matlab通信仿真设计qaa.docx

mattlabb通信仿仿真设计计课程设计计指导书使用班级级：光纤纤通信0071、无无线通信信0711课程设计计地点：信息楼楼C200720099年111月课程设计计题目11：调幅幅广播系系统的仿仿真设计计模拟幅度度调制是是无线电电最早期期的远距距离传输输技术。在在幅度调调制中，以以声音信信号控制制高频率率正弦信信号的幅幅度，并并将幅度度变化的的高频率率正弦信信号放大大后通过过天线发发射出去去，成为为电磁波波辐射。波动的电电信号要要能够有有效地从从天线发发送出去去，或者者有效地地从天线线将信号号接收回回来，需需要天线线的等效效长度至至少达到到波长的的1/44。声音音转换为为电信号号后其波波长约在在1515000kmm之间，实实际中不不可能制制造出这这样长度度和范围围的天线线进行有有效信号号收发。因因此需要要将声音音这样的的低频信信号从低低频率段段搬移到到较高频频率段上上去，以以便通过过较短的的天线发发射出去去。人耳可闻闻的声音音信号通通过话筒筒转化为为波动的的电信号号，其频频率范围围为200200KHzz。大量量实验发发现，人人耳对语语音的频频率敏感感区域约约为3000334000Hz，为为了节约约频率带带宽资源源，国际际标准中中将电话话通信的的传输频频带规定定为3000334000Hz。调调幅广播播除了传传输声音音以外，还还要播送送音乐节节目，这这就需要要更宽的的频带。一一般而言言，调幅幅广播的的传输频频率范围围约为110060000Hzz。任务一：调幅广广播系统统的仿真真。采用接收收滤波器器Anaalogg Fiilteer DDesiign模模块，在在同一示示波器上上观察调调幅信号号在未加加入噪声声和加入入噪声后后经过滤滤波器后后的波形形。采用用另外两两个相同同的接收收滤波器器模块，分分别对纯纯信号和和纯噪声声滤波，利利用统计计模块计计算输出出信号功功率和噪噪声功率率，继而而计算输输出信噪噪比，用用Dissplyy显示结结果。实例1：对中波波调幅广广播传输输系统进进行仿真真，模型型参数指指标如下下。1.基带带信号：音频，最最大幅度度为1。基基带测试试信号频频率在110060000Hzz内可调调。2.载波波：给定定幅度的的正弦波波，为简简单起见见，初相相位设为为0，频频率为555016005Hzz内可调调。3.接收收机选频频放大滤滤波器带带宽为112KHHz，中中心频率率为10000kkHz。4.在信信道中加加入噪声声。当调调制度为为0.33时，设设计接收收机选频频滤波器器输出信信噪比为为20ddB，要要求计算算信道中中应该加加入噪声声的方差差，并能能够测量量接收机机选频滤滤波器实实际输出出信噪比比。仿真参数数设计：系统工作作最高频频率为调调幅载波波频率116055KHzz，设计计仿真采采样率为为最高工工作频率率的100倍，因因此取仿仿真步长长为相应的仿仿真带宽宽为仿真真采样率率的一半半，即设基带测测试正弦弦信号为为m(tt)=AAcoss2Ft，载载波为cc(t)=coos2fct，则调调制度为为ma的调制制输出信信号s(t)为为容易求出出，s(t)的的平均功功率为设信道无无衰减，其其中加入入的白噪噪声功率率谱密度度为N00/2，那那么仿真真带宽(-W，WW)内噪噪声样值值的方差差为设接收选选频滤波波器的功功率增益益为1，带带宽为BB，则选选频滤波波器输出出噪声功功率为因此，接接收选频频滤波器器输出信信噪比为为所以信道道中的噪噪声方差差为根据上面面的公式式，编程程计算出出噪声的的方差，并并将方差差值和其其它已知知值作为为仿真系系统的参参数。中波调幅幅广播传传输系统统仿真的的参考模模型(eex1_1.mmdl)如图1-1所示示。图1-1中波调幅广播传输系统仿真参考模型接收通道道滤波器器用Annaloog FFiltter Dessignn模块实实现，可可设置为为2阶带带通的。为为了能够够测量输输出信噪噪比，以以参数完完全相同同的另外外两个滤滤波器模模块分别别对纯信信号和纯纯噪声滤滤波，最最后利用用统计模模块计算算输出信信号功率率和噪声声功率，继继而计算算输出信信噪比，通通过Diispllay显显示。任务二：调幅的的包络检检波和相相干解调调性能仿仿真比较较。根据通信信理论，以以解调输输出信噪噪比衡量量的同步步相干解解调性能能总是优优于包络络检波性性能。在在输入高高信噪比比条件下下，包络络检波接接近同步步相干解解调的性性能，而而随着输输入信噪噪比逐渐渐降低，包包络检波波性能也也逐渐变变坏，当当输入信信噪比下下降到某某一值时时，包络络检波输输出信噪噪比将急急剧下降降，这种种现象称称为包络络检波的的门限效效应。实例2：以实例例1为传传输模型型，在不不同输入入信噪比比条件下下仿真测测量包络络检波解解调和同同步相干干解调对对调幅波波的解调调输出信信噪比，观观察包络络检波解解调的门门限效应应。图1-22所示的的仿真模模型(eex2.mdll)用于于测量包包络检波波的门限限效应，发发送的调调幅波参参数以及及仿真步步进与实实例1相相同。