幾個簡單的simulink仿真模型

1、一 頻分復(fù)用和超外差接收機仿真目的1 熟悉Simulink模型仿真設(shè)計方法2 掌握頻分復(fù)用技術(shù)在實際通信系統(tǒng)中的應(yīng)用3 理解超外差收音機的接收原理內(nèi)容 設(shè)計一個超外差收接收機系統(tǒng)，其中發(fā)送方的基帶信號分別為1000Hz的正弦波和500Hz的方波，兩路信號分別采用1000kHz和1200kHz的載波進行幅度調(diào)制，并在同一信道中進行傳輸。要求采用超外差方式對這兩路信號進行接收，并能夠通過調(diào)整接收方的本振頻率對解調(diào)信號進行選擇。原理超外差接收技術(shù)廣泛用于無線通信系統(tǒng)中，基本的超外差收音機的原理框圖如圖所示：圖1-1超外差收音機基本原理框圖從圖中可以看出，超外差接收機的工作過程一共分為混頻、中頻放大和

2、解調(diào)三個步驟，現(xiàn)分別敘述如下：混頻：由天線接收到的射頻信號直接送入混頻器進行混頻，混頻所使用的本機振蕩信號由壓控振蕩器產(chǎn)生，并可根據(jù)調(diào)整控制電壓隨時調(diào)整振蕩頻率，使得器振蕩頻率始終比接收信號頻率高一個中頻頻率，這樣，接受信號與本機振蕩在混頻器中進行相乘運算后，其差頻信號的頻率成分就是中頻頻率。其頻譜搬移過程如下圖所示：圖1-2 超外差接收機混頻器輸入輸出頻譜中頻放大：從混頻模塊輸出的信號中包含了高頻和中頻兩個頻率成分，這樣一來只要采用中頻帶通濾波器選出進行中頻信號進行放大，得到中頻放大信號。解調(diào)：將中頻放大后的信號送入包絡(luò)檢波器，進行包絡(luò)檢波，并解調(diào)出原始信號。步驟1、設(shè)計兩個信號源模塊，其模

3、塊圖如下所示，兩個信號源模塊的載波分別為1000kHz，和1200kHz，被調(diào)基帶信號分別為1000Hz的正弦波和500Hz的三角波，并將其封裝成兩個子系統(tǒng)，如下圖所示：圖1-2 信源子系統(tǒng)模型圖2、為了模擬接收機距離兩發(fā)射機距離不同引起的傳輸衰減，分別以Gain1和Gain2模塊分別對傳輸信號進行衰減，衰減參數(shù)分別為0.1和0.2。最后在信道中加入均值為0，方差為0.01的隨機白噪聲，送入接收機。3、接收機將收到的信號直接送入混頻器進行混頻，混頻所使用的本機振蕩信號由壓控振蕩器產(chǎn)生，其中壓控振蕩器由輸入電壓進行控制，設(shè)置Slider Gain模塊，使輸入?yún)?shù)在500至1605可調(diào)，從而實現(xiàn)本

4、振的頻率可控。壓控振蕩器的本振頻率設(shè)為465kHz，靈敏度設(shè)為1000Hz/V。4、混頻后得到的信號送入中頻濾波器Analog Filter Design1進行帶通濾波，濾波器階數(shù)設(shè)置為1，帶寬為12kHz，中心頻率為465kHz，從而濾出中頻信號。5、對中頻信號進行20倍的增益后，再次經(jīng)過Analog Filter Design2進行中頻濾波，進一步消除帶外噪聲。濾波器設(shè)置與前面相同6、經(jīng)過中頻濾波后，利用包絡(luò)檢波器進行檢波（檢波器的上限和下限值分別設(shè)置為inf和0），檢波輸出信號再通過帶寬為6kHz的低通濾波器輸出。7、設(shè)置系統(tǒng)仿真時間為0.01s，仿真步進為6.23e-8，具體參數(shù)設(shè)置如

5、下圖所示：圖1-3 模型仿真參數(shù)設(shè)置8、調(diào)整壓控振蕩器的控制電壓信號，觀察接收波形的變化。并分別記錄當輸出波形為正弦波和三角波時的壓控振蕩器輸出頻率。圖1-4 系統(tǒng)仿真模型圖結(jié)果1 畫出接收機正確解調(diào)時的接收波形2 記錄當分別解調(diào)出兩路信號時，本振頻率分別為多少3 給出接收信號頻率與本振頻率的關(guān)系式二 PSK數(shù)字傳輸系統(tǒng)仿真目的1 進一步掌握Simulink模型仿真設(shè)計方法2 深入理解PSK技術(shù)的工作原理3 了解在PSK下采用格雷碼映射技術(shù)的優(yōu)越性。內(nèi)容試建立一個/8相位偏移的8PSK傳輸系統(tǒng)，觀察調(diào)制輸出信號通過加性高斯信道前后的星座圖，并比較輸入數(shù)據(jù)以普通二進制映射和格雷碼映射兩種情況下的

