【南邮】matlab软件设计告报告new

软件设计报告 MATLAB通信仿真软 件 设 计 报 告 ( 2011 / 2012 学年 第 二 学期)课程名称MATLAB通信仿真实习时间2011/2012学年第二学期指导单位*学院指导教师 *学生姓名*班级学号*学院(系)*专 业*一、实验时间： 4月16日 - 4月27日 32学时二、实验设备与仪器： 1、硬件：PC机 一台 2、软件：Matlab R2009b软件三、实验基本要求： 了解MATLAB软件包，掌握相关的计算、设计方法，对设计的系统在Simulink环境中进行仿真。通过完成所有的练习题，初步熟悉Matlab命令窗的使用，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。四、实验内容：Matlab练习题1、在时间区间 0,10中，绘出曲线。1) M文件代码No1code.mclc;clear;t=0:0.1:10;y=1-exp(-0.5)*t).*cos(2*t);plot(t,y,'r-');grid on;title('y=1-exp(-0.5)*t).*cos(2*t)的图形曲线');xlabel('x轴');ylabel('y轴');2) 绘制曲线No1pic.bmp2、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。1) M文件代码No2code.mclc;clear;t=linspace(0,3*pi,500);y=sin(t);a=sin(pi/3);z=(y>=0).*y;z=(y>=a).*a+(y<a).*z;plot(t,y,':r');hold on;plot(t,z,'b-')xlabel('t'),ylabel('z=f(t)'),title('逐段解析函数')legend('y=sin(t)','z=f(t)',4),hold off2) 绘制曲线No2pic.bmp3、令，运行 U,S,V=svd(A);tol=S(1,1)*3*eps; 然后回答以下问题：（1） sum(diag(S)>tol) - 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 得到什么结果 ?（8） U(:,1:2) = = orth(A) 的运行结果是什么 ?1) M文件代码No3code.mclear;clc;disp('设 A=1,2,3;4,5,6;7,8,9，得')A=1,2,3;4,5,6;7,8,9 %一个3*3矩阵disp('设 U,S,V=svd(A)，得')U,S,V=svd(A) %奇异值分解(SVD)USV:U m*m酉矩阵 V n*n酉矩阵 S 对角阵 disp('设 tol=S(1,1)*3*eps，得')tol=S(1,1)*3*epsdisp('设 a=sum(diag(S)>tol) - rank(A)，求 a')a=sum(diag(S)>tol) - rank(A)disp('设 b=S(1,1) - norm(A)，求 b')b=S(1,1) - norm(A)disp('设 c=sqrt(sum(diag(S*S) - norm(A, fro )，求 c')c=sqrt(sum(diag(S*S) - norm(A,'fro')disp('设 d=S(1,1)/S(3,3) - cond(A)，求 d')d=S(1,1)/S(3,3) - cond(A)disp('设 e=S(1,1)*S(2,2)*S(3,3) - det(A) < tol ，求 e')e=S(1,1)*S(2,2)*S(3,3) - det(A) < tol disp('设 f=V(:,1) *null(A)，求 f')f=V(:,1)'*null(A)disp('设 g=abs(A*null(A) < tol，求 g')g=abs(A*null(A) < toldisp('设 h=U(:,1:2) = orth(A)，求 h')h=U(:,1:2) = orth(A)2) 实验结果No3result.txt设 A=1,2,3;4,5,6;7,8,9，得A = 1 2 3 4 5 6 7 8 9设 U,S,V=svd(A)，得U = -0.2148 0.8872 0.4082 -0.5206 0.2496 -0.8165 -0.8263 -0.3879 0.4082S = 16.8481 0 0 0 1.0684 0 0 0 0.0000V = -0.4797 -0.7767 -0.4082 -0.5724 -0.0757 0.8165 -0.6651 0.6253 -0.4082设 tol=S(1,1)*3*eps，得tol = 1.1223e-014设 a=sum(diag(S)>tol) - rank(A)，求 aa = 0设 b=S(1,1) - norm(A)，求 bb = 0设 c=sqrt(sum(diag(S*S) - norm(A, fro )，求 cc = 0设 d=S(1,1)/S(3,3) - cond(A)，求 dd = 0设 e=S(1,1)*S(2,2)*S(3,3) - det(A) < tol ，求 ee = 1设 f=V(:,1) *null(A)，求 ff = -5.5511e-017设 g=abs(A*null(A) < tol，求 gg = 1 1 1设 h=U(:,1:2) = orth(A)，求 hh = 1 1 1 1 1 1>>4、求积分，。