Matlab-入门3

第三章信源、信道容量和信源编码3.1信源、信宿和误差分析3.1.1信号产生设备通信工具箱的仿真模块库包含高斯、瑞利、泊松和均匀分布的噪声发生器。3.1.1信号产生设备3.1.1信号产生设备⑴高斯噪声发生器n维高斯噪声的概率密度函数（pdf）表达式为：)]()(21exp[)det()2(1)(12xKxKxfTn均值方差不同的Initialseed对应于不同的输出，相同的Initialseed产生相同的输出。只要设置相同的Initialseed就能够再现相同的随机过程3.1.1信号产生设备（2）瑞利噪声发生器瑞利分布等效于一个二维零均值高斯变量的均方和(Rss—Rootsumsquares)。假设y1和y2是两个独立的高斯随机变量，均值为零，方差为σ2，则服从瑞利分布的随机变量x的表达式为：瑞利分布的概率密度函数为：2221yyx)2exp()(222xxxfSigma（衰减包络）用于确定瑞利随机过程的参数，对应于公式中的σ。Initialseed(随机数种子3.1信源、信宿和误差分析3.1.1信号产生设备（3）均匀分布噪声发生器uniformnoisegenerator当ab时，均匀分布的随机变量x的概率密度函数为：该分布的均值为：1/2(a+b)方差为：1/12(a+b)2其它01)(axbbaxf输出噪声被均匀分布的上限和下限贝努利分布泊松分布3.1信源、信宿和误差分析3.1.1信号产生设备（4）泊松随机整数发生器泊松分布的概率密度函数为：其它02,1,0!)(xexxflambda指定泊松参数λ。当它是标量时，输出矢量的每一分量具有相同的λ值。当它是矢量时，此矢量长度须与“种子”的矢量长度相等②seed初始化“种子”值。3.1.2信号观测设备观测设备包括示眼图、散列图(scatterplot)和错误率计算(error-ratecomputation)设备。通信工具箱对生成这些观测设备的SIMULINK模块和MATLAB函数均提供支持。3.1.2信号观测设备1眼图生成眼图的方法：用一个滤波器以1/T的频率对信号进行扫描，这里T为码元周期，则扫描信号的连续叠加就会生成输出的眼图。基带传输系统中，接收滤波器的输出信号加到示波器的垂直轴，调节示波器的水平扫描周期，使之与信号码元的周期同步。3.1.2信号观测设备1眼图二进制信号传输时的眼图只有一只“眼睛”，当传输三元码时，会显示两只“眼睛”。眼图是由各段码元波形叠加而成的，眼图中央的垂直线表示最佳抽样时刻，位于两峰值中间的水平线是判决门限电平3.1.2信号观测设备1眼图最佳抽样时刻最大信号失真量斜率＝对定时误差的敏感度可以抽样的时间噪声容限过零点失真3.1.2信号观测设备1眼图eyediagram函数eyediagram(x,n)eyediagram(x,n,period)eyediagram(x,n,period,offset)eyediagram(x,n,period,offset,plotstring)eyediagram(x,n,period,offset,plotstring,h)h=eyediagram(...)3.1.2信号观测设备1眼图M=16;Fs=10;Pd=100;Fd=1;%定义计算的点数msg_d=randint(Pd,1,M);%[0,M-1]中生成整数消息%QAM调制msg_a=qammod(msg_d,M);%假设信道等效于一个升余弦滤波器rcv_a=rcosflt(msg_a,Fd,Fs,'fir/normal');%输出接收信号的眼图eyediagram(rcv_a,Fs/Fd,1/Fd,2);Fs是输入观察信号x的抽样频率;Fd是信号观察窗口时间的倒数。一般要求Fs＞Fd，且Fs/Fd为一正整数。randintrandintRandomintegermatrixgenerator.OUT=RANDINT(N)generatesanN-by-Nmatrixofrandombinarynumbers.Theappearanceof0and1haveevenprobability.OUT=RANDINT(N,M)generatesanN-by-Mmatrixofrandombinarynumbers.Theappearanceof0and1haveevenprobability.OUT=RANDINT(N,M,RANGE)generatesanN-by-Mmatrixofrandomintegernumbers.[RANGE(1),RANGE(2)]evenprobability[0,RANGE-1].randintrandint(2,2,[03])ans=3201QuadratureamplitudemodulationSyntaxy=qammod(x,M)y=qammod(x,M,ini_phase)y=qammod(x,M,ini_phase,symbol_order)Ifsymbol_orderissetto'bin'(default),thefunctionusesanaturalbinary-codedordering.Ifsymbol_orderissetto'gray',itusesaGrayconstellationordering.qammodrcosfltFilterinputsignalusingraisedcosinefilterSyntaxy=rcosflt(x,Fd,Fs)y=rcosflt(x,Fd,Fs,'type_flag',r,delay,tol)ThesamplefrequencyforthedigitalinputsignalxisFd,andthesamplefrequencyfortheoutputsignalyisFs.y=rcosflt(x,Fd,Fs,'filter_type/Fs',r,delay,tol)y=rcosflt(x,Fd,Fs,'filter_type/filter',num,den)y=rcosflt(x,Fd,Fs,'filter_type/filter',num,den,delay)y=rcosflt(x,Fd,Fs,'filter_type/filter/Fs',num,den...)