專業(yè)設計方案sumlink的pm調(diào)制

17/17專業(yè)設計題目：基于MATLAB-SUMLINK的調(diào)相（PM）通信系統(tǒng)仿真學院計算機與通信工程學院專業(yè)通信工程學號20081668姓名劉荔華指導老師趙建2011年11月目錄(一) 前言 3(二) 設計內(nèi)容及說明 3(三) 設計工具簡介 41. MATLAB簡介 42. Simulink簡介 4(四) 設計中涉及的概念原理說明 51. 模擬通信系統(tǒng) 52. 相位調(diào)制與解調(diào) 61) 調(diào)相信號 62) 調(diào)制原理 73) 調(diào)相信號的解調(diào)——相干解調(diào) 7(五) MATLAB中M函數(shù)實現(xiàn)的仿真 81. 源代碼 82. 結(jié)果顯示 11(六) MATLAB中SIMULINK實現(xiàn)的仿真 121. 所用模塊及參數(shù) 122. 結(jié)果顯示 16(七) 心得體會 17(八) 參考文獻 18前言隨著人類社會步入信息化社會，電子信息科學技術(shù)正以驚人的速度發(fā)展，開辟了社會發(fā)展的新紀元。從20世紀90年代開始至今，通信技術(shù)特別是移動通信技術(shù)取得了舉世矚目的成就。在通信技術(shù)日新月異的今天，學習通信專業(yè)知識不僅需要扎實的基礎理論，同時需要學習和掌握更多的現(xiàn)代通信技術(shù)和網(wǎng)絡技術(shù)。通信技術(shù)正向著數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化和寬帶化的方向發(fā)展。全面、系統(tǒng)地掌握通信系統(tǒng)基本理淪、基本技術(shù)以及系統(tǒng)分析與設計中用到的基本工具和方法，并將重點放在數(shù)字通信系統(tǒng)上。通信系統(tǒng)又可分為數(shù)字通信與模擬通信。傳統(tǒng)的模擬通信系統(tǒng)，包括模擬信號的調(diào)制與解調(diào)，以及加性噪聲對幅度調(diào)制和角度調(diào)制模擬信號解調(diào)的影響。數(shù)字通信的基本原理包括模數(shù)轉(zhuǎn)換、基本信道中的數(shù)字調(diào)制方法、數(shù)字通信系統(tǒng)的信號同步方法、數(shù)字信號的載波傳輸、數(shù)字信源編碼以及信道編碼與譯碼等，同時對多徑信道中的數(shù)字通信、多載波調(diào)制、擴頻、GSM與IS95數(shù)位蜂窩通信。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展原來許多不得不采用的模擬技術(shù)部分已經(jīng)可以由數(shù)字化來實現(xiàn)，但是模擬通信還是在通信系統(tǒng)中占有很大的比重。設計內(nèi)容及說明本設計是基于MATLAB的模擬相位（PM）調(diào)制與解調(diào)仿真，主要設計思想是利用MATLAB這個強大的數(shù)學軟件工具，其中的通信仿真模塊通信工具箱以及M文件等，方便快捷靈活的功能實現(xiàn)仿真通信的調(diào)制解調(diào)設計。還借助MATLAB可視化交互式的操作，對調(diào)制解調(diào)處理，降低噪聲干擾，提高仿真的準確度和可靠性。要求基于MATLAB的模擬調(diào)制與解調(diào)仿真，主要設計思想是利用MATLAB、simulink文件、M文件等，方便快捷的實現(xiàn)模擬通信的多種調(diào)制解調(diào)設計?；趕imulink對數(shù)字通信系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)建模。并編寫相應的m文件，得出調(diào)試及仿真結(jié)果并進行分析。設計工具簡介MATLAB簡介MATLAB是美國MathWorks公司生產(chǎn)的一個為科學和工程計算專門設計的交互式大型軟件，是一個可以完成各種精確計算和數(shù)據(jù)處理的、可視化的、強大的計算工具。它集圖示和精確計算于一身，在應用數(shù)學、物理、化工、機電工程、醫(yī)藥、金融和其它需要進行復雜數(shù)值計算的領(lǐng)域得到了廣泛應用。它不僅是一個在各類工程設計中便于使用的訓‘算工具，而且也是一個在數(shù)學、數(shù)值分析和工程計算等課程教學中的優(yōu)秀的教學工具，在世界各地的高等院校中十分流行，在各類工業(yè)應用中更有不俗的表現(xiàn)。