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1、MATLAB課程設(shè)計(jì)題 目: 調(diào)幅廣播系統(tǒng)的仿真 學(xué) 院: 班 級(jí): 姓 名: 學(xué) 號(hào): 指導(dǎo)老師: 2010年 07 月11日目錄摘要31引言41.1 設(shè)計(jì)目的及任務(wù)要求41.2 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容42調(diào)幅廣播系統(tǒng)的模型及仿真環(huán)境42.1MATLAB及Simulink建模環(huán)境簡(jiǎn)介42.2調(diào)幅廣播系統(tǒng)介紹52.3模型參數(shù)指標(biāo)52.4仿真參數(shù)設(shè)計(jì)53. 系統(tǒng)的建立與仿真63.1仿真參數(shù)設(shè)計(jì)63.2系統(tǒng)中仿真模塊參數(shù)的設(shè)置83.3Scope 端的最終波形圖94. 總結(jié)與體會(huì)115. 參考文獻(xiàn)11摘要本文主要是利用MATLAB來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)幅廣播系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)模塊包含信源,調(diào)制,濾波器模塊,信道及信宿。
2、并為各個(gè)模塊進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置在此基礎(chǔ)上熟悉MATLAB的功能及操作,最后通過(guò)觀察仿真圖形進(jìn)行系統(tǒng)的性能評(píng)價(jià)。關(guān)鍵詞:MATLAB Simulink 調(diào)幅 1引言1.1 設(shè)計(jì)目的及任務(wù)要求1學(xué)習(xí)使用計(jì)算機(jī)建立通信系統(tǒng)仿真模型的基本方法及基本技能,學(xué)會(huì)利用仿真的手段對(duì)于實(shí)用通信系統(tǒng)的基本理論、基本算法進(jìn)行實(shí)際驗(yàn)證;2學(xué)習(xí)現(xiàn)有流行通信系統(tǒng)仿真軟件MATLAB的基本使用方法,學(xué)會(huì)使用這些軟件解決實(shí)際系統(tǒng)出現(xiàn)的問(wèn)題;3.通過(guò)系統(tǒng)仿真加深對(duì)通信課程理論的理解。4.用MATLAB 完成調(diào)幅廣播系統(tǒng)的仿真。1.2 課程設(shè)計(jì)內(nèi)容用MATLAB進(jìn)行仿真設(shè)計(jì),本次是設(shè)計(jì)一個(gè)調(diào)幅廣播系統(tǒng)。2 調(diào)幅廣播系統(tǒng)的模型及仿
3、真環(huán)境2.1 MATLAB及Simulink建模環(huán)境簡(jiǎn)介MATLAB 是美國(guó)MathWorks公司出品的商業(yè)數(shù)學(xué)軟件,用于算法開(kāi)發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語(yǔ)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(gè)動(dòng)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(wú)需大量書(shū)寫(xiě)程序,而只需要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作,就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn),并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)
4、有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)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(shè)計(jì)環(huán)境,是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包,被廣泛應(yīng)用于線性系統(tǒng)、非線性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。Simulink可以用連續(xù)采樣時(shí)間、離散采樣時(shí)間或兩種混合的采樣時(shí)間進(jìn)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(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型,Simulink提供了一個(gè)建立模型方塊圖的圖形用戶接口(GUI) ,這個(gè)創(chuàng)建過(guò)程只需單擊和拖動(dòng)鼠標(biāo)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