[y,t]=rcosflt(...)delayisthefilter'sgroupdelay,measuredininputsamples.Theactualgroupdelayinthefilterdesignisdelay/Fdseconds.ristherollofffactorforthefilter,arealnumberintherange[0,1].TheinputtolisthetoleranceintheIIRfilterdesign.FIRfilterdesigndoesnotusetol.1眼图-0.500.5-4-20246TimeAmplitudeEyeDiagramforIn-PhaseSignal-0.500.5-4-20246TimeAmplitudeEyeDiagramforQuadratureSignal3.1.2信号观测设备2散列图(scatterplot)散列图同眼图有密切的关系。它记录判决点处接收信号的值。scatterplot(x)scatterplot(x,n)scatterplot(x,n,offset)scatterplot(x,n,offset,plotstring)scatterplot(x,n,offset,plotstring,h)h=scatterplot(...)%DefinetheM-arynumberandsamplingrates.M=16;Fd=1;Fs=10;N=Fs/Fd;Pd=200;%Numberofpointsinthecalculation%Randomintegersintherange[0,M-1]msg_d=randint(Pd,1,M);%ModulateusingsquareQAM.msg_a=qammod(msg_d,M);%Assumethechannelisequivalenttoaraisedcosinefilter.rcv=rcosflt(msg_a,Fd,Fs);%Createthescatterplotofthereceivedsignal,%ignoringthefirstthreeandthelastfoursymbols.rcv_a=rcv(3*N+1:end-4*N,:);h=scatterplot(rcv_a,N,0,'bx');Offset为不是最优点holdon;scatterplot(rcv_a,N,N+1,'r+',h);%Plot+'sscatterplot(rcv_a,N,N-1,'mx',h);%Plotx'sscatterplot(rcv_a,N,0,'b.',h);%Plotdots-3-2-10123-3-2-10123QuadratureIn-PhaseScatterplot3.1.2信号观测设备眼图散列图3.1.2信号观测设备眼图模块及其参数设置每个符号的采样数每个迹的符号数眼图参数设置3.1.2信号观测设备眼图的线条设置眼图的颜色设置眼图的标识设置眼图的线条设置3.1.2信号观测设备3误差分析在估计通信系统的设计质量和技术、算法的性能时，通常使用误码率进行分析。(1)Numberoferrorbits(2)Numberoferrorsymbols和symbolerrorrate3误差分析◆biterr功能：误比特数、误比特率计算。语法：[number，ratio]＝biterr(x，y)；[number,ratio]＝biterr(x，y，K)；[number,ratio]＝biterr(x,y,K,’column-wise’)指定x、y中每个元素用k位二进制数表示；’columnwise’指定按列比较。3误差分析例如，x=[1,2,3],y=[1,2,2][number1,ratio1]=biterr(x,y,3)，则x、y中每个元素用3位二进制数表示，[number2,ratio2]=biterr(x,y,2)，则x、y中每个元素用2位二进制数表示，number1=1,ratio1=1/(3*3)=1/9。number2=1,ratio1=1/(3*2)=1/6。3误差分析x=[112;235]y=[1232;295][number,ratio]=biterr(x,y,5,'column-wise')每列的误比特率00.500003误差分析◆symerr功能：比较两个矩阵不同元素的个数和比率。语法：[numb，ratio]＝symerr(x，y)；[numb，ratio]＝symerr(x，y，opt)；说明：比较两个矩阵x，y对应元素，统计出不同元素的个数，并计算出比率。Opt参数有‘row-wise’和‘column-wise’，分别对应按行比较或按列比较。3误差分析SIMULINK模块库中的误码仪(ErrorRateCalculation)可以显示发送端与接收端码元的比较，计算错误码元数、误码率、错误比特数和误比特率。接收延时变量名误码仪模块及对话框指定输出数据的去向：workspace和port3误差分析误码仪使用举例贝努利分布高斯信道误码仪display3.2信息论基础通信系统传递的是消息，如何度量消息中的信息是一个值得研究的问题。消息是以具体信号的形式表现出来，携带有抽象的信息，为了衡量通信系统，应当对被传输的消息进行定量的测量。一个消息中包含有多少信息，我们称为信息量。3.2.