2023年Matlab与通信仿真实验报告册答案

1.在CommandWindow里面计算

(1)(3+5+8)+5xl0；>>(3+5+8)75*10ans=32

(2)sin(3^-)+，9/5;>>sin(3*pi)/sqrt(9/5)ans=2.7384e-1

123789

(3)A=4568=456，计算：C=Ax3,0=A+aA\C,C/5;

789123

»a=[l23;456;789];

»b=[789;456;123]；

>>c=a*b

182430

546984

90114138

>>d=a+b

d=

81012

81012

81012

>>e=a\c

e=

34.000022.000062.0000

-50.0000-23.0000-100.0000

28.000016.000056.0000

»f=c/b

NaNNaNNaN

NaN-InfInf

NaNNaNNaN

-31.24'

(4)A=7.56.63.1,求A,A-1,(求矩阵的行列式)

5.43.46.1

»a=[31.24;7.56.63.1；5.43.46.1]；

»a'

ans=

3.00007.50005.4000

1.20236.60003.4000

4.00003.10006.1000

»Inv(c)

c=

2.15550.4555-1.6449

-2.1040-0.23931.5013

-0.7354-0.26980.7833

»det(a)

ans=

13.7880

1+2,3+4i

(5)Z=输入复数矩阵;

5+6i7+8z

>>z=[l+2*i3+4*i;5+6*i7+8*i]or»z=E13;57]+[24;68]i

1.0000+2.0000i3.0000+4.00OOi

5.0000+6.0000i7.0000+8.00OOi

-12...5一

23...6

2.建立.m文献，用for循环语句生成5x5的矩阵A:：：：：,将A矩阵进行水平和垂

_56…9

直翻转得到矩阵B和C。将A矩阵的前3行,3列变成0并赋值给Do

>>a=zeros(5);

form=l：5

forn=1：5

a(m,n)=m+n-l

end

end

0000

000

00000

00000

00000

a=

12000

00000

00000

00000

00000

12300

00000

00000

00000

00000

23

00000

0000I

0000

00000

a

1234

00000

00000

00000

00000

a

12345

20000

0000

00000

00000

a=

12345

23000

0000

0000

000

a

123

23400

00000

0000

00000

a

2345

23450

00000

0000

0000

12345

2345

00000

00000

00

12345

23456

30000

00

0000

a

2345

2346

3400

0000

00000

a

2345

23456

350

00000

00000

a=

2345

23456

3456

0000

00000

a

2345

23456

3567

00000

00000

a

345

23456

34567

0000

00000

a

12345

2345

3457

5000

00000

a

2345

256

34567

45600

00000

12345

2346

34567

45670

00000

a=

2345

3456

34567

45678

00000

a=

12345

23456

34567

45678

50000

2345

23456

567

5678

56000

a

12345

2345

37

478

56700

2345

23456

3457

45678

6780

1345

23456

34567

45678

56789

c=f1ipud(a)

56789

4578

3457

23456

2345

d=fliplr(a)

54321

5432

7643

87654

98765

>>d=a；

»d(l:3,1：3)=0

0045

0005

0067

45678

56789

建立的m文献

a=zeros(5)

form=l：5

forn=l:5

a(m,n)=m+n-1

end

end

d=a;

d(1:3,1：3)=0

建立的m文献,存盘时，不能存成l.mo不运营，运营就为1.我存为mydesign.m

默认工作目录是work文献夹

editpathdef改途径

最后一句加上cdd:\matlabB

Fi1e——Setpath

3.建立.m文献，随机产生一个5x5的矩阵，元素值为从0到255,规定用0和255对该矩阵

进行标记，元素值大于等于128的标记为255,元素值小于128的标记为0。

a=255*rand(5);

a=

193.2237180.0418209.9817111.8798124.8899

189.49888.1174177.181397.2974113.6245

100.017970.615480.8604195.2068164.8098

167.146911.7737242.3066202.7760180.8880

43.652624.76868.783847.6525192.4451

a=255*rand(5);

fori=l:5

forj=l：5

ifa(izj)>128

a(i,j)=255;

else

a(i>j)=0

end

end

end

a=

02550255255

255025500

02552550255

2552552550255

02552552550

4.编写程序使用0.618搜索法（即:近似黄金分割法）求给定函数的极值。搜索法求解明

的基本过程如下:给出［a,b］,使得t在［a,b］中，其中［a,b］称为搜索区间，通过迭代缩短［a,b］的

长度。当［a,b］的长度小于某个预设的值，或者导数的绝对值小于某个预设的正数，则迭代终

止。以函数mine（r）=r-2/+1作为解决对象，其中搜索区间定为［0,3］,精度£定为0.1。

确定［a,b］计算迭代区间

ti=a+0.382*(b-a)

t2=a+0.618*(b-a)

