幾個(gè)簡單的simulink仿真模型

一頻分復(fù)用和超外差接收機(jī)仿真目的熟悉Simulink模型仿真設(shè)計(jì)方式把握頻分復(fù)用技術(shù)在實(shí)際通信系統(tǒng)中的應(yīng)用明白得超外差收音機(jī)的接收原理內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)超外差收接收機(jī)系統(tǒng)，其中發(fā)送方的基帶信號別離為1000Hz的正弦波和500Hz的方波，兩路信號別離采納1000kHz和1200kHz的載波進(jìn)行幅度調(diào)制，并在同一信道中進(jìn)行傳輸。要求采納超外差方式對這兩路信號進(jìn)行接收，并能夠通過調(diào)整接收方的本振頻率對解調(diào)信號進(jìn)行選擇。原理超外差接收技術(shù)普遍用于無線通信系統(tǒng)中，大體的超外差收音機(jī)的原理框圖如下圖：圖1-1超外差收音機(jī)大體原理框圖從圖中能夠看出，超外差接收機(jī)的工作進(jìn)程一共分為混頻、中頻放大和解調(diào)三個(gè)步驟，現(xiàn)別離表達(dá)如下：混頻：由天線接收到的射頻信號直接送入混頻器進(jìn)行混頻，混頻所利用的本機(jī)振蕩信號由壓控振蕩器產(chǎn)生，并可依照調(diào)整操縱電壓隨時(shí)調(diào)整振蕩頻率，使得器振蕩頻率始終比接收信號頻率高一個(gè)中幾回率，如此，同意信號與本機(jī)振蕩在混頻器中進(jìn)行相乘運(yùn)算后，其差頻信號的頻率成份確實(shí)是中幾回率。其頻譜搬移進(jìn)程如以下圖所示：圖1-2超外差接收機(jī)混頻器輸入輸出頻譜中頻放大：從混頻模塊輸出的信號中包括了高頻和中頻兩個(gè)頻率成份，如此一來只要采納中頻帶通濾波器選出進(jìn)行中頻信號進(jìn)行放大，取得中頻放大信號。解調(diào)：將中頻放大后的信號送入包絡(luò)檢波器，進(jìn)行包絡(luò)檢波，并解調(diào)出原始信號。步驟1、設(shè)計(jì)兩個(gè)信號源模塊，其模塊圖如下所示，兩個(gè)信號源模塊的載波別離為1000kHz，和1200kHz，被調(diào)基帶信號別離為1000Hz的正弦波和500Hz的三角波，并將其封裝成兩個(gè)子系統(tǒng)，如以下圖所示：圖1-2信源子系統(tǒng)模型圖2、為了模擬接收機(jī)距離兩發(fā)射機(jī)距離不同引發(fā)的傳輸衰減，別離以Gain1和Gain2模塊別離對傳輸信號進(jìn)行衰減，衰減參數(shù)別離為和。最后在信道中加入均值為0，方差為的隨機(jī)白噪聲，送入接收機(jī)。3、接收機(jī)將收到的信號直接送入混頻器進(jìn)行混頻，混頻所利用的本機(jī)振蕩信號由壓控振蕩器產(chǎn)生，其中壓控振蕩器由輸入電壓進(jìn)行操縱，設(shè)置SliderGain模塊，使輸入?yún)?shù)在500至1605可調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)本振的頻率可控。壓控振蕩器的本振頻率設(shè)為465kHz，靈敏度設(shè)為1000Hz/V。4、混頻后取得的信號送入中頻濾波器AnalogFilterDesign1進(jìn)行帶通濾波，濾波器階數(shù)設(shè)置為1，帶寬為12kHz，中心頻率為465kHz，從而濾出中頻信號。5、對中頻信號進(jìn)行20倍的增益后，再次通過AnalogFilterDesign2進(jìn)行中頻濾波，進(jìn)一步排除帶外噪聲。濾波器設(shè)置與前面相同6、通過中頻濾波后，利用包絡(luò)檢波器進(jìn)行檢波（檢波器的上限和下限值別離設(shè)置為inf和0），檢波輸出信號再通過帶寬為6kHz的低通濾波器輸出。