實(shí)驗(yàn)三基于simulink的通信系統(tǒng)仿真DOC

1、實(shí)驗(yàn)三基于simulink通信系統(tǒng)的仿真一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握simulink 仿真平臺的應(yīng)用。2能對基本調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行仿真； 3掌握數(shù)字濾波器的設(shè)計(jì)。、實(shí)驗(yàn)設(shè)備計(jì)算機(jī)，Matlab軟件 三數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)(1) 、IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)1、基于巴特沃斯法直接設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器例5 .1 :設(shè)計(jì)一個(gè)10階的帶通巴特沃斯數(shù)字濾波器，帶通頻率為100Hz到200Hz,采樣頻率為1000Hz,繪出該濾波器的幅頻于相頻特性，以及其沖擊響應(yīng)圖clear all;N=10;Wn=100 200/500;b,a=butter(N,Wn, bandpass);freqz(b,a,128,1000) figure

2、(2) y,t=im pz(b,a,101);stem(t,y) 2、基于切比雪夫法直接設(shè)計(jì)IIR數(shù)字濾波器例5.2 :設(shè)計(jì)一個(gè)切比雪夫I型數(shù)字低通濾波器，要求:Ws=200H z,Wp=100H z,Rp=3dB,Rs=30dB,Fs=1000Hz clear all;Wp=100;Ws=200;Rs=30;Fs=1000;N,Wn=cheb1ord(Wp/(Fs/2),Ws/(Fs/2),R p,Rs);b,a=cheby1(N,R p, Wn);freqz(b,a,512,1000);例5.3 :設(shè)計(jì)一個(gè)切比雪夫n型數(shù)字帶通濾波器，要求帶通范圍100-250HZ,帶阻上限為300Hz,下

3、限為50Hz,通帶內(nèi)紋波小于3dB,阻帶紋波為30 dB,抽樣頻率為1000Hz,并利用最小的階次實(shí)現(xiàn)。clear all;Wpl=100;Wph=250;Wp=Wpl,Wph;Rp=3;Wsl=50;Wsh=300;Ws=Wsl,Wsh;Rs=30;Fs=1000;N,Wn=cheb2ord(Wp/(Fs/2),Ws/(Fs/2),R p,Rs);b,a=cheby2(N,R p, Wn);freqz(b,a,512,1000);實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字信號處理系統(tǒng)，它的采樣率為Fs= 100Hz,希望在該系統(tǒng)中設(shè)計(jì)一個(gè)Butterworth型高通數(shù)字濾波器，使其通帶中允許的最小衰減為0.5

4、dB，阻帶內(nèi)的最小衰減為40dB,通帶上限臨界頻率為30Hz,阻帶下限臨界頻率為 40Hz。2試設(shè)計(jì)一個(gè)帶阻IIR數(shù)字濾波器，其具體的要求是：通帶的截止頻率：wp1= 650Hz、 wp2= 850Hz;阻帶的截止頻率： ws1= 700Hz、ws2= 800Hz;通帶內(nèi)的最大衰減為 rp=0.1dB ;阻帶內(nèi)的最小衰減為 rs = 50dB;采樣頻率為Fs = ZOOOHn(2) 、FIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)1、在MATLAB中產(chǎn)生窗函數(shù)十分簡單:(1) 矩形窗(Rectangle Window )調(diào)用格式：w=boxcar(n),根據(jù)長度n產(chǎn)生一個(gè)矩形窗w。(2) 三角窗(Triangular

5、Window )調(diào)用格式：w=triang(n)，根據(jù)長度n產(chǎn)生一個(gè)三角窗w。(3) 漢寧窗(Hanning Window)調(diào)用格式：w=hanning(n)，根據(jù)長度n產(chǎn)生一個(gè)漢寧窗w。(4) 海明窗(Hamming Window調(diào)用格式：w=hamming(n)，根據(jù)長度n產(chǎn)生一個(gè)海明窗w。(5) 布拉克曼窗(Blackman Window)調(diào)用格式：w=blackman(n)，根據(jù)長度n產(chǎn)生一個(gè)布拉克曼窗w。(6) 愷撒窗(Kaiser Window )調(diào)用格式：w=kaiser(n,beta)，根據(jù)長度n和影響窗函數(shù)旁瓣的p參數(shù)產(chǎn)生一個(gè)愷 撒窗w。2、基于窗函數(shù)的FIR濾波器設(shè)計(jì)利用M

