matlab通信仿真課程設(shè)計

本文格式為Word版，下載可任意編輯——matlab通信仿真課程設(shè)計

《matlab通信仿真設(shè)計》

課程設(shè)計指導(dǎo)書

2023年11月

課程設(shè)計題目1：調(diào)幅廣播系統(tǒng)的仿真設(shè)計

模擬幅度調(diào)制是無線電最早期的遠距離傳輸技術(shù)。在幅度調(diào)制中，以聲音信號控制高頻率正弦信號的幅度，并將幅度變化的高頻率正弦信號放大后通過天線發(fā)射出去，成為電磁波輻射。

波動的電信號要能夠有效地從天線發(fā)送出去，或者有效地從天線將信號接收回來，需要天線的等效長度至少達到波長的1/4。聲音轉(zhuǎn)換為電信號后其波長約在15~1500km之間，實際中不可能制造出這樣長度和范圍的天線進行有效信號收發(fā)。因此需要將聲音這樣的低頻信號從低頻率段搬移到較高頻率段上去，以便通過較短的天線發(fā)射出去。

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20~20KHz。大量試驗發(fā)現(xiàn)，人耳對語音的頻率敏感區(qū)域約為300~3400Hz，為了儉約頻率帶寬資源，國際標(biāo)準(zhǔn)中將電話通信的傳輸頻帶規(guī)定為300~3400Hz。調(diào)幅廣播除了傳輸聲音以外，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100~6000Hz。

任務(wù)一：調(diào)幅廣播系統(tǒng)的仿真。

采用接收濾波器AnalogFilterDesign模塊，在同一示波器上觀測調(diào)幅信號在未參與噪聲和參與噪聲后經(jīng)過濾波器后的波形。采用另外兩個一致的接收濾波器模塊，分別對純信號和純噪聲濾波，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，用Disply顯示結(jié)果。

實例1：對中波調(diào)幅廣播傳輸系統(tǒng)進行仿真，模型參數(shù)指標(biāo)如下。

1.基帶信號：音頻，最大幅度為1?；鶐y試信號頻率在100~6000Hz內(nèi)可調(diào)。2.載波：給定幅度的正弦波，為簡單起見，初相位設(shè)為0，頻率為550~1605Hz內(nèi)可調(diào)。3.接收機選頻放大濾波器帶寬為12KHz，中心頻率為1000kHz。

4.在信道中參與噪聲。當(dāng)調(diào)制度為0.3時，設(shè)計接收機選頻濾波器輸出信噪比為20dB，要求計算信道中應(yīng)當(dāng)參與噪聲的方差，并能夠測量接收機選頻濾波器實際輸出信噪比。

仿真參數(shù)設(shè)計：

系統(tǒng)工作最高頻率為調(diào)幅載波頻率1605KHz，設(shè)計仿真采樣率為最高工作頻率的10倍，因此取仿真步長為

tstep?1?6.23?10?8s10fmax(1-1)

相應(yīng)的仿真帶寬為仿真采樣率的一半，即

W?1?8025.7KHz2tstep(1-2)

設(shè)基帶測試正弦信號為m(t)=Acos2πFt，載波為c(t)=cos2πfct，則調(diào)制度為ma的調(diào)制輸出信號s(t)為

2

s(t)?(1?macos2?Ft)cos2?fct簡單求出，s(t)的平均功率為

21maP??24(1-3)

(1-4)

設(shè)信道無衰減，其中參與的白噪聲功率譜密度為N0/2，那么仿真帶寬(-W，W)內(nèi)噪聲樣值的方差為

N0?2W?N0W2N0?2B?N0B2?2?(1-5)

設(shè)接收選頻濾波器的功率增益為1，帶寬為B，則選頻濾波器輸出噪聲功率為

N?(1-6)

因此，接收選頻濾波器輸出信噪比為

SNRout?PPP??2NN0B?B/WPW?SNRoutB(1-7)

所以信道中的噪聲方差為

?2?(1-8)