7、設(shè)置系統(tǒng)仿真時(shí)刻為，仿真步進(jìn)為，具體參數(shù)設(shè)置如以下圖所示：圖1-3模型仿真參數(shù)設(shè)置8、調(diào)整壓控振蕩器的操縱電壓信號，觀看接收波形的轉(zhuǎn)變。并別離記錄當(dāng)輸出波形為正弦波和三角波時(shí)的壓控振蕩器輸出頻率。圖1-4系統(tǒng)仿真模型圖結(jié)果畫出接收機(jī)正確解調(diào)時(shí)的接收波形記錄當(dāng)別離解調(diào)出兩路信號時(shí)，本振頻率別離為多少給出接收信號頻率與本振頻率的關(guān)系式二PSK數(shù)字傳輸系統(tǒng)仿真目的進(jìn)一步把握Simulink模型仿真設(shè)計(jì)方式深切明白得PSK技術(shù)的工作原理了解在PSK下采納格雷碼映射技術(shù)的優(yōu)越性。內(nèi)容試成立一個(gè)π/8相位偏移的8PSK傳輸系統(tǒng)，觀看調(diào)制輸出信號通過加性高斯信道前后的星座圖，并比較輸入數(shù)據(jù)以一般二進(jìn)制映射和格雷碼映射兩種情形下的誤比特率。原理多進(jìn)制相移鍵控的特點(diǎn)：多進(jìn)制相移鍵控是利用載波的多個(gè)相位來代表多進(jìn)制符號或二進(jìn)制碼組，即一個(gè)相位對應(yīng)一個(gè)多進(jìn)制符號或是一組二進(jìn)制碼組。在相同碼元寬度的情形下，M進(jìn)制的碼元速度要高，如在8PSK中，其碼元速度為，為2PSK的3倍，因此，多進(jìn)制相移鍵控具有更高的碼速度。采納不同的相位來代表多進(jìn)制符號一共有兩種不同的方案，別離是A方式相移系統(tǒng)和B方式相移系統(tǒng)，其相位矢量圖圖表示如下：圖2-1兩種方式下的相移系統(tǒng)多進(jìn)制相移鍵控的抗噪聲性能：關(guān)于多進(jìn)制絕對移相（MPSK），當(dāng)信噪比r足夠大時(shí)，誤碼率可近似為關(guān)于多進(jìn)制相對移相（MDPSK），當(dāng)信噪比r足夠大時(shí)，誤碼率可近似為圖2-2不同M下的誤碼率曲線圖格雷碼映射：格雷碼是一種數(shù)字排序系統(tǒng)，其中的所有相鄰整數(shù)在它們的數(shù)字表示中只有一個(gè)數(shù)字不同。它在任意兩個(gè)相鄰的數(shù)之間轉(zhuǎn)換時(shí)，只有一個(gè)數(shù)位發(fā)生轉(zhuǎn)變。它大大地減少了由一個(gè)狀態(tài)到下一個(gè)狀態(tài)時(shí)邏輯的混淆。另外由于最大數(shù)與最小數(shù)之間也僅一個(gè)數(shù)不同，故通常又叫格雷反射碼或循環(huán)碼。二進(jìn)制碼與格雷碼的對照表如下所示：表2-1格雷碼與自然二進(jìn)制數(shù)比較十進(jìn)制數(shù)自然二進(jìn)制數(shù)格雷碼十進(jìn)制數(shù)自然二進(jìn)制數(shù)格雷碼0000000007011101001000100018100011002001000119100111013001100101010101111401000110111011111050101011112110010106011001011311011011步驟設(shè)置信號源為隨機(jī)整數(shù)發(fā)生器，將M-arynumber設(shè)置為8，采樣時(shí)刻為1e-3，信源輸出的隨機(jī)整數(shù)0~7通過二進(jìn)制轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為3比特二進(jìn)制組后送入PSK基帶調(diào)制器。在PSK基帶調(diào)制器中，設(shè)置8PSK調(diào)制方式（M-arynumber設(shè)置為8），inputtype設(shè)置為Bit，星座映射設(shè)置為Binary或Gray，表示采納直接映射或格雷碼映射。