Matlab與通信仿真課程設計報告

1、Matlab與通信仿真課程設計報告班級：12通信（1）班姓名：諸葛媛學號:Xb12680129實驗一 S-函數(shù)&鎖相環(huán)建模仿真一、 實驗目的1. 了解S函數(shù)和鎖相環(huán)的工作原理2. 掌握用S函數(shù)建模過程，鎖相環(huán)載波提取仿真二、 實驗內容1、用S函數(shù)編寫Similink基本模塊 （1） 信源模塊 實現(xiàn)一個正弦波信號源，要求其幅度、頻率和初始相位參數(shù)可以由外部設置，并將這個信號源進行封裝。（2） 信宿和信號顯示模塊 實現(xiàn)一個示波器木塊，要求能夠設定示波器顯示的掃描周期，并用這個示波器觀察（1）的信源模塊 （3） 信號傳輸模塊 實現(xiàn)調幅功能，輸入用（1）信源模塊，輸出用（2）信宿模塊;基帶信號

2、頻率1KHz，幅度1V；載波頻率10KHz，幅度5V實現(xiàn)一個壓控正弦振蕩器，輸入電壓u(t)的范圍為v1,v2V，輸出正弦波的中心頻率為f0Hz，正弦波的瞬時頻率f隨控制電壓線性變化，控制靈敏度為kHz/V。輸入用（1）信源模塊，輸出用（2）信宿模塊 2、鎖相環(huán)載波提取的仿真 （1）利用壓控振蕩器模塊產生一個受10Hz正弦波控制的，中心頻率為100Hz，頻偏范圍為50Hz到150Hz的振蕩信號，并用示波器模塊和頻譜儀模塊觀察輸出信號的波形和頻譜。 （2）構建一個抑制載波的雙邊帶調制解調系統(tǒng)。載波頻率為10KHz，被調信號為1KHz正弦波，試用平方環(huán)恢復載波并進行解調。 （3）構建一個抑制載波的

3、雙邊帶調制解調系統(tǒng)。載波頻率為10KHz，被調信號為1KHz正弦波，試用科斯塔斯環(huán)恢復載波并進行解調。 （4）設參考頻率源的頻率為100Hz，要求設計并仿真一個頻率合成器，其輸出頻率為300Hz。并說明模型設計上與實例3.26的主要區(qū)別三、實驗結果分析1、用S函數(shù)編寫Similink基本模塊（3）為了使S函數(shù)中輸入信號包含多個，需要將其輸入變量u初始為制定維數(shù)或自適應維數(shù)，而在S函數(shù)模塊外部采用Simulink基本庫中的復用器（Mux）將3個信號復用在一根信號線上。MUX實質上是將多個單行的信號序列組成一個多行的信號矩陣。采用Fcn函數(shù)模塊則可以從輸入信號矩陣中取出相應元素進行計算。設置參數(shù)如

4、下：輸入信號源為常數(shù)值2的信號，subsystem中的信號輸入為頻率為1000Hz，幅度為1的正弦信號，仿真步長設置為2e-5；最后利用做成的顯示模塊來觀察輸出信號的波形。測試模型：signal generator：基帶信號constant：直流偏置signal generator1：載波信號顯示結果：Subsystem中的M文件：function sys,x0,str,ts = zgy1(t,x,u,flag,Amp,Freq,Phase)%正弦波信號源switch flag, case 0 %flag=0初始化 sys,x0,str,ts=mdlInitializeSizes; case

5、3 %flag=3計算輸出 sys=mdlOutputs(t,Amp,Freq,Phase); case1,2,4,9 %其他作不處理的flagsys=; %無用的flag時返回sys為空矩陣 otherwise %異常處理 error('Unhandled flag = ',num2str(flag);end%主函數(shù)結束%子函數(shù)實現(xiàn)（1）初始化函數(shù)function sys,x0,str,ts=mdlInitializeSizessizes = simsizes; %獲取simulink仿真變量結構sizes.NumContStates = 0; %連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)為0size

