simulink：调幅广播系统的仿真.doc

MATLAB 课程设计 题 目 调幅广播系统的仿真 学 院 班 级 姓 名 学 号 指导老师 2010 年 07 月 11 日 目录 摘要摘要 3 1引言引言 4 1 1 设计目的及任务要求 4 1 2 课程设计内容 4 2调幅广播系统的模型及仿真环境调幅广播系统的模型及仿真环境 4 2 1MATLAB 及 SIMULINK建模环境简介 4 2 2调幅广播系统介绍 5 2 3模型参数指标 5 2 4仿真参数设计 5 3 系统的建立与仿真系统的建立与仿真 6 3 1仿真参数设计 6 3 2系统中仿真模块参数的设置 8 3 3SCOPE 端的最终波形图 9 4 总结与体会总结与体会 11 5 参考文献参考文献 11 摘要摘要 本文主要是利用 MATLAB 来实现调幅广播系统的仿真设计 该设计模块 包含信源 调制 滤波器模块 信道及信宿 并为各个模块进行相应的参数设 置在此基础上熟悉 MATLAB 的功能及操作 最后通过观察仿真图形进行系统的 性能评价 关键词 关键词 MATLAB Simulink 调幅 1 1引言引言 1 11 1 设计目的及任务要求设计目的及任务要求 1 学习使用计算机建立通信系统仿真模型的基本方法及基本技能 学会利 用仿真的手段对于实用通信系统的基本理论 基本算法进行实际验证 2 学习现有流行通信系统仿真软件 MATLAB 的基本使用方法 学会使用 这些软件解决实际系统出现的问题 3 通过系统仿真加深对通信课程理论的理解 4 用 MATLAB 完成调幅广播系统的仿真 1 21 2 课程设计内容课程设计内容 用 MATLAB 进行仿真设计 本次是设计一个调幅广播系统 2 调幅广播系统的模型及仿真环境调幅广播系统的模型及仿真环境 2 12 1 MATLAB 及及 Simulink 建模环境简介建模环境简介 MATLAB 是美国 MathWorks 公司出品的商业数学软件 用于算法开发 数据可视化 数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境 主要 包括 MATLAB 和 Simulink 两大部分 Simulink 是 MATLAB 最重要的组件之一 它提供一个动态系统建模 仿真 和综合分析的集成环境 在该环境中 无需大量书写程序 而只需要通过简单 直观的鼠标操作 就可构造出复杂的系统 Simulink 具有适应面广 结构和流 程清晰及仿真精细 贴近实际 效率高 灵活等优点 并基于以上优点 Simulink 已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计 同时有 大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于 Simulink Simulink 是 MATLAB 中的一种可视化仿真工具 是一种基于 MATLAB 的 框图设计环境 是实现动态系统建模 仿真和分析的一个软件包 被广泛应用 于线性系统 非线性系统 数字控制及数字信号处理的建模和仿真中 Simulink 可以用连续采样时间 离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模 它也支持多速率系统 也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率 为了创 建动态系统模型 Simulink 提供了一个建立模型方块图的图形用户接口 GUI 这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成 它提供了一种更快捷 直 接明了的方式 而且用户可以立即看到系统的仿真结果 2 22 2 调幅广播系统介绍调幅广播系统介绍 模拟幅度调制是无线电最早的远距离传输技术 在幅度调制中 以声音信 控制高频率正弦信号的幅度 并以幅度变化的高频率正选信号放大后经过天线 发射出去 成为电磁波辐射 波动的信号要能够有效地从天线发送出去 或者有效地将信号接收过来 需要天线的长度至少达到波长的四分之一 声音转换成电信号后其波长为 15 15000km 之间 实际中不能造出这样长度的天线进行有效的信号收发 因 此需要将象声音信号这样的低频信号搬到较高的频段上去 以便通过较短的天 线发射出去 例如 移动通信所使用的 900MHz 频率段上的电磁波信号长度约 为 0 33 米 其收发天线的尺寸应为波长的四分之一 即约 8cm 左右 而调幅广 播中波范围为 550 1605kHz 短波约为 3 30MHz 其波长范围在几十米到几 百米 相应的天线要长一些 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 人耳对语音频率敏感区域约为 300 3400Hz 为了节 约频带带宽资源 国际标准中将电话通信的传输频带规定为 300 3400Hz 调幅 广播除了传输语音之外 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 2 32 3 模型参数指标模型参数指标 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 初始相位设为设为 0 频率为 550 1605kHz 可调 3 接收机选频滤波器带宽为 12kHz 中心频率为 1000 kHz 4 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 要求设计信道中应加入噪声的方差 并能够测量接收选频 滤波器实际输出信噪比 