南郵MATLAB軟件設(shè)計(jì)

1、通信與信息工程學(xué)院2015 / 2016 學(xué)年 第 2 學(xué)期軟件設(shè)計(jì) 實(shí)驗(yàn)報(bào)告模 塊 名 稱 MATLAB軟件設(shè)計(jì) 專 業(yè) 通信工程 學(xué) 生 班 級(jí) B130102 學(xué) 生 學(xué) 號(hào) B13010229 學(xué) 生 姓 名 郭智超 指 導(dǎo) 教 師 孟田甜 設(shè)計(jì)題目1. 練習(xí)題部分2. 設(shè)計(jì)部分：（1）M文件實(shí)現(xiàn)部分（2）Simulink實(shí)現(xiàn)部分任務(wù)要求熟悉MATLAB軟件，熟練掌握計(jì)算、設(shè)計(jì)方法，對(duì)設(shè)計(jì)的系統(tǒng)使用Simulink工具中進(jìn)行仿真。掌握MATLAB部分工具包的使用方法，側(cè)重于simulink環(huán)境。通過(guò)完成所有的練習(xí)題，熟悉M文件的編寫，Simulink環(huán)境中仿真系統(tǒng)的搭建、運(yùn)行、調(diào)試和驗(yàn)

2、證。在此基礎(chǔ)上，完成通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)題，并調(diào)試驗(yàn)證通過(guò)。實(shí)驗(yàn)設(shè)備及軟件PC機(jī)一臺(tái)MATLAB7.0同組人員學(xué)號(hào)及姓名無(wú)參考文獻(xiàn)1. 通信原理第7版，樊昌信、曹麗娜編著，國(guó)防工業(yè)出版社2. 數(shù)字信號(hào)處理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)MATLAB版，Sanjit K. Mitra著， 電子工業(yè)出版社3. 基于MATLAB/Simulink系統(tǒng)仿真權(quán)威指南，王江、付文利等編著，機(jī)械工業(yè)出版社報(bào)告內(nèi)容一、要求練習(xí)的實(shí)驗(yàn)部分1.題目：在時(shí)間區(qū)間 0,10中，繪出曲線。 程序代碼： t=0:0.02:10; y=1-exp(-0.5)*t).*cos(2*t); plot(t,y,'b'); xlabel(

3、9;time'); ylabel('amplitude'); title('figure 1'); grid 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：2. 題目：寫出生成如圖E2-1所示波形的MATLAB腳本M文件。圖中虛線為正弦波，要求它的負(fù)半波被置零，且在處被削頂。 程序代碼： t=linspace(0,10,500); %產(chǎn)生線性間隔的向量（在0-10之間取500點(diǎn)）y=sin(t);a=sin(pi/3);z=(y>=0).*y;z=(y>=a).*a+(y<a).*z;plot(t,y,':r');hold on; %保持當(dāng)前圖形plot(

4、t,z,'b-')xlabel('t');ylabel('z=f(t)');title('逐段解析函數(shù)');legend('y=sin(t)','z=f(t)',4); %確定向量長(zhǎng)度axis(0 10 -1.2 1.2); %限定坐標(biāo)軸范圍hold off;grid 實(shí)驗(yàn)結(jié)果：3.題目： 令，運(yùn)行 U,S,V=svd(A);tol=S(1,1)*3*eps; 然后回答以下問(wèn)題：（1） sum(diag(S)>tol) - rank(A) 是多少 ？ （2） S(1,1) - norm(A)

5、= 0 是多少 ?（3） sqrt(sum(diag(S*S) - norm(A,'fro') 的結(jié)果是什么 ?（4） S(1,1)/S(3,3) - cond(A) 的結(jié)果是什么 ?（5） S(1,1)*S(2,2)*S(3,3) - det(A) < tol 的運(yùn)行結(jié)果是什么？（6） V(:,1)'*null(A) 得到什么結(jié)果 ? （7） abs(A*null(A) < tol 得到什么結(jié)果 ?（8） U(:,1:2) = = orth(A) 的運(yùn)行結(jié)果是什么 ? 程序： A=1 2 3;4 5 6;7 8 9U,S,V=svd(A);tol=S(1,

