实验三基于simulink的通信系统仿真Word格式.docx
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实验三基于simulink的通信系统仿真Word格式.docx
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Rs=30;
Fs=1000;
[N,Wn]=cheb1ord(Wp/(Fs/2),Ws/(Fs/2),Rp,Rs);
[b,a]=cheby1(N,Rp,Wn);
freqz(b,a,512,1000);
例5.3:
设计一个切比雪夫Ⅱ型数字带通滤波器,要求带通范围100-250Hz,带阻上限为300Hz,下限为50Hz,通带内纹波小于3dB,阻带纹波为30dB,抽样频率为1000Hz,并利用最小的阶次实现。
Wpl=100;
Wph=250;
Wp=[Wpl,Wph];
Wsl=50;
Wsh=300;
Ws=[Wsl,Wsh];
[N,Wn]=cheb2ord(Wp/(Fs/2),Ws/(Fs/2),Rp,Rs);
[b,a]=cheby2(N,Rp,Wn);
实验内容:
1设计一个数字信号处理系统,它的采样率为Fs=100Hz,希望在该系统中设计一个Butterworth型高通数字滤波器,使其通带中允许的最小衰减为0.5dB,阻带内的最小衰减为40dB,通带上限临界频率为30Hz,阻带下限临界频率为40Hz。
2试设计一个带阻IIR数字滤波器,其具体的要求是:
通带的截止频率:
wp1=650Hz、wp2=850Hz;
阻带的截止频率:
ws1=700Hz、ws2=800Hz;
通带内的最大衰减为rp=0.1dB;
阻带内的最小衰减为rs=50dB;
采样频率为Fs=2000Hz。
(2)、FIR数字滤波器设计
1、、在MATLAB中产生窗函数十分简单:
(1)矩形窗(RectangleWindow)
调用格式:
w=boxcar(n),根据长度n产生一个矩形窗w。
(2)三角窗(TriangularWindow)
w=triang(n),根据长度n产生一个三角窗w。
(3)汉宁窗(HanningWindow)
w=hanning(n),根据长度n产生一个汉宁窗w。
(4)海明窗(HammingWindow)
w=hamming(n),根据长度n产生一个海明窗w。
(5)布拉克曼窗(BlackmanWindow)
w=blackman(n),根据长度n产生一个布拉克曼窗w。
(6)恺撒窗(KaiserWindow)
w=kaiser(n,beta),根据长度n和影响窗函数旁瓣的β参数产生一个恺撒窗w。
2、基于窗函数的FIR滤波器设计
利用MATLAB提供的函数firl来实现
firl(n,Wn,’ftype’,Window),n为阶数、Wn是截止频率(如果输入是形如[W1W2]
的矢量时,本函数将设计带通滤波器,其通带为W1<
ω<
W2)、ftype是滤波器的类型(低
通-省略该参数、高通-ftype=high、带阻-ftype=stop)、Window是窗函数。
例6.1:
设计一个长度为8的线性相位FIR滤波器。
其理想幅频特性满足
Window=boxcar(8);
b=fir1(7,0.4,Window);
freqz(b,1)
例6.2:
设计线性相位带通滤波器,其长度N=15,上下边带截止频率分别为W1=0.3π,w2=0.5
π
Window=blackman(16);
b=fir1(15,[0.30.5],Window);
例6.3:
MATLAB中的chirp.mat文件中存储信号y的数据,该信号的大部分号能量集中在Fs/4(或二分之一奈奎斯特)以上,试设计一个34阶的FIR高通滤波器,滤除频率低于Fs/4的信号成分,其中滤波器的截止频率为0.48,阻带衰减为30dB,滤波器窗采用切比雪夫窗
loadchirp
window=chebwin(35,30);
b=fir1(34,0.48,’high’,window);
yfit=filter(b,1,y);
[Py,fy]=pburg(y,10,512,Fs);
[Pyfit,fyfit]=pburg(yfit,10,512,Fs);
plot(fy,10*log10(Py),’.’,fyfit,10*log10(Pyfit));
gridon
ylabel(‘幅度(dB)’)
xlabel(‘频率(Hz’)
legend(‘滤波前的线性调频信号’,‘滤波后的线性调频信号’)
1用矩形窗设计线性相位FIR低通滤波器。
该滤波器的通带截止频率wc=pi/4,单位脉冲响h(n)的长度M=21。
并绘出h(n)及其幅度响应特性曲线。
