南京邮电大学matlab软件设计

1、邮电大学通信学院软件课程设计实验报告模块名称：_MATLAB软件设计 专业班级：_通信工程_17班 姓 名：_步涛_ _学 号：_10001018 实验日期：2013年6月1728日实验报告日期：2013年7月1日一、要求练习的实验部分1 在时间区间 0,10中，绘出曲线。程序：t=0:0.1:10;y=1-exp(-0.5)*t).*cos(2*t);plot(t,y,'r-');shg结果：2. 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。程序：t=linspace(0,3*pi,500);y=sin(t);a

2、=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 off结果：3. 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)>to

3、l) - 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 ?程序：cle

4、ar;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(&

5、#39;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(

6、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)结果：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 0.8

7、872 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) - n

8、orm(A, fro )，求 cc = 3.5527e-015设 d=S(1,1)/S(3,3) - cond(A)，求 dd = -8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 = 0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结果分析：由上面的结果得出如下的题目答案：（1）sum(diag(S)>tol) - rank(A) 的结果是0；（2）S(1,1) -

9、norm(A) = 0 的结果是0；（3）sqrt(sum(diag(S*S) - norm(A,'fro') 的结果是3.5527e-015；（4）S(1,1)/S(3,3) - cond(A) 的结果是-8；（5）S(1,1)*S(2,2)*S(3,3) - det(A) < tol 的运行结果是1；（6）V(:,1)'*null(A)的结果是0；（7）abs(A*null(A) < tol的结果是111 ；（8）U(:,1:2)=orth(A)的运行结果是1 11 11 14. 求积分，。程序：t=0:pi/100:2*pi;f=abs(sin(cos

10、(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;结果：5. 求方程的解。程序：clear;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')结果：计算方程组 x2+y2=1 x*y=2 的根 x yx = -1/2*(1/2*5(1/2

11、)+1/2*i*3(1/2)3+1/4*5(1/2)+1/4*i*3(1/2) -1/2*(1/2*5(1/2)-1/2*i*3(1/2)3+1/4*5(1/2)-1/4*i*3(1/2) -1/2*(-1/2*5(1/2)+1/2*i*3(1/2)3-1/4*5(1/2)+1/4*i*3(1/2) -1/2*(-1/2*5(1/2)-1/2*i*3(1/2)3-1/4*5(1/2)-1/4*i*3(1/2)y = 1/2*5(1/2)+1/2*i*3(1/2) 1/2*5(1/2)-1/2*i*3(1/2) -1/2*5(1/2)+1/2*i*3(1/2) -1/2*5(1/2)-1/2*i

12、*3(1/2)6. 在某激励条件下，二阶系统归一化响应可表示为，其中为阻尼系数，。请用不同的颜色或线型，在同一图上，绘制取值下系统在区间的响应曲线，并要求用和对它们相应的两条曲线进行醒目的文字标志。程序：b=0.2:0.2:2.0;t=0:0.1:18;color='r','g.','bo','cx','m+','y*','kv','r-','g:','b-.'for i=1:10 p(i)=sqrt(1-b(i).*b(i); q(i

13、)=atan(sqrt(1-b(i).*b(i)./b(i); y=1-1./p(i).*exp(-b(i).*t).*sin(p(i).*t+q(i); if i=1 plot(t,y,color(i) text(t(30),y(30),' leftarrow =0.2','FontSize',18) hold on else if i=10 plot(t,y,color(i) text(t(50),y(50),' leftarrow =2.0','FontSize',18) hold on else plot(t,y,colo

14、r(i) hold on end endend结果：7. 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)、原理图：各模块参量设置： 示波器ParametersNumber of axes: 2其他默认其余模块默认选项结果(2)、原理图：各模块参数设定GainGain: -1其他默认 其余模块默认选项结果8. 利用 SIMULINK与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

15、号。在此，而各模块参量设置：Sine WaveFrequency (rad/sec): 10其他默认Sine Wave1Frequency (rad/sec): 100Phase (rad): pi/2其他默认RandomNumberVariance: 0.2Sample time: 100其他默认SumList of signs: |+其他默认AnalogFilter DesignPassband edge frequency (rad/s): 10其他默认其余模块默认选项结果：9. 已知系统的状态方程为：，其中，请构建该系统的仿真模型，并用XY Graph模块观察相轨迹。原理图：参数配置;

