通信系统建模与仿真课程设计--基于SIMULINK的基带传输系统的仿真.docx

通信系统建模与仿真课程设计 2011 级 通信工程 专业 * 班级题 目 基于SIMULINK的基带传输系统的仿真 姓 名 * 学号 * 指导教师 胡 娟 2014年 月 日151.任务书试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，滚降系数为0.5，信道为加性高斯信道，接收滤波器与发送滤波器相匹配。发送数据率为1000bps。（1） 设计接收机采样判决部分，对比发送数据与恢复数据波形，并统计误码率。（2） 要求观察接收信号眼图，说明眼图意义与影响因素，改变影响眼图的参数，观察是否有变化。（3） 设计定时提取系统，说明定时提取的原理，观察定时提取脉冲的波形，说明其正确性。2. 基带系统的理论分析根据Simulink提供的仿真模块，数字调制系统的仿真可以简化成如图3.2所示的模型：根据3.3（a）所示方框图产生2-ASK信号，并用图3.4（b）所示的相干解调法来解调整个的仿真系统的调制与解调过程为：首先将信号源的输出信号与载波通过相乘器进行相乘，在接收端通过带通滤波器后再次与载波相乘，接着通过低通滤波器、抽样判决器，最后由示波器显示出各阶段波形，并用误码器观察误码率。在MATLAB下Simulink仿真平台构建了ASK调制与解调仿真电路图如图3-1所示： 将信号源的码数率设为1B/S,即频率为1 Hz。在调制解调系统中，载波信号的频率一般要大于信号源的频率。信号源频率为1 Hz，所以将载波频率设置为6 Hz，由于在载波参数设置里，频率的单位是rad/sec，所以即为12*pi。低通滤波器的频带边缘频率与信号源的频率相同，前面设置信号源频率为1 Hz，所以对话框中“Passband edge frequency (rads/sec)：”应填“2*pi”。对于2ASK系统，判决器的最佳判决门限为a/2(当P(1)=P(0)时)，它与接受机输入信号的幅度有关。当接收机输入的信号幅度发生变化，最佳判决门限也将随之改变。量化器抽样频率等于信号源频率。前面已经设置信号源频率为1Hz，即抽样频率为1Hz，所以对话框中“Sample time (-1 for inherited):”应填“1”。设置好参数之后，进行仿真，由示波器的输出波形可知，信号的调制解调成功，但存在 1比特的时延（用时延时间乘以采样量化编码器的采样频率）。因而，误码器的可接纳时延为1比特。其参数设置如图3-7所经过误码器的1比特时延后，其误码率为0，结果正确。输入信号经过ASK调制解调系统后，输出的各个波形(从上到下分别是输入信号、载波信号、已调信号、经过乘法器的解调信号、经过低通滤波器的解调信号，输出信号) 第一路为信号源模块波形图，第二路为ASK调制后波形图，第三路为调制信号与载波相乘后波形图，第四路为经过低通滤波器后波形图，第五路为ASK解调波形图。由各波形可看出该ASK调制解调系统符合设计要求。如图3-9所示：整个加入高斯白噪声后的ASK仿真系统的调制与解调过程为：首先将信号源的输出信号与载波通过相乘器进行相乘，送入加性高斯白噪声（AWGN）信道中传输。在接收端通过带通滤波器后再次与载波相乘，接着通过低通滤波器、抽样判决器，最后由示波器显示出各阶段波形，并用误码器观察误码率。高斯白噪声的抽样时间设置为0.01。带通滤波器的下频应该等于载波频率与调制信号频率之差，上频应该等于载波频率与调制信号频率之和。前面已设置信号源频率为1Hz，载波频率为6Hz,计算得上、下截止频率分别为7Hz、5Hz，转换成以rads/sec为单位即为14*pi 、10*pi。所以“Lower passband edge frequency (rads/sec) Upper passband edge frequency (rads/sec)”应填“10*pi 、14*pi”。设置好参数之后，进行仿真，由示波器的输出波形可知，信号的调制解调成功，但存在0.01秒的时延，即信号时延了2比特（用时延时间乘以采样量化编码器的采样频率）。因而，误码器的可接纳时延为2比特。经过误码器的2比特时延后，其误码率为03.基带系统设计方案误码率是衡量一个数字通信系统性能的重要指标。在信道高斯白噪声的干扰下，各种二进制数字调制系统的误码率取决于解调器输入信噪比，而误码率表达示的形式则取决于解调方式。