首首先，调调幅信号号通过AAWGNN信道后后，分别别送入包包络检波波器和同同步相干干解调器器。包络络检波器器由Saaturratiion模模块来模模拟具有有单向导导通性能能的检波波二极管管，模块块的上下下门限分分别设置置为innf和00。同步步相干所所使用的的载波是是理想的的，直接接从发送送端载波波引入。两两解调器器后接的的低通滤滤波器相相同。解解调后的的两路信信号送到到示波器器显示，同同时送入入信噪比比测试模模块，即即图中的的子系统统SNRR Deetecctioon，其其内部如如图1-3所示示。在SSNR Dettecttionn模块中中，输入入的两路路解调信信号通过过滤波器器将信号号和噪声声近似分分离，以以分别计计算信号号和噪声声分量的的功率，进进而计算算信噪比比。两个个带通滤滤波器参参数相同同，其中中心频率率为10000HHz，带带宽为2200HHz，对对应于发发送基带带测试信信号频率率，其输输出近似似视为纯纯信号分分量。两两个带阻阻滤波器器参数也也相同，其其中心频频率为110000Hz，带带宽为2200HHz，其其输出可可近似为为信号中中的噪声声分量。之之后，通通过零阶阶保持模模块将信信号离散散化，再再由buuffeer模块块和方差差模块计计算出信信号和噪噪声的功功率，bbufffer缓缓冲区长长设置为为1.660511e+0005个个样值，这这样将在在0.001s内内进行一一次统计计计算。最最后，由由分贝转转换模块块dB Connverrsioon和FFcn函函数模块块计算出出两解调调器的输输出信噪噪比。计计算输出出Dissplaay显示示的同时时，也送送入工作作空间，以以便能够够编程作作出两解解调性能能曲线，TTo WWorkkspaace模模块设置置为只将将最后一一次仿真真结果以以数组(Arrray)格式送送入工作作空间，变变量名为为SNRR_ouut，它它含有22个元素素，即两两个解调调输出信信号的检检测信噪噪比。当当设置信信道噪声声方差等等于1时时，执行行仿真所所得到的的解调信信号波形形如图11-4所所示。可可以看出出，相干干解调输输出波形形中，噪声成分相对对要小一一些。图1-2包络检波和相干解调性能测试仿真模型图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maatlaab编程程方法，得得出解调调性能曲曲线。通过编程程方法，连连续改变变输入信信号信噪噪比，用用以计算算出对应应的方差差，每计计算一个个方差后后调用一次次ex11_2.mdll，从而而获得在在Worrksppacee中的数数据SNNR_oout，通通过maatlaab绘图图的方法法将包络络检波和和相干解解调的信信噪比与与输入信信噪比的的关系绘绘于同一一图，比比较其性性能。在在mattlabb空间调调用exx1_2.mdll的函数数是siim(ex1_2.mmdl)。课程设计计题目22：模拟信信号的数数字化基带信号号的采样样定理是是指，对对于一个个频谱宽宽度为BBHz的的基带信信号，可可惟一地地被均匀匀间隔不不大于11/(22B)秒秒的样值值序列所所确定。采采样定理表表明，如如果以不不小于11/(22B)次次/秒的的速率对对基带模模拟信号号均匀采采样，那那么所得得到样值值序列就就包含了了基带信信号的全全部信息息，这时时对该序序列可以以无失真真地重建建对应的的基带模模拟信号号。例如如，电话话话音信信号的最最高频率率为34400HHz，为为了保证证无失真真采样，对对其进行行采样的的最低速速率必须须大于等等于68800次次/秒，考考虑到实实际低通通滤波器器的非理理想特性性，数字字电话通通信系统统中规定定采样率率为80000次次/秒。为了保证证在足够够大的动动态范围围内数字字电话话话音具有有足够高高的信噪噪比，提提出了非非均匀量量化：在在小信号号时采用用较小的的量化间间距，而而在大信信号时用用大的量量化间距距。在数数学上，非非均匀量量化等价价于对输输入信号号进行动动态范围围压缩后后再进行行均匀量量化。小小信号通通过压缩缩器时增增益大，大大信号通通过压缩缩器时增增益小。这这样就使使小信号号在均匀匀量化之之前得到到较大的的放大，等等价于以以较小间间距直接接对小信信号进行行量化，而而以较大大间距对对大信号号进行量量化。在在接收端端要进行行相应的的反变换换，即扩扩张处理理，以补补偿压缩缩过程引引起的信信号非线线性失真真。中国国和欧洲洲的PCCM数字字电话系系统采用用A律压压扩方式式，即：压缩系数数A=887.66。A律压缩缩扩张曲曲线可用用折线来来近似，116段折折线点是是：其中靠近近原点的的4根折折线斜率率相等，可可视为一一段，因因此总折折线数为为13段段，称为为13段段折线近近似。用用Simmuliink中中的Loook-Up Tabble查查表模块块可以实实现对113折线线近似的的压缩扩扩张计算算的建模模，压缩缩模块的的输入向向量设置置为：输出量向向量设置置为：。