matlab课程设计实验报告.docx
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matlab课程设计实验报告.docx
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matlab课程设计实验报告
实验一单边带调幅系统的建模仿真
一、实验目的
1.了解单边带调幅系统的工作原理
2.掌握单边带调幅系统的Matlab和Simulink建模过程
二、实验内容
1、Matlab设计一个单边带发信机、带通信道和相应的接收机,参数要求如下.
(1)输入话音信号为一个话音信号,采样率8000Hz。
话音输入后首先进行预滤波,预滤波器是一个频率范围在[300,3400]Hz的带通滤波器.其目的是将话音频谱限制在3400Hz以下.单边带调制的载波频率设计为10KHz,调制输出上边带。
要求观测单边带调制前后的信号功率谱。
(2)信道是一个带限高斯噪声信道,其通带频率范围是[10000,13500]Hz。
要求能够根据信噪比SNR要求加入高斯噪声。
(3)接收机采用相干解调方式.为了模拟载波频率误差对解调话音音质的影响,设本地载波频率为9。
8KHz,与发信机载波频率相差200Hz。
解调滤波器设计为300Hz到3400Hz的带通滤波器。
2、用Simulink方式设计一个单边带传输系统并通过声卡输出接收机解调的结果声音。
系统参数参照实例5.9,系统仿真参数设置为50KH
显示结果
(1)能观察音频信号和SSB加载后的信号
(2)能观察音频信号频谱和SSB加载后的信号频谱
(3)解调结果放到.wav音频文件,改变信道信噪比听解调的结果
三、实验要求
1。
按要求设计仿真参数;
2.按计算所得参数建立Matlab和SIMULINK系统模型;
3。
设置各模块参数及仿真参数后仿真系统;
4.分析仿真结果.
实验二数字通信系统的建模仿真
一、实验目的
1.了解数字通信系统的建模过程
2.了解数字通信系统的仿真过程,并掌握对建模的好坏进行分析
二、实验内容
建立并测试一个直接序列扩频体制的码分多址传输系统,对比以Gold序列、m序列以及随机整数发生器RandomIntegerGenerator作为直接序列扩频的扩频序列的传输性能,观察两路CDMA码源的收发数据波形,测试误码率,并用频谱仪观察直接序列扩频调制前后和解调前后的信号频谱。
三、实验要求
1.按要求设计仿真参数;
2.按计算所得参数建立SIMULINK系统模型;
3.设置各模块参数及仿真参数后仿真系统;
4。
分析仿真结果.
5。
撰写实验报告.实验报告内容包括:
封面;任务书;实验原理;仿真的模型,对模型的分析及怎样设置参数;结果分析;对用Matlab来进行通信仿真的心得体会.
工作内容及工作计划:
1周(14-15)
时间
地点
工作内容
6。
4
科技楼机房11
单边带调幅系统的建模
6.5
科技楼机房11
单边带调幅系统的仿真
6.6
科技楼机房11
直接序列扩频体制的码分多址传输系统建模
6.7
科技楼机房11
直接序列扩频体制的码分多址传输系统仿真
6。
13
科技楼机房11
测试并答辩
撰写课程设计报告
实验一单边带调幅系统的建模仿真实验报告
1:
实验原理:
本次实验采用希尔伯特变换,希尔伯特变换就是将信号中所以频率成分的信号分量移相-π/2而得到的新信号.实信号x(t)的解析信号y(t)是一个复信号,其实部为信号本身,虚部为x(t)的希尔伯特变换。
单边带调幅与解调的原理:
双边带调幅所产生的上下两个边带包含的信息相同,所以只需要传输其中任意一个边带就可以了.将DSB信号中的某一个边带去除,所得到的就是单边带调制信号.单边带信号的突出特点是节约了传输频带。
另外,对于话音信号的单边带解调,可以不用恢复载波相位,甚至接收机的本地载波与发射机的发生载波之间存在少量频率差,话音信号的解调输出失真也大。
2.实验内容:
1、Matlab设计一个单边带发信机、带通信道和相应的接收机,参数要求如下.