5、看到系統(tǒng)的仿真結(jié)果。2.2 調(diào)幅廣播系統(tǒng)介紹模擬幅度調(diào)制是無(wú)線電最早的遠(yuǎn)距離傳輸技術(shù)。在幅度調(diào)制中,以聲音信控制高頻率正弦信號(hào)的幅度,并以幅度變化的高頻率正選信號(hào)放大后經(jīng)過(guò)天線發(fā)射出去,成為電磁波輻射。波動(dòng)的信號(hào)要能夠有效地從天線發(fā)送出去,或者有效地將信號(hào)接收過(guò)來(lái),需要天線的長(zhǎng)度至少達(dá)到波長(zhǎng)的四分之一。聲音轉(zhuǎn)換成電信號(hào)后其波長(zhǎng)為1515000km之間,實(shí)際中不能造出這樣長(zhǎng)度的天線進(jìn)行有效的信號(hào)收發(fā)。因此需要將象聲音信號(hào)這樣的低頻信號(hào)搬到較高的頻段上去,以便通過(guò)較短的天線發(fā)射出去。例如:移動(dòng)通信所使用的900MHz頻率段上的電磁波信號(hào)長(zhǎng)度約為0.33米,其收發(fā)天線的尺寸應(yīng)為波長(zhǎng)的四分之一,即約8
6、cm左右。而調(diào)幅廣播中波范圍為5501605kHz,短波約為330MHz,其波長(zhǎng)范圍在幾十米到幾百米,相應(yīng)的天線要長(zhǎng)一些。人耳可聞的聲音信號(hào)通過(guò)話筒轉(zhuǎn)化為波動(dòng)的電信號(hào),其頻率范圍為2020kHz。大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),人耳對(duì)語(yǔ)音頻率敏感區(qū)域約為3003400Hz,為了節(jié)約頻帶帶寬資源,國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)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(yǔ)音之外,還要播送音樂(lè)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(biāo)(1) 基帶信號(hào):音頻最大幅度為1。基帶測(cè)試信號(hào)頻率在1006000Hz內(nèi)可調(diào)(2) 載波:給定幅度的正弦波,為簡(jiǎn)單起見(jiàn),初始
7、相位設(shè)為設(shè)為0,頻率為5501605kHz可調(diào)。(3) 接收機(jī)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(dāng)調(diào)制度為0.3時(shí),設(shè)計(jì)接收機(jī)選頻濾波器輸出信噪比為20dB。要求設(shè)計(jì)信道中應(yīng)加入噪聲的方差,并能夠測(cè)量接收選頻濾波器實(shí)際輸出信噪比。2.4 仿真參數(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)工作最高頻率為調(diào)幅載波頻率1605kHz,設(shè)計(jì)仿真采樣率為最高工作頻率的10倍左右,因此取仿真步長(zhǎng)為相應(yīng)的仿真帶寬為仿真采樣頻率的一半,即設(shè)基帶測(cè)試正弦信號(hào)為 ,載波為,則調(diào)制度為為 的調(diào)制輸出信號(hào) 為顯然,的平均功率為設(shè)信道無(wú)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(shè)接收選頻
8、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3. 系統(tǒng)的建立與仿真3.1 仿真參數(shù)設(shè)計(jì)按照調(diào)幅廣播系統(tǒng)的物理與數(shù)學(xué)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1 中波調(diào)幅廣播系統(tǒng)仿真模3.2 系統(tǒng)中仿真模塊參數(shù)的設(shè)置l Signal Generator: 信號(hào)發(fā)生器,產(chǎn)生基帶信號(hào)Wave form: sineAmplitude: 0.3Frequency: 1000l Signal Generator1: 信號(hào)發(fā)生器,產(chǎn)生載波信號(hào)Wave form: sineAm
9、plitude: 1Frequency: 1000e3l Random Number: 隨機(jī)噪聲發(fā)生器,產(chǎn)生高斯正態(tài)分布隨機(jī)信號(hào),這里用來(lái)構(gòu)造高斯白噪聲信道Mean: 0Variance: 3.4945l Analog Filter Design:模擬濾波器設(shè)計(jì),三個(gè)模擬濾波器分別用于純信號(hào),純?cè)肼曇约靶盘?hào)和噪聲混合信號(hào)的濾波Design method: ButterworthFilter type: BandpassLower passband edge frequency (rads/sec): 2*pi*(1e6-6e3)Upper passband edge frequency (ra
10、ds/sec): 2*pi*(1e6+6e3)l Zero-Order Hold: 零界保持器Sample time: 6.23e-8l Variance: 計(jì)算向量的方差選中Running variancel dB Conversion: 分別對(duì)純信號(hào)和混合信號(hào)做對(duì)數(shù)變換Convert to: Db Input signal: Power l Fun: 運(yùn)算函數(shù)Expression: u(1)-u(2)l Display: 顯示SNR的結(jié)果Format: shortScope端的最終波形圖3.3 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(shí)現(xiàn)調(diào)幅,用 Random Num