2试用频率抽样法设计一个FIR低通滤波器,该滤波器的截止频率为0.5pi,频率抽样点数为33。
四实验原理
1模拟通信系统的仿真原理
调制的作用:
(1)实现信号的频谱搬移,适应在频带信道内的传输;
(2)当频带信道带宽远大于信号带宽时,可以将多路基带信号调制到互不重叠的频带上,充分利用信道带宽,实现频分复用(FDM);
(3)不同的调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),可以根据需要选用合适的调制方法。
1.1AM信号的调制解调原理
调制原理:
AM调制是用调制信号去控制高频正弦载波的幅度,使其按调制信号的规律变化的过程,就是按原始电信号的变化规律去改变载波某些参量的过程。
图1-1AM调制原理框图
AM信号的时域和频域的表达式分别为:
式(1-1)
式(1-2)
在式中,
为外加的直流分量;
可以是确知信号也可以是随机信号,但通常认为其平均值为0,即
。
其频谱是DSBSC-AM信号的频谱加上离散大载波的频谱。
解调原理:
AM信号的解调是把接收到的已调信号
还原为调制信号
AM信号的解调方法有两种:
相干解调和包络检波解调。
AM相干解调原理框图如图1-2。
相干解调(同步解调):
利用相干载波(频率和相位都与原载波相同的恢复载波)进行的解调,相干解调的关键在于必须产生一个与调制器同频同相位的载波。
如果同频同相位的条件得不到满足,则会破坏原始信号的恢复。
相干载波的提取:
(1)导频法:
在发送端加上一离散的载频分量,即导频,在接收端用窄带滤波器提取出来作为相干载波,导频的功率要求比调制信号的功率小;
(2)不需导频的方法:
平方环法、COSTAS环法。
图1-2AM相干解调原理框图
AM信号波形的包络与输入基带信号
成正比,故可以用包络检波的方法恢复原始调制信号。
包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成:
(1)整流:
只保留信号中幅度大于0的部分;
(2)低通滤波器:
过滤出基带信号;
(3)隔直流电容:
过滤掉直流分量。
可以使用包络检波器进行解调,成本低,大功率离散载波造成的成本问题由广播电台解决,解调不需要载波提取电路。
并且在高信噪比情况下,包络检波解调具有与相干解调相同的解调输出信噪比,在小信噪比时,输出信噪比不是按比例的随着输入信噪比下降,而是急剧下降,这种现象称为“门限效应”,相干解调不存在门限效应,因为有用信号和噪声在相干解调中不会相混,包络检波中输出有用信号和噪声不再是相加的,而是相混的,即是有用信号分量乘以噪声,这时已经很难从输出中区分出有用信号了。
1.2DSB信号的调制解调原理
在幅度调制的一般模型中,若假设滤波器为全通网络(
=1),调制信号
中无直流分量,则输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号(DSB)。
每当信源信号极性发生变化时,调制信号的相位都会发生一次突变π。
式(1-3)
调制的目的就是进行频谱搬移,把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上,从而提高系统信息传输的有效性和可靠性。
DSB调制原理框图如图1-3:
图1-3DSB调制原理框图
DSB信号实质上就是基带信号与载波直接相乘,频域上就是卷积,表示式为:
式(1-4)
(1)经调制后,调制信号的带宽变为原基带信号的2倍:
模拟基带信号带宽为W,则调制信号的带宽为2W;
(2)调制信号中不含离散的载频分量:
因为原模拟基带信号中不含离散直流分量。
(3)包含上下两个边带,且携带相同信息(双边带);
(4)不论是确定信号的频谱,还是随机信号的功率谱,都是基带信号频谱/功率谱的线性搬移。
因而被称为线性调制。
DSB只能进行相干解调,其原理框图与AM信号相干解调时完全相同,利用恢复的载波与信号相乘,将频谱搬移到基带,还原出原基带信号。
图1-4DSB解调原理框图
(1)当恢复载波与原载波频率不完全一样时,解调信号是原基带信号与低频正弦波的乘积;
(2)若恢复载波与原载波频率相同,而相位不同时,输出信号达不到最大值。
2数字通信系统的仿真原理
数字信号的传输方式分为基带传输和带通传输,在实际应用中,大多数信道具有带通特性而不能直接传输基带信号。
为了使数字信号在带通信道中传输,必须使用数字基带信号对载波进行调制,以使信号与信道的特性相匹配。
这种用数字基带信号控制载波,把数字基带信号变换为数字带通信号的过程称为数字调制。
通常使用键控法来实现数字调制,比如对载波的振幅、频率和相位进行键控。
数字调制:
(1)数字信号通过正弦载波调制成频带信号;
(2)数字信号控制正弦载波的某个参量;