根據(jù)上面的公式，編程計算出噪聲的方差，并將方差值和其它已知值作為仿真系統(tǒng)的參數(shù)。

中波調(diào)幅廣播傳輸系統(tǒng)仿真的參考模型(ex1_1.mdl)如圖1-1所示。

圖1-1中波調(diào)幅廣播傳輸系統(tǒng)仿真參考模型

接收通道濾波器用AnalogFilterDesign模塊實現(xiàn)，可設(shè)置為2階帶通的。為了能夠測

3

量輸出信噪比，以參數(shù)完全一致的另外兩個濾波器模塊分別對純信號和純噪聲濾波，最終利用統(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，通過Display顯示。

任務(wù)二：調(diào)幅的包絡(luò)檢波和相干解調(diào)性能仿真比較。

根據(jù)通信理論，以解調(diào)輸出信噪比衡量的同步相干解調(diào)性能總是優(yōu)于包絡(luò)檢波性能。在輸入高信噪比條件下，包絡(luò)檢波接近同步相干解調(diào)的性能，而隨著輸入信噪比逐漸降低，包絡(luò)檢波性能也逐漸變壞，當(dāng)輸入信噪比下降到某一值時，包絡(luò)檢波輸出信噪比將急劇下降，這種現(xiàn)象稱為包絡(luò)檢波的門限效應(yīng)。

實例2：以實例1為傳輸模型，在不同輸入信噪比條件下仿真測量包絡(luò)檢波解調(diào)和同步相干解調(diào)對調(diào)幅波的解調(diào)輸出信噪比，觀測包絡(luò)檢波解調(diào)的門限效應(yīng)。

圖1-2所示的仿真模型(ex2.mdl)用于測量包絡(luò)檢波的門限效應(yīng)，發(fā)送的調(diào)幅波參數(shù)以及仿真步進與實例1一致。首先，調(diào)幅信號通過AWGN信道后，分別送入包絡(luò)檢波器和同步相干解調(diào)器。包絡(luò)檢波器由Saturation模塊來模擬具有單向?qū)ㄐ阅艿臋z波二極管，模塊的上下門限分別設(shè)置為inf和0。同步相干所使用的載波是理想的，直接從發(fā)送端載波引入。兩解調(diào)器后接的低通濾波器一致。解調(diào)后的兩路信號送到示波器顯示，同時送入信噪比測試模塊，即圖中的子系統(tǒng)SNRDetection，其內(nèi)部如圖1-3所示。在SNRDetection模塊中，輸入的兩路解調(diào)信號通過濾波器將信號和噪聲近似分開，以分別計算信號和噪聲分量的功率，進而計算信噪比。兩個帶通濾波器參數(shù)一致，其中心頻率為1000Hz，帶寬為200Hz，對應(yīng)于發(fā)送基帶測試信號頻率，其輸出近似視為純信號分量。兩個帶阻濾波器參數(shù)也一致，其中心頻率為1000Hz，帶寬為200Hz，其輸出可近似為信號中的噪聲分量。之后，通過零階保持模塊將信號離散化，再由buffer模塊和方差模塊計算出信號和噪聲的功率，buffer緩沖區(qū)長設(shè)置為1.6051e+005個樣值，這樣將在0.01s內(nèi)進行一次統(tǒng)計計算。最終，由分貝轉(zhuǎn)換模塊dBConversion和Fcn函數(shù)模塊計算出兩解調(diào)器的輸出信噪比。計算輸出Display顯示的同時，也送入工作空間，以便能夠編程作出兩解調(diào)性能曲線，ToWorkspace模塊設(shè)置為只將最終一次仿真結(jié)果以數(shù)組(Array)格式送入工作空間，變量名為SNR_out，它含有2個元素，即兩個解調(diào)輸出信號的檢測信噪比。當(dāng)設(shè)置信道噪聲方差等于1時，執(zhí)行仿真所得到的解調(diào)信號波形如圖1-4所示?？梢钥闯?，相干解調(diào)輸出波形中，噪聲成分相對要小一些。

圖1-2包絡(luò)檢波和相干解調(diào)性能測試仿真模型

4

圖1-3解調(diào)輸出信噪比近似于測量子系統(tǒng)SNRDetection的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

圖1-4噪聲方差為1時的解調(diào)信號波形仿真結(jié)果

任務(wù)三：用matlab編程方法，得出解調(diào)性能曲線。

通過編程方法，連續(xù)改變輸入信號信噪比，用以計算出對應(yīng)的方差，每計算一個方差后調(diào)用一次ex1