ASK调制与解调中计算误码率仿真图如图3-16所示图3-16 ASK调制与解调中计算误码率仿真图在绘制信噪比-误码率关系曲线图之前，先将源程序创建M文件，将仿真图及M文件放入MATLAB软件的work文件夹下，并重新设置高斯噪声和误码器模型参数。高斯白噪声的“Variance（vector or matrix）”应该设置为“var”。误码器“Output data”应该设置为“workspace”。二进制数字频带传输系统,误码率与信号形式(调制方式),与噪声的统计特性,解调及译码判决方式有关。对于二进制数字频带传输系统,无论采用何种方式,何种检测方法,其共同点都是随着输入信噪比增大时,系统的误码率就降低;反之,当输入信噪比减小时,系统的误码率就增加。根据信噪比与误码率的关系式，可以绘制出信噪比-误码率理论关系曲线图。源程序见附录，所需M文件如图3-19所示：图3-19 M文件1信噪比-误码率的理论关系曲线如图3-20所示：图3-20信噪比-误码率的理论关系曲线图根据信噪比与误码率的关系式，可以绘制出信噪比-误码率实际关系曲线图。源程序见附录，所需M文件如图3-21所示：图3-21 M文件2信噪比-误码率的实际关系曲线如图3-22所示：图3-22信噪比-误码率的实际关系曲线图与信噪比-误码率理论关系曲线图相比较类似，由上图可以看出：随着输入信噪比增大，系统的误码率降低；反之，当输入信噪比减小时,系统的误码率就增加。符合理论要求，所以此图绘制正确，达到预想结果。图 2.42PSK信号相干解调各点时间波形在实际通信系统中往往存在噪声，噪声会对判决值产生影响，即会产生误码率，一般假设信道的噪声为高斯白噪声，下面讨论2PSK解调器在高斯白噪声干扰下的误码率：（1）发端发1时收到的2PSK信号为 (2.7) 带通滤波器的输出时信号加窄带噪声： (2.8)上式与本地载波相乘后： (2.9)经低通滤波后： (2.10)所以x(t)的取样判决值的概率密度函数为： (2.11) （2）发端发0时，收到的2PSK信号： (2.12)带通滤波器的输出时信号加窄带噪声： (2.13) 上式与本地载波相乘后： (2.14) 经低通滤波后： (2.15) 所以x(t)的取样判决值的概率密度函数为： (2.16)综上所述可画出概率密度函数曲线： 图2.5 取样值概率密度函数示意图当P(0)=P(1)时，最佳门限应选在两条曲线的交点处。即从图可看出最佳判决门效应为0.所以发1错判0概率为： (2.17)发0错判1的概率等于发1错判0概率 (2.18) 根据图2-5及上式可得2PSK相干解调器的误码率公式为 (2.19)4. SIMULINK下基带系统的设计 模型建立2PSK调制与解调及误码分析的总体仿真模型：图3.1 2PSK调制与解调及误码分析的总体仿真模正相载波：4HZ，幅度+2设置依据：载波频率本来应该很高，但是为了波形观察方便，故频率设为4HZ。伯努利二进制随机序列产生器（Bernoulli Binary Generator）参数设伯努利二进制随机数产生器：幅度为2，周期为3，占0比为1/2。码型变化器（Unipolar to Bipolar Converter）参数设置：图3.5 码型变化器参数设置多路选择器（Switch）参数设置：图3.6 多路选择器参数设置设置依据：当二进制序列大于0时，输出第一路信号；当二进制序列小于0时，输出第二路信号。带通滤波器（Digital Filter Design）参数设置：图3.7 带通滤波器参数设置带通滤波器参数：带通范围为27HZ设置依据：载波频率为4HZ，而基带号带宽为1HZ，考滤到滤波器的边沿缓降，故设置为27HZ。取样判决器（Sign）参数设置：图3.9 取样判决器参数设置取样判决器设置：门限值取为0.5，取样时间为1设置依据：当大于0.5时输出1，当小于0.5时输出0，能达到在0变1不变的取样规则下正确解码的目的。5.仿真结果分析调制波形： 图中第一个图为正相载波的波形，第二个调制后的2PSK信号，第三个图为原始信号，最后一个为解调后信号。6.遇到的问题及解决的方法在本次课程设计运用了MATLAB软件建立工作模型，在仿真的过程中遇到了各种不同的问题，通过自己的探索和老师同学的帮助都一一解决，总结分析分析如下：1、在解调时没有加噪声出现误码率。解答办法：出现误码数据时，可以根据示波器的输出波形，合理修改误码器中的receive delay的数据就可以使误码数据为零。2、示波器中的波形只出现一部分。解决办法：双击示波器，修改data history中的limit data points to last的数据，再重新运行Simulink观察示波器即可看到准确图形。3、