幾個簡單的simulink仿真模型

頻分復用和超外差接收機仿真目的1熟悉Simulink模型仿真設計方法2掌握頻分復用技術在實際通信系統(tǒng)中的使用3理解超外差收音機的接收原理內(nèi)容設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，并能夠通過調整接收方的本振頻率對解調信號進行選擇。原理超外差接收技術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、中頻放大和解調三個步驟，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)調整控制電壓隨時調整振蕩頻率，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，接受信號和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:

RF輸入團4.11超外差收音機的混頻器輸入輸出頻譜示意圖RF輸入團4.11超外差收音機的混頻器輸入輸出頻譜示意圖/(kHz)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：將中頻放大后的信號送入包絡檢波器，進行包絡檢波，并解調出原始信號。步驟1、設計兩個信號源模塊，其模塊圖如下所示，兩個信號源模塊的載波分別為1000kHz,和1200kHz,被調基帶信號分別為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：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，設置SliderGain模塊，使輸入?yún)?shù)在500至1605可調，從而實現(xiàn)本振的頻率可控。壓控振蕩器的本振頻率設為465kHz,靈敏度設為1000HZ/V。4、 混頻后得到的信號送入中頻濾波器AnalogFilterDesign1進行帶通濾波，濾波器階數(shù)設置為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AnalogFilterDesign2進行中頻濾波，進一步消除帶外噪聲。濾波器設置和前面相同6、經(jīng)過中頻濾波后，利用包絡檢波器進行檢波（檢波器的上限和下限值分別設置為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)設置如下圖所示:Simulatio-nParametars:ch5e3camp-le3SolverWorkspaceI/0DiagnosticsAdvancedReal-TimeWorkshopSimulationtimeStarttime:Steptime:0.01Starttime:Steptime:0.01SolveroptionsMode:AutoMode:AutoFiweclstepsize:6.23e-80utpulciptions|RefireoutputRefinefactor:1|RefireoutputCancel圖1-3模型仿真參數(shù)設置8、調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Cancel圖1-3模型仿真參數(shù)設置8、調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)仿真模型圖畫出接收機正確解調時的接收波形記錄當分別解調出兩路信號時，本振頻率分別為多少給出接收信號頻率和本振頻率的關系式二PSK數(shù)字傳輸系統(tǒng)仿真目的1進一步掌握Simulink模型仿真設計方法深入理解PSK技術的工作原理了解在PSK下采用格雷碼映射技術的優(yōu)越性。內(nèi)容試建立一個n/8相位偏移的8PSK傳輸系統(tǒng)，觀察調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log28 3,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：

0TT8圖0TT8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P二e-rsin2（兀/M）

e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P=e-2rsin2（兀/2M）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)和最小數(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。二進制碼和格雷碼的對照表如下所示：表2-1格雷碼和可自然二進制數(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0000000007011101001000100018100011002001000119100111013001100101010101111401000110111011111050101011112110010106011001011311011011步驟1設置信號源為隨機整數(shù)發(fā)生器，將M-arynumber設置為8,采樣時間為le-3，信源輸出的隨機整數(shù)0~通過二進制轉換器轉換為3比特二進制組后送入PSK基帶調制器。在PSK基帶調制器中，設置8PSK調制方式（M-arynumber設置為8），inputtype設置為Bit,星座映射設置為Binary或Gray，表示采用直接映射或格雷碼映射。相位偏移設置為pi/8，即采用B方式的相移系統(tǒng)。將經(jīng)過8PSK調制好的輸出信號送入到AWGN信道，其中設置AWGN模塊的Mode為：Variancefrommask，方差為0.02。經(jīng)過信道疊加了噪聲后，將信號送入到M-PSK基帶解調模塊，解調方式和調制方式對應。分別將原始信號和經(jīng)過8PSK解調后的信號進行并串轉換后在ErrorRateCalculation中進行比較，得到系統(tǒng)的誤碼率，其中Buffer模塊設置其輸出的緩沖大小為1,ErrorRateCalculation的Outputdata設置為Port,其余按照默認設置。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。HjndornInlAgarIrriagartoBrtOenei'dtor Com-irtarScjtloiFlotSc-^ttarPlotScopelSojpe圖2-3系統(tǒng)仿真模型圖UalixjlatioriC'：HjndornInlAgarIrriagartoBrtOenei'dtor Com-irtarScjtloiFlotSc-^ttarPlotScopelSojpe圖2-3系統(tǒng)仿真模型圖UalixjlatioriC'：＞?etsion1結果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噪比，并說明其原因。

三用于載波提取的鎖相環(huán)仿真目的掌握鎖相環(huán)的基本原理了解鎖相環(huán)在載波提取中的作用了解平方環(huán)和科斯塔斯環(huán)的工作原理內(nèi)容設計兩個仿真模型，分別使用平方環(huán)和科斯塔斯環(huán)對抑制載波雙邊帶調制的模擬信號進行相干解調。原理平方環(huán)設調制信號為皿(t中無直流分量，貝UDSB信號為1m21m2(t)cos2t2c3－1)3－2)接收端將該信號經(jīng)過一個平方律部件后得到m2(t)e(t)m2(t)cos2 t-c2在上式中m2(t)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2c頻率分2量的諧波，用中心頻率為c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)載波提取原理框圖2科斯塔斯環(huán)利用平方環(huán)進行解調時，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：