扩张模块块的设置置与压缩缩模块的的设置相相反。任务一：PCMM编码PCM是是脉冲编编码调制制的简称称，是现现代数字字电话系系统的标标准语音音编码方方式。AA律PCCM数字字电话系系统中规规定：传传输语音音的信号号频段为为300034400HHz，采采样率为为80000次/s，对对样值进进行133折线压压缩后编编码为88位二数数字序列列。因此此，PCCM编码码输出的的数码速速率为664kbbps。PCM编编码的二二进制序序列中，每每个样值值用8位位二进制制码表示示，其中中最高比比特位表表示样值值的正负负极性，规规定负值值用0表表示，正正值用11表示。接接下来的的3位比比特表示示样值的的绝对值值所在的的8段折折线的段段落号，最最后4位位是样值值处于段段落内116个均均匀间隔隔上的间间隔序号号。在数数学上，PPCM编编码较低低的7位位相当于于对样值值的绝对对值进行行13折折线近似似压缩后后的7位位均匀量量化编码码输出。实例1：设计一一个133折线近近似的PPCM编编码器模模型，使使它能够够对取舍舍在-1,11内归归一化信信号样值值进行编编码。测试模型型和仿真真结果如如图2-1所示示。其中中信号源源用一个个常数表表示。以以Satturaatioon作为为限幅器器，Reelayy模块的的门限设设置为00，其输输出即可可作为PPCM编编码输出出的最高高位，即即确定极极性码。样样值取绝绝对值后后，以LLookk-Upp Taablee(查表表)模块块进行113折线线压缩，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2-113折线A律编码器任务二：PCMM解码实例2：测试模模型和仿仿真结果果如图22-2所所示，其其中PCCM编码码子系统统就是图图2-11中虚线线所围部部分。PPCM解解码器中中首先分分离并行行数据中中的最位位(极性性码)和和7位数数据，然然后将77位数据据转换为为整数值值，再进进行归一一化、扩扩张后与与双极性性的极性性码相乘乘得出解解码值。将将该模型型中的虚虚线所围围部分封封装为一一个PCCM解码码子系统统。整个个文件模模型保存存为exx2_22.mddl。图2-213折线A律解码器任务三：PCMM串行传传输模型型在以上两两个实例例基础上上，建立立PCMM串行传传输模型型，并在在传输信信道中加加入指定定错误概概率的随随机误码码。实例3：仿真模模型如图图2-33所示，其其中PCCM编码码和解码码子系统统内部结结构参见见图2-1和图图2-22。PCCM编码码输出经经过并串串转换后后得到二二进制码码流送入入二进制制对称信信道。在在解码端端信道输输出的码码流经过过串并转转换后送送入PCCM编码码，之后后输出解解码结果果并显示示波形。模模型中尚尚未对PPCM解解码结果果作低通通滤波处处理。文文件模型型保存为为ex22_3.mddl。图2-3PCM串行传输模型仿真真采样率率必须是是仿真模模型中最最高信号号速率的的整数倍倍，这里里模型中中信道传传输速率率最高为为64bbps，故故仿真步步进设置置为1/640000ss。信道道错误比比特率设设为0.01，以以观察信信道误码码对PCCM传输输的影响响。信号号源可以以采用比比如2000Hzz的正弦波。解解码输出出存在延延迟。对对应于信信道产生生误码的的位置，解解码输出出波形中中出现了了干扰脉脉冲，干干扰脉冲冲的大小小取决于于信道中中错误比比特位于于一个PPCM编编码字串串中的位位置，位位于最高高位时将将导致解解码值极极性错误误，这时时干扰最最大，而而位于最最低位的的误码引引起的误误码最轻轻微。通过改变变Binnaryy Syymmeetriic CChannnell中的EErroor PProbbabiilitty的大大小，观观察原信信号和解解码后的的输出。一种仿真情况下的仿真结果波形如图2-4所示。图2-4PCM串行传输仿真结果任务四：修改实实例3的的PCMM编解码码模型，测测试指定定误码率率条件下下PCMM解码语语间信号号的音质质。实例4：使用SSimuulinnk中DDSP模模块库的的音频输输入模块块可以对对真实音音频信号号进行处处理，测测试模型型如图22-5所所示。仿仿真时间间20ss，步进进时间1/6640000s。设设置SBBC信道道的误码码率后启启动仿真真，可以以听到在在指定误误码率下下传输的的PCMM解码语语音信号号，Gaain模模块用于于调整输输入声音音信号的的幅度。原原声音信信号可预先录录制，格格式为*.waav。文文件模型型保存为为ex22_4.mddl。任务五：通过编编程方法法，连续续改变SSBC信信道的误误码率，对对每一个个误码率率的值，调调用一次次ex22_4.mdll，从而而观察在在不同误误码率情情况下声声音信号号。在mmatllab空空间调用用ex22_4.mdll的函数数是siim(ex22_4.mdll)。编程程文件取取名为eex2.m。13