6、ATLAB提供的函數(shù)firl來實(shí)現(xiàn) 調(diào)用格式：firl (n,Wn, ftype ,Window), n為階數(shù)、Wn是截止頻率(如果輸入 是形如W1 W2的矢量時(shí)，本函數(shù)將設(shè)計(jì)帶通濾波器，其通帶為W1o W2、ftype是濾波器的類型(低通-省略該參數(shù)、高通-ftype=high、帶阻-ftype=stop )、Window是窗函數(shù)。例6.1 :設(shè)計(jì)一個(gè)長度為8的線性相位FIR濾波器。其理想幅頻特性滿足|Hd(e弘0竽曲l0,elseWin dow=boxcar(8);b=fir1(7,0.4,Wi ndow);freqz(b,1)例6.2 :設(shè)計(jì)線性相位帶通濾波器，其長度 N=15,上下邊帶

7、截止頻率分別為 W1= 0.3n，w2=0.57tWin dow=blackma n(16);b=fir1(15,0.3 0.5,Wi ndow);freqz(b,1)例6.3 : MATLA中的chirp.mat文件中存儲信號y的數(shù)據(jù)，該信號的大部分號能量集 中在Fs/4 (或二分之一奈奎斯特)以上，試設(shè)計(jì)一個(gè) 34階的FIR高通濾波器，濾除頻 率低于Fs/4的信號成分，其中濾波器的截止頻率為 0.48，阻帶衰減為30dB,濾波器窗米用切比雪夫窗clear all;load chir pwi ndow=chebwi n(35,30); b=fir1(34,0.48, high ,window

8、);yfit=filter(b,1,y);P y,fy=pburg(y,10,512,Fs);P yfit,fyfit=pburg(yfit,10,512,Fs);plot(fy,10*log10( Py),.,fyfit, 10*log10(Pyfit);grid onylabel(xlabel(lege nd(幅度(dB)頻率(Hz)濾波前的線性調(diào)頻信號濾波后的線性調(diào)頻信號)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：1用矩形窗設(shè)計(jì)線性相位FIR低通濾波器。該濾波器的通帶截止頻率wc=pi/4 ,單位脈沖響h(n)的長度M=21。并繪出h(n)及其幅度響應(yīng)特性曲線。2試用頻率抽樣法設(shè)計(jì)一個(gè)FIR低通濾波器，該濾波器的截止頻

9、率為0.5 pi,頻率抽樣點(diǎn)數(shù)為33。四實(shí)驗(yàn)原理1模擬通信系統(tǒng)的仿真原理調(diào)制的作用：（1）實(shí)現(xiàn)信號的頻譜搬移，適應(yīng)在頻帶信道內(nèi)的傳輸；（2）當(dāng)頻帶信道帶寬遠(yuǎn)大于信號帶寬時(shí)，可以將多路基帶信號調(diào)制到互不重疊的 頻帶上，充分利用信道帶寬，實(shí)現(xiàn)頻分復(fù)用（FDM）（3）不同的調(diào)制方式具有不同的有效性和可靠性（如FM的可靠性好而有效性差,AM有效性好而可靠性差），可以根據(jù)需要選用合適的調(diào)制方法。1.1 AM信號的調(diào)制解調(diào)原理調(diào)制原理：AM調(diào)制是用調(diào)制信號去控制高頻正弦載波的幅度，使其按調(diào)制信號 的規(guī)律變化的過程，就是按原始電信號的變化規(guī)律去改變載波某些參量的過程。ct圖 1-1 AM調(diào)制原理框圖AM信號

10、的時(shí)域和頻域的表達(dá)式分別為：Sam (t )= %+m(t )co3c(t )= AoCOS%(t )+m(t )cos%(t)式(1-1 )4SamW ）=兀中 ）+6 -% 卄一M （國 +c ）中 M式（1-2）2在式中，九為外加的直流分量；可以是確知信號也可以是隨機(jī)信號，但通常 認(rèn)為其平均值為0,即旋=0。其頻譜是DSBSC-AM言號的頻譜加上離散大載波的頻 譜。解調(diào)原理：AM信號的解調(diào)是把接收到的已調(diào)信號5她還原為調(diào)制信號 碗、。AM 信號的解調(diào)方法有兩種：相干解調(diào)和包絡(luò)檢波解調(diào)。AM相干解調(diào)原理框圖如圖1-2。相干解調(diào)（同步解調(diào)）：禾用相干載波（頻率和 相位都與原載波相同的恢復(fù)載波

