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实 验 报 告（MATLAB课后作业练习题）学 院 电子信息学院 班 级 学 号 姓 名 任课教师 目录实验作业13第一题、一阶电路3实验作业 27第一题Waterfall Scope（瀑布显示图）7Chirp Signal扫频信号源7Uniform Random Number信号源下8Band-Limited White Noise信号源8第二题：设计一个编程开关仿真系统框图9仿真实验作业310第一题10第二题14仿真实验作业414第一题14第二题17仿真实验作业520仿真实验作业623仿真实验作业725仿真实验作业828实验作业1第一题、一阶电路(1)、电路图如下，R=1.4欧，L=2亨，C=0.32法，初始状态：电感电流为零，电容电压为0.5V，t=0时刻接入1V的电压，求0t0)*1; %阶跃信号%filename ex123.mL=2; %电感值C=0.32; %电容值for R=1.4 5 9 %仿真电阻值分别为1.5, 3, 5欧姆的情况 t,x=ode45(funcforexl23,0,15,0;0.5,R,L,C); %也可采用ode23, ode15s等求解 figure(1);plot(t,x(:,1);hold on; xlabel(time sec); text(2,0.07,leftarrow i_L(t);grid; figure(2);plot(t,x(:,2);hold on;xlabel(time sec); text(2.1,0.75,leftarrow u_C(t);grid;End输入输出的传递函数：1 R=1.4时：2 R=5时：3 R=9时：连续系统的传递函数如下： 借助多项式乘法函数conv来处理：两个向量分别用num和den表示。num=b1,b2,bm,bm+1den=a1,a2,an,an+1num=4*conv(1,2,conv(1,6,6,1,6,6);den=conv(1,0,conv(1,1,conv(1,1,conv(1,1,1,3,2,5);给出零极点增益模型：num=1,11,30,0;den=1,9,45,87,50; z,p,k=tf2zp(num,den)结果表达式： 用Simulink系统建模仿真画出阶跃信号通过传递函数后的关系曲线。还可以进一步修改信号源参数，使用三角波、正弦波等作为激励信号，观察输出信号的情况。阶跃信号三角波正弦波实验作业 2第一题Waterfall Scope（瀑布显示图）1、利用Waterfall Scope（瀑布显示图）的仿真模型，观察Chirp Signal扫频信号源的频谱时间函数，显示需要表达的三维函数瀑布图。 更换扫频信号源，选择Uniform Random Number 或Band-Limited White Noise信号源，的频谱时间函数，显示需要表达的三维函数瀑布图。Chirp Signal扫频信号源应用Waterfall Scope观察扫频仪输出下图所示是仿真系统显示的瀑布图。系统运行时瀑布图中的频谱线群随着扫频仪的频率变化而移动，十分生动直观。表1表3所示是原理图中的各模块的主要参数。 Uniform Random Number信号源下结果图Band-Limited White Noise信号源第二题：设计一个编程开关仿真系统框图设计一个编程开关仿真系统框图。图中使用三个信号产生器，分别产生幅度为1，频率为10 Hz、20 Hz、30 Hz的正弦波、锯齿波和方波。Variable Selector(可变选择器) 根据Idx(指针端口)当时的数据，决定三个信号馈送到哪个端口。程序：x1=1 2 3 2 3 1 3 1 2; x=x1*ones(1,30); %生成一个9行30列的数据块 y=x(:); %变换成270行1列的数据块 y1=reshape(y,3,90); %变换成3行90列的数据块 y2=y1; %变换成90行3列的数据块 t1=1:90;t=t1; D=t y2; %产生D供From Workspace读入 sim(switchil) %启动仿真编程开关仿真系统框图：运行结果：仿真实验作业3第一题1、 分别仿真移频键控FSK，最小移频键控MSK，以及高斯滚降最小移频键控GMSK这三种目前应用广泛的数字频率调制方式。并且比较三种仿真的结果。 移频键控FSK最小移频键控MSK高斯滚降最小移频键控GMSK移频键控FSK最小移频键控MSK高斯滚降最小移频键控GMSK 仿真结果表明:在误码率为相同数量级的条件下，GMSK(高斯滚降最小移频键控)占有最小的频带宽度。此时MSK , GMSK的传输环境的信噪比，比FSK还要低3 dB。综合抗干扰能力、占带宽度最好的是GMSK, MSK次之，最后是FSK。第二题2、仿真M多元调制系统(M=4、8、16、64)。分析多元调制情况下频带利用率、功率利用率、误码率与调制方式、传输环境之间的定量关系，为系统规划、设计提供具有参考价值的信息。