MATLABSystemView 通信原理实验与系统仿真（第3版）课件 第1-5章MATLABSimulink操作基础 -差错控制系统的MATLABSimulink仿真

第1章MATLAB/Simulink操作基础123MATLAB运行环境介绍MATLAB程序设计基础MATLAB通信类工具箱介绍14Simulink仿真环境及基本操作21.1MATLAB运行环境介绍MATLAB的运行方式安装好后的MATLAB可以从桌面快捷方式启动，也可以从Windows开始菜单中启动。MATLAB的程序可以用两种运行方式：指令运行方式和M文件运行方式。指令运行方式通过直接在指令窗中输入指令来实现计算或作图功能。当解决问题所需的指令较少时，可采用此运行方式。M文件运行方式是指先创建、编辑并保存M文件，然后在M文件编辑窗口菜单中运行；或者在指令窗中输入此文件名，按回车运行。当解决问题所需的指令较多时，可采用M文件的方式。31.1MATLAB运行环境介绍MATLAB中的窗口MATLAB主窗口

MATLAB和普通Windows程序一样，主窗口是标准的Windows界面，具有一般Windows应用程序应该具有的菜单和工具栏。4MATLAB中的工具项1.1MATLAB运行环境介绍MATLAB主页工具项5M文件概述1.2MATLAB程序设计基础

M文件是一个文本文件，扩展名为“.m”。它可以用任何文本编辑器来建立和编辑，也可以用MATLAB的内置编辑器编辑。使用MATLAB主界面菜单“新建”->“脚本”或直接点击图标“”可以打开新建M文件，也可以在MATLAB的命令行中输入命令edit打开M文件编辑器根据调用方式不同，M文件可以分为两类：命令文件(ScriptFile)和函数文件(FunctionFile)。命令文件可以在M文件编辑器的菜单中，选取“Run”直接运行，但函数文件必须要有命令去调用该函数。函数文件的文件名必须与其文件中定义的函数名一致。路径设置正确的情况下，在命令窗口中直接输入M文件名可以运行M文件中的代码。注意：M文件的命名以英文字母开头，用字母和数字组成，不使用中文文件名称，也不能在文件名称中使用“(”、“\”、空格等特殊字符。M文件的名称不能和MATLAB系统函数重名。6MATLAB程序控制结构1、顺序结构

输入输出函数：input、disp、pause。input、disp使用1.2MATLAB程序设计基础72、分支结构（1）if语句if表达式

语句1else

语句2endif表达式语句1endif表达式语句1elseif表达式

语句2endendif表达式语句1elseif表达式语句2end1.2MATLAB程序设计基础MATLAB程序控制结构82、分支结构（1）if语句if结构代码示例1.2MATLAB程序设计基础MATLAB程序控制结构92、分支结构（1）switch语句switch表达式 case表达式1

语句1 case表达式2

语句2 ...... case表达式n

语句n otherwise

语句n+1endswitch结构代码示例1.2MATLAB程序设计基础MATLAB程序控制结构103、循环结构（1）for循环语句for循环控制变量=表达式1:表达式2:表达式3

语句end（2）while循环语句while关系表达式语句endfor循环的循环次数往往是固定的，而while循环可不定循环次数。1.2MATLAB程序设计基础MATLAB程序控制结构114、程序流程控制（1）break语句终止本层for或while循环，跳转到本层循环结束语句end的下一条语句。（2）return语句终止被调用函数的运行，返回到调用函数。

（3）continue语句在for循环或while循环中遇到该语句，将跳过其后的循环体语句，进行下一次循环。1.2MATLAB程序设计基础MATLAB程序控制结构12

如果M文件的第一条可执行语句以function开始，该文件就是函数文件。

一般情况，函数文件由下面几部分组成：（1）函数定义行（2）H1行（3）帮助文本（4）函数体（5）注释1.2MATLAB程序设计基础MATLAB函数文件13（1）函数定义行

函数定义行由关键字function引导，指明这是一个函数文件，并定义函数名、输入参数和输出参数。

函数定义行必须为文件的第一条可执行语句，函数名与文件名相同，可以是MATLAB中任何合法的字符。

输出参数如有多个，用“[]”括起；输入参数用“（）”括起。函数文件可以带有多个输入和输出参数，也可以没有输出参数，如下两种都合法： function[x,y,z]=sphere(theta,phi,rho) functionprintresults(x)1.2MATLAB程序设计基础MATLAB函数文件14（1）H1行H1行就是帮助文本的第一行，是函数定义行下的第一个注释行，是供lookfor查询时使用的。