16、SumList of signs: |-+其他默认integratorInitial condition:0.2integrator1Initial condition:0.2结果：10. CD74HC00仿真（数字电路）实现方法：这里就是四个与非门的实现，利用Logical Operator模块做出四个与非门，还要再和Vcc和Gnd相与，再输出。然后用Subsystem封装成子系统即可；原理图：(1)、封装前的原理图（2）、分装后的测试原理图结果：分析：前两路分别为产生“1100”和“0101”的脉冲发生器的波形，后四路波形则分别为四个与非门的输出；可以看到，四路输出信号与输入信号均符合与非

17、逻辑的关系，符合7400的真值表，设计正确！112FSK信号的生成与接收滤波要求：1) 产生二进制0，1随机信号波，信号波特率为1000B2) 对此信号进行2FSK调制，f1=1500Hz, f2=3050Hz3) 加入高斯白噪声4) 在接收端进行带通滤波5) 抽样速率为20KHz.6) 观察滤波前后信号的波形和频谱。实现方法：利用Bernoulli Binary Generator模块产生随机信号；利用Sine Wave模块产生f1=1500Hz, f2=3050Hz 的载波，结合Switch模块进行2FSK调制；利用AWGN Channel模块构建高斯白噪声信道，其参数设置为：信噪比：10

18、dB，输入信号功率：1W；利用Digital Filter Design设计带通滤波器，分别为1500Hz和3050Hz滤波然后利用相干解调，在将两个载波相加，用符号函数判决出原信号。原理图：（zoushuSimulink11.mdl、zoushuSimulink11b.mdl）参数设计：Sine Wave:Frequency:1500 Hz其他：默认Sine Wave 1:Frequency:3050 Hz其他：默认Bernoulli Binary GeneratorSample time:1/1000其他：默认Switch:Threshoid:1/2其他：默认AWGN ChannelSNR

19、:10 dbPower:1W其他：默认Digital Filter Design Bandpass;Fs:20kHzFstop1:0.8KHzFpass1:1.2KHz:Fstop2:2KHzFpass:2.2.5KHz:其他：默认Digital Filter Design 1 Bandpass;Fs:20kHzFstop1:2.5KHzFpass2:2.8KHz:Fstop2:3.5KHzFpass2:4KHz:其他：默认调制的原理图：调制加解调的原理图：结果：频谱图：调制、解调的波形图：结果分析：原信号经过2FSK调制，经过噪声信道，再进行滤波、相干解调，最后又恢复出原信号，结果符合题目要

20、求，系统设计正确！滤波器等相关设备的参数也设置恰当！实验成功！12. 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一样的有理分式，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）原理图：结果二、模拟数字电路仿真实验(一) 数字逻辑电路基础熟悉常用逻辑单元的特性，学会运用基本逻辑单元（与、或、非、异或、R-S触发器、D触发器、J-K触发器等），修改参数、增减输入/输出端。(二) 组合逻辑电路仿真1、 设计二/四线译

21、码器实现方法：利用Logic Operator模块实现非门和与非门；利用Pulse Generator模块产生0101和0011序列码，用来检验设计出的子系统。 原理图：封装前原理图：结果与分析 分析：当!EN端置0时，此时，随着第二、三两路信号输入的不同，作为输出端的Y0,Y1,Y2,Y3依次输出低电平，符合真值表要求，证明设计的子系统工作正常。分析：当!EN端置1时，子系统没有被使能。此时，作为输出端的Y0,Y1,Y2,Y3没有随着输入A0，A1作出相应变化，而是一直输出高电平，证明设计的子系统工作正常。设计正确！2、 设计四选一数据选择器能仿真测试，并设计成子系统元件 实现方法：利用的模

22、块同上；地址信号用Pulse Generator产生；D0到D3也由Pulse Generator模块产生，为了区分各路信号，将其信号周期依次设置为0.0625s, 0.125s, 0.25s和0.5秒。原理图结果与分析：前两路分别为输入信号，组合产生00，01，10，11的地址信号；第四到第七这四路信号为D0到D1，它们的频率各不一样；最后一路为输出信号；可以看出，随着输入的地址信号的变化，输入一次输出该地址信号对应的信号。子系统设计成功！(三) 时序逻辑电路仿真1、 设计四位二进制计数器（带置位和清零）实现方法： 利用JK触发器和逻辑门构成之。利用比较系数的方法可得电路的驱动方程为检验电路

