Matlab通信仿真设计任务书(南京工程学院~潘子宇)

2．课程设计题目及要求 题目一：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 效长度至少达到波长的 1/4。声音转换为电信号后其波长约在 15~1500km 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 20~20KHz。大量实验发现， 人耳对语音的频率敏感区域约为 300~3400Hz，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 300~3400Hz。调幅广播除了传输声音以外，还要播送音乐节目，这就需要更宽的频带。 一般而言，调幅广播的传输频率范围约为 100~6000Hz。
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。
题目三：带限数字基带传输系统的仿真
在实际通信中传输信道的带宽是有限的， 这样的信道称为带限信道。 带限信道的冲激响应在时间 上是无限的，因此一个时隙内的代表数据的波形经过带限信道后将在邻近的其他时隙上形成非零值， 称为波形的拖尾。拖尾和邻近其他时隙上的传输波形相互叠加后，形成传输数据之间的混叠，造成符 号间干扰，也称为码间干扰。接收机中，在每个传输时隙中的某时间点上，通过对时域混叠后的波形 进行采样，然后对样值进行判决来恢复接收数据。在采样时间位置上符号间的干扰应最小化（该采样 时刻称为最佳采样时刻） ，并以适当的判决门限来恢复接收数据，使误码率最小（该门限称为最佳判 决门限） 。 在工程上， 为了便于观察接收波形中的码间干扰情况， 可在采样判决设备的输入端以恢复的采样 时钟作为同步，用示波器观察该端口的接收波形。利用示波管显示的暂时记忆特性，在示波管上将显 示多个时隙内接收信号的重叠波形图案，称为眼图。对于传输符号为等概的双极性码，最佳判决门限 为 0，最佳采样时刻为眼图开口最大处，因为该时刻上的码间干扰最小。当无码间干扰时，在最佳采 样时刻上眼图波形将会聚为一点。
题目二：模拟信号的数字化
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 300~3400Hz，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 位比特表示样值的绝对值所在的 8 段折线的段落
题目二：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。采样定理表明，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，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 速率必须大于等于 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围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 数字电话系统采用 A 律压扩方式，即：
先上一节理论课，做部分理论指导。熟悉有关信号处理的 理论，计算课程设计题目中的有关参数。
2013 年 5 月 14 日— 2013 年 5 月 16 日 2013 年 5 月 17 日
设计通信系统框图、确定仿真所需的通信模块，配置各模 块所需参数，调试程序，记录和分析有关数据和结果。 答辩验收。
6．成绩考核办法
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。 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。 任务二：PCM 解码 设计并测试一个对应于任务一的 PCM 解码器。PCM 解码器中首先分离并行数据中的最位(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。 任务三：PCM 串行传输模型 在以上两任务基础上， 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。 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。
Ax 1 ln A y sgn( x) (1 ln A x ) 1 ln A
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：
(2-1)
x=[-1,-1/2,-1/4,-1/8,-1/16,-1/32,-1/64,-1/128,0,1/128, 1/64,1/32,1/16,1/8,1/4,1/2,1] y=[-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]
预设计报告和设计总结报告的综合成绩占 30%，实际动手能力占 50%，创新能力占 10%，态度和纪律 占 10%，成绩按分优、良、中、及格和不及格五档。
教研室审查意见：
教研室主任签字： 年 院（系、部、中心）意见： 月 日
主管领导签字： 年 月 日
题目三：带限数字基带传输系统的仿真
任务一：升余弦波形及其频谱研究 用 Matlab 通信工具箱提供的 rcosine 函数作出一组滚升余弦滤波器的冲激响应，滚降系数为 0， 0.5，0.75 和 1，并通过 FFT 求出其幅频特性。码元时隙为 1ms，在一个码元时隙内采样 10 次，滤波 器延时为 5 个码元时隙。 任务二：滚升余弦滤波器设计 设计一个滚升余弦滤波器，滚降系数为 0.75。输入为 4 元双极性数字序列，符号速率为 1000 波 特，设滤波器采样率为 10000 次/s，即在一个符号间隔中有 10 个采样点。请建立 simulink 仿真模型 观察滚升余弦滤波器的输出波形、眼图以及功率谱。 任务三：带限基带传输模型 建立一个基带传输模型， 发送数据为二进制双极性不归零码， 发送滤波器为平方根升余弦滤波器， 滚降系数 0.5，信道为 AWGN 信道，接收滤波器与发送滤波器相匹配。发送数据率为 1000bps，要求 观察接收信号眼图，并设计接收机采样判决部分，对比发送数据与恢复数据波形，统计误码率。
南京工程学院
课程设计任务书
课
程
名
称
Matlab 通信仿真设计 通信工程学院 信息工程
院（系、部、中心） 专 班 起 指 止 导 日 教 业
级 K 信息 101、K 算通 101 期 师 2013/5/13-2013/5/17 潘 子 宇
1通信原理，以及 matlab 语言等综合应用知识。基本熟悉软件 开发流程、要点以及注意事项。通过进行实际设计和编程，以加深对通信系统基础知识的理解，提高 学生利用 matlab 在通信领域进行实践的应用能力、分析解决问题的能力；增强学生对实践应用流程 模式的理解。
3．课程设计任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求〕 题目一：调幅广播系统的仿真设计
任务一：调幅广播系统的仿真 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加入噪声和加入噪 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，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。 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 100~6000Hz 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 550~1605Hz 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，要求计算 信道中应该加入噪声的方差，并能够测量接收机选频滤波器实际输出信噪比。 任务二：调幅的包络检波和相干解调性能仿真比较 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。 以任务一为传输模型， 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。 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，比较其性能。在 matlab 空间调用 ex1_2.mdl 的函数是 sim(‘ex1_2.mdl’)。
4．主要参考文献 1、《Matlab 程序设计教程》，刘卫国编著，中国水利水电出版社，2010 年。 2、《Matlab 教程》，张志涌编著，北京航空航天大学出版社，2004 年。 3、《MATLAB5.X 程序设计语言》 楼顺天 于卫 闫华梁 等 4、《Matlab 与通信仿真》，王立宁等编，人民邮电出版社，2000 年 1 月。 5、《Matlab/Simulink 通信系统建模与仿真实例分析》，邵玉斌编著，清华大学出 版社，2008 年 6 月。 5．课程设计进度安排 起 止 日 期 2013 年 5 月 13 日 工 作 内 容