Simulation of Wireless Communication Systems using MATLAB培训

• 本课程的成果 完成本课程后，学生应该能够解决通信工程领域目前开放的许多研究问题，因为他/她应该至少获得以下技能：

• 映射和操作通信工程文献中经常出现的复杂数学表达式 • 能够使用 MATLAB 提供的编程功能来重现其他论文的仿真结果或至少接近这些结果。

• 创建自我提出的想法的模拟模型。

• 将所学的仿真技能与强大的 MATLAB 功能相结合，在节省内存空间的同时，根据代码运行时间设计优化的 MATLAB 代码。

• 确定给定通信系统的关键仿真参数，从系统模型中提取它们，并研究这些参数对所考虑系统性能的影响。

• 课程结构

本课程提供的材料非常相关。不建议学生参加某个级别，除非他/她参加并深刻理解其先前级别，以确保所学知识的连续性。该课程分为三个级别，从MATLAB编程入门到完整系统仿真级别，如下所示。

第 1 级：通信数学与 MATLAB 分会场 01-06

完成这一部分后，学生将能够评估复杂的数学表达式，并轻松为不同的数据表示（如时域图和频域图）构建适当的图形;BER绘制天线辐射方向图等。

基本概念

1. 模拟的概念 2. 仿真在通信工程中的重要性 3. MATLAB作为仿真环境 4. 关于通信数学中标量信号的矩阵和向量表示 5. Matrix 和 MATLAB 中复杂基带信号的矢量表示

MATLAB 桌面

6.工具栏 7. 命令窗口 8. 工作空间 9. 命令历史记录

变量、向量和矩阵声明

10. MATLAB 预定义常量 11. 用户定义的变量 12. 数组、向量和矩阵 13. 手动矩阵输入 14. 区间定义 15. 线性空间 16. 对数空间 17. 变量命名规则

特殊矩阵

18. 一矩阵 19. 零矩阵 20. 单位矩阵

Element-wise 和 matrix-wise 操作

21. 访问特定元素 22. 修改元素 23. 选择性消除元素（Matrix 截断） 24. 添加元素、向量或矩阵（Matrix 串联） 25. 查找向量或矩阵中元素的索引 26. Matrix 重塑 27. Matrix 截断 28. Matrix 串联 29.从左到右和从右到左翻转

一元矩阵运算符

30. Sum 运算符 31. 期望运算符 32. 最小运算符 33. 最大运算符 34. 跟踪运算符 35. Matrix 行列式 |.| 36. Matrix 反转 37. Matrix 转置 38. Matrix 埃尔米蒂安 39. 等等

二进制矩阵运算

40. 算术运算 41. 关系操作 42. 逻辑运算

MATLAB 中的复数

43. 通带信号的复杂基带表示和射频上变频，数学综述 44. 形成复杂的变量、向量和矩阵 45. 复指数 46. 实件运算符 47. 虚部运算符 48. 共轭算子 （.）* 49. 绝对运算符 |.| 50. 参数或阶段运算符

MATLAB 内置函数

51. 向量的向量和矩阵的矩阵 52. 平方根函数 53.符号功能 54. “四舍五入为整数”功能 55.“最接近的下整数函数” 56.“最接近的上整数函数” 57. 阶乘函数 58. 对数函数（exp、ln、log10、log2） 59. 三角函数 60. 双曲函数 61. Q（.） 函数 62. erfc（.） 函数 63. 贝塞尔函数 Jo （.） 64. 伽玛函数 65. Diff、mod 命令

MATLAB 中的多项式

66. MATLAB 中的多项式 67. 有理函数 68. 多项式导数 69. 多项式积分 70. 多项式乘法

线性比例图

71. 连续时间连续幅度信号的视觉表示 72. 楼梯近似信号的视觉表示 73. 离散时间的视觉表示——离散幅度信号

对数刻度图 74. dB十倍频程图（BER） 75. 十进制dB图（波特图、频率响应、信号频谱） 76. 十年-十年情节 77. dB线性图

2D 极坐标图 78.（平面天线辐射方向图）

3D 绘图

79.3D 3D辐射方向图 80. 笛卡尔参数图

选修部分（根据学习者的要求提供）

81. MATLAB中的符号微分和数值差分 82. MATLAB中的符号和数字积分 83. MATLAB 帮助和文档

MATLAB 文件

84. MATLAB 脚本文件 85. MATLAB 函数文件 86. MATLAB 数据文件 87. 局部变量和全局变量

MATLAB 中的循环、条件、流量控制和决策

88. for 结束循环 89. while 结束循环 90. if 结束条件 91. if else 结束条件 92. 开关案例结束语句 93. 迭代、收敛误差、多维求和运算符