一般来说为了充分利用MATLAB的搜索功能，在编制M文件时，应在H1行中尽可能多地包含该函数的特征信息。1.2MATLAB程序设计基础MATLAB函数文件15（3）帮助文本

在函数定义行后面，连续的注释行不仅可以起到解释与提示作用，更重要的是为用户自己的函数文件建立在线查询信息，以供help命令在线查询时使用。1.2MATLAB程序设计基础MATLAB函数文件16（4）函数体

函数体包含了全部的用于完成计算及给输出参数赋值等工作的语句，这些语句可以是调用函数、流程控制、交互式输入/输出、计算、赋值、注释和空行。1.2MATLAB程序设计基础MATLAB函数文件17（5）注释

以“%”起始到行尾结束的部分为注释部分，MATLAB的注释可以放置在程序的任何位置，可以单独占一行，也可以在一个语句之后，还可以进行多行块注释。多行注释:选中要注释的若干语句,在编辑器编辑模块中点击按钮“”；或者使用Ctrl+R。取消注释:选中要取消注释的语句,在编辑器编辑模块中点击按钮“”

；或者使用Ctrl+T。1.2MATLAB程序设计基础MATLAB函数文件18CommunicationsToolbox是MATLAB的通信工具箱，提供一系列的通信系统用函数，用于对通信系统的设计、端到端的仿真、分析和验证，支持通信信号的产生、调制和解调、编码和解码以及传输等过程的仿真以及性能评估。同时，通信工具箱提供天线设计、5G、LTE、WLAN、蓝牙、卫星通信等多种专用APP，其数量是MATLAB所有工具箱中最多的。这些APP的使用可以帮助用户降低通信系统仿真设计的复杂度、节省设计时间。1.3MATLAB通信类工具箱介绍通信工具箱191.3MATLAB通信类工具箱介绍通信工具箱通信工具箱部分常用函数205GToolbox是专门针对5G通信系统设计的工具箱，提供了大量的标准函数、工具和示例，支持5G波形生成、链路仿真和系统仿真。提供信号生成器、链路预算计算器、信号分析仪、资源网络查看器等APP。这些工具的使用能帮助用户实现符合3GPP5GNR规范的通信模型设计、仿真、测试分析及优化。5G波形生成器APP，是5G工具箱中的核心APP，支持包括载波频率、带宽、子载波间隔、天线等参数的灵活配置，极大地降低了开发难度。1.3MATLAB通信类工具箱介绍5G工具箱21检查是否已安装该工具箱：命令窗口中输入ver。查找"5GToolbox"。1.3MATLAB通信类工具箱介绍5G工具箱确认5GToolbox安装225G波形生成器App是5GToolbox的一个具体应用，用于波形生成和配置。1.3MATLAB通信类工具箱介绍5G工具箱5G波形生成器23SignalProcessingToolbox是MATLAB的信号处理工具箱，提供一系列信号处理函数和应用程序，用于设计、分析、建模等信号处理。主要功能包括：滤波器设计，如各种类型的IIR滤波器和FIR滤波器设计；信号变换，如离散傅里叶变换、小波变换、拉普拉斯变换、Z变换等；信号建模，如系统辨识和谱估计。信号处理工具箱提供的函数十分丰富，包括信号的产生、变换、时域分析、频域分析、插值、重采样、滤波、去趋势、功率谱估计、可视化处理等。表1.3是部分常用信号处理函数及功能描述。1.3MATLAB通信类工具箱介绍信号处理工具箱241.3MATLAB通信类工具箱介绍信号处理工具箱信号处理工具箱部分常用函数251.3MATLAB通信类工具箱介绍信号处理工具箱信号分析器信号分析器，是用于信号的分析和可视化功能的APP，支持多通道时域波形、频域频谱图的显示、分析和测量，是信号处理工具箱的核心工具之一。26DeepLearningToolbox是MATLAB的深度学习工具箱，是一个用于构建、训练和部署深度学习模型的工具集合，被广泛用于对图像、时间序列和文本数据进行分类和回归。它提供丰富的函数和APP，支持多种深度学习架构，如卷积神经网络(CNN)、循环神经网络(RNN)、长短期记忆网络(LSTM)等。APP中的深度网络设计器用于以图形方式设计、分析和训练网络；试验管理器用于多深度学习试验的管理，包括跟踪训练参数、分析结果和不同试验代码的比较。1.3MATLAB通信类工具箱介绍深度学习工具箱271.3MATLAB通信类工具箱介绍深度学习工具箱深度学习工具箱的部分常用函数28深度网络设计器APP支持从MATLAB工作区导入网络开始设计，也可以使用预训练的图像处理网络、序列信号处理网络、音频信号处理网络。1.3MATLAB通信类工具箱介绍深度学习工具箱深度网络设计器29Simulink是MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATLAB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个集成环境。Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试，并提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI)。用户只需单击和拖动鼠标操作就能完成模型的创建过程，是一种更快捷、直接明了的仿真方式。Simulink工作原理1.4Simulink仿真环境及基本操作30Simulink内置了几个重要功能模块组：

