基于MATLAB/Simulink的通信系统建模与仿真（十三五）

定　　价：29 元

• 作者：张 瑾 周原主编，姚巧鸽 赵静副主编
• 出版时间：2017/10/1
• ISBN：9787512424890
• 出 版 社：北京航空航天大学出版社

• 中图法分类：TP273-39 
• 纸张：胶版纸
• 版次：1
• 开本：16开

内容简介

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。

编辑推荐

本书是《基于MATLAB的通信系统仿真》（北京航空航天大学出版社出版）一书的升级版本。第1版图书曾在过去十几年时间里得到全国近百所高校老师的认可。第2版较第1版更实用，除了讲解通信系统工作原理，还介绍了通信仿真方法，理论课和实验课的素材都能在这本书里获得。书中所有程序代码均可通过扫描书中二维码免费获得。授课老师可通过前言中给出的联系方式获取实验课电子版材料。

序 言

MATLAB是由美国的MathWorks公司推出的一种科学计算和工程仿真软件,将高性能的科学计算、结果可视化和编程集中在一个易于操作的环境中。目前,在世界范围内被科研工作者、工程技术人员和院校师生广泛应用。本书通过大量的MATLAB、Simulink仿真实例,加深读者对通信系统建模与仿真的理解。

全书共9章。第1章介绍仿真的基本思想以及通信系统仿真的方法等；第2 章介绍MATLAB/Simulink的基本操作、通信系统工具箱等内容；第3章介绍运用MATLAB进行数值计算的方法,以及二维/三维图形绘制的常用命令等；第4章介绍傅里叶变换和随机过程等信号系统分析的基础；第5章介绍抽样量化编码三个步骤；第6章介绍基带信号的码型、码间串扰、基带传输的差错率分析；第7章介绍AM、DSB、FM、ASK、FSK、PSK、DPSK、OFDM 调制解调过程的仿真；第8章介绍DSP工具箱的使用以及运用DSP工具箱进行滤波器设计的方法；第9章提供通信系统原理仿真、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和实践。前8章各内容均通过MATLAB函数或Simulink模块进行仿真,第9章各设计项目也提供了必要的程序框架和参考资料。

本书层次分明,浅显易懂,大量的实例有助于读者对通信系统原理及仿真实践的理解。第2版在保持第1版风格的基础上,对内容和结构进行了优化；对所有Simulink模型进行了升级；增加了综合实践项目；删去了每章课后练习,计划重新编写配套上机实践教程；适合高等院校通信工程、电子信息技术等专业学生作为通信仿真课程教材和参考书。

参与本书编写工作的教师有:西南交通大学的张瑾,黄淮学院的周原、姚巧鸽,成都大学的赵静。本书在编写过程中得到了北京航空航天大学出版社的帮助和支持,作者在此表示诚挚的感谢! 作者还要感谢家人潘磊、潘若葭、张海明、吴启荣的全力支持,没有家人们的鼓励和担当,书稿不可能按期完成；同时感谢西南交通大学的李永辉、陈林秀、易庆萍、杨乃琪、孟军和黄淮学院的郑来文、陈中显、王单等同事在书稿内容选取、文字校对方面所提供的帮助。

本书拟配备实验教材电子版,仅供订购教材的教师使用,索取邮箱[e-mail],联系电话[phone]。本书为读者免费提供程序源代码,以二维码的形式印在扉页及前言后,请扫描二维码下载。读者也可通过网址http://www.buaapress.com.cn/upload/download/20170920mtsi.zip或者http://pan.baidu.com/s/1pLVzmKb下载该源代码。

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由于作者水平有限,加之时间仓促,书中错漏之处在所难免,恳请广大读者批评指正。作者联系方式: [e-mail]。

编 者

2017年5月

作者介绍

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