1、本科毕业设计（20 届）基于 Simulink 的调幅广播系统的仿真与分析所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 福建师范大学- 1 - 目录第一章 引言 .31.1 设计的目的 .31.2 设计的内容与要求 .3第二章 调幅广播系统的模型及仿真环境 .42.1 MATLAB 及 SIMULINK 建模环境的简介 .42.2 调幅广播系统的介绍 .42.3 仿真参数的设计 .5第三章 调幅广播系统的建立与仿真 .73.1 建立系统的模拟仿真图 .73.2 调幅广播系统中仿真模块的参数设置 .73.3 仿真结果与分析 .9第四章 调幅包络检波和相干解调
2、的建立与仿真 .104.1 建立模拟仿真图 .104.2 仿真模块的参数设置 .104.3 仿真结果与分析 .13第五章 脚本程序 .135.1 脚本程序 .135.2 性能曲线 .14第六章 总结与体会 .15参考文献 .16福建师范大学- 2 - 基于 Simulink 的调幅广播系统的仿真与分析【摘要】 随着信息科学技术的发展，原本应用于研发、测试的仪器更新速度也相应加快，计算机仿真可以广泛用于大部分电子信息工程、现代通信技术和通信系统的实验研究工作。Simulink 是 MATLAB中的其中一种可视化仿真工具。Simulink 是一种用来对动态系统进行建模、仿真和分析的软件包。本课题设
3、计是使用 MATLAB/Simulink 的计算机仿真，它包含有经济、安全、可靠、编程简易以及试验周期短等优点。本论文主要的工作是调幅广播系统的建模与仿真，主要从调制与解调两方面来对本系统加以论述。【关键词】 计算机仿真 Simulink 建模 MATLAB/Simulink 的计算机仿真 调制解调Analysis and simulation of amplitude modulation broadcasting basing on simulinkAbstract With the development of information science and technology, th
4、e new equipment, which originally used in research, will develope faster, Computer simulation experimental research work can be widely used in most of the electronic information engineering, and the modern communication technology and the communication system of experimental research has become grea
5、tly developed. Simulink is one of the visualization simulation tool of MATLAB. Simulink is one of the visualization simulation tool of MATLAB software. It is used for the dynamic system modeling, simulation and analysis software packages. The computer simulation of MATLAB/Simulink were used to desig
6、n the mplitude modulation broadcasting, it has many merit, such as economic, safe and reliable, easy programming and test cycle short, etc.This paper mainly work were established and simulated the amplitude modulation broadcasting system from two aspects with modulation and demodulation.Key words Th
7、e computer simulation Simulink Modeling The computer simulation of MATLAB/Simulink Modem福建师范大学- 3 - 第一章 引言通信就是从一个地方到另一地方的传递和交换消息。消息是由信息源产生的，是信息的物理表现，主要由模拟消息（语音、图像）和数字消息（数据、文字）组成。所有的消息必须先转换成电信号（简称信号）后才可以在通信系统中传输。与之相应的可分为模拟信号和数字信号。通信的目的就是为了传递信息。1.1 设计的目的（1）学会使用仿真的方法对通信传输系统的基本理论、基本算法进行仿真验证；（2）熟练使用 MATL
8、AB 语言及工具箱进行基本信号的分析与处理的方法；（3）培养同学们的合作精神和独立分析解决问题的能力，通过传输系统仿真来加深了解对通信传输系统理论的理解；（4）使用 MATLAB 语言和 Simulink 仿真设计完成中波调幅广播系统的仿真。1.2 设计的内容与要求1.接收带通滤波器使用 Analog Filter Design 模块来实现，在同一示波器上观察调幅输出信号，观察在未加入白噪声和加入白噪声后两种情况经过滤波器后的输出波形。为了直观比较测量输出信噪比，以参数相同的另外两个滤波器模块分别对纯信号和纯噪声进行滤波，通过统计模块计算信号功率及噪声功率，从而计算输出信噪比，用 Disply