连续模块（Continuous）组、离散模块（Discrete）组、数学模块（MathOperations）、逻辑和位操作模块（LogicandBitOperations）、查找表模块（LookupTable）、端口和子系统模块（Ports&Subsystems）、信号属性模块（SignalAttributes）、信号线路模块（SignalRouting）、信宿模块（Sinks）、信源模块（Sources）、用户自定义函数模块（UserDefinedFunctions）等。Simulink工作原理1.4Simulink仿真环境及基本操作31Simulink起始页左侧是快速访问区，显示最近使用的模型，界面主要功能区域采用选项卡式分设新建、示例和学习三大项。Simulink模型编辑窗口Simulink基本操作1.4Simulink仿真环境及基本操作32Simulink建模的模型窗口，主要有库浏览器窗口、模型浏览器窗口、模型框图窗口以及状态栏。Simulink模型编辑窗口Simulink基本操作1.4Simulink仿真环境及基本操作33

从Simulink模型编辑窗口单击工具栏中的

图标，打开库浏览器(SimulinkLibraryBrowser)模块Simulink库浏览器Simulink基本操作1.4Simulink仿真环境及基本操作341、模型文件的操作（1）新模型的创建：点击工具栏中的创建新模型图标

；或者点击“新建”按钮下的新建空白模型图标；也可以点击库浏览器窗口工具栏的创建新模型图标，即可打开一个空的模型窗口。（2）已有模型文件的打开：搜索路径范围内的文件，可在指令窗口输入模型文件名打开；或者利用“打开”按钮或图标。（3）模型的保存：点击模型编辑窗口的“保存”按钮或图标，以模型文件的方式保存。（4）模型的打印：点击模型编辑窗口的“打印”按钮或图标；也可以用指令的方式。Simulink基本操作1.4Simulink仿真环境及基本操作351、模块的操作（1）模块的选定：选中模块，用鼠标拖放；或选中模块，然后右键选择添加至模型文件。（2）模块的复制：选中模块，右键拖放；或者按住Ctrl键，左键拖放；或者采用Ctrl+C和Ctrl+V键。（3）模块的移动：鼠标拖放。（4）模块参数和特性的设置：双击模块，打开模块参数对话框，设置参数。（6）模块调整：模块选中模块，拖动模块四角出现的小方块调整；选中模块右击，有相应的菜单可以旋转模块。（7）模块间连接：将鼠标指向模块的输出端，待鼠标的指针变成十字形后按住鼠标不放，将其拖动到另一模块的输入端，释放鼠标即可。Simulink基本操作1.4Simulink仿真环境及基本操作36

当模型规模变大时，模型的复杂度就会提高，同时可读性会变差。这时就需要把大的模型分割、封装成几个小的模块，以使得整个模型更加简捷、容易读懂。这些小的模块就称为子系统。Simulink子系统可以反复被调用，以节省建模时间；同时支持建立分层次的子系统结构，利于整个模型的管理和更新，使系统模型更加简捷。子系统及其封装1.4Simulink仿真环境及基本操作371、使用SubSystems模块库的SubSystem模块直接创建子系统。（1）在“新建”下拉菜单选择空白子系统，打开子系统模型编辑窗口。Simulink模型编辑窗口中创建新模型子系统及其封装1.4Simulink仿真环境及基本操作381、使用SubSystems模块库的SubSystem模块直接创建子系统。（2）将CommonlyUsedBlocks(常用模块)下面的Subsystem(子系统)模块拖到模型窗口中。