输入和输出显示命令

94. input（' '） 命令 95. disp 命令 96. fprintf 命令 97. 消息框消息框

第 2 级：信号和系统操作（24 小时） 分会场07-14

本部分的主要目标如下

• 生成随机测试信号，这是测试不同通信系统性能所必需的

• 集成许多基本信号操作可以集成以实现单个通信处理功能，例如发射器上的编码器、随机化器、交织器、扩频码发生器等，以及接收终端上的对应物。

• 正确互连这些模块以实现通信功能

• 确定性、统计和半随机室内外窄带信道模型的仿真

通信测试信号的生成

98. 随机二进制序列的生成 99. 随机整数序列的生成 100. 导入和读取文本文件 101. 音频文件的读取和播放 102. 导入和导出图像 103. 图像作为 3D 矩阵 104. RGB到灰度的转换 105. 二维灰度图像的串行比特流 106. 图像信号的子框架与重建

信号调理和操纵

107. 幅度缩放（增益、衰减、幅度归一化等） 108. 直流电平转换 109. 时间缩放（时间压缩、稀疏） 110.时移（时延、时进、左右循环时移） 111. 测量信号能量 112. 能源和电力规范化 113. 能源和功率缩放 114. 串行到并行和并行到串行的转换 115. 多路复用和解复用

模拟信号数字化

116. MATLAB中连续时带信号的时域采样 117. 模拟信号的幅度量化 118. 量化模拟信号的PCM编码 119. 十进制到二进制和二进制到十进制的转换 120. 脉冲整形 121. 计算足够的脉冲宽度 122. 选择每个脉冲的样本数

123. 使用 conv 和 filter 命令进行卷积 124. 限时信号的自相关和互相关 125. 快速傅里叶变换（FFT）和IFFT运算 126. 查看基带信号频谱 127. 采样率和适当频率窗口的影响 128. 卷积、相关和FFT运算之间的关系 129. 频域滤波，仅低通滤波

辅助 Communication 功能

130. 随机化和去随机化 131. 穿刺机和去穿刺机 132. 编码器和解码器 133. 交织器和反交织器

调制器和解调器

134. MATLAB中的数字基带调制方案 135. 数字调制信号的可视化表示

信道建模与仿真

136. Mathematical 信道对发射信号的影响建模

• 加法 – 加性高斯白噪声 （AWGN） 通道 • 时域乘法 – 慢衰落信道，车载信道中的多普勒频移 • 频域倍增 – 频率选择性衰落通道 • 时域卷积 – 通道脉冲响应

确定性信道模型示例

137. 自由空间路径损耗和与环境相关的路径损耗 138. 周期性阻塞通道

常见稳态和准稳态多径衰落信道的统计表征

139. 均匀分布的RV的生成 140. 实值高斯分布式RV的生成 141. 复杂高斯分布式RV的生成 142. 瑞利分布式房车的产生 143. Ricean 分布式 RV 的生成 144. 对数正态分布RV的生成 145. 任意分布式RV的生成 146. RV 的未知概率密度函数 （PDF） 的直方图近似 147. RV累积分布函数（CDF）的数值计算 148. 实数和复数加性高斯白噪声（AWGN）通道

通过功率延迟曲线表征通道

149. 通过功率延迟曲线表征信道 150. PDP 的功率归一化 151. 从 PDP 中提取通道脉冲响应 152. 通过任意采样率、失配采样和延迟量化对信道脉冲响应进行采样 153. 窄带信道信道脉冲响应的失配采样问题 154. 通过任意采样率和分数延迟补偿对PDP进行采样 155. 实施几种IEEE标准化的室内和室外信道模型 156. （COST – SUI - 超宽带通道型号...等）

