專業(yè)設(shè)計方案：sumlink的pm調(diào)制(共17頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專業(yè)設(shè)計題目：基于MATLAB-SUMLINK的調(diào)相（PM）通信系統(tǒng)仿真學(xué) 院 計算機與通信工程學(xué)院 專 業(yè) 通信工程 學(xué) 號 姓 名 劉荔華 指導(dǎo)老師 趙建 2011年11月目錄(一) 前言隨著人類社會步入信息化社會，電子信息科學(xué)技術(shù)正以驚人的速度發(fā)展，開辟了社會發(fā)展的新紀(jì)元。從20世紀(jì)90年代開始至今，通信技術(shù)特別是移動通信技術(shù)取得了舉世矚目的成就。在通信技術(shù)日新月異的今天，學(xué)習(xí)通信專業(yè)知識不僅需要扎實的基礎(chǔ)理論，同時需要學(xué)習(xí)和掌握更多的現(xiàn)代通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。通信技術(shù)正向著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和寬帶化的方向發(fā)展。全面、系統(tǒng)地掌握通信系統(tǒng)基本理淪、基本技術(shù)以及系

2、統(tǒng)分析與設(shè)計中用到的基本工具和方法，并將重點放在數(shù)字通信系統(tǒng)上。通信系統(tǒng)又可分為數(shù)字通信與模擬通信。傳統(tǒng)的模擬通信系統(tǒng)，包括模擬信號的調(diào)制與解調(diào)，以及加性噪聲對幅度調(diào)制和角度調(diào)制模擬信號解調(diào)的影響。數(shù)字通信的基本原理包括模數(shù)轉(zhuǎn)換、基本信道中的數(shù)字調(diào)制方法、數(shù)字通信系統(tǒng)的信號同步方法、數(shù)字信號的載波傳輸、數(shù)字信源編碼以及信道編碼與譯碼等，同時對多徑信道中的數(shù)字通信、多載波調(diào)制、擴頻、GSM與IS95數(shù)位蜂窩通信。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展原來許多不得不采用的模擬技術(shù)部分已經(jīng)可以由數(shù)字化來實現(xiàn)，但是模擬通信還是在通信系統(tǒng)中占有很大的比重。(二) 設(shè)計內(nèi)容及說明本設(shè)計是基于MATLAB的模擬相位（PM）調(diào)制

3、與解調(diào)仿真，主要設(shè)計思想是利用MATLAB這個強大的數(shù)學(xué)軟件工具，其中的通信仿真模塊通信工具箱以及M文件等，方便快捷靈活的功能實現(xiàn)仿真通信的調(diào)制解調(diào)設(shè)計。還借助MATLAB可視化交互式的操作，對調(diào)制解調(diào)處理，降低噪聲干擾，提高仿真的準(zhǔn)確度和可靠性。要求基于MATLAB的模擬調(diào)制與解調(diào)仿真，主要設(shè)計思想是利用MATLAB、simulink文件、M文件等，方便快捷的實現(xiàn)模擬通信的多種調(diào)制解調(diào)設(shè)計?；趕imulink對數(shù)字通信系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)建模。并編寫相應(yīng)的m文件，得出調(diào)試及仿真結(jié)果并進(jìn)行分析。(三) 設(shè)計工具簡介1. MATLAB簡介MATLAB是美國MathWorks公司生產(chǎn)的一個為科學(xué)和工

4、程計算專門設(shè)計的交互式大型軟件，是一個可以完成各種精確計算和數(shù)據(jù)處理的、可視化的、強大的計算工具。它集圖示和精確計算于一身，在應(yīng)用數(shù)學(xué)、物理、化工、機電工程、醫(yī)藥、金融和其它需要進(jìn)行復(fù)雜數(shù)值計算的領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。它不僅是一個在各類工程設(shè)計中便于使用的訓(xùn)算工具，而且也是一個在數(shù)學(xué)、數(shù)值分析和工程計算等課程教學(xué)中的優(yōu)秀的教學(xué)工具，在世界各地的高等院校中十分流行，在各類工業(yè)應(yīng)用中更有不俗的表現(xiàn)。MATLAB可以在幾乎所有的PC機和大型計算機上運行，適用于Windows、UNIX等多種系統(tǒng)平臺。MATLAB作為一種科學(xué)計算的高級語言之所以受歡迎，就是因為它有豐富的函數(shù)資源和工具箱資源，編程人員可以