仿真实验作业4第一题1、建立一个锁相环频率合成仿真系统模块，采用Pulse Generator（脉冲发生器）产生幅度值为1，占空比为50%，相位延迟为0，参考频率为fr=30 MHz的方波信号。经过M=3的分频器，变成10 MHz的信号，送到鉴相器的参考信号输入端。分别给出分频器输出频率、VCO收敛特性、参考频率、参考振荡的三分频频率、输出信号十分频频率以及相位检测即异或门的输出波形图。 分频器输出频率VCO收敛特性输出波形参考频率、三分频频率、十分频频率、相位检测波形图第二题2、建立频分多址通信系统的仿真模型。在发射部分，三个Signal Generator（信号发生器），产生幅度为1、频率为4 rad/s的正弦信号，方波信号，频率为3 rad/s的锯齿波信号，分别进入载频设定为40 Hz、60 Hz、80 Hz的Passband DSB AM（双边带幅度调制）模块，然后各自进入与调制模块载频相应的Analog Filter Design（模拟滤波器设计）模块。三路信号在Sum（加法器）中合成后馈入AWGN（加性高斯白噪声）传输环境。在接收部分，三路并联的带通滤波器分别工作在上述三个载频上。带通滤波器后面连着载频与带通滤波器中心频率相同的Passband DSB ADM（双边带幅度调制的解调）模块。解调输出的信号在MUX（合路器）中与各自的原始信号汇合，然后输入示波器。给出频分多址通信系统三用户信号混合后的频域图和时域图，以及三用户的原始信号与解调出来的信号。下图为通信系统三用户信号混合后的频域图和时域图 三用户的原始信号与解调出来的信号用户一用户二用户三仿真实验作业5 设计一个传输环境是高斯白噪声加突发干扰的综合数字通信差错控制仿真试验系统。进行有交织系统和无交织系统在不同突发干扰尺寸信道中的传输特性比较。 各种参数参照教材P293-P298的数据执行。用MATLAB仿真给出教材图7-7差错控制综合试验系统比较图。clear;close all;W=0 70,100; % 突发脉冲宽度 SNRVec=-5:1:3;% 仿真AWGN信道信噪比for m=1:length(W) w=W(m);% 仿真时变化突发脉冲宽度 for n=1:length(SNRVec) SNR = SNRVec(n); sim(main5_1);% 执行仿真（有交织模型） sim(main5_2);% 执行仿真（无交织模型） S1(m,n)=max(s_tetraall2b)+eps;% 得出有交织模型输出误码率 S2(m,n)=max(s_tetraall2e)+eps;% 得出无交织模型输出误码率 n w endendfigure(1)semilogy(SNRVec,S1);hold on;axis(-6,3,1e-7,1);grid ontitle(无交织系统在不同突发干扰尺寸信道中的传输特性);figure(2)semilogy(SNRVec,S2);hold on;axis(-6,3,1e-7,1);grid ontitle(有交织系统在不同突发干扰尺寸信道中的传输特性);W=0 45 100;H=k r bfor m=1:length(W)h=H (m);h1=H(m);w=W(m);w1=W(m)ErproVec=-6:1:2;for n=1:length(ErproVec)SNR=ErproVec(n);sim(tetraall2E)sim(tetraall2B)S2(n)=mean(s);S3(n)=S2(n)+eps;S2A(n)=mean(sA);S3A(n)=S2A(n)+eps;EN(n)=ErproVec(n);endfigure(1)semilogy(EN,(S3),h);grid;hold on;figure(2)semilogy(EN,(S3A),hl);grid;hold on;endaxis(-6,2,1e-7,1)hold off图(a)所示是有交织时信道中传输不同尺寸突发干扰的传输特性。图中从上到下分别是:第1根曲线是突发干扰尺寸为100的情况;第2根曲线是突发干扰尺寸为45的情况;第3根曲线是突发干扰尺寸为0的情况。 图(b)所示是没有交织时信道中传输不同尺寸突发干扰的传输特性。图中从上到下分别是:第1根曲线是突发干扰尺寸为100的情况;第2根曲线是突发干扰尺寸为45的情况;第3根曲线是突发干扰尺寸为0的情况。下面是一段将两个仿真系统都启动，绘出图(a),(b)所示图形的程序。 差错控制综合试验系统(a) 有交织系统在不同突发干扰尺寸信道中的传输特性;(b)无交织系统在不同突发干扰尺寸信道中的传输特性仿真实验作业6建立M-PSK跳频通信仿真系统，以及跳频通信的仿真系统模块结构图。给出跳频系统对应跳频信号的VCO压控振荡器输出时域波形比较。分析系统在Es/No（信噪比）为20到-20 dB传输环境，没有差错控制条件下得到的误码率和通信效果。