2022年通信工程MATLAB上机实验指导书 .pdf

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1、1 MATLAB 实验指导书张龙河北工程大学信电学院通信工程系2012 年 12 月名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 18 页 - - - - - - - - - 2 实验一熟悉 MATLAB环境 实验目的 1熟悉 MATLAB 主界面，学会常用的窗口的操作2学会简单的矩阵输入3熟悉 MATLAB 基本语句的使用、矩阵与向量的基本运算 实验原理 1. 用户第一次使用 MATLAB 时，可通过demo命令，启动 MATLAB 的演试程序，领略 MATLAB 所

2、提供的强大的运算与绘图功能。也可以键入help 进行进一步了解。2.MATLAB 是以矩阵作为基本编程单元的一种程序设计语言。它提供了各种矩阵的运算与操作，并有较强的绘图功能。在MATLAB 中输入矩阵最方便的的方式是直接输入矩阵的元素，其方法为：1）用中括号 把所有矩阵元素括起来；2）同一行的不同数据元素之间用空格或逗号间隔；3）用分号（；）指定一行结束；4）也可以分成几行进行输入，用回车符代替分号；5）矩阵元素可以是任何matlab 表达式 （系统将自动计算结果） ，可以是实数，也可以是复数，复数可用特殊函数i，j 输入。3.MATLAB 语言最基本的赋值语句结构为：变量=表达式。表达式由

3、操作符或其它字符，函数和变量名组成，表达式的结果为一个矩阵，显示在屏幕上，同时输送到一个变量 (ans为默认 )中并存放于 workspace工作空间中以备调用。 实验内容 1 （1）用空格或逗号输入矩阵A=1 2 3；4 5 6；7 8 9 B=9，8，7；6，5，4；3，2，1；C=4，5，6；7，8，9；1，2，3；或 A=1,2,3;4,5,6;7,8,9（2）试用回车代替 A 中的分号，观察输出结果。要求：总结矩阵的输入2用edit或选择 File|new菜单中的 M-file 进入编辑器，输入 : Base=9,8,7;6,5,4;3,2,1;Base_info=Base+1保存为

4、 Base.m文件，并通过 Debug中的 run 命令（或 F5）运行之，观察有何名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 18 页 - - - - - - - - - 3 异常现象。要求：解释异常现象的原因。3. 打开 Workspace窗口，学习 save 及 load 命令的使用（1）用 save 命令将上述输入的A、B、C三个变量存入 data 或 data.mat 文件；(2) 通过 Current Directory查找 data; （2）然后使用 c

5、lc 及 clear 命令；（3）最后通过load data(或 data.mat) 命令（可通过向上的方向键找到上条save 命令再修改成 load 命令的方法）将变量A、B、C调入 Workspce; (4) 执行命令 A+B+C 要求：（1）观察使用上述命令后Workspce的变化 ; （2）使用命令 save data_new A B -ascii(或 ASCII), 改变存储格式，重复上述过程( 第 2 步查找 data_new, 第 3 步 load data_new, 第 4 步改为 A+B), 观察Workspce显示结果的不同 ; (3) 查看 data_new，在 data

6、_new 中取出 A的值。实验报告要求针对实验内容中的各项要求，做出总结，给出实验报告。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 18 页 - - - - - - - - - 4 实验二MATLAB数值运算及绘图功能 实验目的 1掌握 MATLAB 特殊函数创建矩阵及利用已有矩阵创建新矩阵的方法2掌握矩阵的操作，矩阵之间的运算方法3学会使用常用的几种矩阵函数进行简单的问题求解4掌握 plot 基本绘图语句的使用 实验原理 一、利用 MATLAB 特殊函数创建矩阵x=

7、a:b；x=linspace(a,b,n)；zeros(m,n)；ones(m,n)； eye(m,n)等randint(m,n)：m n 0,1 等概率随机阵rand(m,n)：m n (0,1) 间均匀分布随机阵randn(m,n)：m n 均值为 0，方差为 1 的标准正态分布随机阵二、矩阵的操作1.矩阵中元素的表示：一是用两个下标来表示矩阵元素A(i,j) ，二是采用矩阵元素的索引值来引用矩阵元素A(index)称序号（索引）表示法。2.矩阵中元素的提取和修改（1）矩阵元素的提取矩阵 A 的第 r 行：A（r， ： ）矩阵 A 的第 r 列：A（： ，r）取矩阵 A 的第 i1i2 行