6、1)*3*epssum(diag(S)>tol) - rank(A)S(1,1) - norm(A) sqrt(sum(diag(S*S) - norm(A,'fro')S(1,1)/S(3,3) - cond(A) S(1,1)*S(2,2)*S(3,3) - det(A) < tolV(:,1)'*null(A)abs(A*null(A) < tol U(:,1:2) = orth(A) 運(yùn)行結(jié)果：（1） sum(diag(S)>tol) - rank(A) 的結(jié)果是0 （2） S(1,1) - norm(A) = 0的結(jié)果是0 （3） sq

7、rt(sum(diag(S*S) - norm(A,'fro') 的結(jié)果是3.5527e-015（4） S(1,1)/S(3,3) - cond(A) 的結(jié)果是 -8（5） S(1,1)*S(2,2)*S(3,3) - det(A) < tol的結(jié)果是1（6） V(:,1)'*null(A) 的結(jié)果是 0（7） abs(A*null(A) < tol 的結(jié)果是1；1；1（8） U(:,1:2) = = orth(A) 的結(jié)果是 1 1 ；1 1 ；1 14. 題目：求積分，。 提示：abs,sin,cos,cumsum,disp,plot,grid 程序代碼

8、： t=0:pi/100:2*pi;f=abs(cos(sin(t);F=cumsum(f)*pi/100; %求和plot(t,F);xlabel('t');ylabel('f');title('積分曲線');grid on 運(yùn)行結(jié)果：5. 題目： 求方程的解。提示：solve 程序代碼：syms xsyms y %變量定義A=solve('x*x+y*y=1','x*y=2',x,y);Ax=A.xAy=A.y 運(yùn)行結(jié)果： Ax = -1/2*(1/2*5(1/2)+1/2*i*3(1/2)3+1/4*5(1/

9、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)Ay = 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*3(1/2)6. 題目： 在某激勵(lì)條件下，二

10、階系統(tǒng)歸一化響應(yīng)可表示為，其中為阻尼系數(shù)，。請(qǐng)用不同的顏色或線型，在同一張圖上，繪制取值下系統(tǒng)在區(qū)間內(nèi)的響應(yīng)曲線，并要求用和對(duì)它們相應(yīng)的兩條曲線進(jìn)行醒目的文字標(biāo)志。 代碼段1：clcclearsyms k;t=0:0.1:18;hold on;%kz='-r' '.g' 'b' 'c' 'm' 'y' 'k' 'w' ':r' ':g'kz='r g :b c m y k w r g r:'i=0;for k=0.2:0

11、.2:2 i=i+1; clear y; a=sqrt(1-k2); b=atan(sqrt(1-k2)/k); if k=1 y=(exp(t)-t-1)./exp(t); plot(t,y,kz(i) else y=1-1/a*exp(-k*t).*sin(a*t+b); plot(t,y,kz(i) end % plot(t,y,kz(i) if k=0.2 text(8,1.2,'阻尼系數(shù)是0.2') end if k=2 text(14,0.9,'阻尼系數(shù)是2') endendtitle('二階系統(tǒng)歸一化響應(yīng)');xlabel('

12、;t');ylabel('y(t)');hold offgrid 運(yùn)行結(jié)果：代碼段2（求極限）：syms klimit('1-1/sqrt(1-k2)*exp(-k*t)*sin(sqrt(1-k2)*t+atan(sqrt(1-k2)/k)',k,1)運(yùn)行結(jié)果：ans =(exp(t)-t-1)/exp(t)7. 題目： 構(gòu)建一個(gè)簡(jiǎn)單的全波整流模型，并用示波器分兩路同時(shí)觀察原信號(hào)和整流后的信號(hào)波形。要求：信源模塊被重新命名為“輸入正弦波”；信宿模塊被重新命名為“示波器”；連接到信宿的信號(hào)線上分別標(biāo)注“原信號(hào)”和“整流信號(hào)”；在模型窗中添加注釋文本。方法

13、1：用sine wave產(chǎn)生正弦波，用abs進(jìn)行整流，用Scope進(jìn)行信號(hào)的觀察。示波器觀測(cè)結(jié)果：方法2：示波器觀測(cè)結(jié)果：結(jié)果分析：兩種方法都較好的實(shí)現(xiàn)了全波整流。8. 題目： 利用 SIMULINK及其標(biāo)準(zhǔn)模塊設(shè)計(jì)一個(gè)低通濾波器，從受噪聲干擾的多頻率混合信號(hào)中獲取10Hz的信號(hào)。在此，而 實(shí)現(xiàn)方法: 用Sine Wave產(chǎn)生正弦波，用Random Number產(chǎn)生隨機(jī)信號(hào)，用sum將信號(hào)相加，用Analog Filter Design設(shè)計(jì)低通濾波器，用Mux模塊將信號(hào)合并在一起,用Scope觀察信號(hào)； 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停菏静ㄆ饔^測(cè)結(jié)果： 結(jié)果分析：LPC使用Butterworth方法，實(shí)現(xiàn)了不錯(cuò)的低