提示：abs,sin,cos,cumsum,disp,plot,grid1) M文件代码No4code.m%画出积分曲线clear;clc;t=0:pi/100:2*pi;f=abs(sin(cos(t);F=cumsum(f)*pi/100;plot(t,F);xlabel('x轴');ylabel('y轴');title('描绘y=abs(sin(cos(t)在(0,x)间积分曲线x(0,2)')grid on; 2) 实验结果No4result.txtt从0到2积分得到的值y = 3.5726>>3) 绘制曲线No4pic.bmp5、求方程的解。提示：solve1) M文件代码No5code.mclear;clc;disp('计算方程组 x2+y2=1 x*y=2 的根 x y')x,y = solve('x2+y2 = 1','x*y = 2')2) 实验结果No5result.txt计算方程组 x2+y2=1 x*y=2 的根 x y x = (15(1/2)*i)/2 + 1/2)(1/2)/2 - (15(1/2)*i)/2 + 1/2)(3/2)/2 (15(1/2)*i)/2 + 1/2)(3/2)/2 - (15(1/2)*i)/2 + 1/2)(1/2)/2 (1/2 - (15(1/2)*i)/2)(1/2)/2 - (1/2 - (15(1/2)*i)/2)(3/2)/2 (1/2 - (15(1/2)*i)/2)(3/2)/2 - (1/2 - (15(1/2)*i)/2)(1/2)/2 y = (15(1/2)*i)/2 + 1/2)(1/2) -(1/2*15(1/2)*i + 1/2)(1/2) (1/2 - (15(1/2)*i)/2)(1/2) -(1/2 - 1/2*15(1/2)*i)(1/2)6、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。1) 仿真文件No6simu.mdl各模块参量设置：方式一：Scope1ParametersNumber of axes: 2其他默认其余模块默认选项方式二：GainGain: -1其他默认Scope1ParametersNumber of axes: 2其他默认其余模块默认选项备注：由于此版本Mtlab不支持模块中文名称，故全部使用英文名称。2)仿真截图No6pic3.bmp2) 仿真结果No6pic1.bmp3)仿真结果No6pic2.bmp7、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1) 仿真文件No7simu.mdl各模块参量设置：Sine WaveFrequency (rad/sec): 10其他默认Sine Wave1Frequency (rad/sec): 100Phase (rad): pi/2其他默认Random NumberVariance: 0.2Sample time: 100其他默认SumList of signs: |+其他默认Analog Filter DesignPassband edge frequency (rad/s): 10其他默认其余模块默认选项2) 仿真截图No7pic2.bmp2)仿真结果No7pic1.bmp8、CD74HC00仿真(数字电路)1) 仿真文件No8simu.mdl所有模块默认选项2) 仿真截图No8pic1.bmp3) 仿真截图No8pic2.bmp 9、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)1) 仿真文件No9simu.mdl各模块参量设置：StepStep time: 0其他默认Transport DelayTime delay: 0.1其他默认Discrete FilterNumerator coefficients: 1 0.1Denominator coefficients: 1 -0.2Sample time (-1 for inherited): 1其他默认Step1Step time: 0其他默认Discrete Filter1Numerator coefficients: 1 0.1Denominator coefficients: 1 -0.2Sample time (-1 for inherited): 0.7其他默认其余模块默认选项2) 仿真截图No9pic1.bmp2)仿真结果No9pic1.bmp五、实验内容：Matlab设计题1、信道编码与译码卷积码 要求：采用不同的卷积方式，在不同信噪比环境下，分析硬判决维特比译码的性能。