1,2);plot(t,z1);xlabel(t);ylabel(S(t);title(解调波波形)f=(0:length(fft(z1)-1)*(400*1000-1)/length(fft(z1); %FFTsubplot(3,1,3);plot(f,abs(fft(z1);axis(0 1000 0 2000); %坐标轴长度设置xlabel(f);ylabel(M(f);grid;title(解调后的频谱图); 运行结果：三、Simulink实现部分 题目：模拟信号的数字化传输-增量调制系统要求：用SIMULINK建立简单增量调制系统的模型并进行（1） 正弦信号（2） 语音信号的传输。改变抽样频率和量化台阶大小，观察重建信号以及量化噪声信号的波形；对于语音信号主观评价声音质量的变化。1.正弦信号正弦信号（300Hz）增量调制实验模型： 运行结果：结果分析：采样频率越高，量化台阶越小，最终通过滤波器解调出来的信号波形与原信号相似度越高，只是最终通过滤波器后信号的强度（幅度）会有所降低。2. 语音信号实现方法：自行录制 .wav文件，通过函数y=wavread（filename）读取语音文件。然后在在simulink里调用From wave file模块，unbuffer解缓存后作为原始信号进行输入。需要注意的是，人的声音频率大约在65Hz-1100Hz左右，所以低通滤波器的设置应该以此作为依据。实验中取Fpass=60Hz，Fstop=1000Hz效果较好。语音信号增量调制实验模型：运行结果：语音可以较为清晰还原，音色基本一致，略有失真。此外，存在些许噪声，不同采样频率下可能有尖锐噪声。声音质量大体良好，识别度高。4、 学习心得回想起来，上次进行MATLAB相关的设计还是在大二上的DSP实验课上，至今已经一年多没有接触这个软件了。虽说如此，再次上手还是蛮快就熟悉的。通过之前的一些基础，再加上参考资料以及刻意搜索的结果，搞定M文件相关的内容再加以理解并不是什么大问题。所以挑战的难度大多集中在Simulink这部分上了。之前对MATLAB这个软件的认识仅仅在编写代码这部分，这次又发现了它的新功能，真是令