9、 来显示结果。对于中波调幅广播传输系统进行仿真实验，模型参数指标如下：（1）基带信号：最大幅度为 1 的音频信号，调制度（信号最大幅度与载波幅度之比）=0.5。基带测试信号中波频率在 1006000Hz 之间可调。am（2）载波信号：给定幅度为 1 及初相位 0 的正弦波，频率在 5501605kHz 之间可调。（3）接收机选频滤波器带宽取为 12kHz，中心频率取为 1000kHz。（4）在信道中加入白噪声，将接收机选频滤波器输出信噪比设为 30dB 后，通过计算出在信道中应加入白噪声的方差值，从而测量出接收机选频滤波器实际输出信噪比。2.将调幅广播系统当作传输模型，构建成包络检波和相干解调
10、电路，用示波器显示出解调输出波形。创建一个信噪比子系统，该系统能够让两输入的解调信号中的信号和噪声近似分离，并分别算出信号和噪声分量的功率，从而计算出信噪比，用 Display 来显示，同时将信噪比数据送入 Workspace 工作空间。3.将噪声方差设为 MATLAB 变量，并将输出 SNR 值用变量的形式输出到工作空间，然后编写程序，使系统在若干信道信噪比条件下执行仿真并记录，最后绘出信噪比曲线。第二章 调幅广播系统的模型及仿真环境2.1 MATLAB 及 Simulink 建模环境的简介美国 MathWorks 公司曾经开发出一种跨平台的 MATLAB 平台，它适用于算法开发，福建师范大
11、学- 4 - 建模仿真，实时实现的理想集成环境，主要由 MATLAB 和 Simulink 两大部分组成 1。MATLAB 中的 Simulink 模块是一种建立系统方框图和基于方框图级的系统仿真环境，也是一个对动态系统进行建模、仿真并对仿真结果进行分析的软件包 2。对系统进行可视化建模可以选择使用 Simulink，Simulink 还可以进行基于时间流的系统级仿真，从而使得仿真系统建模与工程中的方框图相结合。用户可以通过简单直观的鼠标操作来控制Simulink 模块，从而构成更为复杂的系统 3。在 Simulink 模块中，全方位地支持动态系统的建模仿真，还支持连续系统、离散系统、混合系统
12、、线性系统、非线性系统、时不变系统、时变系统等的建模仿真，也支持具有多速率传输系统 3。Simulink 还提供了专门用于显示输出信号模块，使用户可以更好地在仿真过程中随时观察仿真实验结果。同时，通过 Simulink 的存储模块，使仿真数据以多姿多样的形式保存到 MATLAB 工作空间或文件中，方便用户在仿真结束后对数据进行分析和处理。另外，Simulink 仿真环境下还附带许多专业仿真模块库。同时 Simulink 还具有等级结构的子系统，它是通过具有特定功能的代码组成的模块方式组成，从而具有内在的模块化设计功能 3。Simulink 是一种通用的仿真建模工具，Simulink 广泛使用于
13、通信仿真、数字信号处理、模糊逻辑、数字控制神经网络、机械控制和虚拟现实等领域中。也可以这样说，在通信传输系统仿真领域中，Simulink 是无所不包的存在 3。2.2 调幅广播系统的介绍最早期存在的无线电远距离传输技术称为模拟幅度调制。电磁波辐射是在幅度调制的过程中，由声音信号来控制高频率正弦信号的幅度，经过幅度的变化高频率正弦信号放大后，再由天线发射出去。电磁波的频率满足 fc/其中，f 表示电磁波频率，单位：赫兹（ Hz） ； 表示波长，单位：米（ m） ；c 表示传播速度，单位：（m/s） ，自由空间中电磁波的传播速度是 c=3*10 m/s。由此可得，电磁波的频8率和波长呈反比例关系。
14、如果波动的电信号要正常有效地从天线发送出去（有效地从天线将信号正常接收回来） ，就需要满足天线的等效长度至少达到波长的 1/4 左右，其波长大约为 1515000km。像这样的长度和范围的天线要进行正常有效信号的收发，对于现实生活来讲是不可能实现的。为了方便可以通过较短的天线发射出去，故需要将声音这样低频的信号给搬移到高频段上去。举个例子：移动通信公司使用 900MHz 频率段的电磁波信号波长大约为 0.33m，其收发天线的尺寸就应该为波长的 1/4 左右，即约为 8cm。在调幅广播中，短波频率范围在 330MHz 之间，其波长范围大约在几百米之间。而中波频率范围在 5501605kHz 之间
15、，其波长范围大约在几十米之间。与之相应的短波天线就需要更长一些。调幅广播通常采用的是常规调幅方式，使用的波段可分为中波和短波两种情况3。故这次毕业设计实验采用中波调幅。我们人类可以听到的声音信号通过话筒转换为波动的电信号，其频率范围在2020000Hz 之间。通过多次的实验证明结果，我们人耳大约在语音频率 3003400Hz 之间属于敏感地区。国际标准中将电话通信的传输频带带宽规定为 3003400Hz 是为了节约频带带宽资源。调幅广播除了要传输语音之外，还要播送音乐节目等，这就需要有更宽的频带，故设调幅广播的传输频率范围大约在 1006000Hz 之间。福建师范大学- 5 - 2.3 仿真参
16、数的设计中波调幅广播系统工作最高频率为调幅载波频率 1605kHz，设计仿真采样速率为最高工作频率的 10 倍左右，故取仿真步长为 skftsep 8max 1023.6)105*/()10/( 相应的仿真带宽可取为仿真采样率的一半，即 HztWsep7.82)/(设基带信号为 ，载波位 ，则调制指数为 m 的调制FAtm2co)(tftccos(a输出信号 s（t）表达式为 tfttSca2s)()0显然，s(t)的平均功率为 4/2/0amAP设信道无衰减，则在信道中加入白噪声功率谱密度为 ，那么在仿真带宽为（-2/nW,W）内噪声样值的方差表达式为 Wn/2将接收选频滤波器的功率增益设为
