matlab通信仿真设计方案 .docx

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1、精品名师归纳总结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课程设计的点：信息楼C2072021 年 11 月课程设计题目 1：调幅广播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，以声音信号把握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的从天线发送出去，或者有效的从天线将信号接收回来，需要天线的等效长度至少达到波长的1/4。声音转换为电信号后其波长约在151500km之间，实际中不行能制造出这样长度和范畴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

2、低频率段搬移到较高频率段上去，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，其频率范畴为2020KHz。大量试验发觉，人耳对语音的频率敏捷区域约为3003400Hz，为了节约频率带宽资源，国际标准中将电话通信的传输频带规定为3003400Hz。调幅广播除了传输声音以外，仍要播送音乐节目， 这就 需要 更宽的频带。 一般而 言 ， 调 幅广 播的 传输频 率范 围 约为1006000Hz。任务一： 调幅广播系统的仿真。接受接收滤波器 Analog Filter Design 模块，在同一示波器上观看调幅信号在未加入噪声和加入噪声后经过滤波器后的波形。接受另外两个相同的

3、接收滤波器模块，分别对纯信号和纯噪声滤波，利用统计模块运算输出信号功率和噪声功率，继而运算输出信噪比，用 Disply 显示结果。实例 1： 对中波调幅广播传输系统进行仿真，模型参数指标如下。1. 基带信号：音频，最大幅度为 1。基带测试信号频率在 1006000Hz 内可调。2. 载波：给定幅度的正弦波，为简洁起见，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. 在信道中加入噪声。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，要求运算信道中应当加入噪声的方差，并能够测量接收机选频滤波器实际输

4、出信噪比。仿真参数设计：系统工作最高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，因此取仿真步长为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结tstep186.2310s10 f max1-1可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结相应的仿真带宽为仿真采样率的一半，即可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结W18025.7KHz2tstep1-2可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结设基带测试正弦信号为 mt=Acos2Ft，载波为 ct=cos2f ct，就调制度为 ma 的调制输出信号 st为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归

5、纳总结st1简洁求出， st的平均功率为ma cos2Ft cos2fct1-3可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结m2P1a1-424设信道无衰减，其中加入的白噪声功率谱密度为N0/2，那么仿真带宽 -W ， W内噪声样值的方差为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2N 022WN 0W1-5可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结设接收选频滤波器的功率增益为1，带宽为 B，就选频滤波器输出噪声功率为可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结NN022 BN 0B1-6可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结因此，接收选频滤波器输出信噪比为可编辑

6、资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结SNRPPP1-7可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结out所以信道中的噪声方差为2NN 0BB / W可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2PW SNRoutB1-8可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结依据上面的公式，编程运算出噪声的方差，并将方差值和其它已知值作为仿真系统的参数。中波调幅广播传输系统仿真的参考模型 ex1_1.mdl如图 1-1 所示。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结图 1-1中波调幅广播传输系统仿真参考模型接收通道滤波器用 Anal

7、og Filter Design 模块实现，可设置为 2 阶带通的。为了能够测量输出信噪比，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，最终利用统计模块运算输出信号功率和噪声功率，继而运算输出信噪比，通过Display 显示。任务二： 调幅的包络检波和相干解调性能仿真比较。依据通信理论，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步降低，包络检波性能也逐步变坏，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

8、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，观看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。第一，调幅信号通过AWGN 信道后，分别送入包络检波器和同步相干解调器。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 0。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

9、-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分别，以分别运算信号和噪声重量的功率，进而运算信噪比。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，其输出近似视为纯信号重量。两个带阻滤波器参数也相同，其中心频率为1000Hz，带宽为 200Hz，其输出可近似为信可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结号中的噪声重量。之后，通过零阶保持模块将信号离散化，再由buffer 模块和方差模块运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 0.01

10、s 内进行一次统计运算。最终，由分贝转换模块dB Conversion 和 Fcn 函数模块运算出两解调器的输出信噪比。运算输出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， To Workspace 模块设置为只将最终一次仿真结果以数组Array 格式送入工作空间，变量名为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，噪声成分相对要小一些。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 De

