1、南京工程學院課程設計任務書 課程名稱matlab調幅廣播系統(tǒng)的仿真設計院(系) 專業(yè)班級 姓名 學號 指導教師 目 錄1、引言3 1.1課程設計應達到的目的 3 1.2 課程設計題目及要求32、調頻廣播系統(tǒng)的模型及仿真環(huán)境 4 2.1 MATLAB及SIMULINK建模環(huán)境簡介4 2.2 調幅廣播系統(tǒng)介紹4 2.3 模型參數(shù)指標42.3 仿真參數(shù)設計 53、系統(tǒng)的建立與仿真 6 3.1 仿真參數(shù)設置6 3.2 系統(tǒng)中仿真模塊參數(shù)的設置6 3.3 SCOPE端的最終波形圖7 3.4 調幅的包絡檢波和相干解調性能仿真比較83.5腳本程序 94、總結與體會105、主要參考文獻111引言1.1 設計目

2、的及任務要求1課程設計應達到的目的（1）掌握使用Matlab語言及其工具箱進行基本信號分析與處理的方法。（2）用matlab和simulink設計一個通信系統(tǒng)，加深對通信原理基本原理和matlab應用技術的理解；學習使用計算機建立通信系統(tǒng)仿真模型的基本方法及基本技能，學會利用仿真的手段對于實用通信系統(tǒng)的基本理論、基本算法進行實際驗證；（3）提高和挖掘學生將所學知識與實際應用相結合的能力，學習現(xiàn)有流行通信系統(tǒng)仿真軟件MATLAB的基本使用方法，學會使用這些軟件解決實際系統(tǒng)出現(xiàn)的問題；（4）培養(yǎng)學生的合作精神和獨立分析問題和解決問題的能力；通過系統(tǒng)仿真加深對通信課程理論的理解。（5）用MATLAB

3、 完成調幅廣播系統(tǒng)的仿真，提高學生科技論文的寫作水平。1.2 課程設計題目調幅廣播系統(tǒng)的仿真設計設計任務：1.采用接收濾波器Analog Filter Design模塊，在同一示波器上觀察調幅信號在未加入噪聲和加入噪聲后經(jīng)過濾波器后的波形。采用另外兩個相同的接收濾波器模塊，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顯示結果。模型文件保存為ex1_1.mdl。對中波調幅廣播傳輸系統(tǒng)進行仿真，其技術指標為：1)載波信號：幅度為1的正弦波，設初相為0，頻率在5501605Hz內(nèi)可調；2)基帶信號：調制度 (信號最大幅度與載波幅度之比) ma=

4、0.3，頻率在100600Hz內(nèi)可調；3)接收機選頻濾波器帶寬為12KHz，中心頻率為1000KHz；4)在信道中加入加性高斯噪聲，需要先計算出信道中應該加入噪聲的方差。設計接收機選頻濾波器輸出信噪比為20dB。2.構建包絡解調和相干解調電路，用示波器顯示解調波形。構建一個信噪比測試子系統(tǒng)，該系統(tǒng)能使輸入的兩路解調信號中的信號和噪聲近似分離，以分別計算信號和噪聲分量的功率，進而計算信噪比，并用Display顯示，同時將信噪比數(shù)據(jù)送入Workspace。模型文件保存為ex1_2.mdl。3.編寫腳本程序ex1.m，通過選擇不同信噪比，計算加性噪聲的方差送入仿真模型，調用模型文件執(zhí)行仿真，并通過m

5、atlab繪圖得到包絡解調和相干解調后的輸出信噪比與輸入信噪比的關系曲線。2 調幅廣播系統(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操作，就可構造出復雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應面廣、結構和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、

6、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點Simulink已被廣泛應用于控制理論和數(shù)字信號處理的復雜仿真和設計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應用于或被要求應用于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樣時間進行建模，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)

7、 ，這個創(chuàng)建過程只需單擊和拖動鼠標操作就能完成，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)的仿真結果. Simulink®是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領域仿真和基于模型的設計工具。對各種時變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進行設計、仿真、執(zhí)行和測試。.2.2 調幅廣播系統(tǒng)介紹模擬幅度調制是無線電最早的遠距離傳輸技術。在幅度調制中，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

