基於MATLAB/Simulink的通信系統建模與仿真(第2版)（簡體書）

本書以MATLAB R2016a為平臺,通過大量的MATLAB、Simulink仿真實例,加深讀者對通信系統原理
的理解。本書共9章,前8章主要包括仿真思想的引入、MATLAB語言及Simulink仿真基礎、MATLAB計
算和可視化、信號系統分析基礎、模擬信號的數字傳輸、數字信號基帶傳輸、載波調製、

張瑾，通信工程專業教師，主要從事通信與信息處理、數字圖像處理、計算機視覺、虛擬仿真等方面的教學和研究工作，參與醫學影像分析、建模、
可視化等相關內容的基礎研究工作。長期從事《通信系統建模與仿真》本科課程教學。

周原，副教授，長期從事通信工程專業一線教學，主講通信工程和電子信息工程專業本科生通信原理、移動通信、通信系統建模與仿真、通信工程專業導論等課程。主要研究方向為新一代移動通信技術、物聯網技術及應用等，近年來主持和參與省部級以上項目十餘項，發表科研、教研論文二十餘篇，指導學生參加“全國大學生電子設計大賽”“挑戰杯”等學科競賽獲省級一等獎、二等獎多項。

本書是《基於MATLAB的通信系統仿真》的升級版本。除延續了第1版簡潔實用、突出實踐的特色外，還對結構和內容進行了優化， 有助於讀者更好地理解通信系統工作原理，掌握通信仿真方法，並付諸實踐。隨書贈程序代碼和實驗教材電子版。

MATLAB是由美國的MathWorks公司推出的一種科學計算和工程仿真軟件，將高性能的科學計算、結果可視化和編程集中在一個易於操作的環境中。目前，在世界範圍內被科研工作者、工程技術人員和院校師生廣泛應用。本書通過大量的MATLAB、Simulink仿真實例，加深讀者對通信系統建模與仿真的理解。
全書共9章。第1章介紹仿真的基本思想以及通信系統仿真的方法等；第2章介紹MATLAB/Simulink的基本操作、通信系統工具箱等內容；第3章介紹運用MATI.AB進行數值計算的方法，以及二維／三維圖形繪製的常用命令等；第4章介紹傅里葉變換和隨機過程等信號系統分析的基礎；第5章介紹“抽樣一量化一編碼”三個步驟；第6章介紹基帶信號的碼型、碼間串擾、基帶傳輸的差錯率分析；第7章介紹AM、DSB、FM、ASK、FSK、PSK、DPSK、OFDM調製解調過程的仿真；第8章介紹DSP工具箱的使用以及運用DSP工具箱進行濾波器設計的方法；第9章提供通信系統原理仿真、語音信號處理、計算機視覺這三個方向的4個設計項目，供讀者在學習前面章節的基礎上，對仿真技術加以綜合運用和實踐。前8章各內容均通過MATI.AB函數或Simulink模塊進行仿真，第9章各設計項目也提供了必要的程序框架和參考資料。
本書層次分明，淺顯易懂，大量的實例有助於讀者對通信系統原理及仿真實踐的理解。第2版在保持第1版風格的基礎上，對內容和結構進行了優化；對所有Simulink模型進行了升級；增加了綜合實踐項目；刪去了每章課後練習，計劃重新編寫配套上機實踐教程；適合高等院校通信工程、電子信息技術等專業學生作為通信仿真課程教材和參考書。
參與本書編寫工作的教師有：西南交通大學的張瑾，黃淮學院的周原、姚巧鴿，成都大學的趙靜。本書在編寫過程中得到了北京航空航天大學出版社的幫助和支持，作者在此表示誠摯的感謝！作者還要感謝家人潘磊、潘若葭、張海明、吳啟榮的全力支持，沒有家人們的鼓勵和擔當，書稿不可能按期完成；同時感謝西南交通大學的李永輝、陳林秀、易慶萍、楊乃琪、孟軍和黃淮學院的鄭來文、陳中顯、王單等同事在書稿內容選取、文字校對方面所提供的幫助。

