SIMULINK数字通信系统建模

编辑推荐聚焦Simulink通信仿真，理解5G通信技术本质，决胜5G时代。MathWorks公司官方鼎力支持。丰富案例，由浅入深全面讲解通信系统Simulink建模仿真与分析。提供完整配套模型文档、习题集、答案。本书由浅入深讨论了将Simulink用于数字通信领域技术的建模方法，从基础实验和基本通信系统（如调制技术、编码技术、信道类型以及接收机处理技术等）建模分析讲起，逐渐引导读者进入更加实际的无线电通信场景。*后，通过一系列工程实例，深入讨论了新型无线通信系统中应用的关键技术和系统建模技巧，如多天线技术、扩频技术、语音压缩、Turbo码、正交频分复用（OFDM）、自适应均衡、卡尔曼滤波等。本书通过Simulink对数字通信系统的建模技术和方法进行了深入的研讨，深刻地揭示了通信过程的本质，让你能够从通信的物理原理上去理解诸如调制解调、编解码、滤波、快速傅里叶变换（FFT）等等这些通信和信号处理单元的原理和应用。帮助你真正理解，并更好地掌握通信系统技术原理，决胜5G时代。

在通信领域，越来越多的工程师和学者在利用MATLAB/Simulink进行新技术研究、通信协议模拟、算法开发和实验验证，通过建模和仿真实验来对未来通信体制和系统进行思想探索、数学分析和数值模拟。本书由浅入深讨论了将Simulink用于数字通信领域技术的建模方法，从基础实验和基本通信系统（如调制技术、编码技术、信道类型以及接收机处理技术等）建模分析讲起，逐渐引导读者进入更加实际的无线电通信场景。*后，通过一系列工程实例，深入讨论了新型无线通信系统中应用的关键技术和系统建模技巧，如多天线技术、扩频技术、语音压缩、Turbo码、正交频分复用（OFDM）、自适应均衡、卡尔曼滤波等。本书非常适合从事通信新技术研究、协议开发和产品开发的系统工程师等从业者、研究者研究参考，也适合通信、电子、计算机等专业的师生学习研究。

关于作者Arthur A.Giordano博士EEE高级会员，G5 Scientific, LLC公司联合创始人，军用通信和商用通信顾问，长期从事无线电通信方面研究和研究生教学工作，使用SIMULINK开发了很多数字通信系统模型。Allen H.Levesque博士IEEE会士，数字通信系统顾问，G5 Scientific, LLC公司合伙人，曾在美国伍斯特理工学院（WPI）教授研究生数字通信课程，现为WPI无线信息网络研究中心的研究科学家。