6、誤比特率。原理多進制相移鍵控的特點：多進制相移鍵控是利用載波的多個相位來代表多進制符號或二進制碼組，即一個相位對應(yīng)一個多進制符號或者是一組二進制碼組。在相同碼元寬度的情況下，M進制的碼元速率要高，如在8PSK中，其碼元速率為 ，為2PSK的3倍，因此，多進制相移鍵控具有更高的碼速率。采用不同的相位來代表多進制符號一共有兩種不同的方案，分別是A方式相移系統(tǒng)和B方式相移系統(tǒng)，其相位矢量圖圖表示如下：圖2-1 兩種方式下的相移系統(tǒng)多進制相移鍵控的抗噪聲性能：對于多進制絕對移相（MPSK），當信噪比r足夠大時，誤碼率可近似為對于多進制相對移相（MDPSK），當信噪比r足夠大時，誤碼率可近似為圖2-2

7、不同M下的誤碼率曲線圖格雷碼映射：格雷碼是一種數(shù)字排序系統(tǒng)，其中的所有相鄰整數(shù)在它們的數(shù)字表示中只有一個數(shù)字不同。它在任意兩個相鄰的數(shù)之間轉(zhuǎn)換時，只有一個數(shù)位發(fā)生變化。它大大地減少了由一個狀態(tài)到下一個狀態(tài)時邏輯的混淆。另外由于最大數(shù)與最小數(shù)之間也僅一個數(shù)不同，故通常又叫格雷反射碼或循環(huán)碼。二進制碼與格雷碼的對照表如下所示：表2-1 格雷碼與自然二進制數(shù)比較十進制數(shù)自然二進制數(shù)格雷碼十進制數(shù)自然二進制數(shù)格雷碼00000000070111010010001000181000110020010001191001110130011001010101011114010001101110111110501

8、01011112110010106011001011311011011步驟1 設(shè)置信號源為隨機整數(shù)發(fā)生器，將M-ary number設(shè)置為8，采樣時間為1e-3，信源輸出的隨機整數(shù)07通過二進制轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為3比特二進制組后送入PSK基帶調(diào)制器。2 在PSK基帶調(diào)制器中，設(shè)置8PSK調(diào)制方式（M-ary number設(shè)置為8），input type設(shè)置為Bit，星座映射設(shè)置為Binary或Gray，表示采用直接映射或格雷碼映射。相位偏移設(shè)置為pi/8，即采用B方式的相移系統(tǒng)。3 將經(jīng)過8PSK調(diào)制好的輸出信號送入到AWGN信道，其中設(shè)置AWGN模塊的Mode為：Variance from mas

9、k，方差為0.02。4 經(jīng)過信道疊加了噪聲后，將信號送入到M-PSK基帶解調(diào)模塊，解調(diào)方式與調(diào)制方式對應(yīng)。5 分別將原始信號和經(jīng)過8PSK解調(diào)后的信號進行并串轉(zhuǎn)換后在Error Rate Calculation中進行比較，得到系統(tǒng)的誤碼率，其中Buffer模塊設(shè)置其輸出的緩沖大小為1，Error Rate Calculation的Output data設(shè)置為Port，其余按照默認設(shè)置。6 分別在8PSK經(jīng)過信道前和經(jīng)過信道后放置星座圖顯示模塊，查看加入噪聲后的信號星座圖變化情況。圖2-3 系統(tǒng)仿真模型圖結(jié)果1、分別觀察當信道噪聲方差0.02和0.05時，系統(tǒng)采用普通二進制方式和格雷碼方式時的信

10、噪比，并說明其原因。三 用于載波提取的鎖相環(huán)仿真目的1 掌握鎖相環(huán)的基本原理2 了解鎖相環(huán)在載波提取中的作用3 了解平方環(huán)和科斯塔斯環(huán)的工作原理內(nèi)容設(shè)計兩個仿真模型，分別使用平方環(huán)和科斯塔斯環(huán)對抑制載波雙邊帶調(diào)制的模擬信號進行相干解調(diào)。原理1 平方環(huán)設(shè)調(diào)制信號為m(t)中無直流分量，則DSB信號為 （31）接收端將該信號經(jīng)過一個平方律部件后得到 （32）在上式中的均值是基帶信號的功率，是一個正的常數(shù)，因此上式中含有頻率分量的諧波，用中心頻率為的帶通濾波器將這一諧波分量選出后，再通過鎖相環(huán)選定，最后對鎖相環(huán)VCO輸出信號進行2分頻即可恢復(fù)載波。平方環(huán)的原理框圖如下圖所示：圖3-1 平方環(huán)載波提取