8、將信號接收過來，需要天線的長度至少達到波長的四分之一。聲音轉換成電信號后其波長為1515000km之間，實際中不能造出這樣長度的天線進行有效的信號收發(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)天線的尺寸應為波長的四分之一，即約8cm左右。而調幅廣播中波范圍為5501605kHz，短波約為3·30MHz，其波長范圍在幾十米到幾百米，相應的天線要長一些。人耳可聞的聲音信號通過話筒轉化為波動的電信號，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3

9、003400Hz,為了節(jié)約頻帶帶寬資源，國際標準中將電話通信的傳輸頻帶規(guī)定為3003400Hz。調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，調幅廣播的傳輸頻率范圍約為1006000Hz。2.3 模型參數(shù)指標（1）基帶信號：調制度 (信號最大幅度與載波幅度之比) ma=0.3，頻率在100600Hz內(nèi)可調；（2）載波信號：幅度為1的正弦波，設初相為0，頻率在5501605Hz內(nèi)可調；（3）接收機選頻濾波器帶寬為12kHz，中心頻率為1000 kHz。（4）信道中加入噪聲。當調制度為0.3時，設計接收機選頻濾波器輸出信噪比為20dB。要求設計信道中應加入噪聲的方差，并

10、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)設計系統(tǒng)工作最高頻率為調幅載波頻率1605kHz，設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的仿真帶寬為仿真采樣頻率的一半，即設基帶測試正弦信號為 ，載波為，則調制度為為 的調制輸出信號 為顯然，的平均功率為設信道無衰減，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)。根據(jù)仿真設計要求的輸出信噪比SNRout可計算

11、出相應信道中應加入的噪聲方差值，計算程序和結果如下：程序： SNR_dB=20;SNR=10.(SNR_dB/10);m_a=0.3;P=0.5+(m_a2)/4;W=8025.7e3;B=12e3;sigma2=P/SNR*W/B運行后結果：sigma2 =3.49453. 系統(tǒng)的建立與仿真3.1 仿真參數(shù)設置按照調幅廣播系統(tǒng)的物理與數(shù)學模型建立系統(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： 圖3-1-1中波調幅廣播傳輸系統(tǒng)仿真參考模型3.2 系統(tǒng)中仿真模塊參數(shù)的設置Signal Generator: 信號發(fā)生器，產(chǎn)生基帶信號Wave fo

12、rm: sineAmplitude: 0.3Frequency: 1000Signal Generator1: 信號發(fā)生器，產(chǎn)生載波信號Wave form: sineAmplitude: 1Frequency: 1000000Random Number: 隨機噪聲發(fā)生器，產(chǎn)生高斯正態(tài)分布隨機信號，這里用來構造高斯白噪聲信道Mean: 0Variance: 3.4945Analog Filter Design: 模擬濾波器設計，三個模擬濾波器分別用于純信號，純噪聲以及信號和噪聲混合信號的濾波Design method: ButterworthFilter type: BandpassLower

13、passband edge frequency (rads/sec): 2*pi*(1e6-6e3)Upper passband edge frequency (rads/sec): 2*pi*(1e6+6e3)Zero-Order Hold: 零界保持器Sample time: 6.23e-8Variance: 計算向量的方差選中Running variancedB Conversion: 分別對純信號和混合信號做對數(shù)變換Convert to: dB Input signal: Power l Fun: 運算函數(shù)Expression: u(1)-u(2)l Display: 顯示SNR的結果

14、Format: short3.3 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，與設計值 20dB相符。按接收濾波器輸出的調幅信號以及發(fā)送調幅信號的波形對比仿真結果如下圖所示：圖3-2-1 接收濾波器輸出調幅信號以及發(fā)送調幅信號的波形及仿真3.4 調幅的包絡檢波和相干解調性能仿真比較實例

