matlab通信仿真设计精华

1、matlab通信仿真设计?课程设计指导书使用班级：光纤通信071、无线通信071课程设计地点：信息楼C2072021 年11 月2课程设计题目1:调幅播送系统的仿真设计模拟幅度调制是无线电最早期的远距离传输技术。在幅度调制中，以声音信号控制高频率正弦信号的幅度，并将幅度变化的高频率正弦信号放大后通过天线发射出去，成为电磁波辐射。波动的电信号要能够有效地从天线发送出去，或者有效地从天线将信号接收回来，需 要天线的等效长度至少到达波长的 1/4。声音转换为电信号后其波长约在 151500km 之间, 实际中不可能制造出这样长度和范围的天线进行有效信号收发。因此需要将声音这样的低频信号从低频率段搬移

2、到较高频率段上去，以便通过较短的天线发射出去。人耳可闻的声音信号通过话筒转化为波动的电信号，其频率范围为2020KHz。大量实验发现，人耳对语音的频率敏感区域约为3003400Hz,为了节约频率带宽资源，国际标准中将通信的传输频带规定为3003400Hzo 调幅播送除了传输声音以外，还要播送音乐节目，这就需要更宽的频带。一般而言，调幅播送的传输频率范围约为 1006000Hze任务一：调幅播送系统的仿真。采用接收滤波器 Analog Filter Design 模块，在同一示波器上观察调幅信号在未参加噪声和参加噪声后经过滤波器后的波形。采用另外两个相同的接收滤波器模块，分别对纯信号和纯噪声滤波

3、，利用统计模块计算输出信号功率和噪声功率，继而计算输出信噪比，用 Disply 显示结果。实例 1:对中波调幅播送传输系统进行仿真，模型参数指标如下。1 .基带信号：首频，最大幅度为 1 o 基带测试信号频率在 1006000Hz 内可调。2 .载波：给定幅度的正弦波，为简单起见，初相位设为 0,频率为 5501605Hz 内可调。3 .接收机选频放大滤波器带宽为 12KHz,中心频率为 1000kHz。4 .在信道中参加噪声。当调制度为 0.3 时，设计接收机选频滤波器输出信噪比为20dB,要求计算信道中应该参加噪声的方差，并能够测量接收机选频滤波器实际输出信噪比。仿真参数设计：系统工作最高

4、频率为调幅载波频率1605KHz,设计仿真采样率为最高工作频率的10倍，因此取仿真步长为1_ 8tstep- 6.23 108s(1-1)10fmax相应的仿真带宽为仿真采样率的一半，即1W 8025.7KHz(1-2)2tstep设基带测试正弦信号为 m(t)=Acos2TTFt,载波为 c=cos2 冗 fct,那么调制度为 ma的调制 输出信号 s为3s(t) (1 macos 2 Ft )cos 2 fct(1-3)容易求出，s的平均功率为(1-4)设信道无衰减，其中参加的白噪声功率谱密度为 样值的方差为设接收选频滤波器的功率增益为 1,带宽为 B,那么选频滤波器输出噪声功率为所以信道

5、中的噪声方差为PSNRout根据上面的公式，编程计算出噪声的方差，并将方差值和其它值作为仿真系统的 参数。2ma4N0/2,那么仿真带宽-W, W内噪声2N02W N0W2(1-5)N也2因此，接收选频滤波器输出信噪比为PSNRoutN2BMBMBP2 _B/W(1-6)(1-7)(1-8)4Analog Filter Design 模块实现，可设置为 2 阶带通的。为了能够测接收通道滤波器用5量输出信噪比，以参数完全相同的另外两个滤波器模块分别对纯信号和纯噪声滤波，最后利用统计模块计算输出信号功率和噪声功率，继而计算输出信噪比，通过 Display 显示。任务二：调幅的包络检波和相干解调性能

6、仿真比拟。根据通信理论，以解调输出信噪比衡量的同步相干解调性能总是优于包络检波性能。 在输入高信噪比条件下，包络检波接近同步相干解调的性能，而随着输入信噪比逐渐降低，包络检波性能也逐渐变坏，当输入信噪比下降到某一值时，包络检波输出信噪比将急剧下 降，这种现象称为包络检波的门限效应。实例 2：以实例 1 为传输模型，在不同输入信噪比条件下仿真测量包络检波解调和同 步相干解调对调幅波的解调输出信噪比，观察包络检波解调的门限效应。图 1-2 所示的仿真模型ex2.mdl用于测量包络检波的门限效应，发送的调幅波参数以 及仿真步进与实例 1 相同。首先，调幅信号通过 AWGN 信道后，分别送入包络检波器