图1-1程序流程图

a=0；

b=3；

er=O.5；

while(l)

m=a+0.382*(b-a)；

n=a+O.618*(b-a);

p=mA3-2*m+1;

q=nA3—2*n+l;

ifp<=q

ifn-a<er

m

break;

else

b=n；

end

else

ifb-m<er

n

break;

else

a=m;

end

end

end

n=

0.8753

实验二绘图和确知信号分析实验

1.假设N=12，对于M=4、5、7、10时，在0<n<2N-1区间使用plot和stem分别绘制信

M71

号工.[川=5皿(-------),并添加适当标注。

N

c1c;clear;

M=[4,5,7,10]；

N=12;

n=0:2*N-1；

fori=1:length(M)

xn=sin(2*pi*M(i)*n/N);

subplot(length(M),1,i)

p1ot(n,xn);

holdOn;

stem(n,xn,'r*);

s=int2str(M(i))

titles])；

end

c1c,clear；

N=12；

M=[4,5,7,10];

n=0:2*N-l；

yl=sin(2*pi*M(1)*n/N)；

y2=sin(2*pi*M(2)*n/N);

y3=sin(2*pi*M(3)*n/N);

y4=sin(2*pi*M(4)*n/N);

subplot(221)

;7z

plot(nAyl);title('M=4;xlabel(*n);ylabe1(*y1)；

subplot(222)

17

plot(nzy2);tit1e(*M=5');xlabel('n);ylabel(*y2);

subplot(223)

z

plot(nAy3);title(*M=7*)；xlabe1('n*);y1abel(y3,);

subp1ot(224)

plot(n,y4);title(1M=10');x1abel(fn*);ylabe1(*y41)；

figure

subplot(221)

stem(n,yl);titie('M=4*);x1abel(1n*)；ylabel('yl*);

subplot(222)

stern(n,y2)；title(*M=5');xlabe1(*nT);y1abe1('y2,);

subP1ot(223)

z1

stem(nzy3)；tit1e(*M=7*);xlabel(*n);ylabe1(y3*)；

subplot(224)

z1

stem(nzy4)；title(*M=10;x1abel(n*);ylabel('y4')；

2.设周期信号一个周期［0,T］的波形为s"-)=^f01,0<z<T/2其中T=1。规定该信号

傅里叶级数展开式，用MATLAB画出傅里叶级数展开后的波形，通过展开式项数的变化考察

其对s(t)的逼近限度,并考察其物理意义。

clc,clear；

N=3000；

T=l;

fs=l/T；

N_sample=l28;

dt=l/N_samp1e;

t=0:dt:1O*T-dt;

n=­N：N;

Fn=sinc(n/2).*exp(-j*n*pi/2)/2;

Fn(N+1)=0；

ft=zeros(1,1ength(t));

form=-N:N；

ft=ft+Fn(m+N+1)*exp(j*2*pi*m*fs*t);

end

ft=ft+0.5；

plot(t,ft)

/、[1,0<z<l/2

3.设非周期信号，求该信号的傅里叶变换,用MATLAB画出傅里

'7[0,l/2<r<l

叶变换后信号的频谱，并对频谱进行反变换画出s(。的时域波形。

c1c,clear；

T=l;

N_sample=128;

dt=1/N_sample；

t=0：dt：T—dt；

st=[ones(1,N_samp1e/2)zzeros(1,N_samp1e/2)]

subplot(311)；plot(tzst);axis([01-22])；x1ae1(y)；ylabel(,

s(t),);

subplot(312)；

[fAsf]=T2F(t,st);

plot(fzabs(sf));ho1don;

axis([-101001]);

xlabe1(*f');ylabe1(*|S(f)|*);

sff=0・5*exp(-j*0・5*pi*f*T).*sinc(f*T*0.5)

plot(frabs(sff),，r-');holdoff;