(3)键控信号:
对载波参量的离散调制。
2.1ASK信号的调制解调原理
数字信号对载波振幅调制称为振幅键控即ASK(Amplitude-ShiftKeying),OOK就是用单极性不归零码控制正弦载波的开启与关闭,实现非常简单,抗噪声性能不好。
ASK有两种实现方法:
1.乘法器实现法2.键控法。
乘法器实现法的输入是随机信息序列,经过基带信号形成器,产生波形序列,乘法器用来进行频谱搬移,相乘后的信号通过带通滤波器滤除高频谐波和低频干扰。
键控法是产生ASK信号的另一种方法。
二元制ASK又称为通断控制(OOK)。
最典型的实现方法是用一个电键来控制载波振荡器的输出而获得。
图1-8ASK乘法器实现法框图
ASK的解调有两种方法:
1.包络检波法2.相干解调。
同步解调也称相干解调,信号经过带通滤波器抑制来自信道的带外干扰,乘法器进行频谱反向搬移,以恢复基带信号。
低通滤波器用来抑制相乘器产生的高次谐波干扰。
由于AM信号波形的包络与输入基带信号
成正比,故也可以用包络检波的方法恢复原始调制信号。
包络检波器一般由半波或全波整流器和低通滤波器组成。
相干解调框图和包络检波框图分别如图4-9和图4-10:
图1-9ASK相干解调框图
图1-10ASK包络检波框图
四.通信系统仿真结果及分析
5.1模拟通信系统结果分析
Simulink仿真流程(完成的Simulink总体框图、每个模块所在位置及参数设置的说明,自定义模块的框图及参数)
5.1.1AM模拟通信系统
5.1.1.1AM相干解调框图
图5-1AM相干解调框图
信源参数参数:
幅度1频率10rad/s
载波参数:
幅度1频率100rad/s
BPF参数:
下限频率90rad/s上限频率110rad/s
LPF参数:
截止频率10rad/s
高斯白噪声参数:
均值0标准差0.01
5.1.1.2AM包络检波解调框图
图5-2AM包络检波框图
信源参数:
全波整流器参数参数:
下限0上限inf
5.1.2DSB模拟通信系统
5.1.2.1DSB相干解调框图
图5-3DSB相干解调框图
图5-4SSB滤波法USB框图
5.1.3.2滤波法LSB框图
5.2仿真结果框图
5.2.1AM模拟系统仿真结果
5.2.1.1AM相干解调波形
上:
解调波形下:
信源波形
图5-6AM相干解调波形
5.2.1.2AM在调制过程中的调制波形
调制波形下:
图5-7AM调制波形
5.2.1.3AM包络检波解调波形
图5-8AM包络检波解调波形
5.2.2DSB模拟系统仿真结果
5.2.2.1DSB相干解调波形
图5-9DSB相干解调波形
5.2.2.2DSB在调制过程中的调制波形
图5-10DSB调制波形
从波形图可以看出,不论是AM、SSB、DSB,由于系统模型经历多个模块,会造成一定的时延。
解调过后的信号波形不仅有相位的延迟,而且在幅度上也低于信源波形。
AM解调时,应注意滤除直流分量,AM相干解调减去的直流分量与计算结果相符,然而AM包络检波需要减去一个工程值,这个数值并非计算所能得出,需要进行仿真尝试得出。
5.3数字通信系统结果分析
5.3.1ASK数字通信系统
5.3.1.1ASK模拟相乘法、相干解调框图
图5-14ASK模拟相乘法、相干解调框图
0码概率0.5采样时间1s
均值0标准差0.001
截止频率10rad/s
判决器参数:
门限0.25
5.3.1.2ASK模拟相乘法、包络检波解调框图
图5-15ASK模拟相乘法、包络检波解调框图
全波整流器参数:
5.3.1.3ASK键控法、相干解调框图
图5-16ASK键控法、相干解调框图
键控器参数:
门限1U2≥门限
5.3.1.4ASK键控法、包络检波解调框图
图5-17ASK键控法、包络检波解调框图
5.4仿真结果框图
5.4.1ASK数字系统仿真结果
5.4.1.1ASK模拟相乘法调制相干解调波形
信源波形下:
解调信号波形
图5-26ASK模拟相乘法调制相干解调波形
5.4.2.1ASK模拟相乘法调制包络检波法解调波形
图5-27ASK模拟相乘法调制包络检波法解调波形
5.4.2.2ASK键控法调制相干解调波形
图5-28ASK键控法解调波形
5.4.2.3ASK键控法调制包络检波法解调波形
图5-29ASK键控法调制包络检波法解调波形
5.4.2.4ASK在调制过程中调制信号波形与信源波形
调制信号波形
图5-30ASK调制波形
五、实验报告要求
实验报告应包括实验目的、实验内容、程序清单、运行结果以及实验的收获与体会
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- 关 键 词:
- 实验三 基于simulink的通信系统仿真 实验 基于 simulink 通信 系统 仿真