5、根據(jù)自己的需要選擇函數(shù)，而無需再去編寫大量繁瑣的程序代碼，從而減輕了編程人員的工作負(fù)擔(dān)。被稱為第四代編程語言的MATLAB最大的特點就是簡潔開放的程序代碼和直觀實用的開發(fā)環(huán)境。具體地說MATLAB主要有以下特點： (1) 庫函數(shù)資源豐富(2) 語言精煉，代碼靈活(3) 運算符多而靈活(4) 面向?qū)ο?，控制功能?yōu)良(5) 程序設(shè)計自由(6) 圖形功能強大(7) 程序的兼容性好(8) 源代碼開放(9) 形形色色的工具箱2. Simulink簡介SIMULINK是MATLAB軟件的擴展，它是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個軟件包，它與MATLAB語言的主要區(qū)別在于，其與用戶交互接口是基于Windows的

6、模型化圖形輸入，其結(jié)果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建，而非語言的編程上。在simulink環(huán)境中，利用鼠標(biāo)就可以在模型窗口中直觀地“畫”出系統(tǒng)模型，然后直接進(jìn)行仿真。它為用戶提供了方框圖進(jìn)行建模的圖形接口，采用這種結(jié)構(gòu)畫模型就像你用手和紙來畫一樣容易。Simulink是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真和分析的軟件包。它支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，同時它也支持具有不同部分擁有不同采樣率的多種采樣速率的系統(tǒng)仿真。Simulink為用戶提供了一個圖形化的用戶界面，對于用方框圖表示的系統(tǒng)，通過圖形界面，利用鼠標(biāo)點擊和拖拉方式，建立系統(tǒng)模型就像用鉛筆在在紙上繪制系統(tǒng)的方框

7、圖一樣簡單，它與用微分方程和差分方程建模的傳統(tǒng)仿真軟件包相比，具有更直觀、更方便、更靈活的優(yōu)點，它不但實現(xiàn)了可視化的動態(tài)仿真，也實現(xiàn)了與MATLAB、C或FORTRAN語言，甚至和硬件之間的數(shù)據(jù)傳送，大大的擴展了它的功能。而所謂模型化圖形輸入是指SIMULINK提供了一些按功能分類的基本的系統(tǒng)模塊，用戶只需要知道這些模塊的輸入輸出及模塊的功能，而不必考察模塊內(nèi)部是如何實現(xiàn)的，通過對這些基本模塊的調(diào)用，再將它們連接起來就可以構(gòu)成所需要的系統(tǒng)模型（以.mdl文件進(jìn)行存?。?，進(jìn)而進(jìn)行仿真與分析。SIMILINK 模塊庫按功能進(jìn)行分類，包括以下8類子庫： Continuous（連續(xù)模塊），Discre

8、te（離散模塊），F(xiàn)unction&Tables（函數(shù)和平臺模塊），Math（數(shù)學(xué)模塊），Nonlinear（非線性模塊），Signals&Systems（信號和系統(tǒng)模塊），Sinks（接收器模塊），Sources（輸入源模塊）。(四) 設(shè)計中涉及的概念原理說明1. 模擬通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)是為了有效可靠的傳輸信息，信息由信源發(fā)出，以語言、圖像、數(shù)據(jù)為媒體,通過電(光)信號將信息傳輸，由信宿接收。通信系統(tǒng)又可分為數(shù)字通信與模擬通信?；谠O(shè)計的要求，下面簡要介紹模擬通信系統(tǒng)。信源是模擬信號，信道中傳輸?shù)囊彩悄M信號的系統(tǒng)為模擬通信。模擬通信系統(tǒng)的模型如圖所示。模擬通信系統(tǒng)模型調(diào)制器:

9、 使信號與信道相匹配, 便于頻分復(fù)用等。發(fā)濾波器: 濾除調(diào)制器輸出的無用信號。收濾波器: 濾除信號頻帶以外的噪聲，一般設(shè)N(t)為高斯白噪聲,則Ni(t)為窄帶白噪聲。2. 相位調(diào)制與解調(diào)1) 調(diào)相信號在模擬調(diào)制中，一個連續(xù)波有三個參數(shù)可以用來攜帶信息而構(gòu)成已調(diào)信號。當(dāng)幅度和頻率保持不變時，改變載波的相位使之隨未調(diào)信號的大小而改變，這就是調(diào)相的概念。角度調(diào)制信號的一般表示形式為： S (t)=Acost+(t)式中，A是載波的恒定振幅；t+(t)是信號的瞬時相位，而(t)稱為瞬時相位偏移；dt+(t)/dt為信號的瞬時頻率，而d(t)/dt稱為瞬時頻率偏移，即相對于的瞬時頻率偏移。設(shè)高頻載波為