6、s.NumDiscStates = 0; %離散系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)為0sizes.NumOutputs = 1; %輸出信號數(shù)目是1sizes.NumInputs = 0; %輸入信號數(shù)目是0sizes.DirFeedthrough = 0; %這系統(tǒng)不是直通的sizes.NumSampleTimes = 1; %這里必須為1sys = simsizes(sizes);str = ; %通常為空矩陣x0 = ; %初始狀態(tài)矩陣x0（零狀態(tài)情況）ts = 0 0; %表示連續(xù)取樣時間的仿真%子函數(shù)實現(xiàn)（2）系統(tǒng)輸出方程函數(shù)function sys=mdlOutputs(t,Amp,Freq,Phase

7、)sys = Amp*sin(2*pi*Freq*t+Phase); %這里寫入系統(tǒng)的輸出方程矩陣形式%修改這個函數(shù)可以得到任意的波形輸出%系統(tǒng)輸出方程函數(shù)結束S-function中的M文件：function sys,x0,str,ts = zgy4(t,x,u,flag)%輸入信號的代數(shù)運算實例：調幅%輸出u是3行1列矩陣，u（1），u（2），u(3)分別表示基帶信號，直流偏置和載波%size（u）switch flag, case 0 %flag=0初始化 sizes = simsizes; %獲取simulink仿真變量結構sizes.NumContStates = 0; %連續(xù)系統(tǒng)的狀

8、態(tài)數(shù)是0sizes.NumDiscStates = 0; %離散系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)是0sizes.NumOutputs = 1; %輸出信號數(shù)目是1sizes.NumInputs = -1; %輸入信號數(shù)目是自適應sizes.DirFeedthrough = 1; %該系統(tǒng)是直通的sizes.NumSampleTimes = 1; %這里必須為1sys = simsizes(sizes);str = ;x0 = ; %初始狀態(tài)矩陣x0ts = -1 0;%采樣時間由外部模塊給出 case 3 %flag=3計算輸出 sys=(u(1)+u(2)*u(3); %調幅輸出計算 case1,2,4,9 %

9、其他作不處理的flag sys=; %無用的flag時返回sys為空矩陣 otherwise %異常處理 error('Unhandled flag = ',num2str(flag);end顯示模塊中的M 文件：function sys,x0,str,ts = zgy2(t,x,u,flag,numofshowsteps)%顯示示波器global T Y N; %聲明使用的全局變量switch flag, case 0 %flag=0初始化 sizes = simsizes; %獲取simulink仿真變量結構sizes.NumContStates = 0; %連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)

10、數(shù)為0sizes.NumDiscStates = 0; %離散系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)為0sizes.NumOutputs = 0; %輸出信號數(shù)目是0sizes.NumInputs = 1; %輸入信號數(shù)目是0sizes.DirFeedthrough = 1; %該系統(tǒng)是直通的sizes.NumSampleTimes = 1; %這里必須是1 sys = simsizes(sizes); str=; %通常為空矩陣 x0=; %初始化狀態(tài)矩陣x0（零狀態(tài)情況） ts=0,0; %表示連續(xù)取樣時間的仿真 N=0; %緩沖區(qū)全局變量初始化T=zeros(1,numofshowsteps-1);Y=zeros

11、(1,numofshowsteps-1); case 3 %flag=3計算輸出 if N<numofshowsteps-1 %將輸入暫存到緩沖區(qū)中 N=N+1; %緩沖區(qū)數(shù)組跑標 Y(N)=u; %記錄當前信號 T(N)=t; %記錄當前時刻 else %緩沖區(qū)滿（一幀完成）則作圖 figure(1); plot(T-min(T),Y); %做出一幀信號波形 axis(0 max(T)-min(T) 1.1*min(Y) 1.1*max(Y); %坐標范圍 set(gcf,'DoubleBuffer','on'); %雙緩沖避免作圖閃爍 drawnow;