相位偏移設(shè)置為pi/8，即采納B方式的相移系統(tǒng)。將通過8PSK調(diào)制好的輸出信號送入到AWGN信道，其中設(shè)置AWGN模塊的Mode為：Variancefrommask，方差為。通過信道疊加了噪聲后，將信號送入到M-PSK基帶解調(diào)模塊，解調(diào)方式與調(diào)制方式對應(yīng)。別離將原始信號和通過8PSK解調(diào)后的信號進(jìn)行并串轉(zhuǎn)換后在ErrorRateCalculation中進(jìn)行比較，取得系統(tǒng)的誤碼率，其中Buffer模塊設(shè)置其輸出的緩沖大小為1，ErrorRateCalculation的Outputdata設(shè)置為Port，其余依照默許設(shè)置。別離在8PSK通過信道前和通過信道后放置星座圖顯示模塊，查看加入噪聲后的信號星座圖轉(zhuǎn)變情形。圖2-3系統(tǒng)仿真模型圖結(jié)果1、別離觀看當(dāng)信道噪聲方差和時(shí)，系統(tǒng)采納一般二進(jìn)制方式和格雷碼方式時(shí)的信噪比，并說明其緣故。三用于載波提取的鎖相環(huán)仿真目的把握鎖相環(huán)的大體原理了解鎖相環(huán)在載波提取中的作用了解平方環(huán)和科斯塔斯環(huán)的工作原理內(nèi)容設(shè)計(jì)兩個(gè)仿真模型，別離利用平方環(huán)和科斯塔斯環(huán)對抑制載波雙邊帶調(diào)制的模擬信號進(jìn)行相干解調(diào)。原理平方環(huán)設(shè)調(diào)制信號為m(t)中無直流分量，那么DSB信號為（3－1）接收端將該信號通過一個(gè)平方律部件后取得（3－2）在上式中的均值是基帶信號的功率，是一個(gè)正的常數(shù)，因此上式中含有頻率分量的諧波，用中心頻率為的帶通濾波器將這一諧波分量選出后，再通過鎖相環(huán)選定，最后對鎖相環(huán)VCO輸出信號進(jìn)行2分頻即可恢復(fù)載波。平方環(huán)的原理框圖如以下圖所示：圖3-1平方環(huán)載波提取原理框圖科斯塔斯環(huán)利用平方環(huán)進(jìn)行解調(diào)時(shí)，需要三個(gè)乘法器，且鎖相環(huán)工作在載波的二倍頻上。若是載波頻率較高，鎖相環(huán)將需要工作在相當(dāng)高的頻率上，致使本錢大大提高。因此，科斯塔斯環(huán)針對這一缺點(diǎn)進(jìn)行了改良。本是采納科斯塔斯環(huán)法提取同步載波的?？扑顾弓h(huán)又稱同相正交環(huán)，其原理框圖如下：圖3-2科斯塔斯環(huán)原理框圖在科斯塔斯環(huán)環(huán)路中，誤差信號V7是由低通濾波器及兩路相乘提供的。壓控振蕩器輸出信號直接供給一路相乘器，供給另一路的那么是壓控振蕩器輸出經(jīng)90o移相后的信號。兩路相乘器的輸出均包括有調(diào)制信號，二者相乘以后能夠排除調(diào)制信號的阻礙，經(jīng)環(huán)路濾波器取得僅與壓控振蕩器輸出和理想載波之間相位差有關(guān)的操縱電壓，從而準(zhǔn)確地對壓控振蕩器進(jìn)行調(diào)整，恢復(fù)出原始的載波信號。此刻從理論上對科斯塔斯環(huán)的工作進(jìn)程加以說明。設(shè)輸入調(diào)制信號為，那么（3－3）（3－4）經(jīng)低通濾波器后，倍頻項(xiàng)被濾除，輸出別離為：將v5和v6在相乘器中相乘，得， （3－5）（3－5）中θ是壓控振蕩器輸出信號與輸入信號載波之間的相位誤差，當(dāng)θ較小時(shí)， （3－6）（3－6）中的v7大小與相位誤差θ成正比，它就相當(dāng)于一個(gè)鑒相器的輸出。用v7去調(diào)整壓控振蕩器輸出信號的相位，最后使穩(wěn)固相位誤差減小到很小的數(shù)值。如此壓控振蕩器的輸出確實(shí)是所需提取的載波。