MATLAB可以在幾乎所有的PC機和大型計算機上運行，適用于Windows、UNIX等多種系統(tǒng)平臺。MATLAB作為一種科學計算的高級語言之所以受歡迎，就是因為它有豐富的函數(shù)資源和工具箱資源，編程人員可以根據(jù)自己的需要選擇函數(shù)，而無需再去編寫大量繁瑣的程序代碼，從而減輕了編程人員的工作負擔。被稱為第四代編程語言的MATLAB最大的特點就是簡潔開放的程序代碼和直觀實用的開發(fā)環(huán)境。具體地說MATLAB主要有以下特點：(1)庫函數(shù)資源豐富(2)語言精煉，代碼靈活(3)運算符多而靈活(4)面向?qū)ο?，控制功能?yōu)良(5)程序設計自由(6)圖形功能強大(7)程序的兼容性好(8)源代碼開放(9)形形色色的工具箱Simulink簡介SIMULINK是MATLAB軟件的擴展，它是實現(xiàn)動態(tài)系統(tǒng)建模和仿真的一個軟件包，它與MATLAB語言的主要區(qū)別在于，其與用戶交互接口是基于Windows的模型化圖形輸入，其結(jié)果是使得用戶可以把更多的精力投入到系統(tǒng)模型的構(gòu)建，而非語言的編程上。在simulink環(huán)境中，利用鼠標就可以在模型窗口中直觀地“畫”出系統(tǒng)模型，然后直接進行仿真。它為用戶提供了方框圖進行建模的圖形接口，采用這種結(jié)構(gòu)畫模型就像你用手和紙來畫一樣容易。Simulink是一個用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的軟件包。它支持連續(xù)、離散及兩者混合的線性和非線性系統(tǒng)，同時它也支持具有不同部分擁有不同采樣率的多種采樣速率的系統(tǒng)仿真。Simulink為用戶提供了一個圖形化的用戶界面，對于用方框圖表示的系統(tǒng)，通過圖形界面，利用鼠標點擊和拖拉方式，建立系統(tǒng)模型就像用鉛筆在在紙上繪制系統(tǒng)的方框圖一樣簡單，它與用微分方程和差分方程建模的傳統(tǒng)仿真軟件包相比，具有更直觀、更方便、更靈活的優(yōu)點，它不但實現(xiàn)了可視化的動態(tài)仿真，也實現(xiàn)了與MATLAB、C或FORTRAN語言，甚至和硬件之間的數(shù)據(jù)傳送，大大的擴展了它的功能。而所謂模型化圖形輸入是指SIMULINK提供了一些按功能分類的基本的系統(tǒng)模塊，用戶只需要知道這些模塊的輸入輸出及模塊的功能，而不必考察模塊內(nèi)部是如何實現(xiàn)的，通過對這些基本模塊的調(diào)用，再將它們連接起來就可以構(gòu)成所需要的系統(tǒng)模型（以.mdl文件進行存?。M而進行仿真與分析。SIMILINK模塊庫按功能進行分類，包括以下8類子庫：Continuous（連續(xù)模塊），Discrete（離散模塊），F(xiàn)unction&Tables（函數(shù)和平臺模塊），Math（數(shù)學模塊），Nonlinear（非線性模塊），Signals&Systems（信號和系統(tǒng)模塊），Sinks（接收器模塊），Sources（輸入源模塊）。設計中涉及的概念原理說明模擬通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)是為了有效可靠的傳輸信息，信息由信源發(fā)出，以語言、圖像、數(shù)據(jù)為媒體,通過電(光)信號將信息傳輸，由信宿接收。通信系統(tǒng)又可分為數(shù)字通信與模擬通信?；谠O計的要求，下面簡要介紹模擬通信系統(tǒng)。信源是模擬信號，信道中傳輸?shù)囊彩悄M信號的系統(tǒng)為模擬通信。模擬通信系統(tǒng)的模型如圖所示。模擬通信系統(tǒng)模型調(diào)制器:使信號與信道相匹配,便于頻分復用等。發(fā)濾波器:濾除調(diào)制器輸出的無用信號。收濾波器:濾除信號頻帶以外的噪聲，一般設N(t)為高斯白噪聲,則Ni(t)為窄帶白噪聲。相位調(diào)制與解調(diào)調(diào)相信號在模擬調(diào)制中，一個連續(xù)波有三個參數(shù)可以用來攜帶信息而構(gòu)成已調(diào)信號。當幅度和頻率保持不變時，改變載波的相位使之隨未調(diào)信號的大小而改變，這就是調(diào)相的概念。角度調(diào)制信號的一般表示形式為：S(t)=Acos[ωt+φ(t)]式中，A是載波的恒定振幅；[ωt+φ(t)]是信號的瞬時相位，而φ(t)稱為瞬時相位偏移；d[ωt+φ(t)]/dt為信號的瞬時頻率，而dφ(t)/dt稱為瞬時頻率偏移，即相對于ω的瞬時頻率偏移。