23、将P, T, LD, CR置为1，然后观察示波器输出。原理图：封装前的原理图：封装后：结果：从图中可以看出，脉冲在上升沿有效，计数器按00001111方式进行计数。当P、T、L（置数）、CR（清零）有一个为低电平时的输出为全零。P、T为0时，计数器不能工作；L为0置数，D3D0全零，输出也全零。CR为零时清零，所以输出也全零。三、数字信号处理仿真实验（一）、利用Kaiser窗函数设计的FIR低通滤波器进行数字滤波利用Kaiser窗函数，设计具有如下指标的FIR低通滤波器：fs=20KHz, fpass=4kHz, fstop= 5KHz, Apass=0.1dB, Astop=80dB。归一化

24、低通滤波器的主要性能指标有：绝对指标：0, wp为滤波器的通带，p为可容许的通带波动；ws,为滤波器的阻带，s为阻带波动。相对指标：Ap为用dB表示的通带波动；As为用dB表示的阻带波动相对指标与绝对指标的关系为：Ap=-20lg(1-p)/(1+p)As=-20lg(s)设计基本思路：首先选择一个符合要求的理想滤波器（这里是理想低通滤波器）；由于理想滤波器的冲击响应是非因果的且无限长，为了能用FIR滤波器实现，必须用适当的窗函数来截取，从而得到线性相位和因果的FIR滤波器。而滤波器的特性与窗函数的长度（也就决定了FIR滤波器的长度）密切相关。一个截止频率为wc的理想低通滤波器的单位冲击响应为

25、：h(n)=sinwc(n-a)/(n-a)a为采样延迟，对应的频谱特性为：H(w)=exp(-jaw), 当|w|<wc时。用一个窗函数w(n)去截取后，得到：hd(n)=h(n).w(n)窗函数满足在0，M关于a对称，在其他区域为0。在频域，FIR滤波器的频率响应由理想滤波器的频响和窗函数的频响卷积得到。对给定的阻带衰减，Kaiser窗提供了最大的主瓣宽度，从而提供最陡的过渡带。窗函数的表达式为：w(n)=I0square(1-(1-2n/M)2)其中I0为零阶Bessel函数。Kaiser窗的优点在于它可以通过改变参数和M来改变阻带衰减和过渡带宽。在MATLAB的SimLink中，

26、有相关的模块供调用。题目：1 生成2KHz和8KHz的混合信号，使该信号通过上述滤波器，观察滤波前后的波形变化和频谱分布情况。（基本要求）实现方法：首先用两个Sine Wave模块分别产生2kHz和8kHz的正弦信号，之后用add模块将二者混合。用Digital Filter Design设计低通滤波器，具体设置如图所示：原理图：、结果、图为滤波之后和之前的信号频谱，可以观察到，滤波之后，处于通带之外的8kHz的正弦分量消失了。上图是示波器的波形，其中第一路为2kHz和8kHz的混合信号，第二路为滤波之后的信号，可见低通滤波器符合要求！2 在改信号中加入高斯白噪声，观察滤波前后的波形变化和频谱

27、分布情况。（基本要求）实现方法：在上题基础上增加AWGN信道，加入高斯白噪声。原理图：、结果：、分析：图为滤波之后和之前的信号频谱，可以观察到，滤波之后，处于通带之外的8kHz的正弦分量消失了。分析：上图是加噪声后示波器的波形，其中第一路为2kHz和8kHz和噪声的混合信号，第二路为滤波之后的信号（还有低频的噪声）！3 、将上述滤波器改为中心频率为100KHz的带通滤波器，信号源为带外的90KHz和带的100KHz的混合正弦信号，重做1，2问。实现方法：利用Digital Filter Design设计带通滤波器，具体设置为：Fs=1000kHz, Fstop1=99 kHz, Fpass1=