Simulink模型编辑窗口中创建子系统子系统及其封装1.4Simulink仿真环境及基本操作391、使用SubSystems模块库的SubSystem模块直接创建子系统。（3）在CommonlyUsedBlocks(常用模块)选择In1(输入)和out1（输出）模块拖到模型窗口中，点击模块边上的箭头拖动信号线进行模块连接。子系统输入输出的创建子系统及其封装1.4Simulink仿真环境及基本操作401、使用SubSystems模块库的SubSystem模块直接创建子系统。（4）双击模型窗口中的Subsystem模块，弹出子系统模块窗口。此时In1(输入)和out1(输出)之间没有任何模块。子系统模块窗口子系统及其封装1.4Simulink仿真环境及基本操作411、使用SubSystems模块库的SubSystem模块直接创建子系统。（5）在子系统的In1(输入)和out1(输出)之间添加所需要的模块,修改参数，保存子系统。y=ax+b的子系统模型子系统及其封装1.4Simulink仿真环境及基本操作422、使用菜单命令“创建子系统”，把已经存在的部分模型压缩转换为子系统。（1）点击鼠标使用选择范围框选中需要压缩成子系统的部分，在系统自动弹出的菜单中选择“创建子系统”。子系统及其封装1.4Simulink仿真环境及基本操作子系统模型压缩选择432、使用菜单命令“创建子系统”，把已经存在的部分模型压缩转换为子系统（2）也可以选中需要压缩的子系统部分模块，在界面顶部的建模选项下，点击创建子系统；还可以在选中之后通过鼠标右键菜单选择“基于所选内容创建子系统”，执行之后，选中部分将会被一个子系统(Subsystem)所替代。子系统及其封装1.4Simulink仿真环境及基本操作子系统模型压缩选择第2章模拟调制解调方式的MATLAB/Simulink仿真12模拟线性调制与解调仿真模拟非线性调制与解调仿真44452.1模拟线性调制与解调仿真常规调幅信号的产生与解调在线性调制中，最先应用的一种幅度调制是常规调幅，简称调幅(AM)。调幅信号的包络与调制信号成正比，其时域表示式为AM调制模型如

下图所示。

AM调制模型462.1模拟线性调制与解调仿真常规调幅信号的产生与解调

AM信号的波形和频谱472.1模拟线性调制与解调仿真常规调幅信号的产生与解调利用程序实现对AM信号的产生与相干解调，结果如下：

AM信号调制与解调的仿真结果482.1模拟线性调制与解调仿真常规调幅信号的产生与解调AM信号的产生与相干解调的Simulink仿真模型如下图所示。AM信号的Simulink仿真模型492.1模拟线性调制与解调仿真常规调幅信号的产生与解调AM信号的Simulink仿真结果如下图所示，示波器输出波形从上到下依次为调制信号、载波、AM信号和相干解调器输出信号。AM信号的Simulink仿真结果502.1模拟线性调制与解调仿真抑制载波双边带调幅信号的产生与解调为了节约发射功率，除了民用广播外，多数应用中采用抑制载波双边带信号(DSB-SC)调制，简称双边带(DSB)信号。其时域表示式为

DSB信号的波形和频谱512.1模拟线性调制与解调仿真抑制载波双边带调幅信号的产生与解调采用程序实现对抑制载波双边带调幅信号产生与相干解调的仿真，结果如下：

DSB信号调制与解调的仿真结果522.1模拟线性调制与解调仿真抑制载波双边带调幅信号的产生与解调抑制载波双边带调幅信号产生与相干解调的simulink仿真模型如下图所示。

DSB信号的Simulink仿真模型532.1模拟线性调制与解调仿真抑制载波双边带调幅信号的产生与解调抑制载波双边带调幅信号产生与相干解调的simulink仿真结果如下图所示，示波器输出波形从上到下依次为调制信号、载波、DSB信号、相干解调器低通滤波前信号和相干解调器低通滤波后信号。

DSB信号的Simulink仿真结果542.2模拟非线性调制与解调仿真调频信号的产生与解调角度调制信号可表示为瞬时频率为当正弦载波的频率变化与输入基带信号幅度的变化成线性关系时，就构成了调频（FM）信号。FM信号可以写成称为调频灵敏度。

55调频信号的产生与解调2.2模拟非线性调制与解调仿真FM信号调制与解调的仿真结果

FM信号可以采用MATLAB的库函数demod（）进行解调。设调制信号为，载波中心频率为10Hz，调频器的调频灵敏度为，载波平均功率为1W。仿真结果下图所示。56调频信号的产生与解调2.2模拟非线性调制与解调仿真FM信号的Simulink仿真模型FM信号产生与解调的Simulink仿真模型如下图所示。57调频信号的产生与解调2.2模拟非线性调制与解调仿真

示波器波形

调制信号频谱FM信号频谱 解调信号频谱58调相信号的产生与解调2.2模拟非线性调制与解调仿真当瞬时相位偏移随调制信号作线性变化时，这种调制方式称为调相，此时瞬时相位偏移可表达为式中：称为相移指数，含义是单位调制信号幅度引起调相信号的相位偏移量，单位是。因此调相(PM)信号为59调相信号的产生与解调2.2模拟非线性调制与解调仿真PM信号调制与解调的仿真结果采用程序实现对PM信号产生与解调的仿真，仿真结果如下。60调相信号的产生与解调2.2模拟非线性调制与解调仿真PM信号的Simulink仿真模型

