MATLAB无线通信系统建模与

通信(communication)是将信息从发送者传送到接收者的过程。自古以来，信息就如同物质和能量一样，是人类赖以生存和发展的基础资源之一。人类通信的历史可以追溯到远古时代，文字、信标、烽火及驿站等作为主要的通信方式，曾经延续了几千年。
电通信的发展历史从1837年美国人莫尔斯发明人工电报装置开始，至今不足两百年。翻开厚厚的电信史册，沿着历史的脚步一路走来，在技术和市场需求的双重驱动下，仅有一百多年历史的电通信发生了翻天覆地的变化，取得了令人惊叹的辉煌成就。
随着电通信系统性能的不断提高，人们发现工程上的许多问题可以通过计算机强大的计算功能来辅助完成，MATLAB软件就是这样一款辅助软件。
MATLAB是Matrix和Laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂(矩阵实验室)，是美国MathWorks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。MATLAB将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言(如C语言、FORTRAN语言)的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。
通信是一个非常热门的领域，无论是有线网络还是无线网络，都已逐渐应用到生活的各个方面，目前5G系统正逐步全面覆盖4G系统。5G作为一种新型移动通信网络，不仅要解决人与人之间的通信，为用户提供增强现实、虚拟现实、超高清(3D)视频等更加身临其境的极致业务体验，更要解决人与物、物与物之间的通信问题，满足移动医疗、车联网、智能家居、工业控制、环境监测等物联网的应用需求。终，5G将渗透到经济社会的各行业、各领域，成为支撑经济社会数字化、网络化、智能化转型的关键新型基础设施。
本书以通信原理为主线，从MATLAB的基础入手，先介绍MATLAB、信号处理等基础知识，让读者领略MATLAB软件的功能和利用MATLAB处理信号问题的简捷。再进一步详细介绍通信仿真、天线技术、无线通信、流信号、5G通信等内容，并通过概念与实例相结合的形式，使图文巧妙地紧密结合，让读者对移动通信系统完成从量到质的认识。
【本书特色】
(1) 深入浅出，循序渐进。本书先对MATLAB软件进行概要介绍，让读者对MATLAB的强大功能有一定认识，接着实现利用MATLAB进行信号处理问题，让读者初步领略利用MATLAB处理信号的简捷。
(2) 实用性强，步骤详尽。本书结合MATLAB解决无线通信系统中的各种实际问题，详尽地介绍MATLAB的使用方法与技巧。在讲解过程中辅以相应的图片，使读者在阅读时一目了然，从而快速掌握书中内容。
(3) 内容新颖，步骤详细。书中每介绍一个概念或函数都给出相应的用法及实例进行说明，并利用MATLAB对5G移动通信进行快速仿真与建模。通过本书的学习，读者不仅可以全面掌握利用MATLAB实现无线通信系统的建模与仿真，还可以提高快速分析和解决实际通信问题的能力，并能够在短的时间内实现利用MATLAB解决各种5G通信问题。
【配套资源】
本书提供教学课件、程序代码等配套资源，可以关注“人工智能科学与技术”微信公众号，在“知识”→“资源下载”→“配书资源”菜单获取本书配套资源(也可以到清华大学出版社网站本书页面下载)。
本书由佛山科学技术学院丁伟雄编写。由于时间仓促，加之作者水平有限，所以疏漏之处在所难免。在此，诚恳地期望各领域的专家和广大读者批评指正，联系邮箱见配套资源。

丁伟雄2022年4月

《MATLAB无线通信系统建模与仿真》以MATLAB R2021为平台，以实际应用为背景，通过概念与实例相结合的形式，深入浅出地介绍了MATLAB信号处理和无线通信。《MATLAB无线通信系统建模与仿真》共9章，主要介绍了MATLAB软件、信号处理和分析、小波分析合成信号和图像、通信仿真、射频损耗应用、天线技术的应用、无线通信的物理层、流信号设计与仿真、5G通信技术等内容。通过本书的学习，可使读者领略MATLAB的强大功能以及利用MATLAB实现5G通信技术的便捷。 《MATLAB无线通信系统建模与仿真》可作为高等学校相关专业本科生和研究生的教学用书，也可作为相关专业科研人员、学者、工程技术人员的参考用书。