28、99.5 kHz, Fpass2=100.5 kHz, Fstop2=101 kHz。原理图：、结果：无噪声的频谱分析：无噪声的波形分析：加入噪声的频谱分析：加入噪声的波形分析：（二）、 DSB-SC信号的生成与解调要求：1) 用离散（DSP）的方法生成DSB信号2) 载波频率为150KHz，音频为500Hz和2000Hz的混合音。3) 加入高斯白噪声4) 带通滤波，分别用正交解调和检波的方法实现解调。5) 抽样速率为600Hz。6) 观察各点的信号波形和频谱。A.正交解调法实现方法本题目要求用离散的方法生成DSB信号，因此我们用编写M文件方式而不是用Simulink来实现。生成正弦音频信号时

29、，对时间t用向量表示，可以实现离散化。DSB调制与解调分别使用amod,ademod函数。加入高斯白噪声用awgn函数。带通滤波用cheb1ord和fftfilt函数实现。画频谱用fft函数实现。程序代码（zoushuCode3002.m）：t=0:1/(600*1000-1):0.01;m1=sin(500*2*pi*t);%500Hz正弦信号m2=sin(2*pi*2000*t);%2000Hz正弦信号m=m1+m2;%混合信号figure(1);subplot(3,1,1);plot(t,m);title('原始信号');z=amod (m,1.5*105,6*105);

30、%调制subplot(3,1,2),plot(t,z);title('DSB-SC信号图');y=awgn(z,5); %加入高斯白噪声subplot(3,1,3),plot(t,y);title('加入噪声后的DSB-SC图，SNR=5');figure(2);f=(0:length(fft(z)-1)*(600*1000-1)/length(fft(z);subplot(3,1,1);plot(f,abs(fft(z);title('调制后的频谱图');%带通滤波器参数As=100; Ap=1;fs=6*105; %采样频率 fp1=400;

31、 fp2=1.6*105; %通频带fs1=300; fs2=1.7*105; %截止带wp=fp1 fp2/(fs/2); ws=fs1 fs2/(fs/2);n,wn=cheb1ord(wp,ws,Ap,As);b=fir1(n,wn,chebwin(n+1,As);x=fftfilt(b,y);z1=ademod(x,1.5*105,6*105);%滤波法解调subplot(3,1,2);plot(t,z1);title('解调后的波形')f=(0:length(fft(z1)-1)*(600*1000-1)/length(fft(z1);subplot(3,1,3);p

32、lot(f,abs(fft(z1);axis(0 6000 0 3500);title('解调后的频谱图');结果与分析：加入高斯白噪声后对源信号干扰比较大，解调出来的波形失真较严重，但解调后的频谱图是正确的。 B.检波法实现方法：此方法与正交解调方法类似，只不过在解调时加入了直流信号，以便取出包络，取出包络后再减去直流信号得到源信号。取包络用取绝对值函数abs实现。程序：（zoushuCode300202.m）A=3;%包络解调加入直流信号t=0:1/(600*1000-1):0.01;m1=sin(500*2*pi*t);%500Hz正弦信号m2=sin(2*pi*2000

33、*t);%2000Hz正弦信号m=m1+m2+A;%包络解调加入直流信号figure(1);subplot(3,1,1);%混合信号plot(t,m);title('和直流信号叠加在一起的原始信号');z=amod(m,1.5*105,6*105,'amdsb-sc');%调制subplot(3,1,2),plot(t,z);title('DSB-SC信号图');y=awgn(z,5); %加入高斯白噪声subplot(3,1,3),plot(t,y);title('加入噪声后的DSB-SC图，SNR=5');figure(2);

34、f=(0:length(fft(z)-1)*(600*1000-1)/length(fft(z);subplot(3,1,1);plot(f,abs(fft(z);title('调制后的频谱图');%带通滤波器参数As=100; Ap=1;fs=6*105; %采样频率 fp1=400; fp2=1.6*105; %通频带fs1=300; fs2=1.7*105; %截止带wp=fp1 fp2/(fs/2); ws=fs1 fs2/(fs/2);n,wn=cheb1ord(wp,ws,Ap,As);b=fir1(n,wn,chebwin(n+1,As);%fir滤波器z1=pi/2*fftfilt(b,abs(y);%找出包络并进行缩放subplot(3,1,2);plot(t,z1);title('包络图')z1=z1-A;%去除直流信号f=(0:length(fft(z1)-1)*(600*1000-1)/length(fft(z1);subplot(3,1,3);plot(f,abs(fft(z1);axis(0 6000 0 350