PM信号的Simulink仿真模型如下图所示。61调相信号的产生与解调2.2模拟非线性调制与解调仿真PM信号的Simulink仿真结果

示波器波形调制信号频谱

已调信号频谱解调信号频谱第3章基带信号与发送滤波器的MATLAB/Simulink设计与仿真123数字基带信号波形仿真数字基带信号码型仿真发送滤波器仿真62633.1数字基带信号波形仿真数字基带信号波形简介数字基带信号的波形经常采用方波，其中最基本的二进制基带信号波形有单极性归零波形、单极性不归零波形、双极性归零波形、双极性不归零波形，如下图所示。常见的基带信号波形64数字基带信号波形的MATLAB仿真二进制基带信号仿真流程3.1数字基带信号波形仿真653.1数字基带信号波形仿真数字基带信号波形的MATLAB仿真双极性二进制信号波形的MATLAB仿真结果66单极性二进制信号波形的MATLAB仿真3.1数字基带信号波形仿真数字基带信号波形的MATLAB仿真67数字基带信号波形的仿真模型3.1数字基带信号波形仿真数字基带信号波形的Simulink仿真68数字基带信号波形的仿真结果3.1数字基带信号波形仿真数字基带信号波形的Simulink仿真693.2数字基带信号码型仿真数字双相码

双相码，又名曼彻斯特（Manchester）码，其编码规则是：将信息代码0编码为线路码“01”；信息代码1编码为线路码“10”。双相码常用于局域网传输，每一位的中间的跳变既作时钟信号，又称作数据信号。703.2数字基带信号码型仿真数字双相码的MATLAB仿真数字双相码的仿真流程713.2数字基带信号码型仿真数字双相码的MATLAB仿真数字双相码的仿真结果723.2数字基带信号码型仿真数字双相码的Simulink仿真数字双相码的Simulink仿真模型733.2数字基带信号码型仿真数字双相码的Simulink仿真数字双相码的Simulink仿真结果743.2数字基带信号码型仿真三阶高密度双极性码

三阶高密度双极性码（HDB3码），其编码规则是：当信息代码中连“0”个数不大于3时，“1”码用正负脉冲交替表示；当信连“0”个数大于3时，将每4个连“0”串的第4个“0”编码为与前一非“0”码同极性的正脉冲或负脉冲，该脉冲为破坏码或V码，为保证加V码后输出仍无直流分量，则需要：

（1）相邻V码的极性必须相反，为此当相邻V码间有偶数个“1”时，将后面的连“0”串中第1个“0”编码为B符号，B符号的极性与前一非“0”码的极性相反，而B符号后面的V码与B符号的极性相同；

（2）V码后面的非“0”符号的极性再交替反转。

HDB3码是CCITT推荐作为PCM语音系统四次群线路接口码型；在光缆传输系统中采用。753.2数字基带信号码型仿真三阶高密度双极性码HDB3码的波形763.2数字基带信号码型仿真三阶高密度双极性码MATLAB仿真HDB3码的MATLAB仿真结果773.3发送滤波器仿真升余弦脉冲滤波器余弦滚降系统的传输特性可用下式表示：其中α为滚降系数，Ts

为码元间隔。783.3发送滤波器仿真升余弦脉冲滤波器余弦滚降系统的传输特性可用下式表示：余弦滚降系统特性793.3发送滤波器仿真升余弦脉冲滤波器升余弦滚降系统频谱803.3发送滤波器仿真升余弦脉冲滤波器升余弦滚降系统时域波形813.3发送滤波器仿真升余弦脉冲滤波器余弦滚降滤波器对信号的影响823.3发送滤波器仿真平方根升余弦滤波器

波形成形滤波器放置在收发两端，即在发送端和接收端分别用一个平方根升余弦滤波器（平方根升余弦函数），并且使两个滤波器满足匹配滤波原则。则既实现升余弦滤波器的作用，也满足匹配滤波器的实现，从而提升接收端信噪比。