提示：1) 数据源采用贝努利二进制序列产生器，生成随机的二进制序列；2) 对信源分别采用1/2编码效率和1/3编码效率的卷积编码（各选择一种约束长度）；3) 采用二进制相位调制，输出基带信号；4) 经过加性高斯白噪声信道5) 采用二进制相位解调6) 解调后的信号进入维特比译码器，采用硬判决译码7) 编写M文件，仿真不同信噪比条件下的误码率8) 给出仿真结果并做分析编码效率 r=1/2的编码表约束长度生成多项式（8进制）自由最小距离3575415176523357653758713317110824737110956175312101167154512编码效率 r=1/3的编码表约束长度生成多项式（8进制）自由最小距离357754131517652533377647537587133145175108225331367109577663711121011171365163312设计思路：参考文献1P87-921) 仿真文件Project1simu.mdlBernoulli Binary GeneratorInitial seed: 61Sample time: 0.02/268Frame-based outputs: Samples per frame: 268其他默认Convolutional EncoderTrellis structure: STRUCTURE其他默认AWGN ChannelInitial seed: 61Mode: Signal to noise ratio (SNR)SNR (dB): SNR其他默认Viterbi DecoderTrellis structure: STRUCTUREDecision type: Hard decisionTraceback depth: 34Operation mode: Truncated其他默认Error Rate CalculationOutput data: Port其他默认To WorkspaceVariable name: BitErrorRateSave format: Array其他默认其他模块默认选项2) 仿真截图Project1pic2.bmp3) M文件代码Project1code.m%x表示信噪比x=-10:10;%y表示信号的误比特率y=x;%准备一个空白图形hold off;%-编码效率1/2，约束长度为5STRUCTURE=poly2trellis(5,23 35);%重复运行convh.mdl，检验不同条件下硬判决译码的性能 for i=1:length(x) %信道的信噪比依次取x中的元素 SNR=x(i); %运行仿真程序，得到的误比特率保存在工作区变量BitErrorRate中 sim('Project1simu'); %计算BitErrorRate的均值作为本次仿真的误比特率 y(i)=mean(BitErrorRate); end%绘制x和y的关系曲线图，纵坐标采用对数坐标semilogy(x,y,'r','LineWidth',2);%红色实线%保持已经绘制的图形hold on;%-编码效率1/3，约束长度为5STRUCTURE=poly2trellis(5,25 33 37);%重复运行convh.mdl，检验不同条件下硬判决译码的性能 for i=1:length(x) %信道的信噪比依次取x中的元素 SNR=x(i); %运行仿真程序，得到的误比特率保存在工作区变量BitErrorRate中 sim('Project1simu'); %计算BitErrorRate的均值作为本次仿真的误比特率 y(i)=mean(BitErrorRate); end%绘制x和y的关系曲线图，纵坐标采用对数坐标semilogy(x,y,'LineWidth',2);%蓝色实线%保持已经绘制的图形hold on;%-编码效率1/2，约束长度为10STRUCTURE=poly2trellis(10,1167 1545);%重复运行convh.mdl，检验不同条件下硬判决译码的性能 for i=1:length(x) %信道的信噪比依次取x中的元素 SNR=x(i); %运行仿真程序，得到的误比特率保存在工作区变量BitErrorRate中 sim('Project1simu'); %计算BitErrorRate的均值作为本次仿真的误比特率 y(i)=mean(BitErrorRate); end%绘制x和y的关系曲线图，纵坐标采用对数坐标semilogy(x,y,'g','LineWidth',2);%绿色实线%保持已经绘制的图形hold on;%-编码效率1/3，约束长度为10STRUCTURE=poly2trellis(10,1117 1365 1633);%重复运行convh.mdl，检验不同条件下硬判决译码的性能 for i=1:length(x) %信道的信噪比依次取x中的元素 SNR=x(i); %运行仿真程序，得到的误比特率保存在工作区变量BitErrorRate中 sim('Project1simu'); %计算BitErrorRate的均值作为本次仿真的误比特率 y(i)=mean(BitErrorRate); end%绘制x和y的关系曲线图，纵坐标采用对数坐标semilogy(x,y,'c','LineWidth',2);%青色实线%保持已经绘制的图形hold on;grid on;legend('编码效率:1/2 约束长度:5','编码效率:1/3 约束长度:5','编码效率:1/2 约束长度:10','编码效率:1/3 约束长度:10');title('硬判决维特比译码误码率');xlabel('信道信噪比');ylabel('误码率');4) 仿真结果Project1pic1.bmp5) 数据分析 通过Matlab编程仿真得到的曲线可以看出： 在相同编码效率、相同约束长度的条件下随着信道信噪比的增大信号的误比特率会相应的减小。 在相同信道信噪比、相同约束长度的条件下适当增加冗余码（减小编码效率）元可以提高系统稳定性从而减少误码率。 在相同信道信噪比、相同编码效率的情况下约束长度越小信号的误码率越低。 因此，适当加大冗余码元、减小约束长度、增大信道信噪比可以减小系统误码率。