MATLAB研究论文.docVIP

MATLAB的应用和发展 MATLAB的发展概况 MATLAB名字由MATrix和 LABoratory 两词的前三个字母组合而成。20世纪七十年代，时任美国新墨西哥大学计算机科学系主任的Cleve Moler教授出于减轻学生编程负担的动机，为学生设计了一组调用LINPACK和EISPACK库程序的“通俗易用”的接口，此即用FORTRAN编写的萌芽状态的MATLAB。经几年的校际流传，在Little的推动下，由Little、Moler、Steve Bangert合作，于1984年成立了MathWorks公司，并把MATLAB正式推向市场。从这时起，MATLAB的内核采用C语言编写，而且除原有的数值计算能力外，还新增了数据视图功能。MATLAB在问世仅短短几年，就以其良好的开放性和运行的可靠性而被用户广泛接受。在20世纪九十年代的时候，MATLAB已经成为国际控制界公认的标准计算软件。在许多国际一流学术刊物上，（尤其是信息科学刊物），都可以看到MATLAB的应用。 目前既有专门介绍数学软件的多种书籍，更有若干专门介绍数学实验的教材。但这些书籍或教材的都非常的专业化，看起来十分吃力还有一点就是用于数学实验的数学软件五花八门，读者往往花费许多时间仍然不得要领。比如到目前为止，常用的数学计算软件主要有VB、VC、VF、MATLAB、Mathematica、Maple、MathCAD，Calcwin等。但MATLAB以其易用性、友好而简单的用户界面等重多优点而被广泛应用各个领域。在许多诸如控制论、时间序列分析、系统仿真、图像信号处理等方面产生了大量的矩阵及其相应的计算问题． MATLAB的部分应用情况 MATLAB因其实用性而被广泛应用在各个不同的领域。在这里将谈MATLAB在通信方面的应用来说明MATLABR的实用性。本文阐述了通信扩频通信的原理、主要性能指标，实现方法及其工作特点。 “扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽，频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关。在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据。扩频通信与一般的通信系统相比，主要是在发射端增加了扩频调制。而在接收端增加了扩频解调的过程，扩频通信按其工作方式不同主要分为直接序列扩频系统、跳频扩频系统、跳时扩频系统、线性调频系统和混合调频系统。现以直接序列扩频系统为例说明扩频通信的实现方法。下图为直接序列扩频系统的原理框图： 直接序列扩频系统误码率的仿真。其中：W 为传输带宽；C 为信息容量。式(8)含义是在给定信号功率S和噪声功率N的条件下，用一种编码系统，以很小的误码率，接近C 的传输速率传送信息。根据柯捷尔尼可夫理论可知： 其中： e P 为误码率； F 为信号的频率； E 为信号能量； o N 为噪声功率谱密度。 在MATLAB中的仿真模型如下图所示： 加人噪声和干扰后，取=10 C L ，用3个不同的正弦信号干扰，其振幅分别为3，7，12。 在误码率运算中加性噪声的方差是固定的，总共进行了1万次运算，而且在每次运算中，信 号能量取值都满足所需的信噪比要求，从而得到了下图所示的仿真曲线。可见，正弦干扰信 号的振幅越大，误码率越大。同样，在相同信噪比下，处理增益越大，误码率越小，而在大 信噪比时，这种差别尤为明显。 关于MATLAB在编程时的体会 这里只介绍加快MATLAB程序编程效率的建议。因为 MATLAB 语言是一种解释性语言，所以有时 MATLAB 程序的执行速度不是很理想。这里给出加快 MATLAB 程序执行速度的一些建议和体会。 尽量避免使用循环：循环语句及循环体经常被认为是MATLAB 编程的瓶颈问题。改进这样的状况有两种方法： (1) 尽量用向量化的运算来代替循环操作。如果采用向量化的方法，采取向量化的方法比常规循环运算效率要高得多。 (2)在必须使用多重循环的情况下，如果两个循环执行的次数不同，则建议在循环的外环执行循环次数少的，内环执行循环次数多的。这样也可以显著提高速度。 （3）大型矩阵的预先定维。给大型矩阵动态地定维是个很费时间的事。建议在定义大矩阵时，首先用 MATLAB 的内在函数，如zeros() 或 ones() 对之先进行定维，然后再进行赋值处理，这样会显著减少所需的时间的。 对二重循环这样的特殊问题，我们还可以使用 meshgrid() 函数构造两个 5x10000 矩阵 i 和 j,从而直接得出 H 矩阵，更进一步地加快速度。还有，优先考虑内在函数，矩阵运算应该尽量采用 MATLAB 的内在函数，因为内在函数是由更底层的编程语言 C 构造的，其执行速度显然快于使用循环的矩阵运算，而且内在函数采用的是国际公认的最优化的算法，相