[t,st]=F2T(fzsf)；

subp1ot(313);

plot(tzst)；

axis([01-22]);

x1abe1('t1)；ylabel(1»0,zpAs(t)1);

实验三随机信号与数字基带实验

一、实验目的

•掌握库函数产生随机数方法；

•基带信号波形生成和其功率谱密度；

•理解采用蒙特卡罗算法仿真的思想。

二、实验原理

1.运用库函数产生随机矩阵

(1)服从均匀分布的随机矩阵可以运用MATLAB库函数rand产生,rand函数产生

(0,1)内服从均匀分布的随机数，使用方法如下：

•x=rand(m)产生一个mxm的矩阵，所含元素取值范围在(0,1)内服从均匀分布的随机矩

阵；

•x=rand(m,n),产生一个mxn的矩阵，所含元素取值范围在(0,1)内服从均匀分布的

随机矩阵；

•x=rand,产生一个随机数，取值范围在(0,1)内且服从均匀分布；

(2)服从高斯分布的随机矩阵可以用randn函数产生，其均值为0,方差为1使用方法如

下：

•x=randn(m)；产生一个mxm的矩阵，所含元素是均值为0,方差为1且服从高斯分布

的随机矩阵。

•x=randn(m,n)；产生一个mxn的矩阵，所含元素是均值为0,方差为1且服从高斯

分布的随机矩阵。

•x=randn；产生一个均值为0,方差为1服从高斯分布的随机数。

2.基带信号波形生成和信号功率谱密度

(1)在绘制数字基带信号波形时，由于信号是随机的0、1序列，因此在绘制波形时需要将

码元展宽，可以对每一个码元要采n个样值，形成绘图信号后在进行绘图操作；

(2)数字基带信号/⑺功率谱密度的为：

P3)=/而归式⑼।(3-1)

reT

3.蒙特卡罗算法

蒙特卡罗估计是指通过随机实验估计系统参数值的过程。蒙特卡罗算法的基本思想有以

下描述：由概率论可知，随机实验中实验的结果是无法预测的,只能用记录的方法来描述。故需

进行大量的随机实验，假如实验次数为N,以乂人表达事件A发生的次数。若将A发生的概率

近似为相对频率,定义为这样在相对频率的意义下，事件A发生的概率可以通过反复

无限多次随机实验来求得，即：p(A)=iimT。在二进制数字通信系统中，若N是发送端

Nf8N

发送的总码元数,NA是差错发生的次数，则总误码率可通过蒙特卡罗算法计算。

三、实验内容

1.产生随机矩阵。

(1)运用rand函数产生5x4的在(0,2)内服从均匀分布的随机矩阵；

(2)运用rand函数产生5x4均值为0,方差为0.1,服从均匀分布的随机矩阵；

(3)运用randn函数产生5x4的均值为0,方差为2服从高斯分布的随机矩阵；

(4)运用randn函数产生5x4的均值为2.4,方差为0.2服从高斯分布的随机矩阵。

2.运用随机数产生单极性基带信号，每一个码元要采8个样值，并画出其波形和功率谱密。

3.运用蒙特卡罗算法仿真二进制双极性基带通信系统的误码率，假定通信系统满足以下条件：

(1)信源输出的数据符号是互相独立和等概的双极性基带信号；

(2)发送端没有发送滤波器，接受端没有接受滤波器；

(3)信道是加性高斯白噪声信道。

数字基带信号传输系统模型如图3-1所示:

噪声

图3-1数字基带信号传输系统模型

当P（l）=P（0）=l/2时最佳判决门限V；=0,此时误码率为:

(3-2)

运用

(3-3)

(3-4)

可得

(3-5)