(1)输入话音信号为一个话音信号,采样率8000Hz。
话音输入后首先进行预滤波,预滤波器是一个频率范围在[300,3400]Hz的带通滤波器。
其目的是将话音频谱限制在3400Hz以下.单边带调制的载波频率设计为10KHz,调制输出上边带。
要求观测单边带调制前后的信号功率谱.
(2)信道是一个带限高斯噪声信道,其通带频率范围是[10000,13500]Hz.要求能够根据信噪比SNR要求加入高斯噪声。
(3)接收机采用相干解调方式。
为了模拟载波频率误差对解调话音音质的影响,设本地载波频率为9。
8KHz,与发信机载波频率相差200Hz.解调滤波器设计为300Hz到3400Hz的带通滤波器.
2、用Simulink方式设计一个单边带传输系统并通过声卡输出接收机解调的结果声音.系统参数参照实例5.9,系统仿真参数设置为50KH
显示结果
(1)能观察音频信号、SSB加载后的信号,解调后的信号波形
(2)能观察音频信号频谱、SSB加载后的信号频谱,解调后的信号频谱
(3)解调结果放到。
wav音频文件,改变信道信噪比听解调的结果
3.1仿真模型:
3。
2流程图:
4:
模型分析及参数设置:
相关模块的参数设置:
1。
读入信号:
在matlab中编写相关的程序
2.对信号进行预滤波:
选择巴特沃斯带通滤波器,参数设置如图一所示
图一:
带通滤波器的参数设置
3.对原始信号和基带信号进行希尔伯特变换:
需要零阶保持器,参数设置仿真时间为1/50000;analyticsignal模块,参数为默认设置;complextoreal-Imag模块,参数为默认设置;乘法器,将基带信号进行希尔伯特变换之后的实部与原始信号进行希尔伯特变换之后的实部相乘,另一个乘法器为将各自的虚部相乘,需要改的参数是仿真时间为1/50000;载波信号选用sinewavefunction模块:
参数设置如图二所示:
图二:
载波信号模块的参数设置
4。
信道模块:
使用高斯噪声信道,参数设置如图三所示:
图三:
信道模块的参数设置
5。
相干解调模块:
载波信号选择sinewavefunction模块:
其中频率与输入的载波信号的频率相同,进行同频相干解调,参数设置图四所示;
图四:
相干解调模块中的载波信号参数设置
乘法器:
将载波信号与经过信道的信号相乘,参数设置只需要修改仿真的时间为1/50000;带通滤波器:
使用巴特沃斯带通滤波器,具体参数设置如图五所示:
图五:
带通滤波器的参数设置
6。
将得到的语音信号传送给workspace,在matlab中编写程序,重新写出一个后缀为wav的音频文件。
4:
结果分析:
SSB加载后的信号频谱(左)和原信号频谱(右)
信道的信噪比为60时得到的仿真结果:
图六
信道的信噪比为10时得到的仿真结果:
对比的分析:
通过加大信道中信噪比的参数可以使解调出的信号与基带信号更相近,减少了信道中噪声的干扰.从图六波形的显示可以看出,该系统调制后的信号与基带信号的差别不是很大,但是通过对将解调之后的信号和基带信号进行对比可以看到信号的幅度明显减弱了,在用耳机听解调之后的音频信号也可以验证这一点,相比原始的音频信号,解调出来的音频信号的声音更尖细一些.
5:
心得体会
通过本次课程设计中的单片带调幅系统仿真的练习提高了我的建立仿真模块的能力。
在实验过程中,我先结合课本所给出的matlab程序熟悉整个调幅系统的仿真过程和具体的一些参数设置.然后结合matlab的程序画出自己理解下的系统流程图,最后在老师的指导和帮助下完成对这个系统的建模和仿真。
在这个过程中使得我对单边带调制和解调的过程有了深入地理解和认识。
实验二数字通信系统的建模仿真
1.实验原理:
直接扩频序列扩频系统的原理如下框图所示:
2.实验内容:
建立并测试一个直接序列扩频体制的码分多址传输系统,对比以Gold序列、m序列以及随机整数发生器RandomIntegerGenerator作为直接序列扩频的扩频序列的传输性能,观察两路CDMA码源的收发数据波形,测试误码率,并用频谱仪观察直接序列扩频调制前后和解调前后的信号频谱。
1、建立一个直接序列扩频体制
观察收发数据波形;并用频谱仪观察原信号、直接序列扩频后的信号频谱、加噪声的信号频谱、解扩后的信号频谱;测试误码率.
