matlab調(diào)幅廣播系統(tǒng)的仿真設計

1、南京工程學院課程設計任務書 課程名稱matlab調(diào)幅廣播系統(tǒng)的仿真設計院(系) 專業(yè)班級 姓名 學號 指導教師 目 錄1、引言3 1.1課程設計應達到的目的 3 1.2 課程設計題目及要求32、調(diào)頻廣播系統(tǒng)的模型及仿真環(huán)境 4 2.1 matlab及simulink建模環(huán)境簡介4 2.2 調(diào)幅廣播系統(tǒng)介紹4 2.3 模型參數(shù)指標42.3 仿真參數(shù)設計 53、系統(tǒng)的建立與仿真 6 3.1 仿真參數(shù)設置6 3.2 系統(tǒng)中仿真模塊參數(shù)的設置6 3.3 scope端的最終波形圖7 3.4 調(diào)幅的包絡檢波和相干解調(diào)性能仿真比較83.5腳本程序 94、總結與體會105、主要參考文獻111引言1.1 設計目

2、的及任務要求1課程設計應達到的目的（1）掌握使用matlab語言及其工具箱進行基本信號分析與處理的方法。（2）用matlab和simulink設計一個通信系統(tǒng)，加深對通信原理基本原理和matlab應用技術的理解；學習使用計算機建立通信系統(tǒng)仿真模型的基本方法及基本技能，學會利用仿真的手段對于實用通信系統(tǒng)的基本理論、基本算法進行實際驗證；（3）提高和挖掘?qū)W生將所學知識與實際應用相結合的能力，學習現(xiàn)有流行通信系統(tǒng)仿真軟件matlab的基本使用方法，學會使用這些軟件解決實際系統(tǒng)出現(xiàn)的問題；（4）培養(yǎng)學生的合作精神和獨立分析問題和解決問題的能力；通過系統(tǒng)仿真加深對通信課程理論的理解。（5）用matlab

3、 完成調(diào)幅廣播系統(tǒng)的仿真，提高學生科技論文的寫作水平。1.2 課程設計題目調(diào)幅廣播系統(tǒng)的仿真設計設計任務：1.采用接收濾波器analog filter design模塊，在同一示波器上觀察調(diào)幅信號在未加入噪聲和加入噪聲后經(jīng)過濾波器后的波形。采用另外兩個相同的接收濾波器模塊，分別對純信號和純噪聲濾波，利用統(tǒng)計模塊計算輸出信號功率和噪聲功率，繼而計算輸出信噪比，用disply顯示結果。模型文件保存為ex1_1.mdl。對中波調(diào)幅廣播傳輸系統(tǒng)進行仿真，其技術指標為：1)載波信號：幅度為1的正弦波，設初相為0，頻率在5501605hz內(nèi)可調(diào)；2)基帶信號：調(diào)制度 (信號最大幅度與載波幅度之比) ma=

4、0.3，頻率在100600hz內(nèi)可調(diào)；3)接收機選頻濾波器帶寬為12khz，中心頻率為1000khz；4)在信道中加入加性高斯噪聲，需要先計算出信道中應該加入噪聲的方差。設計接收機選頻濾波器輸出信噪比為20db。2.構建包絡解調(diào)和相干解調(diào)電路，用示波器顯示解調(diào)波形。構建一個信噪比測試子系統(tǒng)，該系統(tǒng)能使輸入的兩路解調(diào)信號中的信號和噪聲近似分離，以分別計算信號和噪聲分量的功率，進而計算信噪比，并用display顯示，同時將信噪比數(shù)據(jù)送入workspace。模型文件保存為ex1_2.mdl。3.編寫腳本程序ex1.m，通過選擇不同信噪比，計算加性噪聲的方差送入仿真模型，調(diào)用模型文件執(zhí)行仿真，并通過m

5、atlab繪圖得到包絡解調(diào)和相干解調(diào)后的輸出信噪比與輸入信噪比的關系曲線。2 調(diào)幅廣播系統(tǒng)的模型及仿真環(huán)境2.1 matlab及simulink建模環(huán)境簡介matlab 是美國mathworks公司出品的商業(yè)數(shù)學軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計算的高級技術計算語言和交互式環(huán)境，主要包括matlab和simulink兩大部分。simulink是matlab最重要的組件之一，它提供一個動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構造出復雜的系統(tǒng)。simulink具有適應面廣、結構和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、

