matlab通信仿真课程设计样本

《matlab通信仿真设计》课程设计指导书

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经过天线发射出去, 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, 以便经过较短的天线发射出去。

人耳可闻的声音信号经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。

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。

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。

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

8max 1 6.2310(1-1)10step t s f -==⨯

相应的仿真带宽为仿真采样率的一半, 即

18025.7(1-2)2step W KHz t ==

设基带测试正弦信号为m(t)=Acos2πFt, 载波为c(t)=cos2πf c t, 则调制度为m a 的调制输出信号s(t)为

()(1cos 2)cos 2(1-3)a c s t m Ft f t ππ=+

容易求出, s(t)的平均功率为

21(1-4)24a m P =+

设信道无衰减, 其中加入的白噪声功率谱密度为N 0/2, 那么仿真带宽(-W, W)内噪声样值的方差为

2002(1-5)2N W N W σ=⨯=

设接收选频滤波器的功率增益为1, 带宽为B, 则选频滤波器输出噪声功率为 002(1-6)2N N B N B =⨯=

因此, 接收选频滤波器输出信噪比为

20(1-7)/out P P P SNR N N B B W σ===

因此信道中的噪声方差为

2(1-8)out P W SNR B σ=⨯

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。

接收通道滤波器用Analog 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

图1-1 中波调幅广播传输系统仿真参

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, 经过Display显示。

任务二: 调幅的包络检波和相干解调性能仿真比较。

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, 调幅信号经过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1-3所示。在SNR Detection模块中, 输入的两路解调信号经过滤波器将信号和噪声近似分离, 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, 经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, To Workspace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。能够看出, 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

图1-3解调输出信噪比近似于测量子系统SNR