程序文件%test6clear;f=500;d=100;s=0;m=f+(d*s);%sim(main6)跳频通信的仿真系统跳频系统中的调制模块跳频系统中的解调模块跳频系统工作时跳频信号的时域波形仿真实验作业7 参照程序9 -3，设定四个输入信号的方向和背景噪声，给出MUSIC算法估计与Capon算法估计的比较，绘出MUSIC算法波达方向估计图、Capon算法波达方向估计图和应用矩阵运算求解加权系数后的波束形成的方向图。进行仿真结果比对分析。 clear; q1=pi*2/3;q2=pi*1 /3;q3=pi*3/2;q4=pi*5.8/6; %四个输入信号的方向 E=1; lam=1; %信号波长 r=1; %天线阵的半径 m1=1;m2=1;m3=1;m4=1;m5=1;m6=1;m7=1;m8=1; %信号幅度 a=0:7a = 0 1 2 3 4 5 6 7 for n=1:length(a)A1(n)=exp(-j*pi*cos(q1-(pi*a(n)/4)/lam);A2(n)=exp(-j*pi*cos(q2-(pi*a(n)/4)/lam);A3(n)=exp(-j*pi*cos(q3-(pi*a(n)/4)/lam);A4(n)=exp(-j*pi*cos(q4-(pi*a(n)/4)/lam);end A=A1,A2,A3,A4; %得出A矩阵 n=1:1900; v1=.06; v2=.02; v3=.03; v4=.073; D=1*cos(v1*n);1*sin(v2*n);1*sin(v3*n);1*square(v4*n); %四个输入信号 U=A*D; %总的输入信号 U1=(U); c=cov(U*U1); %总输入信号的协方差矩阵 s,z=eig(c); %求协方差矩阵的特征矢量及特征值 Vn=s(:,5:8); %取出与零特征值对应的特征矢量 ci=inv(c);Warning: Matrix is close to singular or badly scaled. Results may be inaccurate. RCOND = 1.942991e-19. bb=1 0 0 0; Wopte=Abb; %求解线性方程组(求Wopte) q1b=2*pi:-2*pi/180:2*pi/180; b=0:7; for t=1:length(q1b)h(t)=q1b(t);for m=1:length(b)Aa(m)=exp(-j*pi*cos(h(t)-(pi*a(m)/4)/lam);endA1a=Aa;Pmusic(t)=(A1a)*A1a*(inv (A1a)*Vn*(Vn)*A1a);Pcap(t)=inv(A1a)*ci*(A1a);T(t)=q1b(t);P1=abs(Pmusic); %MUSIC算法估计P2=abs(Pcap); %Capon算法估计Ye(t)=Wopte*A1a;P=abs(Ye);end figure(1) T1=T*180/pi; semilogy(T1,P1);grid %MUSIC算法波达方向估计 figure(2) T1=T*180/pi; semilogy(T1,P2);grid %Capon算法波达方向估计 figure(3) polar(T,P) %绘出应用矩阵运算求解加权系数后的波束%MUSIC算法波达方向估计 Capon算法波达方向估计波束形成仿真实验作业8 参照程序10 -3，设定300 Hz、500 Hz、1000 Hz的三个正弦波信号叠加构成本例的原信号，添加高斯白噪声，通过低通滤波器后滤掉1000 Hz的信号。画出低通滤波器传输特性的幅频图和相频图。以及带通滤波器传输特性的幅频图和相频图。 t=1/10000:1/10000:3; %设置三个频率的正弦信号 %300 Hz，500 Hz，1000 Hz s1=sin(2*pi*300*t); s2=sin(2*pi*500*7); s3=1.2*sin(2*pi*1000*t); s=s1+s2+s3; figure(1) subplot(3,1,1); ss=fft(s,4096);SS=abs(ss(1:1:2049); %三个正弦波信号叠加 %求合成信号的频谱 k1=0:2048;w1=(1/.4096)*k1; plot(w1,SS);grid axis(0,2000,-100,200) title(原信号频谱图); %画频谱图 %通过低通滤波器 ws1 = 1000 ; %设计一个通带为600 Hz, 阻带为1000 Hz的低通滤波器 wp1=600; wc=5000; wp=wp1 /wc;ws=ws1/wc; n,Wn=cheb2ord(wp,ws,1,30) %切比雪夫H型滤波器设计n = 5Wn = 0.2000 b,a=cheby2(n,30,Wn); subplot(3,1,2) sb=3*filter(b,a,s); %合成信号通过低通滤波器 ssb=fft(sb,4096);SSb=abs(ssb(1:1:2049); %求频谱 k1=0:2048;w1=(1/.4096)*k1; plot(w1,SSb);grid %画频谱图 axis(0,2000,100,6500)