第 3 级：实用通信系统的链路级仿真（30 小时） 第15-24场

这部分课程关注的是研究生最重要的问题，即如何通过仿真再现其他已发表论文的仿真结果。

基带数字调制方案的误码率性能

1. AWGN信道中不同基带数字调制方案的性能比较（通过仿真进行综合比较研究，验证理论表达式）;散点图，误码率

2、不同基带数字调制方案在不同稳态和准稳态衰落信道下的性能对比;散点图、误码率（通过模拟进行综合比较研究，验证理论表达式）

3. 多普勒频移信道对基带数字调制方案性能的影响;散点图，误码率

直升机到卫星 Communications

4. 论文（1）：航空卫星移动业务（AMSS）低成本实时语音与数据系统——问题陈述与分析 5. 论文（2）：直升机卫星预探测时间分集与精确AFC相结合Communications——第一个提出的解决方案 6. 论文（3）：直升机卫星自适应调制方案 Communications – 一种性能改进方法

扩频系统仿真

1. 基于扩频系统的典型架构 2. 基于直接序列扩频的系统 3. 伪随机二进制序列 （PBRS） 生成器 • 生成最大长度序列 • 生成黄金代码 • 沃尔什码的生成

4. 基于时间跳跃扩频的系统 5. AWGN信道中基于扩频的系统的误码率性能 • 编码速率r对误码率性能的影响 • 代码长度对误码率性能的影响

6. 基于扩频的系统在零多普勒频移的多径慢瑞利衰落信道中的误码率性能 7. 基于扩频的系统在高迁移率衰落环境中的误码率性能分析 8. 基于扩频的系统在多用户干扰下的误码率性能分析 9. 扩频系统RGB图像传输 10. 光CDMA（OCDMA）系统 • 光学正交码 （OOC） • OCDMA系统的性能限制;同步和异步OCDMA系统的误码率性能

超宽带SS系统

基于OFDM的系统

11. 使用快速傅里叶变换实现OFDM系统 12. 基于OFDM的系统的典型架构 13. OFDM系统在AWGN信道中的误码率性能 • 编码速率r对误码率性能的影响 • 循环前缀对误码率性能的影响 • FFT大小和副载波间隔对BER性能的影响

14. OFDM系统在零多普勒频移的多径慢速瑞利衰落信道中的误码率性能 15. OFDM系统在多径慢速瑞利衰落信道中的误码率性能（含CFO） 16. OFDM系统中的信道估计 17. OFDM系统中的频域均衡 • 强制归零均衡器 • MMSE均衡器 18. 基于OFDM的系统中的其他常见性能指标（峰值平均功率比、载波干扰比等） 19. 基于OFDM的系统在高迁移率衰落环境中的性能分析（作为由三篇论文组成的仿真项目） 20. 论文（1）：载波间干扰抑制 21. 论文（2）：MIMO-OFDM系统

优化 MATLAB 仿真项目

本部分的目的是学习如何构建和优化 MATLAB 仿真项目，以简化和组织整个仿真过程。此外，还考虑了内存空间和处理速度，以避免在有限的存储系统中出现内存溢出问题或因处理缓慢而导致的运行时间过长。

1. 小型仿真项目的典型结构 2. 提取仿真参数和理论到仿真映射 3. 构建模拟项目 4. 蒙特卡罗模拟技术 5. 测试仿真项目的典型程序 6. 内存空间 Management 和仿真时间缩减技术 • 基带与通带仿真 • 计算截断任意脉冲形状的适当脉冲宽度 • 计算每个符号的足够样本数量 • 计算测试系统所需和足够的位数

GUI编程

拥有无需调试的 MATLAB 代码并正常工作以产生正确的结果是一项了不起的成就。但是，仿真项目中的一组关键参数控制着 出于这个原因以及更多原因，我们额外讲授了“图形用户界面 （GUI） Programming”，以便让您随时掌握对仿真项目各个部分的控制，而不是深入研究充满命令的长源代码。此外，使用 GUI 屏蔽 MATLAB 代码有助于以一种便于在一个主窗口中合并多个结果并更轻松地比较数据的方式展示您的工作。

1. 什么是 MATLAB GUI 2. MATLAB GUI功能文件的结构 3. 主要 GUI 组件（重要属性和值） 4. 局部变量和全局变量

注意：本课程每个级别涵盖的主题包括但不限于每个级别中所述的主题。此外，每个特定讲座的项目可能会根据学习者的需求和他们的研究兴趣而变化。