11、）進(jìn)行的解調(diào)，相干解調(diào)的關(guān)鍵在于必須產(chǎn)生一個(gè) 與調(diào)制器同頻同相位的載波。如果同頻同相位的條件得不到滿足，則會破壞原始信號的恢復(fù)。相干載波的提?。海?）導(dǎo)頻法：在發(fā)送端加上一離散的載頻分量，即導(dǎo) 頻，在接收端用窄帶濾波器提取出來作為相干載波，導(dǎo)頻的功率要求比調(diào)制信號的 功率?。唬?）不需導(dǎo)頻的方法：平方環(huán)法、 COSTA環(huán)法。m0（t）LPFSaMU 嚴(yán)弋*cos圖1-2 AM相干解調(diào)原理框圖AM信號波形的包絡(luò)與輸入基帶信號廉（。成正比，故可以用包絡(luò)檢波的方法恢復(fù)原 始調(diào)制信號。包絡(luò)檢波器一般由半波或全波整流器和低通濾波器組成：（1）整流：只保留信號中幅度大于 0的部分；（2）低通濾波器：過濾出

12、基帶信號；（3）隔直流電容：過濾掉直流分量?？梢允褂冒j(luò)檢波器進(jìn)行解調(diào)，成本低，大功率離散載波造成的成本問題由廣 播電臺解決，解調(diào)不需要載波提取電路。并且在高信噪比情況下，包絡(luò)檢波解調(diào)具 有與相干解調(diào)相同的解調(diào)輸出信噪比，在小信噪比時(shí)，輸出信噪比不是按比例的隨 著輸入信噪比下降，而是急劇下降，這種現(xiàn)象稱為“門限效應(yīng)”，相干解調(diào)不存在門限效應(yīng)，因?yàn)橛杏眯盘柡驮肼曉谙喔山庹{(diào)中不會相混，包絡(luò)檢波中輸出有用信號和 噪聲不再是相加的，而是相混的，即是有用信號分量乘以噪聲，這時(shí)已經(jīng)很難從輸 出中區(qū)分出有用信號了。1.2 DSB信號的調(diào)制解調(diào)原理調(diào)制原理：在幅度調(diào)制的一般模型中，若假設(shè)濾波器為全通網(wǎng)絡(luò)（/=

13、 1）， 調(diào)制信號腮W中無直流分量，則輸出的已調(diào)信號就是無載波分量的雙邊帶調(diào)制信號（DSBo每當(dāng)信源信號極性發(fā)生變化時(shí)，調(diào)制信號的相位都會發(fā)生一次突變SDSB（t ）= m（t Cos%t式（1-3）調(diào)制的目的就是進(jìn)行頻譜搬移，把調(diào)制信號的頻譜搬移到所希望的位置上，從 而提高系統(tǒng)信息傳輸?shù)挠行院涂煽啃浴SB調(diào)制原理框圖如圖1-3:m(t)SDsBt)cos 3 ct圖1-3 DSB調(diào)制原理框圖DSB信號實(shí)質(zhì)上就是基帶信號與載波直接相乘，頻域上就是卷積，表示式為：式( 1-4 )Sdsb ）=丄 M +c ）+M （國C 92（1） 經(jīng)調(diào)制后，調(diào)制信號的帶寬變?yōu)樵鶐盘柕?倍：模擬基帶信號

14、帶寬為 W， 則調(diào)制信號的帶寬為2W（2）調(diào)制信號中不含離散的載頻分量：因?yàn)樵M基帶信號中不含離散直流分量。（3）包含上下兩個(gè)邊帶，且攜帶相同信息（雙邊帶）；（4）不論是確定信號的頻譜，還是隨機(jī)信號的功率譜，都是基帶信號頻譜/功率譜的線性搬移。因而被稱為線性調(diào)制。解調(diào)原理：DSB只能進(jìn)行相干解調(diào)，其原理框圖與AM信號相干解調(diào)時(shí)完全相同, 利用恢復(fù)的載波與信號相乘，將頻譜搬移到基帶，還原出原基帶信號。m(t)LPF圖1-4 DSB解調(diào)原理框圖（1）當(dāng)恢復(fù)載波與原載波頻率不完全一樣時(shí)，解調(diào)信號是原基帶信號與低頻正弦波的乘積；（2）若恢復(fù)載波與原載波頻率相同，而相位不同時(shí)，輸出信號達(dá)不到最大值。2