17、 1，带宽为 B，则选频滤波器的输出噪声功率表达式为 N2/于是，接收选频滤波器输出信噪比表达式为 )/()/(/20WBPnNPSRout 由此，信道中的噪声方差为 BWout/2根据以上的所有公式，编程计算得出的噪声方差，并将方差值和其它已知值作为系统仿真的参数设置。在 MATLAB 中 M 文件输入如下：clear;SNR_dB=30;A_0=2;SNR=10.(SNR_dB/10);m_a=0.5;P=(A_02)/2+(m_a2)/4;W=8025.7e3;312eB;BWSNRPsigma/福建师范大学- 6 - sigma2在命令窗口输入保存名：如 sheji 得如果觉得建立 M
18、 文件麻烦时，也可以通过计算机根据以上公式计算出方差值。第三章 调幅广播系统的建立与仿真3.1 建立系统的模拟仿真图图 1: 中波调幅广播传输系统仿真模型图3.2 调幅广播系统中仿真模块的参数设置选用模块名称：Signal Generator/Constant/Random Number位置：SimulinkSources选用模块名称 设置参数名称 设置参数值Wave form sineTime Use simulation timeSignal GeneratorAmplitude 0.5福建师范大学- 7 - Frequency 1000Units HertzWave form sineT
19、ime Use simulation timeAmplitude 1Frequency 1e6Signal Generator1Units HertzConstant value 2ConstantSample time infMean 0Variance 1.3794Intital seed 0Random NumberSample time 6.23e-8选用模块名称：Scope/Display位置：Simulinksinks选用模块名称 设置参数名称 设置参数值Number of axes 2Time range 0.01Decimation 1Y-max 5Y-min -5ScopeT
20、itle 纯信号/信道输出信号Format shortDecimation 1DisplaySample time -1选用模块名称：Analog Filter Design位置：Signal Processing BlockestFilteringFilter Designs选用模块名称 设置参数名称 设置参数值Design method ButterworthFilter type BandpassFilter order 2Lower passband edge frequency(rads/sec)2*pi*(1e6-6e3)Analog Filter DesignUpper pass
21、band edge frequency(rads/sec)2*pi*(1e6+6e3)其他两个模块设置参数一样选用模块名称：dB Conversion位置：Signal Processing BlockestMath FunctionsMath Operations选用模块名称 设置参数名称 设置参数值Convert to dBdB ConversionInput signal Power福建师范大学- 8 - Add eps to input to protect against “log(0)=-inf”选中 选用模块名称：Variance位置：Signal Processing Bloc
22、kestStatistics选用模块名称 设置参数名称 设置参数值Running variance 选中VarianceReset port None选用模块名称：Zero-Order Hold位置：SimulinkDiscrete选用模块名称 设置参数名称 设置参数值Zero-Order Hold Sample time 6.23e-8选用模块名称：Fcn位置：SimukinkUser-Defined Functions选用模块名称 设置参数名称 设置参数值Expression u(1)-u(2)FcnSample time -1Simulation Parameters 仿真参数的设置设置
23、参数名称 设置参数值Start time 0Stop time 0.03Max step size 6.23e-83.3 仿真结果与分析执行仿真实验后，测试出信噪比为 29.63dB，与设计值的信噪比 30dB 相符合。图 2: 发送调幅信号和输出调幅信号仿真图福建师范大学- 9 - 分析：1. 基带信号：幅度为 0.5 与频率为 1kHz 的正弦波；2. 经过加法器将基带信号与外加直流分量得出新的调幅信号；3. 经过加法器调幅得到信号与幅度为 1、频率为 1MHz 的载波调幅信号相乘；4. 经过加法器和乘法器调幅后的信号，再由滤波器滤波后为纯信号；5. 经过加法器和乘法器调幅后的信号与 Random Number 模型产生零均值方差为1.3794 的噪声序列经过加法器实现 AWGN 信道，最后再由滤波器滤波后输出的带有噪声的信号即信道输出信号。第四章 调幅包络检波和相干解调的建立与仿真 4.1 建立模拟仿真图图 3: 包络检波和相干解调仿真模型图图 4：信噪比测试模块内部结构图