12、 %作圖 N=0; %緩沖區(qū)跑標復位 end case1,2,4,9 %其他作不處理的flag sys=5; %無用的flag時返回sys為空矩陣 otherwise %異常處理 error('Unhandled flag = ',num2str(flag); end壓控正弦振蕩器：其中控制信號輸入幅度為4、頻率為1Hz的正弦波，壓控振蕩器的中心頻率設置為10Hz，控制靈敏度為1Hz/V，初始相位為0，輸出幅度為2V。測試模型：S-function中的M文件：function sys,x0,str,ts = zgy5(t,x,u,flag,Amp,f0,k,phi0)%VCO的

13、實現(xiàn)switch flag, case 0 %flag初始化 sizes = simsizes; %獲取simulink仿真變量結構sizes.NumContStates = 1; %連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)為1sizes.NumDiscStates = 0; %離散系統(tǒng)狀態(tài)數(shù)是0sizes.NumOutputs = 1; %輸出信號數(shù)目是1sizes.NumInputs = -1; %輸入信號數(shù)目是自適應的sizes.DirFeedthrough = 0; %該系統(tǒng)不是直通的sizes.NumSampleTimes = 1; % 這里必須是1sys = simsizes(sizes);str = ; %

14、通常為空矩陣x0 = 0; % 初始狀態(tài)矩陣x0ts = -1 0; %采樣時間由外部模塊給出 case 1 %flag=1計算連續(xù)系統(tǒng)狀態(tài)方程 sys=2*pi*f0+2*pi*k*u; %VCO輸出方程 case 3 %flag=3 計算輸出 sys=Amp*sin(x+phi0); %VCO輸出方程 case2,4,9 %其他作不處理的flag sys=; %無用的flag時返回sys為空矩陣 otherwise %異常處理 error('Unhandled flag = ',num2str(flag); end顯示結果：2、鎖相環(huán)載波提取的仿真構建一個抑制載波的雙邊帶調

15、制解調系統(tǒng)。載波頻率為10KHz，被調信號為1KHz正弦波，試用平方環(huán)恢復載波并進行解調。仿真模型：AWGN:信道Analog filter：低通濾波器仿真步進設計為10-6s，即在一個載波（10KHZ）周期中將有100個仿真計算點。仿真計算采用ode5算法。圖中的兩個信號模塊分別產生幅度為1，頻率為1000Hz基帶正弦信號和10000Hz載波信號，被送入Product模塊完成DSB-SC調制。調制輸出經過加性高斯白噪聲信道（AWGN）傳輸，在信道中加入噪聲方差設置為0.01。在接收解調端，使用乘法器1完成平方功能。然后將平方輸出通過中心頻率為20kHz的二階帶通濾波器選出載波的二次諧波。該帶

16、通濾波器的通帶可設置為19-21kHz（19000*2*pi20000*2*pi）。乘法器2作為鎖相環(huán)的鑒相器，環(huán)路濾波器設為直通的，因此該鎖相環(huán)為一階環(huán)。CO的中心頻率可設置為20.3KHz，VCO的控制靈敏度可設置為4000Hz/V。butter低通濾波器通帶截止頻率設置為1000*pi*2。仿真步長設為1e-6。VCO輸出為鎖定的載波二次諧波，通過計數(shù)器Counter模塊進行二分頻之后得到恢復載波。Counter模塊設置為計數(shù)上升沿觸發(fā)模式，最大計數(shù)數(shù)值為1，輸出端為計數(shù)輸出，輸出數(shù)據(jù)類型為雙精度的。計數(shù)器的初始狀態(tài)可設置為0或1。顯示結果: 接受信號平方輸出帶通輸出二次諧波鑒相輸出Vc

17、o輸出分頻輸出恢復載波發(fā)送基帶信號解調輸出信號從圖可知，接收信號與發(fā)送信號之間存在延遲，來自相干解調低通濾波器的相移實驗二 單邊帶調幅系統(tǒng)的建模仿真一、實驗目的1. 了解單邊帶調幅系統(tǒng)的工作原理。2. 掌握單邊帶調幅系統(tǒng)的Matlab和Simulink建模過程。二、實驗原理：本次實驗采用希爾伯特變換，希爾伯特變換就是將信號中所以頻率成分的信號分量移相-/2而得到的新信號。單邊帶調幅與解調的原理：雙邊帶調幅所產生的上下兩個邊帶包含的信息相同，所以只需要傳輸其中任意一個邊帶就可以了。將DSB信號中的某一個邊帶去除，所得到的就是單邊帶調制信號。單邊帶信號的突出特點是節(jié)約了傳輸頻帶。另外，對于話音信號