11、tection 的内部结构任务三： 用 matlab 编程方法，得出解调性能曲线。通过编程方法，连续转变输入信号信噪比，用以运算出对应的方差，每运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，比较其性能。在 matlab 空间调用 ex1_2.mdlsim ex1_2.mdl。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的基带信号，可惟一的被均匀间隔不大于 1/2B秒的样值序列所确定。采样定理说明，假如以不小于1/2B 次/

12、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，这时图 1-4噪声方差为 1 时的解调信号波形仿真结果可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结对该序列可以无失真的重建对应的基带模拟信号。例如，电话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需大于等于6800 次/秒，考虑到实际低通滤波器的非理想特性，数字电话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畴内数字电话话音具有足够高的信噪比，提出了非均匀量化：在小信号时接受较小的量化间距，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

13、范畴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 数字电话系统接受 A 律压扩方式，即：Ax1ln A sgnx1ln A1ln A x y2-1压缩系数 A=87.6。A 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

14、,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查表模块可以实现对 13 折线近似的压缩扩张运算的建模，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

15、 。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，是现代数字电话系统的标准语音编码方式。A 律PCM 数字电话系统中规定：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64kbps。PCM 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 位比特表示样值的确定值所在的 8 段折线的段落号，最终 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，

16、PCM 编码较低的 7 位相当于对样值的确定值进行 13 折线近似压缩后的 7 位均匀量化编码输出。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结实例 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， Relay 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。样值取确定值后，以Look-Up Table查表模块进行 13 折线压缩，并用增益模块将样值范畴放大到0127，然后用间距为 1 的 Quantizer

17、 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，最终用 Display 模块显示编码结果。将 PCM 编码器封装成一个子系统，整个文件模型储存为ex2_1.mdl。图 2-113 折线A 律编码器任务二： PCM 解实例 2：测试模型和仿真结果如图码2-2 所示，其中PCM 编码子系统就是图2-1 中虚线所围部分。 PCM 解码器中第一分别并行数据中的最位极性码 和 7 位数据，然后将 7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部分封装为一个PCM 解码子系统。整

18、个文件模型储存为ex2_2.mdl。图 2-213 折线 A 律解码器任务三： PCM 串行传输模型在以上两个实例基础上，建立PCM 串行传输模型，并在传输信道中加入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 编码输出经过并串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。模型可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结中尚未对 PCM 解码结果作低通滤波处理。文件模型储存为ex2_3.mdl。仿真采样率必需图 2-3PCM 串

19、行传输模型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 1/64000s。信道错误比特率设为 0.01，以观看信道误码对 PCM 传输的影响。信号源可以接受比如200Hz 的正弦波。解码输出存在推迟。对应于信道产生误码的位置，解码输出波形中显现了干扰脉冲，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。通过转变 Binary Symmetric Channel 中的 Error Probability 的大小，观看原信号和解码后的输出。一种仿真情

20、形下的仿真结果波形如图2-4 所示。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结任务四： 修改实 例 3 的图 2-4PCM 串行传输仿真结果PCM 编解码模型，测试指定误码率条件下 PCM 解码语间信号的音质。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行处理，测试模型如图 2-5 所示。仿真时间 20s，步进时间1/64000s。设置 SBC 信道的误码率后启动仿真，可以听到在指定误码率下传输的PCM 解码语音信号， Gain 模块用于调整输入声音信号 的幅 度。 原声音信号 可预 先录 制， 格式为 *.wav 。文 件模 型保 存为ex2_4.mdl。任务五： 通过编程方法，连续转变 SBC 信道的误码率，对每一个误码率的值，调用一次 ex2_4.mdl，从而观看在不同误码率情形下声音信号。在matlab 空间调用 ex2_4.mdl 的函数是 simex2_4.mdl。编程文件取名为 ex2.m。可编辑资料 - - - 欢迎下载