Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析

定　　价：39 元

• 作者：邵玉斌
• 出版时间：2008/6/1
• ISBN：9787302171324
• 出 版 社：清华大学出版社

• 中图法分类：TN914 
• 纸张：25
• 版次：1
• 开本：16开

内容简介

　　本书系统地介绍了通信建模仿真方法和模型验证技术，并结合作者近年在教学科研中所设计的大量基础的和较深入的建模仿真实例，重点讨论了建模仿真原理和相关的数值计算方法、模拟通信系统、模数转换、调制与编码、信道模拟、载波与符号同步、信道均衡、跳频系统和直接扩频系统、通信模型正确性评估、仿真数据验证和数据处理技术等内容，并在仿真实例中展示了科学研究论文和报告所需的数据处理和表现技巧。
本书可作为高等院校通信工程、电子信息类专业本科生和研究生系统仿真课程教材或参考书，也可作为相关专业综合性实践教学的指导材料，还可供通信工程专业技术人员、教师等作为解决通信系统设计、评估和建模仿真领域实际问题的参考资料。

序 言

　　Matlab语言由于其语法的简洁性、代码接近于自然数学描述方式以及具有丰富的专业函数库等诸多优点，吸引了众多科学研究工作者，越来越成为科学研究、数值计算、建模仿真以及学术交流的事实标准。Simulink 作为Matlab 语言上的一个可视化建模仿真平台，起源于对自动控制系统的仿真需求，它采用方框图建模的形式，更加贴近于工程习惯。目前，Matlab/Simulink 的应用已经远远超越了数值计算和控制系统仿真等传统领域，在几乎所有理工学科中形成了为数众多的专业工具库和函数库，日益成为科学研究和工程设计中日常计算和仿真试验的工具。
随着Matlab/Simulink 通信、信号处理专业函数库和专业工具箱的成熟，它们逐渐为广大通信技术领域的专家学者和工程师所熟悉，在通信理论研究、算法设计、系统设计、建模仿真和性能分析验证等方面的应用也更加广泛。Simulink 可视化仿真工具能够以非常直观的方框图方式形象地对通信系统进行建模，并以“实时”和动画的方式来将模型仿真结果（如波形、频谱、数据曲线等）显示出来，更便于对通信系统的物理概念和运行过程的直观理解，所以近年来在通信工程专业中得到了广大师生的重视和广泛应用，在理论教学、课程实践环节以及理论和技术前沿的研究中发挥了重要作用。
本书以通信原理为主线，从系统建模原理和仿真的数值计算方法入手，详细介绍了 Matlab/Simulink 在通信系统建模和仿真中的应用原理、内容方法和特点，并结合作者在科研和教学中的应用研究，列举了大量的仿真实例。通过这些实例，以期达到两个目的：其一是通过系统建模过程使读者理解Matlab/Simulink 基本建模仿真方法的实质性，以掌握通信系统仿真的思维方法；其二是通过仿真过程和仿真结果分析对基本通信系统原理的理解，并逐渐培养读者系统建模和设计的自主能力和创造力。
本书的特点如下。
（1） 本书重点讨论通信工程相关专业的系统仿真原理和应用，以通信系统构成为主线介绍系统仿真方法，以微分方程的数值求解和概率论为数学基础，注重介绍通信仿真技术中基础性的、本质性的内容，并强调仿真的数学原理和方法，而不作为一本Matlab语言或仿真编程的介绍手册。
理论的学习必须要有实践的支持，理论的检验和验证也必须通过实践。数理基础在通信工程专业中的地位应当得到重视。系统仿真技术是专业理论和系统实验相结合的有效途径之一，学习通信系统仿真不是学习某个系统仿真软件的功能，而是在扎实的数理基础和通信理论基础上以系统仿真软件作为工具平台的实践活动。基于这种认识，本书没有系统介绍Matlab/Simulink 软件的使用方法和编程函数，而是把Matlab/Simulink 视为一种方便的仿真软件工具在通信系统建模和仿真中加以应用。因此，掌握本书所介绍的系统仿真思想方法也就意味着可以使用任何计算机语言来进行通信系统的建模仿真实践。
（2） 本书详细讲述了Matlab/Simulink 的建模仿真原理，把S 函数作为掌握Simulink 仿真的根本，并将Simulink 可视化建模和Matlab 语言编程统一起来，还通过众多的实例，加强了对仿真手段、思想方法以及系统原理等抽象内容的理解和应用。读者可以通过运行这些实例或改变实例中系统模块的参数来进行实验，甚至可以在这些实例的基础上构建更加复杂的系统模型。
（3） 本书在内容编排上注意由浅入深，逐本求源，由普遍方法论到实际建模实验，由通信单元模块的建模到综合系统仿真，循序渐进，便于阅读和学习。本书以Matlab/Simulink 作为实验平台，对通信系统建模的数学原理讲述得比较详细，重视数理基础在通信工程中的应用，注重原理的论述，授人以渔，特别注重讲解通信系统建模和仿真理论中根本性的和基础性的内容。