8、、第 j1j2 列，构成新矩阵： A(i1:i2, j1:j2) A 的第 i1i2 行，构成新矩阵： A(i1:i2 ， ：) 删除 A 的第 j1j2 列，构成新矩阵 : A(： ，j1:j2)= 将矩阵 A 和 B 拼接成新矩阵： A B；A ；B （2）矩阵元素的修改可以利用下标对矩阵元素进行修改, 可用 find 函数修改3.矩阵中元素的数学运算元素取整函数：? round(A) % 四舍五入取整名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 18 页 - -

9、- - - - - - - 5 ?fix(A) %将矩阵 A 中元素按离 0 近的方向取整?floor(x)%向负无穷方向取整 ,即取不足整数?ceil(x)%向正无穷方向取整 ,即取过剩整数4.矩阵的一些特殊操作（旋转与变形）?矩阵的变维a=1:12; b=reshape(a,3,4) c=zeros(3,4);c(:)=a(:) ?矩阵的变向rot90:旋转; fliplr: 左右翻 ; flipud: 上下翻?矩阵的抽取diag(D) % 取 D 矩阵的主对角元素X=diag(v)%以向量 v 为主对角线元素，其余元素为0 构成矩阵 X a1=diag(A,1) %取 A 阵 第一上对角

10、线 的元素A1=diag(a1,-1) %产生以 a1 数组元素为 第一下对角线 元素的二维数组?矩阵的扩展repmat(D,1,3) %在水平方向 铺放 三个 D 阵三、矩阵之间的运算1矩阵乘法： A*B ，只有当前一矩阵的列数和后一矩阵的行数相同或者其中一个为标量时才能进行。2矩阵除法：运算符有两种 （ 左除）和 / （右除） ，两矩阵相除，主要用于方程组求解。A*x=B 的解为 x=AB ；x*A=B 的解为 x=B/A 。要解上述的联立方程式，可利用矩阵左除 做运算，即： X=AB ， 左除时要求 A、B 的行数相等。四、常用的几个矩阵函数n=numel(A) %计算矩阵 A 中元素的

11、个n= length(a) %计算向量中元素的个数m,n=size(A) %返回矩阵的行列数32103251xyzxyzxyz321132111AxXyz1051B名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 18 页 - - - - - - - - - 6 size(A,1) %返回矩阵的行数； size(A,2) %返回矩阵的列数max、min 各列最大、最小值，如： Y,I=max(A) % 返回各列最大值Y 及最大值在各列的位置mean 各列平均值； sum各列

12、求和； std 各列标准差；var 各列方差； sort各列递增排序 实验内容 1. 写出下列命令的运算结果，然后验证：（1）A=eye(2); 5:5:11（3）a=1 2 4 5; b=(a=-2 & a4) （6）m=7 6 5 8 10 4; m(find(m=7)= 2. 熟悉矩阵的基本运算(1) 矩阵的基本数学运算键入矩阵 a，b a=1 2;0 3 b=3 4+3i;8+i 10 作如下运算，并记录结果。V1=a+b V2=sum(a) V3=sum(b) V4=aV5=a.V6=bV7=b.（比较 V4和 V5 有什么不同， V6 和 V7 有什么不同）V8=a*b V9=a.

13、*b （比较 V8和 V9 有什么不同）V10=a2 V11=a/b (矩阵右除，常规除 ) V12=ab (矩阵左除，比较左除与右除的结果有什么不同)3. 利用randn函数建立 3 3的矩阵：(a)使用函数 sum, 分别求此矩阵第一列的和、第三行的和(b)使用函数 max, 找出此矩阵中 , 最大的元素4.按如下要求，绘制两条曲线，一条是余弦曲线cos 220 x tt ，另一条是按 100Hz 抽样频率对余弦曲线进行抽样得到的离散序列。设t 的时长为 0.1s。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理

14、 - - - - - - - 第 6 页，共 18 页 - - - - - - - - - 7 要求：（1）在同一窗口中使用hold on 命令绘出上述两条曲线，并设置图形属性如下：连续曲线：黑色，实线抽样序列：红色，虚线 , 宽为 3 个象素图题为 连续余弦曲线及其抽样序列 ，并加图例 ; （2）使用 subplot 命令绘出上述两条曲线 ; （3）交互式绘图方式将图题改为“余弦曲线”。5. MATLAB 的绘图修饰（1）色彩、线型和数据点标志x=0:pi/50:2*pi; y=cos(x); plot(x,y,-.mo) %用品红色、点划线和数据标记点符号“o”来绘图plot(x,y,-g