步驟1、平方環(huán)載波恢復(fù)仿真模型的設(shè)計(jì)1）仿真步進(jìn)設(shè)計(jì)為固定的，仿真計(jì)算采納ode5算法，仿真時(shí)刻設(shè)置為8e-3。2）采納相乘法產(chǎn)生抑制載波調(diào)制信號，其中，基帶信號采納頻率為1KHz的正弦波信號，載波采納頻率為10KHz的正弦波，通過相乘器產(chǎn)生已調(diào)信號后送入噪聲方差為的AWGN信道進(jìn)行傳輸。3）在接收方，采納乘法器Product1完成平方功能，并將輸出信號通過中心頻率為20kHz的二階帶通濾波器選出載波的二次諧波，濾波器通帶可設(shè)置為19~21kHz。4）采納Product2作為鎖相環(huán)的鑒相器，為模擬真實(shí)情形，并非將VCO的中心頻率完全設(shè)置為載波頻率的2倍，而是增加一個(gè)小的差值，如設(shè)置VCO的中心頻率為，操縱靈敏度為4000Hz/V。那么當(dāng)環(huán)路進(jìn)入鎖按時(shí)，VCO的輸出確實(shí)是穩(wěn)固的載波二次諧波。5）將取得的載波二次諧波通過計(jì)數(shù)器進(jìn)行二分頻后取得恢復(fù)載波，計(jì)數(shù)器設(shè)置為上升沿觸發(fā)，最大計(jì)數(shù)值為1，輸出端為計(jì)數(shù)輸出，輸出數(shù)據(jù)類型為雙精度。計(jì)數(shù)器的初始狀態(tài)設(shè)置為0或1。6）相干解調(diào)模塊可采納ManualSwitch來選擇理想載波或本地恢復(fù)載波來進(jìn)行，低通濾波器截止頻率依照基帶信號頻率進(jìn)行設(shè)計(jì)。圖3-3抑制載波雙邊帶調(diào)制、平方環(huán)載波恢復(fù)及相干解調(diào)模型2、科斯塔斯環(huán)載波恢復(fù)仿真模型的設(shè)計(jì)1）仿真步進(jìn)設(shè)計(jì)為固定的，仿真計(jì)算采納ode5算法，仿真時(shí)刻設(shè)置為8e-3。2）采納相乘法產(chǎn)生抑制載波調(diào)制信號，其中，基帶信號采納頻率為1KHz的正弦波信號，載波采納頻率為10KHz的正弦波，通過相乘器產(chǎn)生已調(diào)信號后送入噪聲方差為的AWGN信道進(jìn)行傳輸。3）在接收方，將接收信號分兩路與VCO輸出的信號進(jìn)行鑒相，并通太低通濾波器（2階的巴特沃斯濾波器，截止頻率為1KHz）4）VCO的中心頻率設(shè)置為，壓控靈敏度為8000Hz/V。5）零階維持器的采樣頻率依照仿真模型采樣頻率設(shè)置6）利用AnalyticSignal模塊進(jìn)行希爾伯特變換，取得復(fù)數(shù)信號7）利用ComplextoReal-Imag將復(fù)數(shù)信號的實(shí)部，虛部份離出來，取得一對彼此正交的正弦輸出抑制載波雙邊帶調(diào)制的科斯塔斯環(huán)載波恢復(fù)和解調(diào)模型結(jié)果分析平方環(huán)載波提取系統(tǒng)的頻率跟蹤范圍，并測試其頻率跟蹤特性。觀看科斯塔斯環(huán)載波提取電路的載波恢復(fù)結(jié)果，并與發(fā)送方載波進(jìn)行比較，觀看二者之間的區(qū)別

四擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的建模與仿真目的加深對擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的明白得了解直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的抗噪聲能力熟悉擴(kuò)頻碼在直序擴(kuò)頻中的作用內(nèi)容設(shè)計(jì)一個(gè)完整的擴(kuò)頻通信系統(tǒng)模型，包括信號的產(chǎn)生，擴(kuò)頻，調(diào)制，解擴(kuò)，解調(diào)和恢復(fù)的全進(jìn)程，并通過信號的頻譜對系統(tǒng)進(jìn)行分析。