18、的單邊帶解調，可以不用恢復載波相位，甚至接收機的本地載波與發(fā)射機的發(fā)生載波之間存在少量頻率差，話音信號的解調輸出失真也不大。三、實驗內容1、Matlab設計一個單邊帶發(fā)信機、帶通信道和相應的接收機，參數(shù)要求如下。 （1）輸入話音信號為一個話音信號，采樣率8000Hz。話音輸入后首先進行預濾波，預濾波器是一個頻率范圍在300,3400Hz的帶通濾波器。其目的是將話音頻譜限制在3400Hz以下。單邊帶調制的載波頻率設計為10KHz，調制輸出上邊帶。要求觀測單邊帶調制前后的信號功率譜。 （2）信道是一個帶限高斯噪聲信道，其通帶頻率范圍是10000, 13500Hz。要求能夠根據(jù)信噪比SNR要求加入高

19、斯噪聲。 （3）接收機采用相干解調方式。為了模擬載波頻率誤差對解調話音音質的影響，設本地載波頻率為9.8KHz，與發(fā)信機載波頻率相差200Hz。解調濾波器設計為300Hz到3400Hz的帶通濾波器。 2、用Simulink方式設計一個單邊帶傳輸系統(tǒng)并通過聲卡輸出接收機解調的結果聲音。系統(tǒng)參數(shù)參照實例5.9，系統(tǒng)仿真參數(shù)設置為50KH三、實驗結果 （1）Matlab仿真wav,fs=wavread('GDGvoice8000.wav');t_end=1/fs*length(wav);%計算聲音的時間長度Fs=50000;%仿真系統(tǒng)采樣率t=1/Fs:1/Fs:t_end;%仿真系

20、統(tǒng)采樣時間點%設計300-3400Hz的帶通預濾波器H（z）fenzi,fenmu=butter(3,300 3400/(fs/2);%對音頻信號進行預濾波wav=filter(fenzi,fenmu,wav);%利用插值函數(shù)將音頻信號的采樣率提升為Fs=50kHzwav=interp1(1/fs:1/fs:t_end,wav,t,'spline');wav_hilbert=imag(hilbert(wav);%音頻信號的希爾伯特變換fc=10000;%載波頻率HzSSB_OUT=wav.*cos(2*pi*fc*t)-wav_hilbert.*sin(2*pi*fc*t);%

21、單邊帶調制figure(1);%觀察調制前后的頻譜subplot(2,2,1);plot(wav(53550:53750); axis(0 200 -0.3 0.3);subplot(2,2,2);psd(wav,10000,Fs); axis(0 25000 -20 10);subplot(2,2,3);plot(SSB_OUT(53550:53750); axis(0 200 -0.3 0.3);subplot(2,2,4);psd(SSB_OUT,10000,Fs); axis(0 25000 -20 10);wavwrite(0.5*SSB_OUT,Fs,'SSB_OUT.wa

22、v');運行結果：執(zhí)行后輸出的基帶信號、單邊帶（上邊帶）調制輸出信號的時域波形和估計的功率譜密度Simulink仿真： 輸入信號為名為GDGvoice8000.wav的音頻文件，首先將系統(tǒng)的仿真步進時長設置為1/50000，即仿真采樣頻率為50Khz，對信號進行預濾波，這里采用butter帶通濾波器頻率設置為300Hz3400Hz。由于希爾伯特變換需要輸入信號離散，所以將信號濾波之后進入一個零階保持器，將信號離散化，保持器采樣時間與系統(tǒng)采樣時間相同。同樣的，由于本地載波也需要希爾伯特變換，所以對本地載波也要進行離散化變化參數(shù)設置同上。本地載波頻率設置為（10KHz）初相位設置為pi/2