15、*) %用绿色、虚线和数据标记点符号“*”来绘图（2）坐标轴的控制x=0:0.02:5; y=x.2; plot(x,y,-g*) axis(-1,11,-2,30); %比较用此命令前后图形的区别（3）坐标网格在(2)命令的基础上，加入命令：grid on 可看到图形上的网格线。（4）图形的标注和图例x=linspace(0, pi,20); y=sin(x); z=cos(x); w=x-0.5; plot(x,y,b:,x,z,r-,x,w,-.b*); %绘图xlabel(X axis); % x 轴的标注ylabel(function y,z and w); %y,z,w 轴的标注t

16、itle(Three Function); %图形的标题grid on text(2,1,y=sinx) %在点(6,-0.5)处标注text(2,0. 3,z=cosx) gtext(w=x-0.5) legend(y=sinx,z=cosx,w=x-0.5) %制作图例说明盒 实验报告要求 1.写出每一实验的设计过程及实验结果2.总结实验，写出上机收获与体会名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 18 页 - - - - - - - - - 8 名师资料总结

17、- - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 18 页 - - - - - - - - - 9 实验三 MATLAB程序设计基础 实验目的 1.熟悉 MATLAB 的数据结构2.熟悉流程控制语句的使用，搞清MATLAB 中循环体与 C 语言的不同3.掌握脚本与函数文件的编程方法4.进一步掌握绘图语句的使用 实验原理 一、MATLAB 的数据类型在 MATLAB 中有六种常用基本数据类型：double(双精度数值）char(字符）sparse （稀疏数据 )：一般用于处理稀疏矩阵sto

18、rage （存储型）：只用于内存的有效存储cell（单元数组）：struct（结构） ：一般只在大型程序中使用在 MATLAB 中，所有的数都用 double 浮点双精度类型来存储和运算。因而省略了定义类型的语句， 编程时无需去思考分辨， 也减少了错误。 当然对于那些本来要用一两个字节来表示的变量来说， 这种做法浪费内存，又降低了运算速度。但用牺牲（存储）空间和（运算）时间来换取人机交互友善性的战略被证明是有效的，它形成了科学计算语言的特色，使人们不在编程的细节上花精力，而把注意力集中到科学计算的方法和建模合理性等大问题上去。二、MATLAB 的流程控制语句与 C 语言类似， MATLAB 程

19、序的控制结构也有顺序结构、选择结构和循环结构三种，另外还有一种试探结构。由于 MATLAB 以矩阵为运算单位，所以在for 和 while 循环结构及分支结构的使用上与 C 略有不同，这是特别要注意的，希望通过本次实验加以理解。1. for 循环的格式for 循环可接受有效维数的数组作为循环变量for x=array 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 18 页 - - - - - - - - - 10 commands ; end For 循环语句的执行过程

20、：当循环变量为矩阵时，其执行过程是从矩阵的第一列开始， 依次将矩阵的各列之值赋值给变量，然后执行语句组中的语句， 直到最后一列。2.switch 分支结构的格式switch switth_expr 分支条件 (数值或字符串 ) case 数值(或字符串 )常量表达式 1 case 数值 (或字符串 )常量表达式case_expr2 ，数值 (或字符串 )常量表达式case_expr3 case 数值(或字符串 )常量表达式 N otherwise end 三、MATLAB 的 m 文件m 文件是由 MATLAB 语句构成的 ASCII 码文件，用户可以用普通的文本编辑把一系列 MATLAB 语

21、句写进一个文件里，给定文件名，确定文件的扩展名为.m，并存储。 m 文件可分为两种：1.脚本文件（Scripts） ： 也称命令文件， 是由用户为解决特定的问题而编制的；2.函数文件 (Function)：子程序，可由用户编写，但它必须由其它m 文件来调用 实验内容 1. 按要求给出结果（1）若有 s=input( ? Please input a= ); 给出运行时错误的输入方式：A)2 B) JohnC) 1 2 3 4 D) John （2）A=dec2bin(7,4) 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师

22、精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 18 页 - - - - - - - - - 11 (3) xf=4 3 0 0; for k=0:2 xshift(k+1,:)=zeros(1,k),xf(1:end-k); endxshift2使用 switch 语句编写 DTMF（Dual-Tone Multi-Frequency）拨号音编码时域波形仿真程序。说明：（1）一个双音多频电话机可以对12 个按键编码， 每个码都是两个单频正弦信号之和，例如：按键“ 5”由两个频率分别为770Hz 和 1336Hz 的正弦信号组成；按键“ #”分别由两个频率为941Hz 和 1447Hz

