調(diào)幅廣播系統(tǒng)的仿真

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上通信原理課程設(shè)計題 目： 調(diào)幅廣播系統(tǒng)的仿真 學(xué) 院： 班 級： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)老師： 2012年 06 月03日目錄摘要本文主要是利用MATLAB來實現(xiàn)調(diào)幅廣播系統(tǒng)的仿真設(shè)計。該設(shè)計模塊包含信源，調(diào)制，濾波器模塊，信道及信宿。并為各個模塊進(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,最后通過觀察仿真圖形進(jìn)行系統(tǒng)的性能評價。關(guān)鍵詞：MATLAB Simulink 調(diào)幅 1引言1.1 設(shè)計目的及任務(wù)要求1學(xué)習(xí)使用計算機(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(jìn)行實際驗證；2學(xué)習(xí)現(xiàn)有流行通信系統(tǒng)

2、仿真軟件MATLAB的基本使用方法，學(xué)會使用這些軟件解決實際系統(tǒng)出現(xiàn)的問題；3.通過系統(tǒng)仿真加深對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)計內(nèi)容用MATLAB進(jìn)行仿真設(shè)計,本次是設(shè)計一個調(diào)幅廣播系統(tǒng)。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(xué)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(shù)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

3、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(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)、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計。同時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(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

4、樣時間進(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) ，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標(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收過來，需要天線的長度至少達(dá)到波長的四分之一。聲音轉(zhuǎn)換成電信號后其波長為151

5、5000km之間，實際中不能造出這樣長度的天線進(jìn)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(yīng)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3·30MHz，其波長范圍在幾十米到幾百米，相應(yīng)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,為了節(jié)約頻帶帶寬資源，國際標(biāo)準(zhǔn)中將電話通信的傳輸頻帶規(guī)定為30034

6、00Hz。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(biāo)(1) 基帶信號：音頻最大幅度為1。基帶測試信號頻率在1006000Hz內(nèi)可調(diào)(2) 載波：給定幅度的正弦波，為簡單起見，初始相位設(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，設(shè)計接收機(jī)選頻濾波器輸出信噪比為20dB。要求設(shè)計信道中應(yīng)加入噪聲的方差，并能夠測量接收選頻濾波器實際輸出信噪比。2.4 仿真參數(shù)設(shè)計系統(tǒng)工作最高頻率為調(diào)幅載波頻

7、率1605kHz，設(shè)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(yīng)的仿真帶寬為仿真采樣頻率的一半，即設(shè)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(shè)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(shè)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3. 系統(tǒng)的建立與仿真3.1 仿真參數(shù)設(shè)計按照調(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：專心-專注-專業(yè)圖1 中波調(diào)幅廣播系

8、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: 信號發(fā)生器，產(chǎn)生基帶信號Wave form: sineAmplitude: 0.3Frequency: 1000l Signal Generator1: 信號發(fā)生器，產(chǎn)生載波信號Wave form: sineAmplitude: 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，這里用來構(gòu)造高斯白噪聲信道Mean: 0Variance: 3.4945l Analog Filter Design：模擬濾波器設(shè)計，三個模擬濾波器分別用于純信號，純噪聲以及信號

9、和噪聲混合信號的濾波Design method: ButterworthFilter type: BandpassLower passband edge frequency (rads/sec): 2*pi*(1e6-6e3)Upper passband edge frequency (rads/sec): 2*pi*(1e6+6e3)l Zero-Order Hold: 零界保持器Sample time: 6.23e-8l Variance: 計算向量的方差選中Running variancel dB Conversion: 分別對純信號和混合信號做對數(shù)變換Convert to: Db In

10、put signal: Power l Fun: 運算函數(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(shè)計值 20dB相符。按接收濾波器輸出的調(diào)幅

11、信號以及發(fā)送調(diào)幅信號的波形對比仿真結(jié)果如下圖所示：圖2 接收濾波器輸出調(diào)幅信號以及發(fā)送調(diào)幅信號的波形及仿真4. 總結(jié)與體會 MATLAB是通信方向主要的專業(yè)課程之一，通過本次課程設(shè)計，我們在強(qiáng)大的MATLAB平臺上對數(shù)字信號的傳輸系統(tǒng)進(jìn)行了一次仿真，有效的完善了學(xué)習(xí)過程中實踐不足的問題，同時進(jìn)一步鞏固了原先的基礎(chǔ)知識。通過這次的課程設(shè)計，我們對信息和通信系統(tǒng)有了更進(jìn)一步的認(rèn)識，尤其是在系統(tǒng)設(shè)計方面，盡管是非?；A(chǔ)的調(diào)幅廣播從系統(tǒng)的仿真，也是經(jīng)過若干設(shè)備協(xié)同工作，才能保證信號有效傳輸，而小到僅僅是一個參數(shù)，都有可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)無法正常運行。另一方面，我們通過本次的課程設(shè)計，著實領(lǐng)教了MATLAB

12、矩陣實驗室強(qiáng)大的功能和實力。通過在Simulink環(huán)境下對系統(tǒng)進(jìn)行模塊化設(shè)計與仿真，使我們獲得兩方面具體經(jīng)驗，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)計方法。這些經(jīng)驗雖然并不高深，但是對于剛?cè)腴T的初學(xué)者來說，對以后步入專業(yè)領(lǐng)域進(jìn)行設(shè)計或研發(fā)無疑具有重大的意義。當(dāng)然，在整個仿真過程中也遇到很多現(xiàn)實的問題，比如各版本MATLAB軟件并不完全兼容，許多復(fù)雜模塊參數(shù)深奧難以正確設(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)上通過利用MATLAB仿真真正的看到了通信中傳輸信息的一系列的問題。比如說要使信號不失真

13、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失真度過大而不能夠恢復(fù)成原來的信號。而在接收端，采用哪種解調(diào)方式能夠更好的恢復(fù)出原來的信號。在學(xué)習(xí)過程中，我們同樣遇到過許多困難，比如參數(shù)設(shè)置的不理想因此總是會出現(xiàn)波形失真的現(xiàn)象等問題。但是通過上網(wǎng)查找資料和查詢參考書能夠讓我更好的完成此次設(shè)計。同時這次設(shè)計也讓我能夠更好的對應(yīng)用工具M(jìn)ATLAB有一個進(jìn)一步的了解和應(yīng)用。這次的課程設(shè)計使我受益頗豐，對MATLAB有了新的認(rèn)識。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.徐國平,譯.北京:電子工業(yè)出版社.20023 林來興