原理直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)擴(kuò)展頻譜調(diào)制是指已調(diào)信號帶寬遠(yuǎn)大于調(diào)制信號帶寬的任何調(diào)制體制；在這種體制中已調(diào)信號的帶寬大體上和調(diào)制信號帶寬無關(guān)。直接序列擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)框圖如圖4-1所示，二進(jìn)制數(shù)據(jù)源通過乘法器與PN序列相乘，由于PN序列的碼元持續(xù)時(shí)刻遠(yuǎn)小于數(shù)據(jù)源的碼元持續(xù)時(shí)刻，因此取得的信號頻譜將大大擴(kuò)展，接下來將擴(kuò)展了頻譜的數(shù)字信號通過數(shù)字調(diào)制進(jìn)行發(fā)送，取得發(fā)射的擴(kuò)頻信號。其中，發(fā)射信號的表達(dá)式為圖4-1直接序列擴(kuò)頻的發(fā)射機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)的信道和接收機(jī)結(jié)構(gòu)如下圖圖4-2直接序列擴(kuò)頻的接收機(jī)系統(tǒng)框圖接收方接收到的信號由擴(kuò)頻信號，噪聲信號和干擾信號組成，由此能夠取得接收信號的表達(dá)式：當(dāng)接收機(jī)達(dá)到同步要求時(shí)，其本地?cái)U(kuò)頻序列與發(fā)射機(jī)擴(kuò)頻序列相同。解擴(kuò)也是以乘法器完成的，因此解擴(kuò)輸出信號為：由于擴(kuò)頻序列，故上式第一項(xiàng)為，后面兩項(xiàng)屬于寬頻分量，能夠通過濾波器濾除。步驟直接序列擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)：為保證頻譜的滑膩，仿真參數(shù)如以下圖所示：圖4-3系統(tǒng)仿真參數(shù)設(shè)置1、二進(jìn)制隨機(jī)數(shù)發(fā)生器模塊產(chǎn)生基帶二進(jìn)制信號，其采樣時(shí)刻設(shè)置為，如此就能夠夠取得數(shù)據(jù)率為100bps的基帶信號，由于擴(kuò)頻時(shí)，需要與數(shù)據(jù)率高于自己的擴(kuò)頻碼相乘，因此通過RateTransition模塊進(jìn)行速度調(diào)整，并通過UnipolartoBipolarConverter模塊進(jìn)行雙極性轉(zhuǎn)換，取得雙極性信號。2、擴(kuò)頻碼由PN序列發(fā)生器產(chǎn)生，其中PN序列的生成多項(xiàng)式為[1000011]，初始狀態(tài)設(shè)置為[000001]。由于采樣時(shí)刻設(shè)定為1/2000，如此，就能夠夠產(chǎn)生數(shù)據(jù)率為2Kbps的擴(kuò)頻碼3、利用乘法器進(jìn)行擴(kuò)頻，然后將擴(kuò)頻信號送入到BPSK調(diào)制模塊進(jìn)行數(shù)字調(diào)制，并通過速度轉(zhuǎn)換后依照1/8000的采樣時(shí)刻進(jìn)行采樣維持（UnitDelay模塊），最后通過頻譜儀顯示頻譜4、為了觀看擴(kuò)頻前的信號頻譜，再將二進(jìn)制基帶信號通過采樣，然后觀看頻譜，其中UnitDelay模塊與第三步中的UnitDelay模塊設(shè)置一致。圖4-4直接序列擴(kuò)頻發(fā)射機(jī)仿真模型完整的直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真將發(fā)射機(jī)模型封裝為一個(gè)子系統(tǒng)，如以下圖所示：圖4-5擴(kuò)頻信號發(fā)射機(jī)子系統(tǒng)2、將直