译者序原书前言缩略语第1章  开始使用Simulink   1.1  简介……1   1.2  启动MATLAB…… 2   1.3  Simulink模块库……3   1.4  新建Simulink模型……5     1.4.1  添加信号源和示波器……6     1.4.2  设置信号源模块参数……7     1.4.3  设置示波器模块参数……9   1.5  运行Simulink模型……10   1.6  重新配置信号模块参数……12   1.7  基于采样的信号……14   1.8  把数据送入工作空间……16   1.9  使用模型资源管理器……17   1.10  为波形添加标签……18   1.11  仿真参数配置……20   1.12  小结……22   习题22 第2章  正弦波Simulink模型……24   2.1  建立第一个新模型……24   2.2  改进正弦波Simulink模型……24   2.3  正弦波频谱测量……32   2.4  小结……35   习题……35 第3章  AWGN信道中数字通信系统的BER性能（BPSK和QPSK）……37   3.1  AWGN信道中BPSK和QPSK调制的错误率性能……37   3.2  通过简单几步构建出一个Simulink模型……37   3.3  BER仿真结果和理论计算结果的对比……463.4  另一个BPSK调制的Simulink模型……48   3.5  基于帧的Simulink模型……51   3.6  QPSK调制的符号错误率性能……55   3.7  BPSK调制的定点仿真性能……57   3.8  AWGN信道中BPSK调制的理论BER性能……59   3.9  小结……60   习题……60 第4章  AWGN信道中数字通信系统的BER性能（MPSK和QAM）……63   4.1  AWGN信道中MPSK调制和QAM的错误率性能……63   4.2  MPSK调制的Simulink模型……63   4.3  MPSK调制在其他调制符号数下的BER性能……66   4.4  定点数模式下MPSK调制的BER…… 67   4.5  QAM的Simulink模型……68   4.6  平均功率条件下其他元数下QAM的BER ……71   4.7  峰值功率条件下QAM的BER ……71   4.8  功率放大器限制条件下对QAM峰值功率的选择……72   4.9  小结……76   习题……77 第5章  AWGN信道中数字通信系统的BER性能（FSK和MSK）……78   5.1  AWGN信道中FSK和MSK调制的错误率性能……78   5.2  BFSK调制的Simulink模型……785.3  ＭFSK调制的Simulink模型……83   5.4  MSK调制的Simulink模型……86   5.5  MSK调制的功率谱……89   5.6  小结……90   习题……91 第6章  AWGN衰落信道中数字通信系统的BER性能（BPSK）……92   6.1  瑞利衰落和莱斯衰落信道中的BPSK调制……92   6.2  瑞利衰落信道中BPSK调制的BER性能……92   6.3  莱斯衰落信道中BPSK调制的BER性能……97   6.4  多径莱斯衰落信道中BPSK调制的BER性能……101   6.5  瑞利衰落信道下BPSK调制的BER理论性能……106   6.6  莱斯衰落信道下BPSK调制的BER理论性能……107   6.7  小结……107   习题……108 第7章  AWGN衰落信道中数字通信系统的BER性能（FSK）……109   7.1  瑞利衰落和莱斯衰落信道中的FSK调制……109   7.2  瑞利衰落信道中BFSK调制的BER性能……109   7.3  瑞利衰落信道中ＭFSK调制的BER性能……111   7.4  莱斯衰落信道中BFSK调制的BER性能……113   7.5  多径莱斯衰落信道中BFSK调制的BER性能……114   7.6  瑞利衰落和莱斯衰落信道中FSK调制的理论BER性能……116   7.7  小结……117   习题……117 第8章  数字通信系统的BER性能……119   8.1  瑞利衰落信道中数字调制使用空时分组码……119   8.2  瑞利衰落信道中使用空时分组码的BPSK调制的BER ……119   8.3  瑞利衰落信道中使用空时分组码的QAM的BER ……123   8.4  用于BPSK调制的空时分组码……125   8.5  用于16QAM的空时分组码……126   8.6  小结……127   习题……127 第9章  AWGN信道中数字通信系统的BER性能（分组码）……128   9.1  AWGN信道中分组码数字通信系统……128   9.2  AWGN信道中带二进制BCH分组码BPSK调制的BER性能……128   9.3  AWGN信道中带Hamming码BPSK调制的BER性能……132   9.4  AWGN信道中带Golay（24，12）分组码BPSK调制的BER性能……134   9.5  AWGN信道中带RS码FSK调制的BER性能……136   9.6  AWGN信道中带RS码QAM的BER性能……138   9.7  小结……142   习题……142 第10章  AWGN信道中数字通信系统的BER性能（分组码及衰落信道）……143   10.1  衰落信道中分组码数字通信系统……143   10.2  瑞利衰落信道中带交织BCH分组码BPSK调制的BER性能……143   10.3  瑞利衰落信道中带交织Golay（24，12）分组码BFSK调制的BER性能……146   10.4  瑞利衰落信道中带交织RS（31，15）分组码32FSK调制的BER性能……150   10.5  瑞利衰落信道中带交织RS（15，7）分组码16QAM的BER性能……152   10.6  瑞利和莱斯衰落信道中带交织RS（15，7）分组码16QAM的BER性能……154   10.7  瑞利衰落信道中带交织BCH分组码及采用AlamoutiSTBC技BPSK调制的BER性能……156   10.8  瑞利衰落信道中带交织Golay（24，12）分组码及采用AlamoutiSTBC技术BPSK调制的BER性能……158   10.9  瑞利衰落信