第1章 仿真思想的引入………………………………………………………………… 1
1.1 仿真的定義和分類………………………………………………………………… 1
1.1.1 仿真的定義……………………………………………………………………… 1
1.1.2 仿真的分類……………………………………………………………………… 1
1.1.3 仿真技術的發展與應用………………………………………………………… 2
1.2 通信系統仿真……………………………………………………………………… 4
1.2.1 通信系統………………………………………………………………………… 4
1.2.2 通信系統模型…………………………………………………………………… 4
1.2.3 通信系統仿真的概念和意義…………………………………………………… 5
1.2.4 通信系統仿真的一般流程……………………………………………………… 6
1.3 通信系統仿真方法和仿真工具…………………………………………………… 6
1.3.1 通信系統仿真方法……………………………………………………………… 6
1.3.2 通信系統仿真工具……………………………………………………………… 7
第2章 MATLAB語言及Simulink仿真基礎…………………………………………… 8
2.1 MATLAB概述………………………………………………………………………… 8
2.1.1 MATLAB家族……………………………………………………………………… 8
2.1.2 MATLAB發展及特點……………………………………………………………… 11
2.1.3 MATLAB R2016b界面環境…………………………………………………………12
2.2 MATLAB基本語法和基本操作……………………………………………………… 15
2.2.1 變量賦值………………………………………………………………………… 15
2.2.2 矩陣運算………………………………………………………………………… 16
2.2.3 程序控制語句…………………………………………………………………… 18
2.2.4 基本繪圖方法…………………………………………………………………… 21
2.3 Simulink簡介…………………………………………………………………… 24
2.3.1 Simulink家族及主要功能…………………………………………………… 24
2.3.2 Simulink基本模塊庫………………………………………………………… 27
2.3.3 Simulink建模仿真的操作過程……………………………………………… 29
2.4 MATLAB/Simulink在通信仿真中的應用………………………………………… 31
第3章 MATLAB計算和可視化………………………………………………………… 34
3.1 符號計算基礎……………………………………………………………………… 34
3.2 矩陣及線性代數方程組的求解…………………………………………………… 35
3.2.1 符號矩陣的創建………………………………………………………………… 36
3.2.2 符號矩陣的運算………………………………………………………………… 36
3.2.3 代數方程組的求解……………………………………………………………… 37
3.3 函數的極限及微積分運算………………………………………………………… 38
3.3.1 函數求極限……………………………………………………………………… 38
3.3.2 微分與Jacobian矩陣………………………………………………………… 39
3.3.3 積分運算………………………………………………………………………… 40
3.3.4 微分方程(組)的求解……………………………………………………………41
3.4 用MATLAB繪製二維圖形………………………………………………………… 42
3.4.1 MATLAB圖形繪製的基本步驟………………………………………………… 42
3.4.2 MATLAB基本繪圖命令………………………………………………………… 43
3.4.3 二維圖形的創建及曲線顏色、線型、數據點型設置……………………… 44
3.4.4 二維圖形的標註……………………………………………………………… 46
3.4.5 幾種特殊二維圖形的繪製………………………………………………………48
3.5 三維圖形的繪製…………………………………………………………………… 54
3.5.1 三維圖形的基本繪製方法………………………………………………………54
3.5.2 典型三維圖形的繪製……………………………………………………………56
第4章 信號系統分析基礎……………………………………………………………… 60
4.1 概 述……………………………………………………………………………… 60
4.2 傅里葉變換的主要性質及傅里葉變換對………………………………………… 63
4.2.1 週期信號的傅里葉級數………………………………………………………… 63
4.2.2 傅里葉變換及其性質…………………………………………………………… 66
4.3 功率和能量………………………………………………………………………… 74
4.4 隨機變量的產生…………………………………………………………………… 75
4.5 高斯過程…………………………………………………………………………… 79
4.6 隨機過程和白噪聲的功率譜……………………………………………………… 82
4.6.1 隨機過程的能量和功率譜密度………………………………………………… 82
4.6.2 白噪聲功率譜密度和二進制隨機數序列……………………………………… 85
4.7 隨機過程的線性濾波……………………………………………………………… 88
第5章 模擬信號的數字傳輸………………………………………………………… 94
5.1 概 述……………………………………………………………………………… 94
5.2 抽樣定理…………………………………………………………………………… 96
5.2.1 低通抽樣定理…………………………………………………………………… 96