15、數(shù)字通信系統(tǒng)的仿真原理數(shù)字信號的傳輸方式分為基帶傳輸和帶通傳輸，在實(shí)際應(yīng)用中，大多數(shù)信道具 有帶通特性而不能直接傳輸基帶信號。為了使數(shù)字信號在帶通信道中傳輸，必須使 用數(shù)字基帶信號對載波進(jìn)行調(diào)制，以使信號與信道的特性相匹配。這種用數(shù)字基帶信號控制載波，把數(shù)字基帶信號變換為數(shù)字帶通信號的過程稱為數(shù)字調(diào)制。通常使 用鍵控法來實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制，比如對載波的振幅、頻率和相位進(jìn)行鍵控。數(shù)字調(diào)制：(1 )數(shù)字信號通過正弦載波調(diào)制成頻帶信號;(2)數(shù)字信號控制正弦載波的某個(gè)參量；(3) 鍵控信號：對載波參量的離散調(diào)制。2.1 ASK信號的調(diào)制解調(diào)原理調(diào)制原理：數(shù)字信號對載波振幅調(diào)制稱為振幅鍵控即ASK( Amp

16、 litude ShiftKeying)，OOKt是用單極性不歸零碼控制正弦載波的開啟與關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)非常簡單， 抗噪聲性能不好。ASK有兩種實(shí)現(xiàn)方法：1.乘法器實(shí)現(xiàn)法2.鍵控法。乘法器實(shí)現(xiàn)法的輸入是隨機(jī)信息序列，經(jīng)過基帶信號形成器，產(chǎn)生波形序列，乘法器用來進(jìn)行頻 譜搬移，相乘后的信號通過帶通濾波器濾除高頻諧波和低頻干擾。鍵控法是產(chǎn)生ASK 信號的另一種方法。二元制 ASK又稱為通斷控制(00K。最典型的實(shí)現(xiàn)方法是用一 個(gè)電鍵來控制載波振蕩器的輸出而獲得。A cossetZ an6(t nTb)n脈沖成型低*通濾波器an取值為1或0b(t) = S angT(t- nTb)4 Sook(t)gT

17、(t)圖1-8 ASK乘法器實(shí)現(xiàn)法框圖解調(diào)原理：ASK的解調(diào)有兩種方法：1.包絡(luò)檢波法2.相干解調(diào)。同步解調(diào)也稱相干解調(diào),信號經(jīng)過帶通濾波器抑制來自信道的帶外干擾，乘法器進(jìn)行頻譜反向搬移， 以恢復(fù)基帶信號。低通濾波器用來抑制相乘器產(chǎn)生的高次諧波干擾。由于AM言號波形的包絡(luò)與輸入基帶信號同成正比，故也可以用包絡(luò)檢波的方法恢復(fù)原始調(diào)制信 號。包絡(luò)檢波器一般由半波或全波整流器和低通濾波器組成。相干解調(diào)框圖和包絡(luò)檢波框圖分別如圖4-9和圖4-10 :11帶通相乘h低通b抽樣濾波F電路濾波r判決S(t)*A(t)COS( CD ot)圖1-9 ASK相干解調(diào)框圖圖1-10 ASK包絡(luò)檢波框圖四.通信系統(tǒng)

18、仿真結(jié)果及分析5.1模擬通信系統(tǒng)結(jié)果分析Simulink仿真流程（完成的Simulink總體框圖、每個(gè)模塊所在位置及參數(shù)設(shè)置的說明，自定義模塊的框圖及參數(shù)）5.1.1 AM模擬通信系統(tǒng)5.1.1.1 AM 相干解調(diào)框圖圖5-1 AM相干解調(diào)框圖信源參數(shù)參數(shù)：幅度1頻率10rad/s載波參數(shù)：幅度1頻率100rad/sBPF參數(shù)：下限頻率90rad/s 上限頻率110rad/sLPF參數(shù)：截止頻率10rad/s高斯白噪聲參數(shù)：均值0標(biāo)準(zhǔn)差0.015.1.1.2 AM包絡(luò)檢波解調(diào)框圖圖5-2 AM包絡(luò)檢波框圖信源參數(shù)：幅度1頻率10rad/s載波參數(shù)：幅度1頻率100rad/sBPF參數(shù)：下限頻率