10、u=Ucost，調(diào)制信號為U(t)，則調(diào)相信號的瞬時相位(t)=+KU(t)瞬時角頻率 (t)=+K調(diào)相信號 u=Ucost+Ku(t) 將信號的信息加在載波的相位上則形成調(diào)相信號，調(diào)相的表達(dá)式為： S(t)=Acost+Kf(t)+這里K稱為相移指數(shù)，這種調(diào)制方式，載波的幅度和角頻率不變，而瞬時相位偏移是調(diào)制信號f(t)的線性函數(shù)，稱為相位調(diào)制。調(diào)相與調(diào)頻有著相當(dāng)密切的關(guān)系，我們知道相位與頻率有如下關(guān)系式： =+Kf(t) (t)=t+K所以在調(diào)相時可以先將調(diào)制信號進(jìn)行微分后在進(jìn)行頻率調(diào)制，這樣等效于調(diào)相，此方法稱為間接調(diào)相，與此相對應(yīng)，上述方法稱為直接調(diào)相。調(diào)相信號的產(chǎn)生如圖所示：PM調(diào)相

11、信號的產(chǎn)生2) 調(diào)制原理實現(xiàn)相位調(diào)制的基本原理是使角頻率為的高頻載波u(t)通過一個可控相移網(wǎng)絡(luò), 此網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的相移受調(diào)制電壓u(t)控制, 滿足=Ku(t)的關(guān)系, 所以網(wǎng)絡(luò)輸出就是調(diào)相信號，可控相移網(wǎng)絡(luò)調(diào)相原理圖如圖所示：可控相移網(wǎng)絡(luò)調(diào)相原理圖3) 調(diào)相信號的解調(diào)相干解調(diào)由于調(diào)相信號可以分解成同相分量與正交分量之和，因而可以采用線性調(diào)制中的相干解調(diào)法來進(jìn)行解調(diào)，如圖：PM信號相干解調(diào)根據(jù)公式可以設(shè)調(diào)相信號 并設(shè)相干載波 則相乘器的輸出為 經(jīng)過低通濾波器取出其低頻分量再經(jīng)微分器，即得解調(diào)輸出可見，相干解調(diào)可以恢復(fù)原調(diào)制信號。這種解調(diào)方法需要本地載波與調(diào)制載波同步，否則將使解調(diào)信號失真。(五)

12、 MATLAB中M函數(shù)實現(xiàn)的仿真1. 源代碼 首先任意給定一個已知調(diào)制信號m(t)=cos(pi*10*t), 進(jìn)行相位調(diào)制時要用到傅里葉變換，因此先編寫傅里葉變換的m文件用作主函數(shù)調(diào)用，其m文件代碼如下：%求傅里葉變換的子函數(shù)function M,m,df=fftseq(m,ts,df)fs=1/ts;if nargin=2 n1=0; %nargin為輸入?yún)⒘康膫€數(shù)else n1=fs/df;endn2=length(m);n=2(max(nextpow2(n1),nextpow2(n2); %nextpow2(n)取n最接近的較大2次冪M=fft(m,n); %M為信號m的傅里葉變換，n

13、為快速傅里葉變換的點數(shù)，及基n-FFT變換m=m,zeros(1,n-n2); %構(gòu)建新的m信號df=fs/n; %重新定義頻率分辨率上述m文件以“fftseq.m”保存。在實現(xiàn)相位解調(diào)時要調(diào)用兩個子函數(shù)，分述如下：%求信號相角的子函數(shù)，這是調(diào)頻、調(diào)相都要用到的方法function v,phi=env_phas(x,ts,f0)if nargout=2 %nargout為輸出變數(shù)的個數(shù) z=loweq(x,ts,f0); %產(chǎn)生調(diào)制信號的正交分量 phi=angle(z); %angle是對一個復(fù)數(shù)求相角的函數(shù)endv=abs(hilbert(x); %abs用來求復(fù)數(shù)hilbert(x)的模

14、上述m文件以“env_phas.m”保存。%產(chǎn)生調(diào)制信號的正交分量function x1=loweq(x,ts,f0)t=0:ts:ts*(length(x)-1);z=hilbert(x); %希爾伯特變換對的利用-通過實部來求虛部x1=z.*exp(-j*2*pi*f0*t); %產(chǎn)生信號z的正交分量，%并將z信號與它的正交分量加在一起上述m文件以“l(fā)oweq.m”保存%主程序t0=1; %信號的持續(xù)時間,用來定義時間向量ts=0.001; %抽樣間隔fs=1/ts; %抽樣頻率fc=100; %載波頻率,fc可以任意改變t=-t0/2:ts:t0/2; %時間向量kf=100; %偏差常