設高頻載波為u=Ucosωt，調(diào)制信號為UΩ(t)，則調(diào)相信號的瞬時相位φ(t)=ω+KUΩ(t)瞬時角頻率ω(t)==ω+K調(diào)相信號u=Ucos［ωt+KuΩ(t)］將信號的信息加在載波的相位上則形成調(diào)相信號，調(diào)相的表達式為：S(t)=Acos[ωt+Kf(t)+φ]這里K稱為相移指數(shù)，這種調(diào)制方式，載波的幅度和角頻率不變，而瞬時相位偏移是調(diào)制信號f(t)的線性函數(shù)，稱為相位調(diào)制。調(diào)相與調(diào)頻有著相當密切的關(guān)系，我們知道相位與頻率有如下關(guān)系式：ω==ω+Kf(t)φ(t)=ωt+K所以在調(diào)相時可以先將調(diào)制信號進行微分后在進行頻率調(diào)制，這樣等效于調(diào)相，此方法稱為間接調(diào)相，與此相對應，上述方法稱為直接調(diào)相。調(diào)相信號的產(chǎn)生如圖所示：PM調(diào)相信號的產(chǎn)生調(diào)制原理實現(xiàn)相位調(diào)制的基本原理是使角頻率為ω的高頻載波u(t)通過一個可控相移網(wǎng)絡,此網(wǎng)絡產(chǎn)生的相移Δφ受調(diào)制電壓uΩ(t)控制,滿足Δφ=KuΩ(t)的關(guān)系,所以網(wǎng)絡輸出就是調(diào)相信號，可控相移網(wǎng)絡調(diào)相原理圖如圖所示：可控相移網(wǎng)絡調(diào)相原理圖調(diào)相信號的解調(diào)——相干解調(diào)由于調(diào)相信號可以分解成同相分量與正交分量之和，因而可以采用線性調(diào)制中的相干解調(diào)法來進行解調(diào)，如圖：PM信號相干解調(diào)根據(jù)公式可以設調(diào)相信號并設相干載波則相乘器的輸出為經(jīng)過低通濾波器取出其低頻分量再經(jīng)微分器，即得解調(diào)輸出可見，相干解調(diào)可以恢復原調(diào)制信號。這種解調(diào)方法需要本地載波與調(diào)制載波同步，否則將使解調(diào)信號失真。MATLAB中M函數(shù)實現(xiàn)的仿真源代碼首先任意給定一個已知調(diào)制信號m(t)=cos(pi*10*t),進行相位調(diào)制時要用到傅里葉變換，因此先編寫傅里葉變換的m文件用作主函數(shù)調(diào)用，其m文件代碼如下：%求傅里葉變換的子函數(shù)function[M,m,df]=fftseq(m,ts,df)fs=1/ts;ifnargin==2n1=0;%nargin為輸入?yún)⒘康膫€數(shù)elsen1=fs/df;endn2=length(m);n=2^(max(nextpow2(n1),nextpow2(n2)));%nextpow2(n)取n最接近的較大2次冪M=fft(m,n);%M為信號m的傅里葉變換，n為快速傅里葉變換的點數(shù)，及基n-FFT變換m=[m,zeros(1,n-n2)];%構(gòu)建新的m信號df=fs/n;%重新定義頻率分辨率上述m文件以“fftseq.m”保存。在實現(xiàn)相位解調(diào)時要調(diào)用兩個子函數(shù)，分述如下：%求信號相角的子函數(shù)，這是調(diào)頻、調(diào)相都要用到的方法function[v,phi]=env_phas(x,ts,f0)ifnargout==2%nargout為輸出變數(shù)的個數(shù)z=loweq(x,ts,f0);%產(chǎn)生調(diào)制信號的正交分量phi=angle(z);%angle是對一個復數(shù)求相角的函數(shù)endv=abs(hilbert(x));%abs用來求復數(shù)hilbert(x)的模上述m文件以“env_phas.m”保存。%產(chǎn)生調(diào)制信號的正交分量functionx1=loweq(x,ts,f0)t=[0:ts:ts*(length(x)-1)];z=hilbert(x);%希爾伯特變換對的利用通過實部來求虛部x1=z.