19、90rad/s 上限頻率110rad/sLPF參數(shù)：截止頻率10rad/s高斯白噪聲參數(shù)：均值0標(biāo)準(zhǔn)差0.01全波整流器參數(shù)參數(shù)：下限0上限inf5.1.2 DSB模擬通信系統(tǒng) 5.121 DSB相干解調(diào)框圖圖5-3 DSB相干解調(diào)框圖信源參數(shù)參數(shù)：幅度1頻率10rad/s載波參數(shù)：幅度1頻率100rad/sBPF參數(shù)：下限頻率90rad/s 上限頻率110rad/sLPF參數(shù)：截止頻率10rad/s高斯白噪聲參數(shù)：均值0標(biāo)準(zhǔn)差0.01圖5-4 SSB濾波法USB框圖5.1.3.2 濾波法LSB框圖5.2仿真結(jié)果框圖5.2.1 AM模擬系統(tǒng)仿真結(jié)果 5.2.1.1 AM 相干解調(diào)波形上：解調(diào)波

20、形 下：信源波形圖5-6 AM相干解調(diào)波形5.2.1.2 AM 在調(diào)制過程中的調(diào)制波形上：調(diào)制波形 下：信源波形V At 1Ji II11- liU I * T 葉u圖5-7 AM調(diào)制波形II12521.3 AM包絡(luò)檢波解調(diào)波形上：解調(diào)波形 下：信源波形圖5-8 AM包絡(luò)檢波解調(diào)波形5.2.2 DSB模擬系統(tǒng)仿真結(jié)果5.2.2.1 DSB相干解調(diào)波形上：解調(diào)波形 下：信源波形圖5-9 DSB相干解調(diào)波形5.222 DSB在調(diào)制過程中的調(diào)制波形18上：調(diào)制波形 下：信源波形圖5-10 DSB調(diào)制波形從波形圖可以看出，不論是 AM SSB DSB由于系統(tǒng)模型經(jīng)歷多個(gè)模塊，會造 成一定的時(shí)延。解調(diào)過

21、后的信號波形不僅有相位的延遲，而且在幅度上也低于信源 波形。AM解調(diào)時(shí)，應(yīng)注意濾除直流分量，AM相干解調(diào)減去的直流分量與計(jì)算結(jié)果相 符，然而AM包絡(luò)檢波需要減去一個(gè)工程值，這個(gè)數(shù)值并非計(jì)算所能得出，需要進(jìn)行 仿真嘗試得出。5.3數(shù)字通信系統(tǒng)結(jié)果分析Simulink仿真流程（完成的Simulink總體框圖、每個(gè)模塊所在位置及參數(shù)設(shè)置 的說明，自定義模塊的框圖及參數(shù)）5.3.1 ASK數(shù)字通信系統(tǒng) 5.3.1.1 ASK模擬相乘法、相干解調(diào)框圖圖5-14 ASK模擬相乘法、相干解調(diào)框圖信源參數(shù)：0碼概率0.5采樣時(shí)間1s載波參數(shù)：幅度1頻率100rad/s高斯白噪聲參數(shù)：均值0標(biāo)準(zhǔn)差0.001BP

22、F參數(shù)：下限頻率90rad/s 上限頻率110rad/sLPF參數(shù)：截止頻率10rad/s判決器參數(shù)：門限0.25531.2 ASK模擬相乘法、包絡(luò)檢波解調(diào)框圖bLdiM-bwnculli UinaryAnalos VIliPH* DMignl54lbi*TRriCarsiHnI5irAnalogOopniftL-l5ill口#Sy圖5-15 ASK模擬相乘法、包絡(luò)檢波解調(diào)框圖信源參數(shù)：0碼概率0.5采樣時(shí)間1s載波參數(shù)：幅度1頻率100rad/s高斯白噪聲參數(shù)：均值0標(biāo)準(zhǔn)差0.001BPF參數(shù)：下限頻率90rad/s 上限頻率110rad/sLPF參數(shù)：截止頻率10rad/s判決器參數(shù)：門限0.25全波整