本书旨在向通信系统工程师介绍MathWorks公司出品的Simulink建模工具，并讲解如何使用Simulink对数字通信系统进行计算机建模与评估。Simulink是一种基于框图模型和MATLAB优化代码的建模工具，使用Simulink可以快速地构建通信系统模型并进行仿真。由于Simulink使用基于框图的模型构造方法，用户无需编写新的程序代码就能进行系统建模工作，非常方便。Simulink模型库提供了大量模型模块，并且这些模块经过了MathWorks公司的验证，通过这些模块用户可以组合成任意定义的模型。在熟练掌握Simulink使用方法之后，它将成为工程师手中一个强大而可靠的工程设计工具。例如，在非线性系统分析和时变系统分析等这些特定情况下，我们往往无法得出解析结果，这时Simulink将成为通信系统性能评估中一个强有力的工具。本书内容本书将向读者介绍Simulink这一被广泛使用的MATLAB扩展建模工具，并介绍如何利用Simulink来进行数字通信系统的建模和仿真。与其他一些深入讲解MATLAB部分而对Simulink部分做作简单介绍的书籍不同，本书力图使通信工程师能够学会使用Simulink平台，并通过使用Simulink的扩展功能来建立多种多样的数字通信系统，从而能够在许多重要的信道场景下，对数字通信系统的性能做出数值评估。本书读者需要具备MATLAB语言和平台应用的基本知识，并具备数字通信领域的专业基础，如具有调制、编码、信道模型等方面的基本概念，以及数字信号处理（DSP）的专业基础，如数字滤波、傅里叶变换、通信统计学方面的基本知识。本书不打算替代数字通信理论教材，但是，把本书作为该类专业课程的伴随读物则是很有价值的。本书也不是一本关于如何使用Simulink的详细说明书，而是力图让读者和用户在熟悉Simulink基本工具之后，能够快速地构建出有意义的通信系统模型。关于Simulink的若干教程和使用说明可从MathWorks公司获得。本书也未涉及Simulink另一功能，即为现场可编程门阵列（FPGA）或数字信号处理（DSP）器件提供模型开发、C/C++编码和模型移植的支持等方面内容。如果读者需要学习这些功能和内容，可从MathWorks公司提供的应用培训中获取。本书结构本书分为两大部分。前12章讨论了Simulink用于数字通信领域技术的建模方法，如调制技术、编码技术、信道类型以及接收机处理技术等；讨论内容包含了通信系统在给定条件下的理论结果，以及在仿真条件下的仿真数值结果。每章最后设有习题，以期巩固重点讲解的内容。第13章给读者提供了许多通信系统模型实例，涉及数字通信许多重要技术。我们希望，通过这些实例能够为读者展示出Simulink这一建模工具强大的工程应用能力。附录Ａ总结了本书所涉及的Simulink主要模块。附录Ｂ向读者提供了关于MATLAB和Simulink的一些更为深入的文献。第1章本章讲解了Simulink建模的基本知识，以及Simulink与MATLAB之间的关系，展示了典型的MATLAB应用窗口介绍了Simulink模块库，其中特别讨论了通信工具箱和DSP系统工具箱。第2章本章力图引导读者从最简单的建模做起，学会如何利用Simulink来建立本书第一个最简单的正弦波模型。在完成模型创建并设定模型参数之后，执行仿真，仿真结果将被送入MATLAB工作空间。我们在模型中使用了数据显示模块和示波器模块来显示仿真输出数据和波形，并通过快速傅里叶变换（FFT）模块来计算输出信号频谱，并与正弦波频谱的解析结果进行比较。在模型中还使用了另一个具有更多参数设置的频谱分析仪模块来测定信号的频谱，此外，我们在模型中还使用了一些常见的数学计算模块。第3章本章针对二进制相移键控（BPSK）调制和正交相移键控（QPSK） 调制，讨论了在Simulink中的一些关键建模问题。在实例模型中，我们使用了BPSK和QPSK模块，并通过在信道模块中引入加性白高斯噪声（AWGN），把高斯噪声作为加性信道噪声。通过仿真，得出了BPSK和QPSK的比特错误率（BER）性能，并与其理论比特错误率分析结果进行了比较。在比特能量信号噪声比（Eb/No）仿真范围内，利用比特错误率统计工具模块可以很方便地测量出系统的比特错误率性能。另外，本章还讨论了基于数据采样和基于数据帧的两种不同计算方法，并指出基于数据帧的方法由于采用了向量计算模式，将比基于数据采样的方法具有更快的计算速度。最后，本章讨论了在Simulink中定点计算的用法。第4章本章继续前一章的话题，讨论在M元相移键控（MPSK） 调制和正交幅度调制（QAM） 等相干调制方法下，如何构建对通信系统BER性能的仿真评估模型。其中采用了多种符号集合大小，并使用了浮点和定点两种算法。同样，利用Simulink构建了多种符号集合大小的QAM调制模型，平均功率和峰值功率两种条件下得出了BER仿真评估结果，其中使用了不同的调制符号集。本章还通过将QAM信号与非线性功率放大器进行连接的仿真实例指出，特别是在理论结果难以得出的情况下，应用Simulink对于通信系统建模和性能仿真评估具有特别强大的功用和重要意义。第5章本章继续用Simulink工具来构建模型，通过仿真测量出二进制频移键控（BFSK）、M元频移键控（MFSK）、最小频移键控（MSK）以及高斯最小频移键控（GMSK）等数字