（4） 鉴于通信系统仿真涉及的内容广泛，对数学基础的要求和通信基本理论的理解要求较高，又特别强调矩阵数值计算方法的编程实现能力，因此在每章末尾总结了主要内容并对相关的参考资料进行了综述，以便读者进一步深入学习相关内容时参考。
本书共分8章。
第1章概述了通信系统仿真的原理和方法，对仿真建模的意义、模型的类型以及仿真的数学方法进行了论述。
第2章是本书的基础，主要介绍了Matlab/Simulink 编程和建模仿真的原理，并通过大量的实例演示了应用Matlab/Simulink 建模仿真的方法、关键问题和处理技巧。希望通过这些实例和实验使读者对Matlab/Simulink 的建模和仿真有一个实质性的理解。
第3章以通信系统的基本构造为主线，对通信系统基本模块的原理和建模方法进行了讨论，并介绍了Matlab/Simulink 通信工具箱和信号处理工具箱中的常用模块及其原理和使用方法。以这些基本模块为元素，给出了通信系统中从信源、调制、信道到接收解调、同步等基本单元的仿真实例。
第4章简要阐述了通信系统整体构架和层次化建模的思想要点，比较了模拟通信系统和数字通信系统的仿真框架和两者的异同点，并讨论了描述通信系统质量和性能的主要指标。
第5章对模拟通信系统的建模和仿真问题进行了详细的讨论，包括对调幅广播波形和频谱、传输、接收机自动增益控制原理和性能、检波和解调、单边带通信机、调频立体声系统以及彩色电视信号和系统的仿真实例。对模拟通信系统运行原理的理解能力可以视为无线电和电子工程师最基本的专业素质的衡量。
第6章讨论了模拟信号数字化问题的原理和仿真实例，内容包括采样定理的原理性仿真、A/D 转换、非均匀量化的原理和性能仿真、PCM 编解码过程、自适应PCM 以及增量调制的原理仿真和性能结果等。
第7章以数字通信系统的关键技术和一些较深入的问题为研究对象，讨论了以误码率为性能指标的蒙特卡罗仿真建模方法，基带数据传输的码型设计与仿真，基带带限传输系统、眼图以及信道均衡问题，数字调制的波形和频谱仿真问题等，并以仿真实例介绍了扩频抗干扰系统的原理和性能分析，包括直接序列扩频系统和跳频系统的仿真实例。
第8章讨论了通信系统模型评估和仿真结果的正确性验证等问题，较详细地介绍了蒙特卡罗仿真方法的实现要点、随机数的产生、各种随机分布以及它们之间的关系，并讨论了以数理统计方法为主的模型和仿真数据评估方法、插值和拟合等实验数据处理方法等，对蒙特卡罗仿真方法的试验精度等方面进行了性能分析。
全书所有实例的模型文件和程序代码都已在Matlab（R13）版本下调试通过。另外，本书还提供了一个电子教案。读者需要具有微积分、概率与统计、信号与系统、数字信号处理和通信原理的背景知识。
本书计划学时为40 学时，课堂重点是讲述通信系统仿真的概念、方法和实例应用，而在教学实践环节可以通过本书的众多实例以及各章思考题来加深对仿真方法的掌握。建议读者在理解仿真原理的基础上，对本书列举的实例给出自己的仿真模型和设计参数，然后与本书的模型和程序结果进行对比，这样比单纯运行、研究实例模型将更能够激发读者的创造力，也更具趣味性和挑战性。本书给出的思考题一般是对实例问题的深化或拓展以及对正文的补充，许多思考题在仿真条件、系统建模上给读者预留了很大的创造空间，解答可以灵活多样。
感谢澳大利亚新南威尔士大学电子与电气工程学院的Yuan Jinhong教授，在我做访问学者期间，他提供了良好的学术研究环境。我在与他以及他的同事的学术交流中得到了许多启迪，促成了本书的完成。
本书在成书过程中得到了许多专家、教授的关心和帮助，特别是在与徐明远教授、姚绍文教授、龙华教授、刘增力副教授等前辈和专家的交流中深受教益。在本书的写作和相关课程教学和辅导工作中还得到了宋耀莲、杨秋萍、朵琳老师的帮助和支持，龙洋、吴熹等研究生也帮助完成了本书部分章节的校阅工作，清华大学出版社的魏江江编辑对本书的策划、编辑和校对付出了辛苦劳动，在此对他们表示衷心的感谢。
最后要感谢我的家人，没有他们的关心和支持，本书是不能完成的。
本书可作为高等院校通信工程、电子信息类专业的本科生和研究生系统仿真课程的教材或进行相关课题研究的参考书，也可作为相关专业课程设计和毕业设计等综合性实践教学的指导材料。
现代通信系统仿真技术不仅仅是对通信理论的验证手段，也日益成为通信新理论研究、新协议、新算法开发和系统总体设计的重要实验研究途径，因此，本书所介绍的系统仿真思想方法对于从事通信系统设计的专业技术人员也具有很高参考价值。