23、 的正弦信号组成。这两个单频正弦信号分别来自两个频率组，即列频率组（或称低频群）与行频率组（或称高频群） ，它们与每个按键的对应关系如下图所示：120913361477Hz6977708529411234567890ABCD图 1 按键式拨号盘的配置（2） DTMF 信号的指标是： 在传送过程中每个按键数字占用100ms， 其中 DTMF必须存在至少 40ms，且不得多于 55ms，100ms里的其余时间是静声（无信号） 。要求：（1）每输入一个数字给出相应的波形key=input(please input key valuve ,09 or # or *:,s); （2）fl 表示低频率；f

24、h 表示高频率（3）根据所拨数字用switch 给定 fl 及fh 的值（4）主要参数如下：fs=8000; % 语音信号采样值dt=1/fs;t=0:dt:0.05; %按要求给出 DTMF 信号的时长x=0.9*cos(2*pi*fl*t)+cos(2*pi*fh*t);sound(x,8000) %按时长仿真发出的拨号音plot(t,x)zoom xon, grid on名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 18 页 - - - - - - - - -

25、12 3. 创建一个函数文件 , 建立如下函数00),(2222yxyxyxyxyxf给 x,y 由键盘赋值 ,采用调用方法计算 f 值,试编写程序 (M 文件),并以 x=6,y=-3及 x=-6,y=3 二种情况运行 ,写出运行结果。键盘赋值指令为 :x=input(?x=? ) ,该指令功能是由键盘结x 赋值 ,运行该指令时 ,计算机暂停下来输出提示:x=?,用户从键盘键入值后按回车键,即可将从键盘键入值赋给变量 x) 4. 分别使用 while 和 for 编写命令文件，用循环语句编程计算s值: 10322()nsnn实验报告要求1.写出每一实验的设计过程2.总结实验，写出相应的体会3

26、.总结程序调试常用技巧名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 18 页 - - - - - - - - - 13 实验五线性系统分析、 simulink 仿真一、实验目的1. 掌握离散时间信号的MATLAB表示2. 掌握线性系统描述方法, 线性系统的时间响应分析和频响分析; 3. 掌握线性时不变系统的各种描述方式，线性时不变系统的响应。4. 掌握线性时不变系统的频响。5. 掌握 IIR 数字滤波器的设计方法及MATLAB 实现3. 应用 simulink 建立线

27、性系统仿真模型,掌握仿真步骤 . 二、实验原理1. 线性系统描述系统的传递函数描述在 matlab 中用二个向量num和 den 表示该系统num=am-1, am- 2, a0den=bn-1, bn-2, b02.线性系统的时间响应分析阶跃响应y=step(a,b,c,d,iu,T) T 为等间隔的时间向量. 3. 线性系统的频响分析Bode(波特 )图(1) bode(num,den,w) % 直接得到 bode 图(2) m,p= bode(num,den,) % 得到幅值m,相角 p, 为频率 (rad/sec). 4. simulink simulink 是 matlab 软件中的

28、数字仿真工具.是一个用来对动态系统进行建模、仿真和分析的集成环境 . 模型的建立 : (1)在 matlab 命令窗口中 :File/New/model 建立一个名为 ?untitled的模型窗口 .等建好系统模型后,再由用户命名保存. (2)将功能模块由模块库中 拖出 (复制)到模型窗口 ,对模块进行连接， 从而构成需要的系统模型. (3)设置功能模块参数,设置仿真参数 . (4)仿真运行 . 三、实验内容教材 p183 页，习题 8， 10 等题。四、实验要求0221102211.)()()()()(bsbsbasasasdensnumsUsYsHnnnnmmmm名师资料总结 - - -精

29、品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 18 页 - - - - - - - - - 14 1. 预习实验原理. 2. 对实验内容编程或建模,上机运行 ,记录运行结果 (图或曲线或数据). 3. 写出实验报告名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 18 页 - - - - - - - - - 15 实验五MATLAB在通信系统仿真中的应用 实验目的 1.掌

30、握信源随机二进制信号的产生方法2.了解数字信号复数映射的方法3.了解信道编码的仿真方法4.了解噪声信道和多径信道的仿真方法5. 熟悉利用 MATLAB 仿真通信系统的基本过程 实验原理 一、数字通信系统基本组成常用的数字通信系统基带传输模型如图5-1 所示：5-1 数字通信系统基带传输模型二、数字通信系统基本传输的仿真根据上述模型需完成以下仿真过程：1. 随机二进制 0、1 信源信号的产生随机信号经常用来模拟噪声、错误或信号源。除了MATLAB 的内置函数 rand和 randn，通信工具箱还提供randint函数。格式如下：out=randint(m,n) 功能说明：产生m n 的矩阵，其元