2、对比以Gold序列、m序列(已做)以及随机整数发生器RandomIntegerGenerator作为直接序列扩频码源的传输性能,观察波形、频谱(扩频后、加噪声后、解扩后、解调后)、误码率,比较分析传输性能
3、建立并测试一个直接序列扩频体制的码分多址传输系统
观察两路CDMA码源的收发数据波形;观察误码率;观察频谱(各自扩频后、加噪声后、各自解扩后、各自解调后);
4、对比以Gold序列、m序列以及随机整数发生器RandomIntegerGenerator作为直接序列扩频码源的码分多址传输系统
观察波形、频谱(各自扩频后、各自解调后)、误码率,分析传输性能
5、完成跳频扩扩频传输系统
3.建立直接扩频系统的流程图
3。
1直接扩频系统的仿真模型及分析:
3.2CDMATrans子模块的仿真模型及分析:
3。
2.具体模块的参数设置:
3。
2.1CDMATrans子模块的参数分析:
1.二进制数据源:
用贝努力序列产生,由于要去输出的数据速率为100bps,所以在smapletime中修改为0.01;其余为默认值。
2。
PN序列模块:
用于产生伪随机扩频序列码,其采样时间(sampletime)设置为0.0005,这样使得输出的码片速率为2000chip/s,其余为默认值
3.单极性转变成双极性:
因为是二进制数据源所以参数设置为2,同样的在双极性转化成单极性模块中也设置为2.
3。
2。
2直接扩频序列仿真模型的具体参数设置:
1。
信道模块:
为高斯噪声信道加上单频干扰源,其中信道中设置噪声方差为10。
单频干扰源的频率设置为300Hz,并且采样时间设置为1/2000
图一:
信道模块的参数设置
2。
调制模块:
由于解扩信号的采样率为2000次/s,而BPSK基带数据信号速率为100bps,其采样率为100次/s,故BPSK解调器中应设置samplepersymbol参数为20。
经过单双极性变换并进行速率采样后送入频谱仪观察。
图二:
解调器的参数设置
3。
观察误码率模块:
接收机中以贝努力二进制序列产生与发送数据相同的数据流,并延迟1个数据码元宽度以补偿接受延时,然后对比接收解调数据流,显示数据波形并统计误码率。
4。
解扩模块:
是将本地序列经过单双极性变换后与经过信道的信号相乘,其中本地序列的参数设置与发射机中的PN序列相同。
3。
3实验结果
收发数据的波形比较如下图所示:
显示的误码率为0.00295
直接序列扩频后的频谱如下图所示:
加入噪声之后的信号频谱如下图所示:
从图中可以观察到信号淹没在噪声中
解扩输出的信号频谱如下图所示:
4:
运用GOLD码,随机整数发生器进行扩频的仿真模型:
相对于用PN序列进行的扩频系统,只需要修改PN序列模块即可,同样,在用随机整数发生器进行扩频也修改PN模块,另外还需修改
4.1利用GOLD码进行扩频:
收发数据的波形如下所示:
(显示的误码率为:
0。
006993)
经过信道之后的信号频谱如下所示:
解扩之后的频谱如下所示:
解调之后的频谱如下图所示:
4。
2利用随机整数进行的扩频:
收发数据的波形(误码率为:
0.008991)
经过信道之后的信号频谱如下所示:
解扩之后的频谱如下所示:
解调之后的频谱如下图所示:
比较分析:
从误码率可以观察出PN随机序列的传输性能最好,其误码率最低。
其次是GOLD序列,其误码率比PN序列的要大,但是仍然比随机整数序列的小.随机整数序列在三者之中传输性能最差,误码率也是三者中最大的。
从频谱图中观察出,噪声和干扰对PN序列的影响最小,其次是GOLD码序列。