2 42 4 仿真参数设计仿真参数设计 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 倍左右 因此取仿真步长为 8 max 1 6 23 10 10 step ts f 相应的仿真带宽为仿真采样频率的一半 即 1 8025 7 2 step WkHz t 设基带测试正弦信号为 载波为 则调制 cos2m tAFt cos2 c c tf t 度为为 的调制输出信号 为 a m s t 1cos2 cos2 ac s tmFtf t 显然 的平均功率为 s t 2 0 5 4 a m P 设信道无衰减 其中加入的白噪声功率谱密度为 那么仿真带宽内噪 0 2N 声的方差为 2 0 0 2 2 N WN W 设接收选频滤波器的功率增益为 1 带宽为 B 择选通滤波器的输出噪声功 率为 0 0 2 2 N NBN B 因此 接收选通滤波器输出信噪比为 2 0 out PPP SNP NN B B W 故信道中的噪声方差为 2 out WP SNPB 3 3 系统的建立与仿真系统的建立与仿真 3 13 1仿真参数设计仿真参数设计 按照调幅广播系统的物理与数学模型建立系统模型 根据相干方式的原理 图利用 MATLAB 的 Simulink 建立系统的模拟仿真图 如下图所示 图 1 中波调幅广播系统仿真模 3 23 2系统中仿真模块参数的设置系统中仿真模块参数的设置 Signal Generator 信号发生器 产生基带信号 Wave form sine Amplitude 0 3 Frequency 1000 Signal Generator1 信号发生器 产生载波信号 Wave form sine Amplitude 1 Frequency 1000e3 Random Number 随机噪声发生器 产生高斯正态分布随机信号 这 里用来构造高斯白噪声信道 Mean 0 Variance 3 4945 Analog Filter Design 模拟滤波器设计 三个模拟滤波器分别用于纯信 号 纯噪声以及信号和噪声混合信号的滤波 Design method Butterworth Filter type Bandpass Lower 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 8 Variance 计算向量的方差 选中 Running variance dB Conversion 分别对纯信号和混合信号做对数变换 Convert to Db Input signal Power Fun 运算函数 Expression u 1 u 2 Display 显示 SNR 的结果 Format short Scope 端的最终波形图 3 3Scope 端的最终波形图端的最终波形图 在系统仿真模型图中 用加法器和乘法器实现调幅 用 Random Number 产生噪声样值序列 并用加法器实现 AWGN 通道 为了测量输出信噪比 以 参数完全相同的三个滤波器模块分别对纯信号 纯噪声以及信号和噪声混合信 号的滤波 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 某次仿真执行后 测试信噪比为 20 11dB 与设计值 20dB 相符 按接收滤 波器输出的调幅信号以及发送调幅信号的波形对比仿真结果如下图所示 图 2 接收滤波器输出调幅信号以及发送调幅信号的波形及仿真 4 4 总结与体会总结与体会 MATLAB 是通信方向主要的专业课程之一 通过本次课程设计 我们在 强大的 MATLAB 平台上对数字信号的传输系统进行了一次仿真 有效的完善 了学习过程中实践不足的问题 同时进一步巩固了原先的基础知识 通过这次的课程设计 我们对信息和通信系统有了更进一步的认识 尤其 是在系统设计方面 尽管是非常基础的调幅广播从系统的仿真 也是经过若干 设备协同工作 才能保证信号有效传输 而小到仅仅是一个参数 都有可能导 致整个系统无法正常运行 另一方面 我们通过本次的课程设计 着实领教了 MATLAB 矩阵实验室强 大的功能和实力 通过在 Simulink 环境下对系统进行模块化设计与仿真 使我 们获得两方面具体经验 第一是 MATLAB 中 Simulink 功能模块的使用方法 第二是图形化和结构化的系统设计方法 这些经验虽然并不高深 但是对于刚 入门的初学者来说 对以后步入专业领域进行设计或研发无疑具有重大的意义 当然 在整个仿真过程中也遇到很多现实的问题 比如各版本 MATLAB 软件并不完全兼容 许多复杂模块参数深奥难以正确设置 这些都是今后学习 中需要进一步加强和完善的地方 在学习 MATLAB 理论基础后 我们又在此基础上通过利用 MATLAB 仿真 真正的看到了通信中传输信息的一系列的问题 比如说要使信号不失真的能够 传输到接收端就要考虑很多的因数 在发送端要注意噪声的加入 尽量的减少 噪声进入信道中 以免在接收端使信号失真度过大而不能够恢复成原来的信号 而在接收端 采用哪种解调方式能够更好的恢复出原来的信号 在学习过程中 我们同样遇到过许多困难 比如参数设置的不理想因此总 是会出现波形失真的现象等问题 但是通过上网查找资料和查询参考书能够让 我更好的完成此次设计 同时这次设计也让我能够更好的对应用工具 MATLAB 有一个进一步的了解和应用 这次的课程设计使我受益颇丰 对 MATLAB 有了新的认识 5 5 参考文献参考文献 1 赵静 张瑾 基于 MATLAB 的通信系统仿真 北京 北京航空航天大学出版社 2007 2 张卫刚 通信原理与通信技术 M 第 2 版 徐