如果不考虑由于信道引起的码间串扰，两个平方根升余弦函数相乘（相当于时域卷积）就得到升余弦形式的合成的系统传输函数。833.3发送滤波器仿真平方根升余弦滤波器平方根升余弦滤波器可以表示为平方根升余弦冲激响应的表达式为843.3发送滤波器仿真平方根升余弦滤波器平方根余弦滚降滤波器对信号的影响853.3发送滤波器仿真高斯滤波器高斯型滤波器的传输函数为：高斯型滤波器的冲激响应为863.3发送滤波器仿真高斯滤波器高斯脉冲成形滤波器对矩形脉冲输入信号的影响873.4数字基带传输系统仿真一个典型的数字基带传输系统组成框图如图所示。它主要由发送滤波器、信道、接收滤波器、同步系统和抽样判决器等组成。883.4数字基带传输系统仿真数字基带传输系统的仿真模型如图所示。模型中，伯努利二进制信号发生器用于模拟数字信源，升余弦发送滤波器用作发送滤波器，升余弦接收滤波器用作接收滤波器。893.4数字基带传输系统仿真当AWGN信道的SNR分布设置为30dB和10dB时，眼图示波器的输出如图(a)和所示。对比这两个眼图可以看出，随着噪声的增强，眼图线迹变得模糊，线条变宽。903.4数字基带传输系统仿真在SNR=30dB时，由误码率计算模块可以看出此时基带系统传输误码率为0。此时，信源发出的基带信号信号波形和接收端抽样判决器的输出信号波形如图所示。第4章数字调制方式的MATLAB/Simulink仿真12简单数字调制仿真正交幅度调制仿真91924.1简单数字调制仿真二进制数字振幅调制与解调2ASK信号的相干解调原理振幅键控是利用正弦载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持不变。根据二进制振幅键控（2ASK）的基本原理，可以写出2ASK信号的一般表达式：2ASK信号有两种调制方法：“模拟调幅法”和“键控法”；两种解调方法：相干解调和非相干解调。2ASK信号模拟调幅法调制原理93二进制数字振幅调制与解调4.1简单数字调制仿真2ASK调制与解调仿真波形采用程序实现了对随机产生的二进制数字基带信号的2ASK模拟调幅调制与相干解调，并绘制调制后的波形。94二进制数字振幅调制与解调4.1简单数字调制仿真2ASK信号调制与解调的仿真模型采用Simulink实现对2ASK信号调制与相干解调的仿真，仿真模型如下。95二进制数字振幅调制与解调4.1简单数字调制仿真2ASK信号调制与解调的Simulink仿真结果采用Simulink实现对2ASK信号调制与相干解调的仿真，仿真结果如下。96多进制数字振幅调制与解调4.1简单数字调制仿真M进制数字振幅键控信号的时间波形M进制数字振幅键控（MASK）信号的载波幅度有M种取值，在每个符号时间间隔内发送其中一种幅度的载波信号，基本表达式为：97多进制数字振幅调制与解调4.1简单数字调制仿真4ASK的调制与解调的仿真结果采用程序实现对4ASK信号调制与相干解调的仿真，仿真结果如下图所示。98二进制数字频率调制4.1简单数字调制仿真2FSK调制原理图（数字键控法）频移键控是利用正弦载波的频率变化来传递数字信息，而其幅度和初始相位保持不变。2FSK解调原理图（相干解调法）99二进制数字频率调制4.1简单数字调制仿真2FSK的调制与解调的仿真结果采用程序实现对2FSK信号调制与相干解调的仿真，仿真结果如下图所示。100二进制数字频率调制4.1简单数字调制仿真2FSK数字键控法的Simulink仿真模型用Simulink实现对2FSK信号调制与解调的仿真，仿真模型如下图所示。101二进制数字频率调制4.1简单数字调制仿真2FSK数字键控法的Simulink仿真结果用Simulink实现对2FSK信号调制与解调的仿真，仿真结果如下图所示。102多进制数字频率调制4.1简单数字调制仿真4FSK数字频移键控信号的时间波形多进制频移键控（MFSK）是二进制频移键控（2FSK）的推广，用M个不同频率的载波代表M种码元，基本表达式为：103多进制数字频率调制4.1简单数字调制仿真4FSK信号的MATLAB仿真结果采用程序实现对4FSK信号调制，仿真结果如下图所示。104二进制数字相位调制4.1简单数字调制仿真数字相位调制是利用正弦载波的相位变化来传递数字信息，而其频率和幅度保持不变。对于二进制数字相位调制（2PSK），信号可以表示为105二进制数字相位调制4.1简单数字调制仿真采用程序实现对二进制数字基带信号进行2PSK调制与解调，并绘制各阶段的波形。仿真结果如下图所示。2PSK调制与解调的MATLAB仿真结果106二进制数字相位调制4.1简单数字调制仿真采用Simulink实现对2PSK信号调制与相干解调的仿真，仿真模型如下图所示。2PSK信号调制与解调的Simulink仿真模型107二进制数字相位调制4.1简单数字调制仿真