23、，經過希爾伯特變化后進入一個實部和虛部的分離器，然后將二者實部虛部分別相乘之后再相加就可以得到SSB調制信號。因為輸出時需要的是離散化的信號，所以要將乘法器的采樣時間設置為1/50000.。得到調制信號之后就可以進行信道的加入噪聲，在加入噪聲之前，加入一個零階保持器，仿真步長和前面的設置成一樣，將信號經過高斯白噪聲信道，信噪比SNR設置為50。信道之后，加入一個零階保持器，仿真步長設置為1/50000，然后對信號進行相干解調，為了能對比結果將想干解調的本地載波設置與源信號的本地載波有所差距，這里設置為9800Hz。最后通過一個與前一個相同的帶通濾波器，最后將解調后的信號輸出。語音輸入的M文件：

24、clc;clear;wavs,fs=wavread('GDGvoice8000.wav');t_end=1/fs*length(wavs);t=(1/fs:1/fs:t_end)'source=t wavs;語音輸出的M文件：wavwrite(demod_out,50000,'linkSSbDemod_OUT.wav');仿真結果：實驗三 數(shù)字通信系統(tǒng)的建模仿真一、 實驗目的1、 了解數(shù)字通信系統(tǒng)的建模過程。2、 了解數(shù)字通信系統(tǒng)的仿真過程，并掌握對建模的好壞進行分析。二、 實驗原理： 直接序列擴頻（Direct Sequence S

25、pread Spectrum），就是用高速率的擴頻序列在發(fā)射端擴展信號的頻譜，而在接收端用相同的擴頻碼序列進行解擴，把展開的擴頻信號還原成原來的信號。 直接序列擴頻方式是直接用偽噪聲序列對載波進行調制，要傳送的數(shù)據(jù)信息需要經過信道編碼后，與偽噪聲序列進行模2和生成復合碼去調制載波。  碼分多址：CDMA是碼分多址的英文縮(CodeDivisionMultipleAccess)，它是在數(shù)字技術的分支-擴頻通信技術上發(fā)展起來的一種嶄新而成熟的無線通信技術。CDMA技術的原理是基于擴頻技術，即將需傳送的具有一定信號帶寬信息數(shù)據(jù)，用一個帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼進行

26、調制，使原數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴展，再經載波調制并發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機碼，與接收的帶寬信號作相關處理，把寬帶信號換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號即解擴，以實現(xiàn)信息通信。  跳頻工作原理是指收發(fā)雙方傳輸信號的載波頻率按照預定規(guī)律進行離散變化的通信方式，也就是說，通信中使用的載波頻率受偽隨機變化碼的控制而 隨機 跳變。從通信技術的實現(xiàn)方式來說，“跳頻”是一種用碼序列進行多頻頻移鍵控的通信方式，也是一種碼控載頻跳變的通信系統(tǒng)。從時域上來看，跳頻信號是一個多頻率的頻移鍵控信號；從頻域上來看，跳頻信號的頻譜是一個在很寬頻帶上以不等間隔隨機跳變的。其中：跳頻控制器為核心部件，包括跳頻圖案產生

27、、同步、自適應控制等功能；頻合器在跳頻控制器的控制下合成所需頻率；數(shù)據(jù)終端包含對數(shù)據(jù)進行差錯控制。 三、實驗內容 建立并測試一個直接序列擴頻體制的碼分多址傳輸系統(tǒng)，對比以Gold序列、m序列以及隨機整數(shù)發(fā)生器 Random Integer Generator 作為直接序列擴頻的擴頻序列的傳輸性能，觀察兩路CDMA碼源的收發(fā)數(shù)據(jù)波形，測試誤碼率，并用頻譜儀觀察直接序列擴頻調制前后和解調前后的信號頻譜。l 1、建立一個直接序列擴頻體制 觀察收發(fā)數(shù)據(jù)波形；并用頻譜儀觀察原信號、直接序列擴頻后的信號頻譜、加噪聲的信號頻譜、解擴后的信號頻譜；測試誤碼率。l 2、對比以Gold序列、m序列（已做