15、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檢波解調和同步相干解調對調幅波的解調輸出信噪比，觀察包絡檢波解調的門限效應。圖1-2所示的仿真模型(ex2.mdl)用于測量包絡檢波的門限效應，發(fā)送的調幅波參數(shù)以及仿真步進與實例1相同。首先，調幅信號通過AWGN信道后，分別送入包絡檢波器和同步相干解調器。包絡檢波器由Saturation模塊來模擬具有單向導通性能的檢波二極管，模塊的上下門限分別設置為inf和0。兩解調器后接的低通濾波器相同。解調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)SNR Detection，其內(nèi)部如圖1-3所示。在SNR Detection

16、模塊中，輸入的兩路解調信號通過濾波器將信號和噪聲近似分離，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)相同，其中心頻率為1000Hz，帶寬為200Hz，對應于發(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)也相同，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。最后，由分貝轉換模塊dB Conversion和Fcn函數(shù)模塊計算出兩解調器的輸出信噪

17、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性能曲線，To Workspace模塊設置為只將最后一次仿真結果以數(shù)組(Array)格式送入工作空間，變量名為SNR_out，它含有2個元素，即兩個解調輸出信號的檢測信噪比。當設置信道噪聲方差等于1時，執(zhí)行仿真所得到的解調信號波形如圖1-4所示?？梢钥闯?，相干解調輸出波形中，噪聲成分相對要小一些. 圖3-4-1 包絡檢波和相干解調性能測試仿真模型系統(tǒng)中仿真模塊參數(shù)的設置Signal Generator: 信號發(fā)生器，產(chǎn)生基帶信號Wave form: sineAmplitude: 0.3Frequency: 1000Si

18、gnal Generator1: 信號發(fā)生器，產(chǎn)生載波信號Wave form: sineAmplitude: 1Frequency: 1000000Random Number: 隨機噪聲發(fā)生器，產(chǎn)生高斯正態(tài)分布隨機信號，這里用來構造高斯白噪聲信道Mean: 0Variance:1Analog Filter Design: Design method: ButterworthFilter type: LowpassFilter Order:2passband edge frequency (rads/sec): 2*pi*6000l Display: 顯示SNR的結果Format: shortl

19、 ScopeTime range:0.01 圖3-4-2解調輸出信噪比近似于測量子系統(tǒng)SNR Detection的內(nèi)部結構系統(tǒng)中仿真模塊參數(shù)的設置 Analog Filter Design: Filter type: BandstopLower passband edge frequency (rads/sec): 2*pi*900Upper passband edge frequency (rads/sec): 2*pi*1100Analog Filter Design: Filter type: BandpassLower passband edge frequency (rads/sec

20、): 2*pi*900Upper passband edge frequency (rads/sec): 2*pi*1100Zero-Order Hold: 零界保持器Sample time: 6.23e-8Variance: 計算向量的方差選中Running varianceBuffer Output buffersize:1.6051e+005dB Conversion: 分別對純信號和混合信號做對數(shù)變換Convert to: dB Input signal: Power l Fun: 運算函數(shù)Expression: u(3)-u(1)Expression: u(4)-u(2)l Disp

21、lay: 顯示SNR的結果Format: short 圖3-4-3 執(zhí)行仿真所得到的解調信號波形噪聲方差設為1 3.5任務三matlab源程序ex1.mclc;clear all;SNR_in_dB=0:2:6;SNR_in=10.(SNR_in_dB./10); % 信道信噪比m_a=0.3; % 調制度P=0.5+(m_a2)/4; % 信號功率for k=1:length(SNR_in) sigma2=P/SNR_in(k); % 計算信道噪聲方差并送入仿真模型 sim('ex12.mdl');% 執(zhí)行仿真 SNRdemod(k,:)=SNR_out(:,1); % 記錄仿真結果endplot(SNR_in_dB, SNRdemod(:,size(SNRdemod);xlabel('輸入信噪比 dB');ylabel('解調輸出信噪比 dB');legend('包絡檢波','相干解調');將圖341中的Random Number: 設置為Mean: 0Variance: sigma2通過matlab繪圖得到包絡解調和相干解調后的輸出信噪比與輸入信噪比的關系曲線：4. 總結與體會通過這次的課程設計，我們對信息和通信系統(tǒng)有了更進一步的認識，尤其是在系統(tǒng)設計方面，盡