《MATLAB无线通信系统建模与仿真》以MATLAB R2021为平台，以实际应用为背景，通过概念与实例相结合的形式，深入浅出地介绍了MATLAB信号处理和无线通信。《MATLAB无线通信系统建模与仿真》共9章，主要介绍了MATLAB软件、信号处理和分析、小波分析合成信号和图像、通信仿真、射频损耗应用、天线技术的应用、无线通信的物理层、流信号设计与仿真、5G通信技术等内容。通过本书的学习，可使读者领略MATLAB的强大功能以及利用MATLAB实现5G通信技术的便捷。 《MATLAB无线通信系统建模与仿真》可作为高等学校相关专业本科生和研究生的教学用书，也可作为相关专业科研人员、学者、工程技术人员的参考用书。

第1章MATLAB软件

1.1MATLAB概述

1.1.1MATLAB是什么

1.1.2MATLAB的优势

1.1.3MATLAB的应用范围

1.1.4MATLAB R2021功能

1.2MATLAB R2021运行界面

1.3矩阵和数组

1.3.1数组创建

1.3.2矩阵和数组运算

1.3.3串联

1.3.4复数

1.4数组索引

1.5工作区变量

1.6文本和字符

1.6.1字符串数组中的文本

1.6.2字符数组中的数据

1.7调用函数

1.8二维图和三维图

1.8.1线图

1.8.2三维绘图

1.8.3子图

1.9编程和脚本

1.9.1脚本

1.9.2实时脚本

1.9.3循环及条件语句

1.10帮助和文档

1.11数据分析

1.11.1数据的预处理

1.11.2汇总数据

1.11.3可视化数据

1.11.4数据建模

第2章信号处理和分析

2.1信号处理概述

2.2信号生成和预处理

2.2.1信号的产生和可视化

2.2.2信号与不同开始时间对齐

2.2.3平滑和去噪

2.2.4去除趋势

2.2.5去除杂声

2.2.6去除峰值

2.2.7从不规则采样数据重建信号

2.3重采样

2.3.1下采样

2.3.2上采样

2.3.3更改信号采样率

2.4测量和特征提取

2.4.1峰值分析

2.4.2检测病毒爆发和信号的显著变化

2.4.3在数据中寻找信号

2.5相关性和卷积

2.5.1卷积和相关函数的定义

2.5.2相关性和卷积的实现

2.6数字滤波器

2.6.1数字滤波器概述

2.6.2IIR滤波器结构

2.6.3FIR滤波器结构

2.6.4补偿FIR滤波器引入的延迟

2.6.5补偿IIR滤波器引入的延迟

2.6.6取信号的导数

2.7变换

2.7.1离散傅里叶变换

2.7.2Hilbert变换

2.7.3包络提取

2.7.4Hilbert变换与瞬时频率

2.7.5WalshHadamard 变换

2.7.6复倒频谱

2.7.7倒频谱分析

2.8频谱分析

2.8.1频谱估计

2.8.2加窗法

2.9信号建模

2.9.1参数化建模

2.9.2线性预测编码

2.10振动分析

2.10.1振动信号的阶数分析

2.10.2识别模型的模态分析

2.11使用深度学习处理信号

2.11.1使用深度学习进行序列分类

2.11.2使用深度学习进行时序预测

第3章小波分析合成信号和图像

3.1小波变换

3.1.1连续小波变换

3.1.2一维离散小波变换

3.1.3二维离散小波变换

3.1.4多分辨率分析

3.1.5正交小波变换

3.1.6小波包分析

3.2利用小波分析合成信号和图像

3.2.1可视化小波、小波包和小波滤波器

3.2.2时频分析和连续小波变换

3.3离散小波分析

3.3.1一维小波去噪

3.3.2二维抽取离散小波分析

3.3.3非抽取离散小波分析

3.4匹配的追踪

3.4.1图像的稀疏表征

3.4.2匹配追踪

3.4.3匹配追踪实现

3.5时频分析

3.5.1用小波相干性比较信号的时频含量

3.5.2时变一致性

3.6离散多分辨率分析实现

3.7小波分析用于降噪

第4章通信仿真