2、信号调制数字相位调制QPSK要求：基于IS-95前向链路的调制方式，设计一个QPSK仿真模型，衡量QPSK在高斯白噪声信道中的性能，观察星座图，统计在不同信噪比环境下的误码率。提示：1) 数据源采用贝努利二进制序列产生器产生一个二进制向量，向量的长度等于2，分别代表了QPSK调制器的两个输入信号2) 采用IS-95前向链路QPSK调制的相位映射，设置QPSK调制器模块3) 经过加性高斯白噪声信道4) 进行QPSK解调，对比经过信道前后的星座图5) 编写M文件，仿真不同信噪比条件下的误码率6) 给出仿真结果并做分析IS-95前向链路QPSK调制的相位映射I支路数据Q支路数据相位00/4103/411-3/401-/4设计思路：参考文献1P126-1321) 仿真文件Project2simu.mdlBernoulli Binary GeneratorInitial seed: 61Sample time: 0.01Frame-based outputs: Samples per frame: 100其他默认QPSK Modulator BasebandPhase offset(rad): varConstellation ordering: GrayInput type: Bit其他默认AWGN ChannelInitial seed: 1Mode: Signal to noise ratio (SNR)SNR (dB): SNR其他默认Discrete-Time Scatter Plot ScopeSamples per symbol: 2Points displayed: 100其他默认Discrete-Time Scatter Plot Scope1Samples per symbol: 2Points displayed: 100其他默认QPSK Demodulator BasebandPhase offset(rad): varConstellation ordering: GrayInput type: BitDecision type: Hard decision 其他模块默认选项2) 仿真截图Project2pic4.bmp3) M文件代码Project2code.mclear;clc;hold off;var=pi/4;x=-15:15;for i=1:length(x) SNR=x(i); sim('Project2simu'); y(i)=ErrorVec(1);endsemilogy(x,y,'r','LineWidth',2);%红色线hold on;var=3*pi/4;x=-15:15;for i=1:length(x) SNR=x(i); sim('Project2simu'); y(i)=ErrorVec(1);endsemilogy(x,y,':b','LineWidth',2);%蓝色虚线hold on;var=-3*pi/4;x=-15:15;for i=1:length(x) SNR=x(i); sim('Project2simu'); y(i)=ErrorVec(1);endsemilogy(x,y,'c','LineWidth',2);%青色线hold on;var=-1*pi/4;x=-15:15;for i=1:length(x) SNR=x(i); sim('Project2simu'); y(i)=ErrorVec(1);endsemilogy(x,y,'-g','LineWidth',2);%绿色双划线grid on;xlabel('信道信噪比');ylabel('误码率');title('误码率与信噪比曲线');legend('相位:pi/4','相位:3*pi/4','相位:-3*pi/4','相位:-1*pi/4')4) 仿真结果Project2pic2.bmp 经过加性高斯白噪声信道前的星座图5) 仿真结果Project2pic3.bmp 经过加性高斯白噪声信道，信噪比为15dB的星座图6) 仿真结果Project2pic1.bmp7) 数据分析 通过仿真可得，在相同信道信噪比条件下QPSK编码下的两个信号相位分别在/4、3/4、-/4、-3/4情况下曲线差异不是十分明显。但是信号的误码率却随着信号的信噪比的增加有了较大的改善。 因此，适当增加信号的信噪比有利于减小信号而误码率以达到高质量信号传输的目的。六、实验心得：通过为期两周的软件设计，我对Matlab有了更加深刻的认识与了解。以往只是认为用Matlab只能进行一些数学上面的运算，顶多就是复杂一点的微积分。但是，通过两周的学习，我发现Matlab还能够进行通行原理实验、电磁仿真等功能，通过对Simulink的学习，我终于体会到了Matlab的强大之处。通过一遍一遍的做仿真，不断地改进各项参数，才能使得仿真模型尽可能地贴合实际。这次在做仿真的时候，我不再处处上网搜索，而是尝试着运用软件自带的“Help”.虽然开始的时候不太习惯，但是随着学习的深入，我渐渐发现“Help”是非常实用简便的工具，是使用Matlab的好帮手。七、教材及参考书教材：杨振华等.数学实验.北京:科学出版社,2010.参考书：1 李贺冰.Simulink通信仿真教程.北京:国防工业出版社,2006.2 赵静等.基于MATLAB的通信系统仿真.北京:北京航空航天大学出版社.3 张德丰.MATLAB程学设计与工程应用.北京:清华大学出版社,2011第 22 页 共 22 页