6、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點simulink已被廣泛應用于控制理論和數(shù)字信號處理的復雜仿真和設計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應用于或被要求應用于simulink。 simulink是matlab中的一種可視化仿真工具，是一種基于matlab的框圖設計環(huán)境，是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個軟件包，被廣泛應用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號處理的建模和仿真中。simulink可以用連續(xù)采樣時間、離散采樣時間或兩種混合的采樣時間進行建模，它也支持多速率系統(tǒng)，也就是系統(tǒng)中的不同部分具有不同的采樣速率。為了創(chuàng)建動態(tài)系統(tǒng)模型，simulink提供了一個建立模型方塊圖的圖形用戶接口(gui)

7、 ，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，它提供了一種更快捷、直接明了的方式，而且用戶可以立即看到系統(tǒng)的仿真結果. simulink®是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領域仿真和基于模型的設計工具。對各種時變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進行設計、仿真、執(zhí)行和測試。.2.2 調(diào)幅廣播系統(tǒng)介紹模擬幅度調(diào)制是無線電最早的遠距離傳輸技術。在幅度調(diào)制中，以聲音信控制高頻率正弦信號的幅度，并以幅度變化的高頻率正選信號放大后經(jīng)過天線發(fā)射出去，成為電磁波輻射。波動的信號要能夠有效地從天線發(fā)送出去，或者有效地將信號接

8、收過來，需要天線的長度至少達到波長的四分之一。聲音轉(zhuǎn)換成電信號后其波長為1515000km之間，實際中不能造出這樣長度的天線進行有效的信號收發(fā)。因此需要將象聲音信號這樣的低頻信號搬到較高的頻段上去，以便通過較短的天線發(fā)射出去。例如：移動通信所使用的900mhz頻率段上的電磁波信號長度約為0.33米，其收發(fā)天線的尺寸應為波長的四分之一，即約8cm左右。而調(diào)幅廣播中波范圍為5501605khz，短波約為330mhz，其波長范圍在幾十米到幾百米，相應的天線要長一些。人耳可聞的聲音信號通過話筒轉(zhuǎn)化為波動的電信號，其頻率范圍為2020khz。大量實驗發(fā)現(xiàn)，人耳對語音頻率敏感區(qū)域約為3003400hz,為

9、了節(jié)約頻帶帶寬資源，國際標準中將電話通信的傳輸頻帶規(guī)定為3003400hz。調(diào)幅廣播除了傳輸語音之外，還要播送音樂節(jié)目，這就需要更寬的頻帶。一般而言，調(diào)幅廣播的傳輸頻率范圍約為1006000hz。2.3 模型參數(shù)指標（1）基帶信號：調(diào)制度 (信號最大幅度與載波幅度之比) ma=0.3，頻率在100600hz內(nèi)可調(diào)；（2）載波信號：幅度為1的正弦波，設初相為0，頻率在5501605hz內(nèi)可調(diào)；（3）接收機選頻濾波器帶寬為12khz，中心頻率為1000 khz。（4）信道中加入噪聲。當調(diào)制度為0.3時，設計接收機選頻濾波器輸出信噪比為20db。要求設計信道中應加入噪聲的方差，并能夠測量接收選頻濾波

10、器實際輸出信噪比。2.4 仿真參數(shù)設計系統(tǒng)工作最高頻率為調(diào)幅載波頻率1605khz，設計仿真采樣率為最高工作頻率的10倍左右，因此取仿真步長為相應的仿真帶寬為仿真采樣頻率的一半，即設基帶測試正弦信號為 ，載波為，則調(diào)制度為為 的調(diào)制輸出信號 為顯然，的平均功率為設信道無衰減，其中加入的白噪聲功率譜密度為，那么仿真帶寬內(nèi)噪聲的方差為設接收選頻濾波器的功率增益為1，帶寬為b，擇選通濾波器的輸出噪聲功率為因此，接收選通濾波器輸出信噪比為故信道中的噪聲方差為根據(jù)上面的公式，編程計算出噪聲的方差，并將方差值和其它已知值作為仿真系統(tǒng)的參數(shù)。根據(jù)仿真設計要求的輸出信噪比snrout可計算出相應信道中應加入的