11、ber 產(chǎn)生噪聲樣值序列,并用加法器實(shí)現(xiàn)AWGN通道。為了測(cè)量輸出信噪比,以參數(shù)完全相同的三個(gè)濾波器模塊分別對(duì)純信號(hào),純?cè)肼曇约靶盘?hào)和噪聲混合信號(hào)的濾波,最后利用統(tǒng)計(jì)模塊計(jì)算輸出信號(hào)功率和噪聲功率,繼而計(jì)算輸出信噪比。某次仿真執(zhí)行后,測(cè)試信噪比為20.11dB,與設(shè)計(jì)值 20dB相符。按接收濾波器輸出的調(diào)幅信號(hào)以及發(fā)送調(diào)幅信號(hào)的波形對(duì)比仿真結(jié)果如下圖所示:圖2 接收濾波器輸出調(diào)幅信號(hào)以及發(fā)送調(diào)幅信號(hào)的波形及仿真4. 總結(jié)與體會(huì) MATLAB是通信方向主要的專(zhuān)業(yè)課程之一,通過(guò)本次課程設(shè)計(jì),我們?cè)趶?qiáng)大的MATLAB平臺(tái)上對(duì)數(shù)字信號(hào)的傳輸系統(tǒng)進(jìn)行了一次仿真,有效的完善了學(xué)習(xí)過(guò)程中實(shí)踐不足的問(wèn)題,同時(shí)
12、進(jìn)一步鞏固了原先的基礎(chǔ)知識(shí)。通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì),我們對(duì)信息和通信系統(tǒng)有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí),尤其是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面,盡管是非?;A(chǔ)的調(diào)幅廣播從系統(tǒng)的仿真,也是經(jīng)過(guò)若干設(shè)備協(xié)同工作,才能保證信號(hào)有效傳輸,而小到僅僅是一個(gè)參數(shù),都有可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。另一方面,我們通過(guò)本次的課程設(shè)計(jì),著實(shí)領(lǐng)教了MATLAB矩陣實(shí)驗(yàn)室強(qiáng)大的功能和實(shí)力。通過(guò)在Simulink環(huán)境下對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)與仿真,使我們獲得兩方面具體經(jīng)驗(yàn),第一是MATLAB中Simulink功能模塊的使用方法,第二是圖形化和結(jié)構(gòu)化的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。這些經(jīng)驗(yàn)雖然并不高深,但是對(duì)于剛?cè)腴T(mén)的初學(xué)者來(lái)說(shuō),對(duì)以后步入專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行設(shè)計(jì)或研發(fā)無(wú)疑具有
13、重大的意義。當(dāng)然,在整個(gè)仿真過(guò)程中也遇到很多現(xiàn)實(shí)的問(wèn)題,比如各版本MATLAB軟件并不完全兼容,許多復(fù)雜模塊參數(shù)深?yuàn)W難以正確設(shè)置,這些都是今后學(xué)習(xí)中需要進(jìn)一步加強(qiáng)和完善的地方。在學(xué)習(xí)MATLAB理論基礎(chǔ)后,我們又在此基礎(chǔ)上通過(guò)利用MATLAB仿真真正的看到了通信中傳輸信息的一系列的問(wèn)題。比如說(shuō)要使信號(hào)不失真的能夠傳輸?shù)浇邮斩司鸵紤]很多的因數(shù)。在發(fā)送端要注意噪聲的加入,盡量的減少噪聲進(jìn)入信道中,以免在接收端使信號(hào)失真度過(guò)大而不能夠恢復(fù)成原來(lái)的信號(hào)。而在接收端,采用哪種解調(diào)方式能夠更好的恢復(fù)出原來(lái)的信號(hào)。在學(xué)習(xí)過(guò)程中,我們同樣遇到過(guò)許多困難,比如參數(shù)設(shè)置的不理想因此總是會(huì)出現(xiàn)波形失真的現(xiàn)象等問(wèn)題。但是通過(guò)上網(wǎng)查找資料和查詢參考書(shū)能夠讓我更好的完成此次設(shè)計(jì)。同時(shí)這次設(shè)計(jì)也讓我能夠更好的對(duì)應(yīng)用工具M(jìn)ATLAB有一個(gè)進(jìn)一步的了解和應(yīng)用。這次的課程設(shè)計(jì)使我受益頗豐,對(duì)MATLAB有了新的認(rèn)識(shí)。5. 參考文獻(xiàn)1 趙靜,張瑾.基于MATLAB的通信系統(tǒng)仿真.北京.北京航空航天大學(xué)出版社.20072 張衛(wèi)剛.通信原理與通信技術(shù)M.第2版.徐國(guó)平,譯.北京:電子工業(yè)出版社.2
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