J低通V~7V2V_~4V_~6V1V35輸入已調信號輸出J低通V~7V2V_~4V_~6V1V35輸入已調信號輸出壓控振蕩器環(huán)路濾波器90。相移*低通圖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)90。移相后的信號。兩路相乘器的輸出均包含有調制信號，兩者相乘以后可以消除調制信號的影響，經(jīng)環(huán)路濾波器得到僅和壓控振蕩器輸出和理想載波之間相位差有關的控制電壓，從而準確地對壓控振蕩器進行調整，恢復出原始的載波信號。現(xiàn)在從理論上對科斯塔斯環(huán)的工作過程加以說明。設輸入調制信號為m(t)cos°ct，則v二m(t)cos°tcos(°t+0)二m(t)[cos0+cos(2°t+0)]3—3)3—4)TOC\o"1-5"\h\z3 3—3)3—4)v二m(t)cos°tsin(°t+0)二 m(t)[sin0+sin(2°t+0)]\o"CurrentDocument"4 c c 2 c經(jīng)低通濾波器后，倍頻項被濾除，輸出分別為v二m(t)cos05 2v二m(t)sin062將v5和v6將v5和v6在相乘器中相乘,56v7得，1二vv二一m2(t)sin2056 8(3—5)中e是壓控振蕩器輸出信號和輸入信號載波之間的相位誤差,1m2(t)04(3—5)

當0較小時,(3—6)(3—6)中的v7大小和相位誤差0成正比，它就相當于一個鑒相器的輸出。用v7去調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)載波恢復仿真模型的設計1） 仿真步進設計為固定的10-6S，仿真計算采用Ode5算法，仿真時間設置為8e-3。2） 采用相乘法產(chǎn)生抑制載波調制信號，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，濾波器通帶可設置為19~21kHz。4） 采用Product2作為鎖相環(huán)的鑒相器，為模擬真實情況，并不將VC0的中心頻率完全設置為載波頻率的2倍，而是增加一個小的差值，如設置VC0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，VC0的輸出就是穩(wěn)定的載波二次諧波。5） 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載波，計數(shù)器設置為上升沿觸發(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)設置為0或1。6） 相干解調模塊可采用ManualSwitch來選擇理想載波或本地恢復載波來進行，低通濾波器截止頻率根據(jù)基帶信號頻率進行設計。圖3-3抑制載波雙邊帶調制、平方環(huán)載波恢復及相干解調模型2、科斯塔斯環(huán)載波恢復仿真模型的設計1） 仿真步進設計為固定的10-6s，仿真計算采用ode5算法，仿真時間設置為8e-3。2） 采用相乘法產(chǎn)生抑制載波調制信號，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，將接收信號分兩路和VC0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置6） 利用AnalyticSignal模塊進行希爾伯特變換，得到復數(shù)信號7） 利用ComplextoRealTmag將復數(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

抑制載波雙邊帶調制的科斯塔斯環(huán)載波恢復和解調模型結果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、觀察科斯塔斯環(huán)載波提取電路的載波恢復結果，并和發(fā)送方載波進行比較，觀察兩者之間的區(qū)別c圖4-1直接序列擴頻的發(fā)射機系統(tǒng)結構c圖4-1直接序列擴頻的發(fā)射機系統(tǒng)結構直接序列擴頻系統(tǒng)的信道以及接收機結構如圖所示四擴頻通信系統(tǒng)的建模和仿真目的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，調制，解擴，解調以及恢復的全過程，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)擴展頻譜調制是指已調信號帶寬遠大于調制信號帶寬的任何調制體制；在這類體制中已調信號的帶寬基本上和調制信號帶寬無關。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a(t)通過乘法器和PN序列c(t)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)字調制進行發(fā)送，得到發(fā)射的擴頻信號。其中，發(fā)射信號s(t)的表達式為s(t)=a(t)c(t)cos2nft

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s(t)，噪聲信號n(t)以及干擾信號J(t)組成，由此可以得到接收信號r(t)的表達式：r(t)=s(t)+n(t)+J(t)當接收機達到同步要求時，其本地擴頻序列和發(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m(t)為：m(t)=r(t)*c(t)=(s(t)+n(t)+J(t))c(t)=a(t)c2(t)cos2兀ft+n(t)c(t)+J(t)c(t)c由于擴頻序列c(t)=±1，故上式第一項為s(t)，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)射機的設計：為保證頻譜的平滑，仿真參數(shù)如下圖所示：01IIUKUUrl“l(fā)it!Slaittine["OO Steplire:|lOX.nSdveroptereTppsc|01IIUKUUrl“l(fā)it!Slaittine["OO Steplire:|lOX.nSdveroptereTppsc|Variable-slap |dc!b45(DcfmandPrincB| ■Solvpi'MF/cfkipaceIJQ idvantszlReal!imeWoik^cpAbsoluteIdled仃匚匸MaxeIepsi比:Rdalivptdeiance:MinstepIralialsse:Outputcpbcini圖4-3系統(tǒng)仿真參數(shù)設置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，需要和數(shù)據(jù)率高于自己的擴頻碼相乘，因此通過RateTransition模塊進行速率調整，并通過UnipolartoBipolarConverter模塊進行雙極性轉換，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［1000011］,初始狀態(tài)設置為［000001］由于采樣時間設定為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調制模塊進行數(shù)字調制，并經(jīng)過速率轉換后按照1/8000的采樣時間進行采樣保持(UnitDelay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UnitDelay模塊和第三步中的UnitDelay模塊設置一致。

□■BdmauljBinaryPNS^quiE-necFuileTrannbonllRiitLJClayiBP5KModunfcrBPSK[IB&IDDUH國"Biy[|Gcn-cr□■BdmauljBinaryPNS^quiE-necFuileTrannbonllRiitLJClayiBP5KModunfcrBPSK[IB&IDDUH國"Biy[|Gcn-crnlr-runipolar7D?■SipDlar

C&nien:&rUnipolart?

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C^nvcrbtrSip-diYUnipdarConv^rlarR對ETRInaticinzUnitDelay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)的設計和仿真1、將發(fā)射機模型封裝為一個子系統(tǒng)，如下圖所示：圖4-