14、通濾波效果。9. 題目：已知系統(tǒng)的狀態(tài)方程為：，其中，請(qǐng)構(gòu)建該系統(tǒng)的仿真模型，并用XY Graph模塊觀察相軌跡。 實(shí)現(xiàn)方法：利用乘法器，加法器，積分器搭建模型，利用XY Graph模塊觀察相軌。 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?運(yùn)行結(jié)果：10.題目： CD74HC00仿真（數(shù)字電路） 數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?封裝后功能檢測(cè)模型： 運(yùn)行結(jié)果： 結(jié)果分析：前兩路分別為產(chǎn)生“1010”和“1100”的脈沖發(fā)生器的波形，后四路波形則分別為四個(gè)與非門的輸出；系統(tǒng)對(duì)于“11”、“01”、“10”、“00”四種輸入的輸出符合與非邏輯關(guān)系，設(shè)計(jì)無(wú)誤，可以實(shí)現(xiàn)預(yù)期功能。11.題目： 2FSK信號(hào)的生成與接收濾波 要求：1) 產(chǎn)生二進(jìn)

15、制0，1隨機(jī)信號(hào)波，信號(hào)波特率為1000B2) 對(duì)此信號(hào)進(jìn)行2FSK調(diào)制，f1=1500Hz, f2=3050Hz3) 加入高斯白噪聲4) 在接收端進(jìn)行帶通濾波5) 抽樣速率為20KHz. 觀察濾波前后信號(hào)的波形和頻譜。 實(shí)現(xiàn)方法： 利用Bernoulli Binary Generator模塊產(chǎn)生隨機(jī)信號(hào)作為輸入信號(hào)； 利用Sine Wave模塊產(chǎn)生f1=1500Hz, f2=3050Hz 的載波，結(jié)合Switch模塊進(jìn)行2FSK調(diào)制； 利用AWGN Channel模塊構(gòu)建高斯白噪聲信道，其參數(shù)設(shè)置為：信噪比：10dB，輸入信號(hào)功率：1W； 利用Digital Filter Design設(shè)計(jì)帶

16、通濾波器，分別為1500Hz和3050Hz。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停侯l譜觀測(cè)結(jié)果：示波器觀測(cè)結(jié)果如下：完整2FSK信號(hào)生成與接收濾波實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停簽楸阌谟^察，設(shè)置信號(hào)波特率為50B，示波器觀測(cè)結(jié)果： 結(jié)果分析：略有誤差與延遲，但大體上成功實(shí)現(xiàn)信號(hào)的濾波接收。實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?2. 題目：創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的離散多速率系統(tǒng)：?jiǎn)挝浑A躍信號(hào)經(jīng)過(guò)具有不同速率的采樣后分別用作兩個(gè)離散傳遞函數(shù)的輸入。這兩個(gè)離散傳遞函數(shù)有相同的有理分式，但采樣時(shí)間和時(shí)間偏置二元對(duì)分別設(shè)為1 , 0.1和0.7 , 0。要求：觀察這兩個(gè)離散傳遞函數(shù)的輸出有什么不同；用不同的顏色標(biāo)幟不同采樣速率系統(tǒng)。（通信系統(tǒng)） 示波器觀測(cè)結(jié)果：二、M文件實(shí)現(xiàn)部分 題目：

17、模擬調(diào)制-DSB調(diào)制與解調(diào)要求：對(duì)正弦信號(hào)（300Hz）進(jìn)行DSB調(diào)制和解調(diào)。信道采用高斯白噪聲信道。用MATLAB編寫程序計(jì)算并畫(huà)出調(diào)制信號(hào)波形和頻譜。 程序代碼：t=0:1/(400*1000-1):0.01;s=sin(300*2*pi*t); %原始信號(hào) f=300Hz正弦信號(hào)figure(1);subplot(3,1,1);plot(t,s);xlabel('t');ylabel('amplitude'); %坐標(biāo)軸標(biāo)注grid; %網(wǎng)格title('原始信號(hào)'); %畫(huà)出原始信號(hào)z=ammod(s,1*105,4*105); %使用a