7、和 同步相干解调器。包络检波器由 Saturation 模块来模拟具有单向导通性能的检波二极管， 模块的上下门限分别设置为 inf 和 0o同步相干所使用的载波是理想的，直接从发送端载 波引入。两解调器后接的低通滤波器相同。解调后的两路信号送到示波器显示，同时送入 信噪比测试模块，即图中的子系统 SNR Detection,其内部如图 1-3所示。在 SNR Detection 模块中，输入的两路解调信号通过滤波器将信号和噪声近似别离，以分别计算信号和噪声分量的功率，进而计算信噪比。两个带通滤波器参数相同，其中心频率为1000Hz,带宽为 200Hz,对应于发送基带测试信号频率，其输出近似视为

8、纯信号分量。两个带阻滤波器 参数也相同，其中心频率为 1000Hz,带宽为 200Hz,其输出可近似为信号中的噪声分量。 之后，通过零阶保持模块将信号离散化，再由buffer 模块和方差模块计算出信号和噪声的功率，buffer 缓冲区长设置为 1.6051e+005 个样值，这样将在 0.01s 内进行一次统计计算。最后，由分贝转换模块 dB Conversion 和 Fcn 函数模块计算出两解调器的输出信噪比。计 算输出 Display 显示的同时，也送入工作空间，以便能够编程作出两解调性能曲线，ToWorkspace 模块设置为只将最后一次仿真结果以数组Array格式送入工作空间，变量名为

9、 SNR_out,它含有 2 个元素，即两个解调输出信号的检测信噪比。当设置信道噪声方差等 于 1 时，执行仿真所得到的解调信号波形如图 1-4 所示。可以看出，相干解调输出波形中，图1-2包络检波和相干解调性能测试仿真模型6图1-4噪声方差为1时的解调信号波形仿真结果任务三：用 matlab 编程方法，得出解调性能曲线。通过编程方法，连续改变输入信号信噪比，用以计算出对应的方差，每计算一个方 差后调用一次ex1_2.mdl,从而获得在 Workspace 中的数据 SNR_out,通过 matlab 绘图的 方法将包络检波和相干解调的信噪比与输入信噪比的关系绘于同一图，比拟其性能。在 mat

10、lab 空间调用 ex1_2.mdl 的函数是sim( ex1_2.mdK)0*QD toun图1-3解调输出信噪比近似于测量子系统SNR Detection的内部结构7课程设计题目2:模拟信号的数字化基带信号的采样定理是指，对于一个频谱宽度为BHz 的基带信号，可惟一地被均匀间隔不大于 1/(2B)秒的样值序列所确定。采样定理说明，如果以不小于 1/(2B)次/秒的速率 对基带模拟信号均匀采样，那么所得到样值序列就包含了基带信号的全部信息，这时对该序列可以无失真地重建对应的基带模拟信号。例如，话音信号的最高频率为3400Hz,为了保证无失真采样，对其进行采样的最低速率必须大于等于6800 次

11、/秒，考虑到实际低通滤波器的非理想特性，数字通信系统中规定采样率为8000 次/秒。为了保证在足够大的动态范围内数字话音具有足够高的信噪比，提出了非均匀 量化：在小信号时采用较小的量化间距，而在大信号时用大的量化间距。在数学上，非均 匀量化等价于对输入信号进行动态范围压缩后再进行均匀量化。小信号通过压缩器时增益大，大信号通过压缩器时增益小。这样就使小信号在均匀量化之前得到较大的放大，等价 于以较小间距直接对小信号进行量化， 而以较大间距对大信号进行量化。 在接收端要进行 相应的反变换，即扩张处理，以补偿压缩过程引起的信号非线性失真。 中国和欧洲的 PCM 数字系统采用 A 律压扩方式，即：Ax

12、1 ln A sgn(x)Y(1 In A x)1In A压缩系数 A=87.6A 律压缩扩张曲线可用折线来近似，16 段折线点是：x=-1,-1/2,-1/4,-1/8,-1/16,-1/32,-1/64,-1/128,0,1/128, 1/64,1/32,1/16,1/8,1/4,1/2,1y=-1,-7/8,-6/8,-5/8,-4/8,-3/8,-2/8,-1/8,0,1/8, 2/8,3/8,4/8,5/8,6/8,7/8,1其中靠近原点的 4 根折线斜率相等，可视为一段，因此总折线数为13 段，称为 13 段折线近似。用 Simulink 中的 Look-Up Table 查表模块