28、）以及隨機整數(shù)發(fā)生器 Random Integer Generator作為直接序列擴頻碼源的傳輸性能，觀察波形、頻譜(擴頻后、加噪聲后、解擴后、解調后）、誤碼率，比較分析傳輸性能l 3、建立并測試一個直接序列擴頻體制的碼分多址傳輸系統(tǒng) 觀察兩路CDMA碼源的收發(fā)數(shù)據(jù)波形；觀察誤碼率；觀察頻譜（各自擴頻后、加噪聲后、各自解擴后、各自解調后）；l 4、對比以Gold序列、m序列以及隨機整數(shù)發(fā)生器 Random Integer Generator作為直接序列擴頻碼源的碼分多址傳輸系統(tǒng) 觀察波形、頻譜（各自擴頻后、各自解調后）、誤碼率，分析傳輸性能l 5、完成跳頻擴頻傳輸系統(tǒng)四、實驗結果1、Simul

29、ink仿真：goldBernoulli Binary Generator用于產生數(shù)據(jù)流，其采樣時間設置為0.01s。PN Sequence Generator用于產生偽隨機擴頻序列，其采樣時間設置為0.0005s，這樣輸出的碼片速率為2000chip/s。為了使擴頻模塊上的數(shù)據(jù)采樣速率相同，需要對數(shù)據(jù)流進行升速率處理。Unipolar to Bipolar Coneverter用于完成數(shù)據(jù)和擴頻序列的雙極性變換。乘法器輸出就是擴頻輸出，其碼速率等于采樣速率，即每個采樣點就是一個碼片。擴頻輸出信號以BPSK方式進行調制。調制輸出信號是復信號，采樣率為2000次/s。調制也采用通帶模型實現(xiàn)，為了使

30、頻譜觀察范圍達到4KHz，需要被觀察信號的采樣率達到8000次/s,為此，以升速率模塊配合采樣保持模塊將調制輸出信號采樣率提高到8000次/s。信道由AWGN Channel模塊、采樣率為2000次/s的300Hz離散正弦波源以及加法器模塊組成。接收機的本地PN序列由和發(fā)射機中完全相同參數(shù)的PN Sequence Generator模塊和單雙極模塊組成，其同步的雙極性偽隨機碼送入解擴器中與接受信號相乘進行解擴，然后送入BPSK解調器等效基帶模型進行解調和解碼。BPSK解調器中設置sample per symbol 參數(shù)為20。AWGN信道中的方差設置為10。仿真結果：PN：RANDOM: 2、

31、比較分析: 分析M文件：clear;clc;sigma=0:5:10;for k=1:length(sigma) sigma2=sigma(k); sim('fenxi1.mdl'); sigmademod(k,:)=simout(end,1); sigmademod1(k,:)=simout1(end,1); sigmademod2(k,:)=simout2(end,1);endplot(sigma,sigmademod,'r');hold on;plot(sigma,sigmademod1,'g');hold on;plot(sigma,si

32、gmademod2,'b');hold on;xlabel('信道輸入方差');ylabel('誤碼率');legend('PN','GOLD','RANDOM')3、碼分多址傳輸系統(tǒng)仿真模型：各模塊參數(shù)設置和前一個實驗的參數(shù)設置是一樣的Gold：仿真結果：PN：RANDOM: 4、比較分析：5、完成跳頻擴頻傳輸系統(tǒng)跳頻輸出信號帶寬約為1600Hz，其等效低通信號頻率變換范圍為-800800Hz。為了使仿真觀測頻譜范圍達到-20002000Hz，信號采樣率為4000次/s。跳頻速率為50跳/s,故每跳持續(xù)時間為0.02s，對應的采樣點數(shù)為80點。二進制信源數(shù)據(jù)采用Bernoulli Binary Generator產生，采樣時間設置為0.01s。然后用M-FSK Modulator Baseband模塊完成2FSK調制，調制元數(shù)為2，頻率間隔為100HZ。偽隨