4.1模拟/数字通信

4.1.1模拟通信

4.1.2数字通信

4.2模拟通信系统的物理层

4.2.1检查16QAM

4.2.2系统对象的使用

4.2.3实现散点图和眼图

4.2.4测量ACPR和CCDF

4.3物理层组件建模

4.3.1信源与信道概述

4.3.2产生信源函数

4.3.3信宿函数

4.4信源编码

4.4.1相关函数

4.4.2相关对象

4.5模拟和数字调制

4.5.1模拟调制

4.5.2线性调制

4.6滤波

4.6.1模拟滤波器的结构

4.6.2数字滤波器的结构

4.6.3几个滤波的常用函数

4.6.4升余弦滤波器的应用

4.7均衡化

4.7.1均衡化的原理

4.7.2均衡化的应用

4.8同步与接收机设计

4.8.1载波同步与位同步

4.8.2相关函数

4.8.3无线通信实现

第5章射频损耗应用

5.1射频概述

5.2接收机

5.3数据导入和网络参数

5.3.1数据导入参数

5.3.2网络参数

5.4射频滤波器设计

5.4.1逆切比雪夫滤波器Ⅰ

5.4.2中频巴特沃斯带通滤波器

5.4.3带通滤波器的响应

5.4.4设计匹配网络

5.5射频电路对象

第6章天线技术的应用

6.1移动通信概述

6.1.1移动通信的特点

6.1.2移动通信的结构

6.1.3移动通信系统的分类

6.2智能天线概述

6.2.1智能天线的发展

6.2.2智能天线技术的基本原理

6.2.3智能天线的发展阶段

6.2.4智能天线的主要用途和应用进展

6.3阵列天线的统计模型

6.3.1天线阵列模型

6.3.2自适应阵列天线

6.4基本恒模算法

6.4.1随机梯度恒模算法

6.4.2小二乘恒模算法

6.5天线技术的基础应用

6.5.1天线的建模与分析

6.5.2天线表面电流

6.6自定义几何PCB天线

6.6.1定制2D和3D天线

6.6.2PCB天线

第7章无线通信的物理层

7.1波形生成

7.1.1下行链路处理

7.1.2上行链路处理

7.2链路级仿真

7.2.1传播信道模型

7.2.2一致性测试

第8章流信号设计与仿真

8.1MATLAB中的流信号处理

8.1.1流式信号处理简介

8.1.2过滤噪声正弦波信号的帧

8.2设计和实现滤波器

8.3多速率信号处理

8.4光谱分析

8.4.1光谱分析原理

8.4.2估计功率谱

8.4.3估计未知系统的传递函数

8.5频谱测量

8.5.1频谱可视化和测量

8.5.2编程获取测量数据

8.6布局

8.6.1设计定点滤波器

8.6.2生成 DSP 应用程序

第9章5G通信技术

9.15G概述

9.1.15G的基本特征

9.1.25G的关键技术

9.25G工具箱的基础知识

9.2.1同步和突发信号块

9.2.2建模下行链路控制信息

9.2.35G新无线电极性编码

9.2.4DLSCH和ULSCH的LDPC处理

9.3下行信道

9.3.1下行物理信号

9.3.2下行传输信道

9.4接收信号

9.4.1相关函数

9.4.2用于5G信道估计的深度学习数据合成

参考文献

《MATLAB无线通信系统建模与仿真》以MATLAB R2021为平台，以实际应用为背景，通过概念与实例相结合的形式，深入浅出地介绍了MATLAB信号处理和无线通信。《MATLAB无线通信系统建模与仿真》共9章，主要介绍了MATLAB软件、信号处理和分析、小波分析合成信号和图像、通信仿真、射频损耗应用、天线技术的应用、无线通信的物理层、流信号设计与仿真、5G通信技术等内容。通过本书的学习，可使读者领略MATLAB的强大功能以及利用MATLAB实现5G通信技术的便捷。 《MATLAB无线通信系统建模与仿真》可作为高等学校相关专业本科生和研究生的教学用书，也可作为相关专业科研人员、学者、工程技术人员的参考用书。

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