11、原理框圖2 科斯塔斯環(huán)利用平方環(huán)進行解調(diào)時，需要三個乘法器，且鎖相環(huán)工作在載波的二倍頻上。如果載波頻率較高，鎖相環(huán)將需要工作在相當高的頻率上，導(dǎo)致成本大大提高。因此，科斯塔斯環(huán)針對這一缺點進行了改進。本是采用科斯塔斯環(huán)法提取同步載波的?？扑顾弓h(huán)又稱同相正交環(huán)，其原理框圖如下：圖3-2 科斯塔斯環(huán)原理框圖在科斯塔斯環(huán)環(huán)路中，誤差信號V7是由低通濾波器及兩路相乘提供的。壓控振蕩器輸出信號直接供給一路相乘器，供給另一路的則是壓控振蕩器輸出經(jīng)90o移相后的信號。兩路相乘器的輸出均包含有調(diào)制信號，兩者相乘以后可以消除調(diào)制信號的影響，經(jīng)環(huán)路濾波器得到僅與壓控振蕩器輸出和理想載波之間相位差有關(guān)的控制電壓，

12、從而準確地對壓控振蕩器進行調(diào)整，恢復(fù)出原始的載波信號?，F(xiàn)在從理論上對科斯塔斯環(huán)的工作過程加以說明。設(shè)輸入調(diào)制信號為，則 （33） （34）經(jīng)低通濾波器后，倍頻項被濾除，輸出分別為：將v5和v6在相乘器中相乘，得， （35）（35）中是壓控振蕩器輸出信號與輸入信號載波之間的相位誤差，當較小時，（36）（36）中的v7大小與相位誤差成正比，它就相當于一個鑒相器的輸出。用v7去調(diào)整壓控振蕩器輸出信號的相位，最后使穩(wěn)定相位誤差減小到很小的數(shù)值。這樣壓控振蕩器的輸出就是所需提取的載波。步驟1、平方環(huán)載波恢復(fù)仿真模型的設(shè)計 1）仿真步進設(shè)計為固定的，仿真計算采用ode5算法，仿真時間設(shè)置為8e-3。2）采

13、用相乘法產(chǎn)生抑制載波調(diào)制信號，其中，基帶信號采用頻率為1KHz的正弦波信號，載波采用頻率為10KHz的正弦波，通過相乘器產(chǎn)生已調(diào)信號后送入噪聲方差為0.01的AWGN信道進行傳輸。3）在接收方，采用乘法器Product1完成平方功能，并將輸出信號通過中心頻率為20kHz的二階帶通濾波器選出載波的二次諧波，濾波器通帶可設(shè)置為1921kHz。4）采用Product2作為鎖相環(huán)的鑒相器，為模擬真實情況，并不將VCO的中心頻率完全設(shè)置為載波頻率的2倍，而是增加一個小的差值，如設(shè)置VCO的中心頻率為20.3kHz，控制靈敏度為4000Hz/V。則當環(huán)路進入鎖定時，VCO的輸出就是穩(wěn)定的載波二次諧波。5）

14、將得到的載波二次諧波通過計數(shù)器進行二分頻后得到恢復(fù)載波，計數(shù)器設(shè)置為上升沿觸發(fā)，最大計數(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。計數(shù)器的初始狀態(tài)設(shè)置為0或1。6）相干解調(diào)模塊可采用Manual Switch來選擇理想載波或本地恢復(fù)載波來進行，低通濾波器截止頻率根據(jù)基帶信號頻率進行設(shè)計。圖3-3 抑制載波雙邊帶調(diào)制、平方環(huán)載波恢復(fù)及相干解調(diào)模型2、科斯塔斯環(huán)載波恢復(fù)仿真模型的設(shè)計1）仿真步進設(shè)計為固定的，仿真計算采用ode5算法，仿真時間設(shè)置為8e-3。2）采用相乘法產(chǎn)生抑制載波調(diào)制信號，其中，基帶信號采用頻率為1KHz的正弦波信號，載波采用頻率為10KHz的正弦波，通過相乘器產(chǎn)生已調(diào)信