11、噪聲方差值，計算程序和結果如下：程序： snr_db=20;snr=10.(snr_db/10);m_a=0.3;p=0.5+(m_a2)/4;w=8025.7e3;b=12e3;sigma2=p/snr*w/b運行后結果：sigma2 =3.49453. 系統(tǒng)的建立與仿真3.1 仿真參數(shù)設置按照調(diào)幅廣播系統(tǒng)的物理與數(shù)學模型建立系統(tǒng)模型。根據(jù)相干方式的原理圖利用matlab的simulink建立系統(tǒng)的模擬仿真圖。如下圖所示： 圖3-1-1中波調(diào)幅廣播傳輸系統(tǒng)仿真參考模型3.2 系統(tǒng)中仿真模塊參數(shù)的設置signal generator: 信號發(fā)生器，產(chǎn)生基帶信號wave form: sineam

12、plitude: 0.3frequency: 1000signal generator1: 信號發(fā)生器，產(chǎn)生載波信號wave form: sineamplitude: 1frequency: 1000000random number: 隨機噪聲發(fā)生器，產(chǎn)生高斯正態(tài)分布隨機信號，這里用來構造高斯白噪聲信道m(xù)ean: 0variance: 3.4945analog filter design: 模擬濾波器設計，三個模擬濾波器分別用于純信號，純噪聲以及信號和噪聲混合信號的濾波design method: butterworthfilter type: bandpasslower passband e

13、dge frequency (rads/sec): 2*pi*(1e6-6e3)upper passband edge frequency (rads/sec): 2*pi*(1e6+6e3)zero-order hold: 零界保持器sample time: 6.23e-8variance: 計算向量的方差選中running variancedb conversion: 分別對純信號和混合信號做對數(shù)變換convert to: db input signal: power l fun: 運算函數(shù)expression: u(1)-u(2)l display: 顯示snr的結果format: sh

14、ort3.3 scope 端的最終波形圖在系統(tǒng)仿真模型圖中，用加法器和乘法器實現(xiàn)調(diào)幅，用 random number 產(chǎn)生噪聲樣值序列，并用加法器實現(xiàn)awgn通道。為了測量輸出信噪比，以參數(shù)完全相同的三個濾波器模塊分別對純信號，純噪聲以及信號和噪聲混合信號的濾波，最后利用統(tǒng)計模塊計算輸出信號功率和噪聲功率，繼而計算輸出信噪比。某次仿真執(zhí)行后，測試信噪比為20.11db，與設計值 20db相符。按接收濾波器輸出的調(diào)幅信號以及發(fā)送調(diào)幅信號的波形對比仿真結果如下圖所示：圖3-2-1 接收濾波器輸出調(diào)幅信號以及發(fā)送調(diào)幅信號的波形及仿真3.4 調(diào)幅的包絡檢波和相干解調(diào)性能仿真比較實例2：以實例1為傳輸模

15、型，在不同輸入信噪比條件下仿真測量包絡檢波解調(diào)和同步相干解調(diào)對調(diào)幅波的解調(diào)輸出信噪比，觀察包絡檢波解調(diào)的門限效應。圖1-2所示的仿真模型(ex2.mdl)用于測量包絡檢波的門限效應，發(fā)送的調(diào)幅波參數(shù)以及仿真步進與實例1相同。首先，調(diào)幅信號通過awgn信道后，分別送入包絡檢波器和同步相干解調(diào)器。包絡檢波器由saturation模塊來模擬具有單向?qū)ㄐ阅艿臋z波二極管，模塊的上下門限分別設置為inf和0。兩解調(diào)器后接的低通濾波器相同。解調(diào)后的兩路信號送到示波器顯示，同時送入信噪比測試模塊，即圖中的子系統(tǒng)snr detection，其內(nèi)部如圖1-3所示。在snr detection模塊中，輸入的兩路解