目 录

第1章通信系统仿真的原理和方法论

1.1通信系统仿真的现实意义

1.2计算机仿真的过程

1.2.1系统仿真的数学基础

1.2.2计算机仿真的一般过程

1.3通信系统模型的分类

1.3.1按照系统层次分类

1.3.2按照信号类型分类

1.3.3按照系统特征分类

1.4通信系统仿真的方法

1.4.1基于动态系统模型的状态方程求解方法

1.4.2基于概率模型的蒙特卡罗方法

1.4.3混合方法

1.5通信系统仿真的优点和局限性

1.6系统建模仿真方法与仿真工具

1.6.1系统建模仿真方法与仿真工具的关系

1.6.2仿真环境的构成和要求

1.6.3常用仿真工具的选择

1.7小结与文献综述

1.8思考题

第2章Matlab/Simulink系统建模和仿真基础

2.1Matlab编程仿真的方法

2.1.1概述

2.1.2静态系统的Matlab编程仿真

2.1.3连续动态系统的Matlab编程仿真

2.1.4离散动态系统的Matlab编程仿真

2.1.5基于数据流和基于时间流的仿真方法

2.2Simulink仿真基础

2.2.1系统模型的方程和图形化描述

2.2.2Simulink仿真平台

2.2.3构建一个简单的Simulink仿真系统

2.2.4Simulink子系统构建、封装和自定义模块库

2.3Simulink的工作原理——S函数

2.3.1S函数的工作原理

2.3.2用Matlab语言编写S函数

2.4用S函数编写Simulink基本模块






2.4.1信源模块

2.4.2信宿和信号显示模块

2.4.3信号传输模块

2.5Simulink仿真的数据结构和编程调用方法

2.5.1Simulink中数据流的向量和矩阵形式

2.5.2Simulink中数据结构的转换

2.5.3Simulink与Matlab的交互

2.5.4编程调用仿真模型

2.6Simulink在电子与通信系统仿真中的几个关键问题

2.6.1系统仿真速率的设计和选择

2.6.2并/串转换和混合速率系统仿真

2.6.3不同层次的仿真模型

2.6.4用Simulink求解方程

2.6.5同一数学模型的多种计算机仿真实现方法

2.7声卡在Simulink仿真模型中的应用

2.7.1Matlab与声卡的接口函数

2.7.2Simulink与声卡的接口模块

2.7.3在Simulink中组建虚拟仪器

2.8小结与文献综述

2.9思考题

第3章基本通信模块的建模与分析

3.1滤波器模型

3.1.1滤波器的类型、参数指标与设计

3.1.2滤波器的实现

3.2信源模型

3.2.1确定信源

3.2.2伪随机码源

3.2.3统计信源——噪声源



3.3信号参数的测量和分析

3.3.1信号的能量和功率

3.3.2信号直流分量和交流分量

3.3.3离散时间信号的统计参数

3.3.4信号的频域参数

3.4信道模型

3.4.1加性高斯白噪声信道

3.4.2带限加性噪声信道

3.4.3离散时间信道指标的定量计算

3.4.4错误概率信道

3.5调制与解调

3.5.1调制的通带和基带模型

3.5.2模拟调制与解调模型

3.5.3数字调制与解调模型

3.6锁相环和载波提取

3.6.1锁相环的构成和建模仿真