13、可以实现对 13 折线近似的压缩扩张计算 的建模，压缩模块的输入向量设置为：-1,-1/2,-1/4,-1/8,-1/16,-1/32,-1/64,-1/128,0,1/128, 1/64,1/32,1/16,1/8,1/4,1/2,1输出量向量设置为：-1:1/8:1。扩张模块的设置与压缩模块的设置相反。任务一：PCM 编码PCM 是脉冲编码调制的简称，是现代数字系统的标准语音编码方式。A 律 PCM数字系统中规定：传输语音的信号频段为3003400Hz,采样率为 8000 次/s,对样值(2-1)8进行 13 折线压缩后编码为 8 位二数字序列。因此，PCM 编码输出的数码速率为 64kb

14、p4PCM 编码的二进制序列中，每个样值用 8 位二进制码表示，其中最高比特位表示样 值的正负极性，规定负值用 0 表示，正值用 1 表示。接下来的 3 位比特表示样值的绝对值 所在的 8 段折线的段落号，最后 4 位是样值处于段落内 16 个均匀间隔上的间隔序号。在 数学上，PCM 编码较低的 7 位相当于对样值的绝对值进行 13 折线近似压缩后的 7 位均匀 量化编码输出。实例 1:设计一个 13 折线近似的 PCM 编码器模型，使它能够对取舍在-1,1内归一 化信号样值进行编码。测试模型和仿真结果如图 2-1 所示。其中信号源用一个常数表示。以 Saturation 作为 限幅器，Rel

15、ay 模块的门限设置为 0,其输出即可作为 PCM 编码输出的最高位，即确定极 性码。样值取绝对值后，以 Look-Up Table 值表模块进行 13 折线压缩，并用增益模块将 样值范围放大到 0127,然后用间距为1 的 Quantizer 模块进行四舍五入取整量化，并用 Integer to Bit Converter 将整数转换成长度为 8 个比特的二进制数据，最后用 Display 模块任务二：PCM 解码实例 2:测试模型和仿真结果如图 2-2 所示，其中 PCM 编码子系统就是图 2-1 中虚 线所围局部。PCM 解码器中首先别离并行数据中的最位极性码和 7 位数据，然后将 7

16、位 数据转换为整数值，再进行归一化、扩张后与双极性的极性码相乘得出解码值。将该模型中的虚线所围局部封装为一个 PCM 解码子系统。整个文件模型保存为 ex2_2.mdl图2-2 13折线A律解码器任务三：PCM 串行传输模型显示编码结果。将 PCM 编码器封装成一个子系统，整个文件模型保存为ex2_1.mdl图2-1 13折线A律编码器13段折线睢PCM解码需女件名：白出?eit?eit9在以上两个实例根底上，建立 PCM 串行传输模型，并在传输信道中参加指定错误概 率的随机误码。实例 3:仿真模型如图 2-3 所示，其中 PCM 编码和解码子系统内部结构参见图 2-1 和图 2-2。PCM编

17、码输出经过并用转换后得到二进制码流送入二进制对称信道。在解码端 信道输出的码流经过串并转换后送入 PCM 编码，之后输出解码结果并显示波形。模型中 尚未对 PCM 解码结果作低通滤波处理。文件模型保存为 ex2_3.mdl。图2-3 PCM串行传输模型仿真采样率必须是仿真模型中最高信号速率的整数倍，这里模型中信道传输速率最高为 64bps，故仿真步进设置为 1/64000SO 信道错误比特率设为 0.01,以观察信道误码对 PCM 传输的影响。信号源可以采用比方 200Hz 的正弦波。解码输出存在延迟。对应于信道产生误码的位置，解码输出波形中出现了干扰脉 冲，干扰脉冲的大小取决于信道中错误比特位于一个PCM 编码字串中的位置，位于最高位时将导致解码值极性错误，这时干扰最大，而位于最低位的误码引起的误码最轻微。通过改变 Binary Symmetric Channel 中的 Error Probability 的大小，观察原信号和解码 后的输出。一种仿真情况下的仿真结果波形如图2-4 所示。10图2-4 PCM串行传输仿真结果任务四：修改实例 3 的 PCM 编解码模型，测试指定误码率条件下PCM 解码语问信号的音质。实例 4：使用 Simulink 中 DSP 模块库的音频输入模块可以对真实音频信号进