16、調(diào)信號通過濾波器將信號和噪聲近似分離，以分別計算信號和噪聲分量的功率，進而計算信噪比。兩個帶通濾波器參數(shù)相同，其中心頻率為1000hz，帶寬為200hz，對應于發(fā)送基帶測試信號頻率，其輸出近似視為純信號分量。兩個帶阻濾波器參數(shù)也相同，其中心頻率為1000hz，帶寬為200hz，其輸出可近似為信號中的噪聲分量。之后，通過零階保持模塊將信號離散化，再由buffer模塊和方差模塊計算出信號和噪聲的功率，buffer緩沖區(qū)長設置為1.6051e+005個樣值，這樣將在0.01s內(nèi)進行一次統(tǒng)計計算。最后，由分貝轉(zhuǎn)換模塊db conversion和fcn函數(shù)模塊計算出兩解調(diào)器的輸出信噪比。計算輸出disp

17、lay顯示的同時，也送入工作空間，以便能夠編程作出兩解調(diào)性能曲線，to workspace模塊設置為只將最后一次仿真結果以數(shù)組(array)格式送入工作空間，變量名為snr_out，它含有2個元素，即兩個解調(diào)輸出信號的檢測信噪比。當設置信道噪聲方差等于1時，執(zhí)行仿真所得到的解調(diào)信號波形如圖1-4所示?？梢钥闯?，相干解調(diào)輸出波形中，噪聲成分相對要小一些. 圖3-4-1 包絡檢波和相干解調(diào)性能測試仿真模型系統(tǒng)中仿真模塊參數(shù)的設置signal generator: 信號發(fā)生器，產(chǎn)生基帶信號wave form: sineamplitude: 0.3frequency: 1000signal gener

18、ator1: 信號發(fā)生器，產(chǎn)生載波信號wave form: sineamplitude: 1frequency: 1000000random number: 隨機噪聲發(fā)生器，產(chǎn)生高斯正態(tài)分布隨機信號，這里用來構造高斯白噪聲信道m(xù)ean: 0variance:1analog filter design: design method: butterworthfilter type: lowpassfilter order:2passband edge frequency (rads/sec): 2*pi*6000l display: 顯示snr的結果format: shortl scopetime

19、 range:0.01 圖3-4-2解調(diào)輸出信噪比近似于測量子系統(tǒng)snr detection的內(nèi)部結構系統(tǒng)中仿真模塊參數(shù)的設置 analog filter design: filter type: bandstoplower passband edge frequency (rads/sec): 2*pi*900upper passband edge frequency (rads/sec): 2*pi*1100analog filter design: filter type: bandpasslower passband edge frequency (rads/sec): 2*pi*90

20、0upper passband edge frequency (rads/sec): 2*pi*1100zero-order hold: 零界保持器sample time: 6.23e-8variance: 計算向量的方差選中running variancebuffer output buffersize:1.6051e+005db conversion: 分別對純信號和混合信號做對數(shù)變換convert to: db input signal: power l fun: 運算函數(shù)expression: u(3)-u(1)expression: u(4)-u(2)l display: 顯示snr

21、的結果format: short 圖3-4-3 執(zhí)行仿真所得到的解調(diào)信號波形噪聲方差設為1 3.5任務三matlab源程序ex1.mclc;clear all;snr_in_db=0:2:6;snr_in=10.(snr_in_db./10); % 信道信噪比m_a=0.3; % 調(diào)制度p=0.5+(m_a2)/4; % 信號功率for k=1:length(snr_in) sigma2=p/snr_in(k); % 計算信道噪聲方差并送入仿真模型 sim(ex12.mdl);% 執(zhí)行仿真 snrdemod(k,:)=snr_out(:,1); % 記錄仿真結果endplot(snr_in_db, snrdemod(:,size(snrdemod);xlabel(輸入信噪比 db);ylabel(解調(diào)輸出信噪比 db);legend(包絡檢波,相干解調(diào));將圖341中的random number: 設置為mean: 0variance: sigma2通過matlab繪圖得到包絡解調(diào)和相干解調(diào)后的輸出信噪比與輸入信噪比的關系曲線：4. 總結與體會通過這次的課程設計，我們對信息和通信系統(tǒng)有了更進一步的認識，尤其是在系統(tǒng)設計方面，盡管是非常基礎