3.6.2用于载波提取的锁相环仿真

3.6.3锁相频率合成器的仿真

3.7小结与文献综述

3.8思考题

第4章构建通信系统仿真模型

4.1通信系统的基本模型

4.1.1模拟通信系统基本模型

4.1.2数字通信系统基本模型

4.2通信系统主要性能指标

4.3通信系统建模的要点

4.4小结和文献综述

4.5思考题

第5章模拟通信系统的建模仿真

5.1调幅广播系统的仿真

5.2调幅的包络检波和相干解调性能仿真比较

5.3频分复用和超外差接收机的仿真模型

5.4自动增益控制（AGC）原理与仿真

5.5调频立体声广播系统的建模仿真

5.5.1调频立体声广播的信号结构和仿真模型

5.5.2调频立体声接收机模型

5.6单边带调幅系统的建模仿真

5.6.1希尔伯特变换

5.6.2单边带调幅与解调原理

5.6.3一个简化的单边带电台仿真

5.7彩色电视系统的建模仿真

5.7.1电视扫描原理的仿真

5.7.2彩色电视信号的构成和频谱仿真

5.7.3简化的彩色电视接收机仿真

5.8小结与文献综述

5.9思考题

第6章模拟信号数字化

6.1采样定理的原理仿真

6.2A/D和D/A转换器的仿真

6.3PCM编码和解码

6.3.1信号的压缩和扩张

6.3.2PCM编码和解码

6.4DPCM编码与解码

6.5增量调制

6.6小结与文献综述

6.7思考题

第7章数字通信系统的建模仿真

7.1二进制传输的错误率仿真

7.2基带传输码型设计

7.2.1二电平码

7.2.2三电平码

7.3带限基带传输系统的仿真

7.3.1眼图和无码间串扰波形

7.3.2基带传输系统的仿真

7.3.3定时提取系统的仿真

7.3.4信道的时域均衡

7.4数字调制的仿真

7.4.1信号的向量表示

7.4.2数字调制信号的向量表示和仿真

7.5扩频系统的仿真

7.5.1伪随机码的产生

7.5.2直接序列扩频系统

7.5.3跳频扩频系统

7.6小结与文献综述

7.7思考题


第8章通信系统建模仿真的评估

8.1概述

8.2概率模型和蒙特卡罗方法

8.3随机数的产生和常用随机分布

8.3.1均匀分布随机数的产生

8.3.2产生其他常用随机分布的方法

8.3.3产生任意指定区间上的均匀分布

8.3.4三角分布

8.3.5指数分布

8.3.6标准正态分布

8.3.7指定均值和方差的正态分布

8.3.8对数正态分布

8.3.9柯西分布

8.3.10χ2分布

8.3.11瑞利分布

8.3.12广义瑞利分布（χ分布）

8.3.13赖斯分布和广义赖斯分布

8.3.14Γ分布

8.3.15Beta分布

8.3.16Erlang分布

8.3.17两点分布

8.3.18二项分布

8.3.19负二项分布

8.3.20几何分布

8.3.21超几何分布

8.3.22泊松分布

8.3.23t分布

8.3.24F分布

8.4随机分布的辨识和参数估计

8.4.1概率密度函数对比——直方图估计法

8.4.2概率分布的假设检验和参数估计

8.5蒙特卡罗仿真的精度分析

8.5.1蒙特卡罗仿真次数和精度的关系

8.5.2蒙特卡罗仿真次数的序贯算法

8.6仿真结果的数据处理

8.6.1插值

8.6.2拟合

8.7小结与文献综述

8.8思考题

参考文献