18、mmod函數(shù)進(jìn)行調(diào)制 z = ammod(x,Fc,Fs)subplot(3,1,2);plot(t,z);xlabel('t');ylabel('SDSB1(t)');title('DSB-SC調(diào)制信號(hào)信號(hào)圖'); %畫(huà)出調(diào)制信號(hào)y=awgn(z,5); %加入高斯白噪聲 信噪比SNR=5subplot(3,1,3);plot(t,y);xlabel('t');ylabel('SDSB2(t)');title('加入噪聲后的DSB-SC調(diào)制信號(hào)圖，SNR=5'); %畫(huà)出加入噪聲后的DSB-SC圖

19、 %以上是調(diào)制部分% figure(2);f=(0:length(fft(z)-1)*(400*1000-1)/length(fft(z); %FFT 離散時(shí)間傅里葉變換subplot(3,1,1);plot(f,abs(fft(z);xlabel('f');ylabel('M(f)');grid;title('調(diào)制后的頻譜圖');%以下為帶通濾波器參數(shù)As=100; Ap=1;fs=4*105; %采樣頻率 fp1=200; fp2=1.1*105; %通頻帶fs1=100; fs2=1.2*105; %截止帶wp=fp1 fp2/(fs/2)

20、; ws=fs1 fs2/(fs/2);n,wn=cheb1ord(wp,ws,Ap,As); %帶通濾波b=fir1(n,wn,chebwin(n+1,As);x=fftfilt(b,y);z1=amdemod(x,1*105,4*105);%濾波法解調(diào)subplot(3,1,2);plot(t,z1);xlabel('t');ylabel('S(t)');title('解調(diào)波波形')f=(0:length(fft(z1)-1)*(400*1000-1)/length(fft(z1); %FFTsubplot(3,1,3);plot(f,abs

21、(fft(z1);axis(0 1000 0 2000); %坐標(biāo)軸長(zhǎng)度設(shè)置xlabel('f');ylabel('M(f)');grid;title('解調(diào)后的頻譜圖'); 運(yùn)行結(jié)果：三、Simulink實(shí)現(xiàn)部分 題目：模擬信號(hào)的數(shù)字化傳輸-增量調(diào)制系統(tǒng)要求：用SIMULINK建立簡(jiǎn)單增量調(diào)制系統(tǒng)的模型并進(jìn)行（1） 正弦信號(hào)（2） 語(yǔ)音信號(hào)的傳輸。改變抽樣頻率和量化臺(tái)階大小，觀察重建信號(hào)以及量化噪聲信號(hào)的波形；對(duì)于語(yǔ)音信號(hào)主觀評(píng)價(jià)聲音質(zhì)量的變化。1.正弦信號(hào)正弦信號(hào)（300Hz）增量調(diào)制實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?運(yùn)行結(jié)果：結(jié)果分析：采樣頻率越高，量化臺(tái)階越小

22、，最終通過(guò)濾波器解調(diào)出來(lái)的信號(hào)波形與原信號(hào)相似度越高，只是最終通過(guò)濾波器后信號(hào)的強(qiáng)度（幅度）會(huì)有所降低。2. 語(yǔ)音信號(hào)實(shí)現(xiàn)方法：自行錄制 .wav文件，通過(guò)函數(shù)y=wavread（filename）讀取語(yǔ)音文件。然后在在simulink里調(diào)用From wave file模塊，unbuffer解緩存后作為原始信號(hào)進(jìn)行輸入。需要注意的是，人的聲音頻率大約在65Hz-1100Hz左右，所以低通濾波器的設(shè)置應(yīng)該以此作為依據(jù)。實(shí)驗(yàn)中取Fpass=60Hz，F(xiàn)stop=1000Hz效果較好。語(yǔ)音信號(hào)增量調(diào)制實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停哼\(yùn)行結(jié)果：語(yǔ)音可以較為清晰還原，音色基本一致，略有失真。此外，存在些許噪聲，不同采樣頻率下可能有尖銳噪聲。聲音質(zhì)量大體良好，識(shí)別度高。4、 學(xué)習(xí)心得回想起來(lái)，上次進(jìn)行MATLAB相關(guān)的設(shè)計(jì)還是在大二上的DSP實(shí)驗(yàn)課上，至今已經(jīng)一年多沒(méi)有接觸這個(gè)軟件了。雖說(shuō)如此，再次上手還是蠻快就熟悉的。通過(guò)之前的一些基礎(chǔ)，再加上參考資料以及