MATLAB基础与实例进阶-14

2020/9/20机械工业出版社Page1第14章MATLAB通信系统仿真【学习目标】了解数字通信系统基本概念掌握数字调制/解调及其仿真掌握信道编码/译码及其仿真2020/9/20机械工业出版社Page2第14章MATLAB通信系统仿真数字通信系统基本概念14.1数字调制/解调及其仿真14.2信道编码/译码及其仿真14.3典型数字通信仿真实例14.42020/9/20机械工业出版社Page314.1数字通信系统基本概念信息源信源编码调制信道编码传输媒介噪声干扰解调信道译码信源译码收信者2020/9/20机械工业出版社Page414.2数字调制/解调及其仿真14.2.1脉冲幅度调制（PAM）信号14.2.2相位调制（PSK）信号14.2.3频率调制信号14.2.4连续相位调制信号2020/9/20机械工业出版社Page51.脉冲幅度调制（PAM）信号2020/9/20机械工业出版社Page61.脉冲幅度调制（PAM）信号参数名称参数值M-arynumber（M维数）4Initialseed（初始化种子）37Sampletime（采样时间）0.01RandomIntegerGenerator（随机整数发生器）的主要参数M-PAM调制和解调器的主要参数参数名称参数值M-arynumber（M维数）4Minimumdistance（最小距离）2Constellationordering（星座顺序）Binary2020/9/20机械工业出版社Page71.脉冲幅度调制（PAM）信号AWGNChannel（高斯白噪声信道）的主要参数Discrete-TimeScatterPlotScope（离散时间星座仪）的主要参数参数名称参数值Initialseed（初始化种子）67Es/No（dB）（信噪比）25Symbolperiod（符号周期）1参数名称参数值Samplespersymbol（每符号采样）1Offset（samples）（偏置）0Pointsdisplayed（显示点数）1000Newpointsperdisplay（每次显示的新迹）5002020/9/20机械工业出版社Page81.脉冲幅度调制（PAM）信号ErrorRateCalculation（误码率计算）的主要参数参数名称参数值Receivedelay（接收延迟）0Computationdelay（计算延迟）0Computationmode（计算模式）EntireframeOutputdata（输出数据）port2020/9/20机械工业出版社Page92.相位调制（PSK）信号2020/9/20机械工业出版社Page102.相位调制（PSK）信号M-PSKModulatorBaseband（M-PSK基带调制器）的主要参数参数名称参数值M-arynumber（M维数）8Phaseoffset（rad）（相位偏差）pi/8Constellationordering（星座顺序）BinaryInputtype（输入类型）Integer2020/9/20机械工业出版社Page113.频率调制信号2020/9/20机械工业出版社Page123.频率调制信号BernoulliBinaryGenerator（伯努利二进制随机数产生器）的主要参数参数名称参数值Probabilityofazero（0出现的概率）0.5Initialseed（初始化种子）61Sampletime（采样时间）0.1Frame-basedoutput（基于帧输出）使能Samplesperframe（每帧采样数）10M-FSKModulatorBaseband（MFSK基带调制器）的主要参数参数名称参数值M-arynumber（M维数）4Inputtype（输入类型）BitSymbolsetordering（符号顺序）BinaryFrequencyseparation（Hz）（频率间隔）10Phasecontinuity（相位连续性）DiscontinuousSamplespersymbol（每符号采样数）162020/9/20机械工业出版社Page134.连续相位调制信号2020/9/20机械工业出版社Page144.连续相位调制信号GMSKModulatorBaseband（GMSK基带调制器）的主要参数参数名称参数值Inputtype（输入类型）BitBTproduct（BT乘积）0.3Pulselength（symbolintervals）（符号间隔）3Symbolprehistory（符号前史）1Phaseoffset（rad）（相位偏置）0Samplespersymbol（每符号采样数）162020/9/20机械工业出版社Page1514.3信道编码/译码及其仿真14.3.1线性分组码14.3.2循环码14.3.3卷积码2020/9/20机械工业出版社Page161．线性分组码MATLAB中使用encode、decode可以实现线性分组码的编译码。encode函数的语法形式如下：code=encode(msg,n,k,'linear/fmt',genmat)code=encode(msg,n,k,'cyclic/fmt',genpoly)code=encode(msg,n,k,'hamming/fmt',prim_poly)code=encode(msg,n,k)[code,added]=encode(...)使用encode可以实现线性分组码、循环码、汉明码的编码。2020/9/20机械工业出版社Page171．线性分组码函数参数的含义如下：msg：信息序列，可以是二进制行或列向量，也可以是二进制矩阵，也可以是十进制行或列向量；n,k：分别为码长和信息分组长度；fmt'：表示编码进制数，默认为二进制(binary)；genmat：表示线性分组码的生成矩阵；genpoly：表示循环码的生成多项式，可以由函数cyclpoly(n,k)实现；prim_poly：表示采用汉明编码时的本原多项式，可以由函数gfprimdf(n-k)实现。