15、號后送入噪聲方差為0.01的AWGN信道進行傳輸。3）在接收方，將接收信號分兩路與VCO輸出的信號進行鑒相，并通過低通濾波器（2階的巴特沃斯濾波器，截止頻率為1KHz）4）VCO的中心頻率設(shè)置為10.15kHz，壓控靈敏度為8000Hz/V。5）零階保持器的采樣頻率按照仿真模型采樣頻率設(shè)置6）利用Analytic Signal模塊進行希爾伯特變換，得到復(fù)數(shù)信號7）利用Complex to Real-Imag將復(fù)數(shù)信號的實部，虛部分離出來，得到一對相互正交的正弦輸出抑制載波雙邊帶調(diào)制的科斯塔斯環(huán)載波恢復(fù)和解調(diào)模型結(jié)果1、 分析平方環(huán)載波提取系統(tǒng)的頻率跟蹤范圍，并測試其頻率跟蹤特性。2、 觀察科斯

16、塔斯環(huán)載波提取電路的載波恢復(fù)結(jié)果，并與發(fā)送方載波進行比較，觀察兩者之間的區(qū)別四 擴頻通信系統(tǒng)的建模與仿真目的1、 加深對擴頻通信系統(tǒng)的理解2、 了解直接序列擴頻通信系統(tǒng)的抗噪聲能力3、 熟悉擴頻碼在直序擴頻中的作用內(nèi)容設(shè)計一個完整的擴頻通信系統(tǒng)模型，包含信號的產(chǎn)生，擴頻，調(diào)制，解擴，解調(diào)以及恢復(fù)的全過程，并通過信號的頻譜對系統(tǒng)進行分析。原理1、 直接序列擴頻通信系統(tǒng)擴展頻譜調(diào)制是指已調(diào)信號帶寬遠大于調(diào)制信號帶寬的任何調(diào)制體制；在這類體制中已調(diào)信號的帶寬基本上和調(diào)制信號帶寬無關(guān)。直接序列擴頻發(fā)射機框圖如圖4-1所示，二進制數(shù)據(jù)源通過乘法器與PN序列相乘，由于PN序列的碼元持續(xù)時間遠小于數(shù)據(jù)源的碼

17、元持續(xù)時間，因此得到的信號頻譜將大大擴展，接下來將擴展了頻譜的數(shù)字信號通過數(shù)字調(diào)制進行發(fā)送，得到發(fā)射的擴頻信號。其中，發(fā)射信號的表達式為圖4-1 直接序列擴頻的發(fā)射機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)直接序列擴頻系統(tǒng)的信道以及接收機結(jié)構(gòu)如圖所示圖4-2 直接序列擴頻的接收機系統(tǒng)框圖接收方接收到的信號由擴頻信號，噪聲信號以及干擾信號組成，由此可以得到接收信號的表達式：當接收機達到同步要求時，其本地擴頻序列與發(fā)射機擴頻序列相同。解擴也是以乘法器完成的，因此解擴輸出信號為：由于擴頻序列 ，故上式第一項為，后面兩項屬于寬頻分量，可以通過濾波器濾除。步驟直接序列擴頻發(fā)射機的設(shè)計：為保證頻譜的平滑，仿真參數(shù)如下圖所示：圖4-3 系

18、統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置1、二進制隨機數(shù)發(fā)生器模塊產(chǎn)生基帶二進制信號，其采樣時間設(shè)置為0.01，這樣就可以得到數(shù)據(jù)率為100bps的基帶信號，由于擴頻時，需要與數(shù)據(jù)率高于自己的擴頻碼相乘，因此通過Rate Transition模塊進行速率調(diào)整，并通過Unipolar to Bipolar Converter模塊進行雙極性轉(zhuǎn)換，得到雙極性信號。2、擴頻碼由PN序列發(fā)生器產(chǎn)生，其中PN序列的生成多項式為1 0 0 0 0 1 1，初始狀態(tài)設(shè)置為0 0 0 0 0 1。由于采樣時間設(shè)定為1/2000，這樣，就能夠產(chǎn)生數(shù)據(jù)率為2Kbps的擴頻碼3、利用乘法器進行擴頻，然后將擴頻信號送入到BPSK調(diào)制模塊進行數(shù)字調(diào)制，并經(jīng)過速率轉(zhuǎn)換后按照1/8000的采樣時間進行采樣保持（Unit Delay模塊），最后通過頻譜儀顯示頻譜4、為了觀察擴頻前的信號頻譜，再將二進制基帶信號通過采樣，然后觀察頻譜，其中Unit Delay模塊與第三步中的Unit Delay模塊設(shè)置一致。圖4-4 直接序列擴頻發(fā)射機仿真模型完整的直接序列擴頻通信系統(tǒng)的設(shè)計與仿真1、 將發(fā)射機模型封裝為一個子系統(tǒng)，如下圖所示：圖4-5 擴頻信號發(fā)射機子系統(tǒng)2、