31、素相互独立，取值范围为1 或 0，取值是等概的。2. 信道的仿真方法名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 18 页 - - - - - - - - - 16 （1）高斯白噪声信道高斯过程又称正态随机过程，它是一种普遍存在和重要的随机过程，在通信信道中的噪声，通常是一种高斯过程，故又称为高斯噪声。利用awgn函数可为信号叠加高斯白噪声 , 其常见的使用格式说明如下：y = awgn(x,snr) %adds white Gaussian noise to the

32、 vector signal x. The scalar snr specifies the signal-to-noise ratio per sample, in dB. If x is complex, then awgn adds complex noise. This syntax assumes that the power of x is 0 dBW.y = awgn(x,snr,measured) %It is the same as y = awgn(x,snr), except that awgn measures the power of x before adding

33、noise 本次实验采用第二种方法。（2）多径衰落信道在仿真过程中，若以抽样的序列来表示信号，多径的影响可以表示如下：)(*)()(iainxny其中)(ia是第 i 条路径的衰落值，可以用一个信道向量表示为012,Na a aa，其中ia 表示延迟i个码元信道的平均衰落。举例说明，用信道向量 1 0 0 0 0 0.5来表示莱斯多径，它意味着电磁波通过一个没有延迟，没有衰落的信道；和一个延迟为5 个码元，衰落系数为0.5 的信道。在这样的两径信道里，接收信号为：)5(*5.0)(*1)(nxnxny在仿真噪声及多径对信号的影响， 可先对信号加噪， 再做多径处理， 表示为：)(*)()()(*

34、)( )(nanznxnanxnyff其 中)(naf是 信 道 向 量 决 定 的 滤 波 器 。 在MATLAB中 可 使 用 函 数filter(Multipath,1,BaseSignal)给信号 BaseSignal按 Multipath 所代表的多径向量加多径。3. 数字信号的调制映射数字信号的调制映射的基本思想是将二进制序列，分成长度为 n=1、2、4 的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 18 页 - - - - - - - - - 17 组

35、，分别对应 BPSK、QPSK、16QAM。然后再把这些二进制序列组分别映射为星座图中对应点的复数表示，其映射采用如图5-2 所示的星座映射图。由图5-2可得知， BPSK调制将 0和1映射为 2个点；正交振幅调制（ 16QAM）是将每四位比特流映射映射成星座坐标图中的16个点中的一个； QPSK将每两位比特流映射成星座坐标图中的4个点中的一个，其中有GRAY mapping 和 Natural mapping。Gray mpping表示按格雷码方式映射， Natural mapping 表示按自然码方式映射。图 5-2 BPSK、QPSK、16QAM 比特编码映射图在星座图中，每个点的横坐标

36、对应于该点的实部，纵坐标对应该点的虚部，这样通过星座映射将0，1 比特流转换成了复数信号流。如若对011 比特流进行BPSK 调制映射，则变成10j，-1+0j，-1+0j。 实验内容 1. 编写随机解交织derandperm_inter和行列式解交织函数delincol_inter,其格式如下：Data_out=delincolinter(Data_in,alpha); % delincolinter行列解交织函数% 待解交织的序列Data_in % alpha 表示发送端 行列序列号的交织向量% 解交织后的序列Data_out 2. 编写函数 mappingBPSK 完成 BPSK 映射及

37、 demappingBPSK 函数完成逆映射 , 格式如下：BPSKCode = mappingBPSK(Xframe) %mappingBPSK 完成 BPSK 编码映射% Xframe 待编码映射的序列名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 18 页 - - - - - - - - - 18 % BPSKCode 编码映射后的序列deBPSKCode = demappingBPSK(PskCode)%demappingBPSK完成 BPSK编码逆映射3. 利

38、用 randint(1,data)产生 0，1 等概的二进制信源信息，然后调用BPSK 映射mappingBPSK 及逆映射 demappingBPSK 函数, 并通过信号分析函数biterr，检验所编的映射和逆映射函数的正确性。注：biterr 格式： Error = biterr(data_in,data_out) 功能： biterr 计算 data_in,data_out之间的误比特数Error。4. 根据图 5-1 所示数字通信系统基带传输模型的信号流程，在下述条件下完成以下两项内容：（1）比较随机交织抗噪及抗多径性能（用SNR-BER 关系图来表示）；（2）比较随机交织与行列式交织的抗噪性能（用SNR-BER 关系图来表示）。Xframe_Len=256;% 帧长SNRdB 0:10 ；% 分贝表示的信噪比行列交织：行 m=16,列 n=17的方式读入并按列读出Nframe100 %测试 100 帧信号总的误比特率 实验报告要求 写出每一实验的设计过程，并总结实验名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 18 页 - - - - - - - - -