故可用Q函数表达误码率P.=。（五）。抽样判决器输入信噪比r=A2/<T,；抽样判决器输入

信号为：

rl=A+勺，发1

'4（3—6）

rO=-A+%，发0

±A为判决器输入有用信号电压，勺，々为信道输入的均值为0，方差为吠高斯噪声。

通信系统的蒙特卡罗仿真模型如图3-2所示。编程实现二进制基带通信系统的误码率的

蒙特卡罗仿真，并和理论误码率比较。

图3-2通信系统的蒙特卡罗仿真模型

四、预习报告（原理，流程图，编程思想，基本程序）

五、实验报告（调试完毕程序，实验结果及分析）

实验成绩评估一览表

实验记录全面、准确、细致

实

实验记录较全面、基本无错误

验

实验记录较完整、个别地方有错误

记

实验记录基本完整、无严重错误

录

实验记录有缺失、存在严重错误

实验分析全面、准确、表达流畅

实

实验分析较全面、基本无误、表述清楚

验

实验分析基本对的、个别地方表述不清

分

实验分析无原则性错误、表述不清楚

析

实验分析有缺失、存在严重错误

实验成绩

《实验四模拟调制实验

一、实验目的

•掌握线性模拟调制信号的波形及产生方法；

•掌握线性模拟调制信号的频谱特点；

•掌握线性模拟调制信号的解调方法；

•掌握线性模拟调制系统的MATLAB仿真实现。

二、实验原理

LAM调制

AM信号的时域表达式为

sAM(?)=+m(?)]cos<w/=coscoct+m(Z)cosa)ct(4-1)

AM信号的频谱为

SAM{CD)=7rA^3(CD+Ct)c}+3(CD-CDc}]+^[M(CO+COc)+M(CD-CO^](4-2)

调制器模型如图4-1所示

皿。A———心S-SA

tt

4cosqf

图4-1AM调制器模型

AM的时域波形和频谱如图4-2所示

MAK

弋04。

频域

图4-2AM调制时、频域波形

2.DSB-SC调制

DSB信号的时域表达式为

■DSB(t)=m(t)coscoct(4-3)

DSB信号的频谱为

S((O)=^[M(CO+CO)+M(a)-a))]

DSB<Cc(4-4)

DSB信号的时域波形和频谱如图4-3所示

­㈤

时域频域

图4-3DSB调制时域波形与频谱

DSB调制的相干解调模型如图4-4所示

«(0

COS41

图4一4DSB调制器模型

3.SSB调制

SSB信号的时域表达式为

SssB(t)=|A„cos①“/cosCDt+1sin3,/sina)t

cc(4-5)

SSB调制信号的频谱与DSB信号频谱类似，但是只有DSB频谱的一半，分为上边带和下边

带。

三、实验内容

1.用Matlab产生一个频率为1Hz,振幅为1的余弦信源,设载波频率为10Hz,A=2。

(1)在AM系统中当相干解调器输入信噪比为15dB时，绘制系统各点的波形及其频谱，

并对调制信号和解调信号进行比较分析。

(2)分析比较不同信噪比下的解调信号时域波形和频谱。

2.用Matlab产生一个频率为1Hz,振幅为1的余弦信源,设载波频率为1OHz。

(1)在DSB-SC系统中，当相干解调器输入信噪比为15dB时，绘制系统各点的波形及

其频谱，并对调制信号和解调信号进行比较分析。

(2)分析比较不同信噪比下的解调信号时域波形和频谱。

3.用Matlab产生一个频率为1Hz,振幅为1的余弦信源，设载波频率为10Hz。

(1)SSB系统中，当相干解调器输入信噪比为15dB时，绘制系统各点的波形及其频谱,

并对调制信号和解调信号进行比较分析。

(2)分析比较不同信噪比下的解调信号时域波形和频谱。

四、预习报告(原理，流程图，编程思想，基本程序)