5.2.2 帶通抽樣定理………………………………………………………………… 100
5.3 量 化……………………………………………………………………………… 101
5.3.1 標量量化……………………………………………………………………… 101
5.3.2 均勻量化……………………………………………………………………… 105
5.3.3 非均勻量化…………………………………………………………………… 106
5.4 PCM 編碼………………………………………………………………………… 113
5.5 DPCM …………………………………………………………………………… 115
第6章 數字信號基帶傳輸…………………………………………………………… 117
6.1 數字基帶信號的碼型…………………………………………………………… 117
6.2 碼型的功率譜分佈……………………………………………………………… 124
6.2.1 理論分析……………………………………………………………………… 124
6.2.2 MATLAB程序實現…………………………………………………… ……… 125
6.3 碼間串擾………………………………………………………………………… 128
6.3.1 基帶傳輸系統模型及碼間串擾的定義……………………………………… 128
6.3.2 無碼間串擾的傳輸條件……………………………………………………… 129
6.3.3 降低碼間串擾的脈衝波形…………………………………………………… 130
6.3.4 眼 圖………………………………………………………………………… 132
6.4 基帶傳輸的差錯率分析………………………………………………………… 137
6.4.1 分析模型……………………………………………………………………… 138
6.4.2 MATLAB提供的分析工具…………………………………………………… 138
6.4.3 分析舉例……………………………………………………………………… 139
第7章 載波調製…………………………………………………………………… 143
7.1 模擬調製………………………………………………………………………… 143
7.1.1 標準AM 調製………………………………………………………………… 143
7.1.2 DSB調製……………………………………………………………………… 146
7.1.3 頻率調製FM ………………………………………………………………… 148
7.2 幅移鍵控ASK ………………………………………………………………… 150
7.2.1 調製原理介紹………………………………………………………………… 150
7.2.2 調製舉例……………………………………………………………………… 150
7.3 頻移鍵控FSK …………………………………………………………………… 152
7.3.1 原理介紹……………………………………………………………………… 152
7.3.2 調製舉例……………………………………………………………………… 152
7.3.3 解調與檢測…………………………………………………………………… 154
7.4 相移鍵控PSK和DPSK ………………………………………………………… 163
7.4.1 PSK調製原理介紹…………………………………………………………… 163
7.4.2 PSK調製舉例………………………………………………………………… 164
7.4.3 PSK解調與檢測……………………………………………………………… 167
7.4.4 DPSK調製與解調…………………………………………………………… 175
7.5 多載波調製與OFDM …………………………………………………………… 180
7.5.1 OFDM 的基本原理…………………………………………………………… 180
7.5.2 OFDM 的實現………………………………………………………………… 181
第8章 數字信號處理應用………………………………………………………… 186
8.1 DSP系統工具箱簡介…………………………………………………………… 186
8.1.1 信號源模塊組………………………………………………………………… 187
8.1.2 濾波器模塊組………………………………………………………………… 187
8.1.3 數學函數模塊組……………………………………………………………… 188
8.1.4 量化器模塊組………………………………………………………………… 189
8.1.5 信號運算模塊組……………………………………………………………… 189
8.1.6 信號管理模塊組……………………………………………………………… 190
8.1.7 信號變換模塊組……………………………………………………………… 191
8.1.8 統計模塊組…………………………………………………………………… 191
8.1.9 信宿模塊組…………………………………………………………………… 192
8.2 模型的建立……………………………………………………………………… 193
8.3 信號的濾波……………………………………………………………………… 195
8.3.1 使用fdesign設計濾波器…………………………………………………… 195
8.3.2 使用Filter Builder設計濾波器………………………………………… 198
8.3.3 設計一個低通濾波器………………………………………………………… 198
8.3.4 設計一個自適應濾波器……………………………………………………… 201
第9章 綜合篇……………………………………………………………………… 207
9.1 模擬信號的數字化過程設計項目……………………………………………… 207
9.2 電話按鍵撥號器的仿真設計項目……………………………………………… 210
9.3 語音識別系統設計項目………………………………………………………… 213
9.4 自動人臉識別系統設計項目…………………………………………………… 215
參考文獻…………………………………………………………………………………… 217