*exp(-j*2*pi*f0*t);%產(chǎn)生信號z的正交分量，%并將z信號與它的正交分量加在一起上述m文件以“l(fā)oweq.m”保存%主程序t0=1;%信號的持續(xù)時間,用來定義時間向量ts=0.001;%抽樣間隔fs=1/ts;%抽樣頻率fc=100;%載波頻率,fc可以任意改變t=[-t0/2:ts:t0/2];%時間向量kf=100;%偏差常數(shù)df=0.25;%所需的頻率分辨率，用在求傅里葉變換時，它表示FFT的最小頻率間隔m=cos(pi*10*t);%調(diào)制信號，m(t)可以任意更改int_m(1)=0;%求信號m(t)的積分fori=1:length(t)-1int_m(i+1)=int_m(i)+m(i)*ts;end[M,m,df1]=fftseq(m,ts,df);%對調(diào)制信號m(t)求傅里葉變換M=M/fs;%縮放，便于在頻譜圖上整體觀察f=[0:df1:df1*(length(m)-1)]-fs/2;%時間向量對應的頻率向量u=cos(2*pi*fc*t+2*pi*kf*int_m);%調(diào)制后的信號[U,u,df1]=fftseq(u,ts,df);%對調(diào)制后的信號u求傅里葉變換U=U/fs;%縮放%通過調(diào)用子程序env_phas和loweq來實現(xiàn)解調(diào)功能[v,phase]=env_phas(u,ts,fc);%解調(diào)，求出u的相位phi=unwrap(phase);%校正相位角，使相位在整體上連續(xù)，便于后面對該相位角求導dem=(1/(2*pi*kf))*(diff(phi)*fs);%對校正后的相位求導%再經(jīng)一些線性變換來恢復原調(diào)制信號%乘以fs是為了恢復原信號，因為前面使用了縮放subplot(2,3,1)%子圖形式顯示結(jié)果plot(t,m(1:length(t)))%現(xiàn)在的m信號是重新構(gòu)建的信號，%因為在對m求傅里葉變換時m=[m,zeros(1,n-n2)]axis([-0.50.5-11])%定義兩軸的刻度xlabel('時間t')title('原調(diào)制信號的時域圖')subplot(2,3,4)plot(t,u(1:length(t)))axis([-0.50.5-11])xlabel('時間t')title('已調(diào)信號的時域圖')subplot(2,3,2)plot(f,abs(fftshift(M)))%fftshift：將FFT中的DC分量移到頻譜中心axis([-60060000.05])xlabel('頻率f')title('原調(diào)制信號的頻譜圖')subplot(2,3,5)plot(f,abs(fftshift(U)))axis([-60060000.05])xlabel('頻率f')title('已調(diào)信號的頻譜圖')subplot(2,3,3)plot(t,m(1:length(t)))axis([-0.50.5-11])xlabel('時間t')title('原調(diào)制信號的時域圖')subplot(2,3,6)plot(t,m(1:length(t)))axis([-0.50.5-11])xlabel('時間t')title('解調(diào)后信號的時域波形')結(jié)果顯示將源代碼輸入MATLAB命令窗口，運行就可以得到結(jié)果，如圖所示M文件仿真結(jié)果圖MATLAB中SIMULINK實現(xiàn)的仿真所用模塊及參數(shù)MATLAB的功能性工具箱主要用來擴充MATLAB的數(shù)值分析、矩陣運算、數(shù)字信號處理、符號計算功能、圖形建模仿真功能、文字處理功能、與硬件實時交互功能。。SIMILINK模塊庫按功能進行分類，包括以下8類子庫：Continuous（連續(xù)模塊），Discrete（離散模塊），F(xiàn)unction&Tables（函數(shù)和平臺模塊），Math（數(shù)學模塊），Nonlinear（非線性模塊），Signals&Systems（信號和系統(tǒng)模塊），Sinks（接收器模塊），Sources（輸入源模塊）。假定基頻信號為m(t)=cos(10π*t)，載波頻率f=100Hz，相位偏差K=π，仿真電路如圖所示：SIMULINK仿真電路圖基帶信號SineWave：振幅(Amplitude)設為1；頻率(Frequency)設為pi*10，取樣時間(Sampletime)設定1/2000。如圖所示：載波信號SineWave1：振幅(Amplitude)設為1；頻率(Frequency)設為pi*10，取樣時間(Sampletime)設定1/2000。如圖所示：載波信號SineWave1：振幅(Amplitude)設為1；頻率(Frequency)設為pi*10，取樣時間(Sampletime)設定1/2000。如圖所示Sine