2020/9/20机械工业出版社Page181．线性分组码【例10-1】encode函数使用示例：采用三种不同的格式（二进制向量、二进制矩阵以及十进制向量）生成（7,4）汉明码。clc;clearall;closeall;m=3;n=2^m-1;%码长=7k=2^m-1-m;%信息分组长=4%生成50个信息分组，每个分组k比特msg1=randint(50*k,1,[0,1]);%列向量msg2=vec2mat(msg1,k);%转换为k维列向量的矩阵msg3=bi2de(msg2)';%转换为十进制整数的行向量2020/9/20机械工业出版社Page191．线性分组码%生成50个码字，每个码字n比特code1=encode(msg1,n,k,'hamming/binary');code2=encode(msg2,n,k,'hamming/binary');code3=encode(msg3,n,k,'hamming/decimal');%判断三种方法生成的码字是否相同if(vec2mat(code1,n)==code2&de2bi(code3',n)==code2)disp('Allthreeformatsproducedthesamecontent.')end2020/9/20机械工业出版社Page202．循环码循环码BCH码里德-所罗门（RS）码2020/9/20机械工业出版社Page212．循环码【例encode和decode函数使用示例：对(15,4)循环码进行编译码。clc;clearall;closeall;n=15;k=4;genpoly=cyclpoly(n,k,'max');%构造循环码多项式msg=randint(100,k,[0,1]);%100个信息分组code=encode(msg,n,k,'cyclic/binary',genpoly);noisycode=rem(code+randerr(100,n,[01;.7.3]),2);%加噪声newmsg=decode(noisycode,n,k,'cyclic');%译码[number,ratio]=biterr(newmsg,msg);%计算误码率disp(['Thebiterrorrateis',num2str(ratio)])2020/9/20机械工业出版社Page222．循环码BCH码bchenc函数的语法形式如下：code=bchenc(msg,n,k)code=bchenc(...,paritypos)这两个函数可以用于生成BCH码，其中msg的数据结构必须为Galoisarray。与bchenc相对应的函数是bchdec，函数的语法形式如下：decoded=bchdec(code,n,k)[decoded,cnumerr,ccode]=bchdec(...)cnumerr：表示与code相对应的纠正的错误个数；ccode：表示经过错误纠正后的码字；decoded：表示返回的译码结果。2020/9/20机械工业出版社Page232．循环码【例10-4】BCH码编译码仿真示例。clc;clearall;closeall;m=4;n=2^m-1;%码字长度k=5;%信息符号长度nwords=10;%编码个数msg=gf(randint(nwords,k));[genpoly,t]=bchgenpoly(n,k);%获得生成多项式及相应的纠错能力tt2=t;code=bchenc(msg,n,k);%编码noisycode=code+randerr(nwords,n,1:t2);%对每个码字加t2比特错误2020/9/20机械工业出版社Page242．循环码[newmsg,err,ccode]=bchdec(noisycode,n,k);%译码ifccode==codedisp('Allerrorswerecorrected.')endifnewmsg==msgdisp('Themessagewasrecoveredperfectly.')end2020/9/20机械工业出版社Page252．循环码【例10-5】RS码编译码仿真示例。m=3;%每符号比特数n=2^m-1;k=3;%码字长度和信息长度t=(n-k)/2;%rs码的纠错能力nw=4;%码字个数msgw=gf(randint(nw,k,2^m),m);%生成随机信息符号c=rsenc(msgw,n,k);%编码noise=(1+randint(nw,n,2^m-1)).*randerr(nw,n,t);cnoisy=c+noise;%加噪声[dc,nerrs,corrcode]=rsdec(cnoisy,n,k);%译码isequal(dc,msgw)&isequal(corrcode,c)%检测是否译码正确2020/9/20机械工业出版社Page263．卷积码poly2trellis函数是将卷积码的多项式描述转换为网格描述。函数的语法形式如下：trellis=poly2trellis(ConstraintLength,CodeGenerator)trellis=poly2trellis(ConstraintLength,CodeGenerator,FeedbackConnection)具体参数的函数如下：ConstraintLength：表示k个输入比特的约束长度；CodeGenerator：表示卷积码的生成矩阵，使用八进制数表示，生成矩阵表示n个输出对应于k个输入的连接；FeedbackConnection：表示反馈编码器的连接，使用八进制数表示；2020/9/20机械工业出版社Page273．卷积码trellis：函数的返回值是一个网格结构体，网格结构体包含的字段及含义如表所示网格结构体字段维数含义numInputSymbols标量输入到编码器的符号个数：numOutputsymbols标量编