2PSK信号的Simulink仿真结果如下图所示，示波器显示波形从上到下分别为基带信号、2PSK信号和解调信号。2PSK信号调制与解调的Simulink仿真结果108多进制数字相位调制4.1简单数字调制仿真多进制相移键控（MPSK）是利用载波的多种不同相位来表征数字信息的调制方法。其一般表达式为：M=4时，4PSK又称为正交相移键控（QuadraturePhaseShiftKeying，QPSK），可用四个不同相位表示四组码元，即00，01，10，11。根据相位的不同取值，可分为A方式和B方式，信号矢量图如下图所示。QPSK信号矢量图109多进制数字相位调制4.1简单数字调制仿真QPSK信号调制解调原理110多进制数字相位调制4.1简单数字调制仿真QPSK信号的调制解调仿真结果采用程序实现对二进制数字基带信号的QPSK调制与解调，并绘制各阶段的波形。仿真结果如下图所示。111正交幅度调制简介4.2正交幅度调制仿真正交幅度调制（QAM）是一种在两个正交载波上进行幅度调制的调制方式，相同信噪比下，MQAM的误码率最低。在QAM信号体制中，一个QAM码元可表示为M=4、16、64、256的QAM星座图112正交幅度调制仿真4.2正交幅度调制仿真采用程序用于仿真QAM调制与解调：首先产生随机信号，用QAM调制；然后分别绘出发射端和接收端的星座图；最后解调并计算出误码率。随机信号序列113正交幅度调制仿真4.2正交幅度调制仿真发射信号和接收信号的的星座图16QAM信号的解调结果114MSK和GMSK简介4.3最小移频键控与高斯最小移频键控

MSK信号调制过程最小频移键控（MinimumShiftKeying，MSK）是2FSK的一种改进，它是一种包络恒定、相位连续、带宽最小并且严格正交的2FSK信号，有效解决了2FSK信号因相位不连续所致的频谱扩展问题。MSK信号调制过程如图所示。115MSK和GMSK简介4.3最小移频键控与高斯最小移频键控

GMSK调制

MSK虽然具有信号功率谱在主瓣以外衰减较快、占用的带宽窄、频谱利用率高、抗干扰性强等优点，但在一些通信场合（如移动通信），对信号带外辐射功率的限制十分严格，比如要求衰减70～80dB以上，从而减小对邻道的干扰，但MSK不能满足这一要求，因此业界提出了高斯最小频移键控（GMSK）。GMSK是以MSK为基础，在其调制前将矩形信号脉冲先通过一个高斯型的低通滤波器，这使得基带方波变得圆滑，从而对已调信号的功率谱进行控制，使之更加集中，如图所示。116MSK和GMSK仿真4.3最小移频键控与高斯最小移频键控

MSK、GSK调制、解调信号波形及附加相位在MATLAB的CommunicationsToolbox通信工具箱中，提供了用于实现MSK调制、解调的系统对象comm.MSKModulator、comm.MSKDemodulator，以及用于GMSK调制、解调的系统对象comm.GMSKModulator、comm.MSKDemodulator，它们属于CommunicationsToolbox的一部分。117MSK和GMSK仿真4.3最小移频键控与高斯最小移频键控MSK、GSK信号的功率谱对比MSK、GSK信号的功率谱曲线如图所示。从图中可以看出，GMSK信号的功率谱边瓣衰减快于MSK信号，因此可以降低带外辐射。118MSK和GMSK仿真4.3最小移频键控与高斯最小移频键控MSK、GMSK系统的仿真模型用Simulink实现对MSK、GMSK信号调制与解调过程的仿真，仿真模型如图所示。119MSK和GMSK仿真4.3最小移频键控与高斯最小移频键控示波器显示示波器显示波形如左图所示，从上至下分别是原始基带信号、MSK信号解调后基带信号、GMSK信号解调后基带信号。MSK、GMSK信号的功率谱曲线如右图所示。从图中可以看出，GMSK信号的功率谱边瓣衰减明显快于MSK信号，因此可以降低带外辐射。MSK、GMSK信号的功率谱对比120MSK和GMSK仿真4.3最小移频键控与高斯最小移频键控