在解扩出来的频谱中也可观察到PN序列中信号的毛刺较少,波形较平滑,其次是GOLD码,而随机整数序列解扩出的信号毛刺较多,表明受噪声干扰比较严重。
5.直接序列扩频体制的码分多址传输系统模型:
5.1.1具体模块的参数设置:
在CDMAtrans模块中具体的模型和参数设置与直接扩频系统的一样。
但是CDMAtrans1中PN序列的初始值要改为[000011],贝努力序列的随机种子数要修改为100。
这样两个扩频输出信号使用了相同m序列的不同相位作为扩频码。
其中信道的噪声方差改为5.两个接收机中作为对比的数据源的随机种子数也应设置为70和100。
5。
1。
2结果分析:
两路的收发波形比较:
第一路信号(误码率为:
)第二路信号(误码率为:
)
第一路信号扩频之后的频谱如下图:
第二路信号扩频之后的频谱如下图所示:
加入噪声之后的频谱如下图所示:
第一路解调之后频谱如下所示:
第二路解调之后频谱如下所示:
5。
2采用GOLD码序列进行扩频的码分多址仿真模型:
具体参数设置:
模块建立时只需要修改PN序列部分即可,在采用随机整数序列时按照一路信号的参数进行设置,其中另一路的随机种子数修改为100.其余参数不需要修改,可参照PN序列的仿真模型.
5.2。
1结果分析
第一路信号的收发波形如下图所示:
第二路信号的收发波形如下所示:
第一路信号扩频之后的频谱如下所示:
第二路扩频之后频谱如下所示:
加入噪声之后的信号频谱如下所示:
第一路解调之后信号的频谱如下:
第二路解调之后信号的频谱如下:
5。
3采用随机整数发生器进行扩频的码分多址:
第一路的收发波形如下所示:
第二路的收发波形如下所示:
第一路扩频之后信号频谱如下:
第二路扩频之后信号频谱如下:
第一路解调之后信号频谱如下:
第二路解调之后信号频谱如下:
6.跳频扩频系统的仿真模型:
6.1具体参数设置:
二进制数据源采用贝努力序列产生,模块中采样时间为0.01s,然后用M—FSKModulatorBaseband进行2FSK调制,其参数设置为:
调制元数为2,频率间隔为100Hz,每个符号的采样点数为40,这样调制输出的将是采样率为4000次/s的复信号。
跳频器采用M—FSKModulatorBaseband1完成,其参数设置为:
调制元数为32,输入数据类型为整型,频率间隔为50,每符号采样点数为80,这样该模块将输出在32个频点上跳频速率为50次/s的伪随机跳频载波信号。
M-FSKModulatorBaseband2的参数设置与跳频器的参数设置相同。
解调器的参数设置与M—FSKModulatorBaseband的参数设置相同。
信道的方差设为1,单片干扰源的频率设置为150Hz,幅度为1.
6。
2PN序列的子系统仿真模型:
具体参数设置:
数据源:
采用二进制贝努力产生,模块中采样时间设置为0.01s。
PN序列模块采用的采样时间间隔设置为1/250s,并设置按帧输出,每帧5个样值(即5个码片),将帧格式转换为基于取样的信号后,用BITtointegerConverter将每5码片转换为一个随机整数输出,所以参数设置为5。
6。
3实验结果分析:
跳频之前的频谱如下所示:
跳频之后的频谱如下所示:
经过信道传输并受到单频正弦干扰的跳频接收信号的频谱如下所示:
跳频解跳输出信号的频谱如下所示:
高斯白噪声频谱
混杂在干扰和噪声中的跳频信号
解跳后恢复的窄带信号频谱
单频干扰以及噪声的频谱被再次扩展
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