15、數(shù)df=0.25; %所需的頻率分辨率，用在求傅里葉變換時，它表示FFT的最小頻率間隔m=cos(pi*10*t); %調(diào)制信號，m(t)可以任意更改int_m(1)=0; %求信號m(t)的積分for i=1:length(t)-1 int_m(i+1)=int_m(i)+m(i)*ts;endM,m,df1=fftseq(m,ts,df); %對調(diào)制信號m(t)求傅里葉變換M=M/fs; %縮放，便于在頻譜圖上整體觀察f=0:df1:df1*(length(m)-1)-fs/2; %時間向量對應(yīng)的頻率向量u=cos(2*pi*fc*t+2*pi*kf*int_m); %調(diào)制后的信號U,u,

16、df1=fftseq(u,ts,df); %對調(diào)制后的信號u求傅里葉變換U=U/fs; %縮放%通過調(diào)用子程序env_phas和loweq來實現(xiàn)解調(diào)功能v,phase=env_phas(u,ts,fc); %解調(diào)，求出u的相位phi=unwrap(phase); %校正相位角，使相位在整體上連續(xù)，便于后面對該相位角求導(dǎo)dem=(1/(2*pi*kf)*(diff(phi)*fs); %對校正后的相位求導(dǎo) %再經(jīng)一些線性變換來恢復(fù)原調(diào)制信號 %乘以fs是為了恢復(fù)原信號，因為前面使用了縮放 subplot(2,3,1) %子圖形式顯示結(jié)果plot(t,m(1:length(t) %現(xiàn)在的m信號是重

17、新構(gòu)建的信號， %因為在對m求傅里葉變換時m=m,zeros(1,n-n2)axis(-0.5 0.5 -1 1) %定義兩軸的刻度xlabel('時間t') title('原調(diào)制信號的時域圖')subplot(2,3,4)plot(t,u(1:length(t)axis(-0.5 0.5 -1 1)xlabel('時間t')title('已調(diào)信號的時域圖')subplot(2,3,2)plot(f,abs(fftshift(M) %fftshift：將FFT中的DC分量移到頻譜中心axis(-600 600 0 0.05)xla

18、bel('頻率f')title('原調(diào)制信號的頻譜圖')subplot(2,3,5)plot(f,abs(fftshift(U)axis(-600 600 0 0.05)xlabel('頻率f')title('已調(diào)信號的頻譜圖')subplot(2,3,3)plot(t,m(1:length(t)axis(-0.5 0.5 -1 1)xlabel('時間t')title('原調(diào)制信號的時域圖')subplot(2,3,6)plot(t,m(1:length(t)axis(-0.5 0.5 -1 1)

19、xlabel('時間t')title('解調(diào)后信號的時域波形')2. 結(jié)果顯示將源代碼輸入MATLAB命令窗口，運行就可以得到結(jié)果，如圖所示M文件仿真結(jié)果圖(六) MATLAB中SIMULINK實現(xiàn)的仿真1. 所用模塊及參數(shù)MATLAB的功能性工具箱主要用來擴充MATLAB的數(shù)值分析、矩陣運算、數(shù)字信號處理、符號計算功能、圖形建模仿真功能、文字處理功能、與硬件實時交互功能。SIMILINK 模塊庫按功能進(jìn)行分類，包括以下8類子庫： Continuous（連續(xù)模塊），Discrete（離散模塊），F(xiàn)unction&Tables（函數(shù)和平臺模塊），Math（

20、數(shù)學(xué)模塊），Nonlinear（非線性模塊），Signals&Systems（信號和系統(tǒng)模塊），Sinks（接收器模塊），Sources（輸入源模塊）。假定基頻信號為m(t)=cos(10*t)，載波頻率f=100Hz，相位偏差K=， 仿真電路如圖所示：SIMULINK仿真電路圖基帶信號Sine Wave：振幅(Amplitude) 設(shè)為1；頻率(Frequency)設(shè)為pi*10，取樣時間(Sample time)設(shè)定1/2000。如圖所示：載波信號Sine Wave1：振幅(Amplitude) 設(shè)為1；頻率(Frequency)設(shè)為pi*10，取樣時間(Sample time)設(shè)

21、定1/2000。如圖所示：載波信號Sine Wave1：振幅(Amplitude) 設(shè)為1；頻率(Frequency)設(shè)為pi*10，取樣時間(Sample time)設(shè)定1/2000。如圖所示 Sine Wave參數(shù)設(shè)定圖示波器：Number of axes這邊設(shè)定為3，Time range為想要顯示的時間終點，設(shè)定為auto時， Time range與環(huán)境模擬設(shè)定時間一樣。如圖所示：示波器參數(shù)設(shè)定圖頻域訊號的零階保持：設(shè)定為1/1000。如圖所示：零階保持設(shè)定圖頻域訊號的頻譜分析器設(shè)定：Buffer size設(shè)定為1024，Buffer overlap設(shè)定為100，F(xiàn)FT length設(shè)定為1024；Frequency units選擇Hertz ，F(xiàn)requen選擇-Fs