五、实验报告（调试完毕程序，实验结果及分析）

实验成绩评估一览表

实验记录全面、准确、细致

实

实验记录较全面、基本无错误

验

实验记录较完整、个别地方有错误

记

实验记录基本完整、无严重错误

录

实验记录有缺失、存在严重错误

实验分析全面、准确、表达流畅

实

实验分析较全面、基本无误、表述清楚

验

实验分析基本对的、个别地方表述不清

分

实验分析无原则性错误、表述不清楚

析

实验分析有缺失、存在严重错误

实验成绩

实验五模拟信号数字传输实验（一）

一、实验目的

•掌握低通信号抽样定理；

•理解13折线A率逐次比较型PCM编码仿真的思想。

二、实验原理

1.低通信号的抽样定理

一频带限制在（0,力JHz内的时间连续信号机若以7；=1/£<1/2/〃的速率对

根等间隔抽样，即：fs>2fH,那么根（。将被所得抽样函数根,«）完全拟定。

2.验证低通信号的抽样定理

抽样的过程是将输入的模拟信号与抽样信号相乘而得，通常抽样信号是一个周期为Ts

的周期脉冲信号，抽样后得到的信号称为抽样序列。抱负抽样信号定义如下:

%⑴一4)(5-1)

其中，PQ）=心f=0,/=_1!-称为抽样速率。

'T

因此抽样后的信号为

8

4⑺=%（/）与«）=（底）尸"也）

k=-g

通过带宽为,fH低通滤波器后即可恢复原始抽样信号。

3.PCM的基本原理如图5-1所示:

A/D（模额式旗）D/AO模轻即

图5-1PCM的基本原理

抽样是对模拟信号进行周期性的扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。这

里求通过抽样的信号应包含原信号的所有信息,即能无失真地恢复出原模拟信号，抽样速率的

下限由抽样定理拟定。

量化是把经抽样得到的瞬时值进行幅度离散，即指定Q规定的电平,把抽样值用最接近的

电平表达。

编码是用二进制码组表达有固定电平的量化值,事实上量化是在编码过程中同时完毕的。

4.逐次比较型PCM编码

(1)均匀量化时其量化信噪比随信号电平的减小而下降。产生这一现象的因素就是均匀

量化时的量化级间隔A为固定值，而量化误差不管输入信号的大小均在(-A/2,A/2)内变化。

故大信号时量化信噪比大，小信号时量化信噪比小。对于语音信号来说，小信号出现的概率要大

于大信号出现的概率，这就使平均信噪比下降。同时，为了满足一定的信噪比输出规定，输入信号

应有一定的动态范围，由于小信号信噪比明显下降，也使输入信号范围减小。要改善小信号量化

信噪比，可以采用量化间隔非均匀的方法，即非均匀量化。

(2)压扩特性曲线用A律压扩特性曲线，工程上使用13折线来近似A律压扩特性曲线,

目的是为了使用逐次比较算法来提高运算速度。

5.逐次比较型编码的编码方法

码位安排：

极性码段落码段内码

M]M2M3M4M5M6M7M&

其中：

(1)第一位表达量化值的极性正负。M=1代表信号极性为正M=0代表信号极性为

负；后面7位分为段落码和段内码两部分，用于表达量化值的绝对值。

(2)M2M3M4为段落码，分别相应表1段落编码。

(3)M5M6M7M8为段内码，分别相应表1个PCM编码的后四位。

三、实验内容

1.运用MATLAB软件验证低通抽样定理，若低通信号为

x(Z)=0.lcos(0.157r/)+0.5COS(4R)

(1)绘制出该低通信号的波形；

(2)绘制出抽样速率为£=4Hz的抽样序列，画出抽样后的信号波形;

(3)绘制出经低通滤波器恢复的波形。

2.设输入一个样值xC[—2048,+2048],对x进行A律PCM编码。规定编写成函数,该函数

输入变量为样值，输出变量为A律13折线逐次比较的八位PCM编码,设码元宽度为1，绘制出

其波形。

四、预习报告(原理，流程图，编程思想，基本程序)