MSK信号及GMSK信号的眼图如图所示，眼图中的上下两个部分分别代表信号的实部和虚部。可以看出，MSK信号眼图具有较大的“眼睛”开口，表明信号的质量较好，误码率较低。但GMSK信号眼图中“眼睛”开口变小，线条比较杂乱，表明具有明显的码间干扰。原因是高斯滤波器的低通特性会导致符号脉冲变宽，形成“拖尾”现象，使得相邻符号之间会发生重叠，即产生码间干扰。MSK信号及GMSK信号的眼图第5章差错控制系统的MATLAB/Simulink仿真123基于线性分组码的差错控制系统仿真基于循环码的差错控制系统仿真基于卷积码的差错控制系统仿真45基于循环冗余码的差错控制系统仿真基于LDPC码的差错控制系统仿真1216基于极化码的差错控制系统仿真1225.1基于线性分组码的差错控制系统仿真对信源编码器输出的序列进行分组，并对每一组独立变换，称为分组码，记为(n,k)码，其中k表示每分组输入符号数，n为编码输出符号数。编码后的码组具有抗信道干扰的能力。若这种变换是线性变换，则称变换后的码组为线性分组码；若变换是非线性的，则称变换后的码组为非线性分组码。常用的是线性分组码。123以(7,3)线性分组码为例，码字：将信息流分成每3位为一组，构成原码

，按下列线性方程进行编码：5.1基于线性分组码的差错控制系统仿真124写成矩阵形式，则可表示为：其中A为原码，C为生成的线性分组码，G称为生成线性分组码的生成矩阵。一般情况下，生成(n,k)线性分组码的生成矩阵大小为k×n。5.1基于线性分组码的差错控制系统仿真125由式（5-1）进一步变换可以得到监督位与信息位的关系：其中H为监督矩阵。监督矩阵中的每一个行向量与线性分组码中的任一码元内积为0，并且其中每一个行向量都线性无关。5.1基于线性分组码的差错控制系统仿真126线性分组码信号的传输仿真线性分组码的Simulink仿真模型5.1基于线性分组码的差错控制系统仿真127

采用MATLAB和Simulink交互的方式，完成线性分组码信号在不同误码率的信道中传输时，接收端的信号误码率情况。线性分组码的仿真结果5.1基于线性分组码的差错控制系统仿真5.2基于循环码的差错控制系统仿真128

设C是某(n，k)线性分组码的码字集合，如果将任一码字

向左移一位，记为也属于码集C，则该线性分组码为循环码。

采用多项式的形式表示码：此多项式即为码多项式。码字多项式是生成多项式

的倍式。5.2基于循环码的差错控制系统仿真129循环码的产生过程通常用多项式运算描述。长为n的循环码c=(c

n-1,cn-2,…,c0)，其码多项式表示为

c(x)=cn-1xn-1+cn-2xn-2+…+c1x+c0，长为k的信息组m=(mk-1，mk-2，…,m1，m0)，其信息多项式表示为

m(x)＝mk-1x

k-1

+mk-2x

k-2+…+m2x2+m1x+m0。由信息组产生循环码的过程表示为：C(x)=m(x)g(x)130

接收端检测时，用接收到的码多项式

除以生成多项式

，若不能除尽，则说明接收码不属于循环码，在传输过程中发生了错误，即

因此，采用判断其余式

是否为零来判断接收码组中是否有错。

当码字中错误位数超过循环码的检错能力时，接收码多项式仍有可能被

整除，此时上述方法不可靠。5.2基于循环码的差错控制系统仿真131循环码信号的传输仿真循环码Simulink仿真模型5.2基于循环码的差错控制系统仿真132

采用MATLAB和Simulink交互的方式，完成循环码信号在不同误码率的信道中传输时，接收端的信号误码率情况。循环码传输的仿真结果5.2基于循环码的差错控制系统仿真133卷积码是结合当前信息组和之前信息组之间的关系来进行编码的。卷积码通常记作(n,k,L)的形式，其中n是输出码字的长度，k为一组信息的长度，L是与当前输出码字相关的前信息组的数量。卷积码当前的输出码字不仅与当前输入的信息组有关，还与之前的L个信息组有关,因此，卷积码的约束长度为L+1。约束长度越长纠错能力就越强，但码率会因此降低。卷积码的码率是R=k/n。5.3基于卷积码的差错控制系统仿真134(3，2，1)卷积码的一种结构卷积码编码器结构5.3基于卷积码的差错控制系统仿真135卷积码的Simulink仿真模型5.3基于卷积码的差错控制系统仿真卷积码信号的传输仿真136卷积码的仿真结果5.3基于卷积码的差错控制系统仿真不同码率的卷积码在不同信噪比下误码率性能137

循环冗余码是最常见的校验码，由信息位和校验位两个部分组成。其编码方法如下：1.移位：将k比特原码左移r位，形成k+r=n位。2.相除：用生成多项式g(x)，以模2除的方式去除移位后的的式子，得到的余数就是校验码。接收端收到数据后对其进行CRC校验，方法是将整个数据串当作一个整体去除以生成矩阵，判断循环冗余校验器产生的余数。若余数为零，则说明接收正确，否则接收错误，并不纠错。5.4基于循环冗余码的差错控制系统仿真1385.4基于循环冗余