44

五、实验报告（调试完毕程序，实验结果及分析）

实验成绩评估一览表

实验记录全面、准确、细致

实

实验记录较全面、基本无错误

验

实验记录较完整、个别地方有错误

记

实验记录基本完整、无严重错误

录

实验记录有缺失、存在严重错误

实验分析全面、准确、表达流畅

实

实验分析较全面、基本无误、表述清楚

验

实验分析基本对的、个别地方表述不清

分

实验分析无原则性错误、表述不清楚

析

实验分析有缺失、存在严重错误

实验成绩

专实验六模拟信号数字传输实验（二）

一、实验目的

•掌握13折线A律逐次比较型PCM编，译码原理。

二、实验原理

参见实验五模拟信号的数字传输仿真（一）实验原理部分

三、实验内容

输入信号=sin4力,对该信号进行采样，规定符合低通采样定理，然后将采样信号

进行非均匀量化，对每个样值的量化结果运用模拟信号数字传输的仿真（一）所编写的编码函数

进行PCMA律13折线编，译码。

（1）绘制出原始模拟信号的波形

（2）绘制出编码结果的波形

（3）试编写程序将编码结果进行译码并通过低通滤波器来恢复模拟信号，对恢复的信号与

原始模拟信号进行比较分析。

四、预习报告（原理，流程图，编程思想，基本程序）

专五、实验报告（调试完毕程序，实验结果及分析）

实验成绩评估一览表

实验记录全面、准确、细致

实

实验记录较全面、基本无错误

验

实验记录较完整、个别地方有错误

记

实验记录基本完整、无严重错误

录

实验记录有缺失、存在严重错误

实验分析全面、准确、表达流畅

实

实验分析较全面、基本无误、表述清楚

验

实验分析基本对的、个别地方表述不清

分

实验分析无原则性错误、表述不清楚

析

实验分析有缺失、存在严重错误

实验成绩

实验七数字频带传输系统实验

一、实验目的

•掌握数字频带传输系统调制解调的仿真过程；

•掌握数字频带传输系统误码率仿真分析方法。

二、实验原理

数字频带信号通常也称为数字调制信号，其信号频谱通常是带通型的，适合于在带通型信

道中传输。数字调制是将基带数字信号变换成适合带通型信道传输的一种信号解决方式，正

如模拟通信同样，可以通过对基带信号的频谱搬移来适应信道特性，也可以采用频率调制、

相位调制的方式来达成同样的目的。

1.调制过程

（1）2ASK

假如将二进制码元“0”相应信号0,“1”相应信号Acos2状1,则2ASK信号可以写成如

下表达式

力⑺=\("4)}Acos2"。(7-1)

0<t<Ts

”{0,1}'(7-2)

其他

可以看到，上式是数字基带信号〃7（r）=Z4g（f—〃工）通过DSB调制后形成的信号。其调制

框图如图7-1所示：

附）Za“g（/-〃7；）Acos2G

Acos2比/

图7-12ASK信号调制框图

2ASK信号的功率谱密度为

犬⑺=彳A[4(/-力)+&(/+£)]

（2）2FSK

将二进制码元“0”相应载波Acos2福/,“1”相应载波Acos2班f,则形成2FSK信号，可以

写成如下表达式

ST⑺=IXg("4)ACOS(2="+(p”)

(7-4)

+('一〃I)Acos(2不力/+Q)

当句=0时，相应的传输信号频率为力；当/=1时,相应的传输信号频率为f2.上式中，（pn、

为是两个频率波的初相。2FSK也可以写成此外的形式如下：

■Sj(t)=Acos2"j/+2不〃Za.gQ-八工)(7-5)

a-4=(7,+A)/2(7-6)

10<t<T

g(D=,s(7-7)

0其他

频偏为

(7-8)

h=\f2~f\

其实2FSK信号也可以当作是两个不同载波的2ASK信号的叠加

ST（r）=S］«）COS（和+。|）+52（r）cos（692?+。2）(7-9)

当这两项不相关时（如载波之间频率差足够大），它的功率谱密度为

4（力=/%（7—力）+%（/+/）］+：［匕（/一力）+匕（/+力）］（7—10）

（3）2PSK

将二进制码元“0”相应相位为乃的载波-Acos2植J,“l”相应载波相位为0的载波

Acos2比/，则2PSK信号可以写成如下表达式：

{X4g”一〃工)}ACOS2%。(7-11)

其中

anG{+1，T}(7-12)

10<t<Ts

(7-13)

0其他

其实2PSK的调制框图与2ASK调制相同，只是输入是双极性的信号。

2PSK信号的功率谱密度为：

P")=-力)+P,Af+力)](7-14)

2.解调过程

数字频带通信系统相干解调基本框图如图2所示。

定时脉冲

解调器

图7-2数字频带通信系统相干