2023年全國碩士研究生考試考研英語一試題真題(含答案詳解+作文范文)_第1頁
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文檔簡介

1、<p><b>  摘 要</b></p><p>  本課程設(shè)計(jì)主要運(yùn)用MATLAB集成環(huán)境下的Simulink仿真平臺設(shè)計(jì)進(jìn)行DSB調(diào)制與相干解調(diào)系統(tǒng)仿真。在本次課程設(shè)計(jì)中先根據(jù)DSB調(diào)制與解調(diào)原理構(gòu)建調(diào)制解調(diào)電路,從Simulink工具箱中找所各元件,合理設(shè)置好參數(shù)并運(yùn)行,其中可以通過不斷的修改優(yōu)化得到需要信號,之后分別加入高斯白噪聲,并分析對信號的影響,最后通過對輸出波形和

2、功率譜的分析得出DSB調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)仿真是否成功。</p><p>  關(guān)鍵詞:Simulink;DSB;調(diào)制;相干解調(diào)</p><p><b>  目 錄</b></p><p>  1 課程設(shè)計(jì)目的…………………………………………………………5</p><p>  2 課程設(shè)計(jì)要求………………………………………………

3、…………5</p><p>  3 相關(guān)知識………………………………………………………………5</p><p>  4 課程設(shè)計(jì)分析…………………………………………………………2</p><p>  5 仿真……………………………………………………………………4</p><p>  6結(jié)果分析………………………………………………………………6

4、</p><p>  7 參考文獻(xiàn)………………………………………………………………7</p><p><b>  1 課程設(shè)計(jì)目的</b></p><p>  通信技術(shù)的發(fā)展日新月異,通信系統(tǒng)也日趨復(fù)雜,在通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研發(fā)過程中,軟件仿真已成為必不可少的一部分,電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化EDA技術(shù)已成為電子設(shè)計(jì)的潮流。隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展,涌現(xiàn)出了許多

5、功能強(qiáng)大的電子仿真軟件,如Workbench、Protel、Systemview、Matlab等。</p><p>  《通信原理》是電子通信專業(yè)的一門極為重要的專業(yè)基礎(chǔ)課,由于內(nèi)容抽象,基本概念較多,是一門難度較大的課程,要想學(xué)好并非易事。采用Matlab及Simulink作為輔助教學(xué)軟件,擺脫了繁雜的計(jì)算,可以使學(xué)生對書本上抽象的原理有進(jìn)一步的感性認(rèn)識,加深對基本原理的理解。</p><p

6、><b>  2 課程設(shè)計(jì)要求</b></p><p>  DSB調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p> ?。?)錄制一段2s左右的語音信號,并對錄制的信號進(jìn)行8000Hz的采樣,畫出采樣后語音信號的時(shí)域波形和頻譜圖;</p><p> ?。?)采用正弦信號和自行錄制的語音信號(.wav文件)進(jìn)行DSB調(diào)制與解調(diào);信道使用高斯白噪聲;畫出相

7、應(yīng)的時(shí)域波形和頻譜圖。</p><p><b>  3相關(guān)知識</b></p><p><b>  DSB調(diào)制原理</b></p><p>  在消息信號m(t)上不加上直流分量,則輸出的已調(diào)信號就是無載波分量的雙邊帶調(diào)制信號,或稱抑制載波雙邊帶(DSB-SC)調(diào)制信號,簡稱雙邊帶(DSB)信號。DSB調(diào)制器模型如圖1-1

8、,可見DSB信號實(shí)質(zhì)上就是基帶信號與載波直接相乘。</p><p>  圖1-1 DSB信號調(diào)制器模型</p><p>  其時(shí)域和頻域表示式分別如下</p><p><b>  (式2-1)</b></p><p><b>  (式2-2)</b></p><p>  除不

9、再含有載頻分量離散譜外,DSB信號的頻譜與AM信號的完全相同,仍由上下對稱的兩個(gè)邊帶組成。故DSB信號是不帶載波的雙邊帶信號,它的帶寬與AM信號相同,也為基帶信號帶寬的兩倍,DSB信號的波形和頻譜分別如圖1-2: </p><p>  圖1-2 DSB信號的波形與頻譜</p><p><b>  DSB解調(diào)原理</b></p><p>

10、;  因?yàn)椴淮嬖谳d波分量,DSB信號的調(diào)制效率是100%,即全部功率都用于信息傳輸。但由于DSB信號的包絡(luò)不再與m(t)成正比,故不能進(jìn)行包絡(luò)檢波,需采用相干解調(diào)。</p><p>  圖1-3 DSB信號相干解調(diào)模型</p><p>  圖1-3中SL(t)為本地載波,也叫相干載波,必須與發(fā)送端的載波完成同步。即頻率相同時(shí)域分析如下:</p><p><b&

11、gt;  (式2-3)</b></p><p>  Sp(t)經(jīng)過低通濾波器LPF,濾掉高頻成份,為</p><p><b>  (式2-4)</b></p><p><b>  頻域分析如下:</b></p><p><b>  (式2-5)</b></p&

12、gt;<p>  式中的H(ω)為LPF的系統(tǒng)函數(shù)。頻域分析的過程如圖1-4所示。事實(shí)上本地載波和發(fā)端載波完全一致的條件是是不易滿足的,因此,需要討論有誤差情況下對解調(diào)結(jié)果的影響。</p><p>  圖1-4 DSB信號相干解調(diào)過程示意圖</p><p><b>  4課程設(shè)計(jì)分析</b></p><p><b>  

13、錄音功能的實(shí)現(xiàn)</b></p><p>  音頻文件的錄制和分析處理采用MatLab文本編程實(shí)現(xiàn)。首先調(diào)用函數(shù)wavrecord()進(jìn)行為時(shí)2s、采樣率為8000Hz的錄音,然后調(diào)用wavwrite()函數(shù)將音頻信號保存為test.wav文件,保存完成后再調(diào)用wavread('test.wav')來讀取波形,并繪制其時(shí)域和頻域波形圖。編寫的腳本文件wav_process.m如下:<

14、;/p><p>  %--------------------錄音并保存-------------------%</p><p>  fs=8000; %語音信號采樣頻率為8000</p><p>  fprintf('按任意鍵開始2秒錄音...\n'); pause</p><p>  fp

15、rintf('錄音中...\n'); </p><p>  wavwrite(wavrecord(2*fs,fs),fs,8,'test.wav'); %以8000的采樣率、8bit的位速錄音,并保存錄音為“test.wav”</p><p>  fprintf('錄音保存完畢!\n');</p><p>  wa

16、ve=wavread('test.wav'); %讀取保存的錄音文件,將幅值賦給變量wave</p><p>  fprintf('錄音讀取完畢!\n');</p><p>  sound(wave,fs); %以8000Hz的采樣率播放語音信號</p><p>  fprintf('錄音播放完畢!

17、\n');</p><p>  %---------------------波形圖----------------------%</p><p>  fprintf('繪制波形圖...\n'); </p><p>  t=(0:length(wave)-1)/fs; %數(shù)組下標(biāo)乘以采樣周期,得出時(shí)間軸</p><p&

18、gt;  figure(1),plot(t,wave); %做語音信號的時(shí)域波形圖</p><p>  title('語音信號時(shí)域波形圖');</p><p>  xlabel('時(shí)間'),ylabel('幅值');</p><p>  %---------------------頻譜圖------------

19、----------%</p><p>  fprintf('繪制頻譜圖...\n'); </p><p>  y1=fft(wave,2048); %語音信號1024點(diǎn)FFT,得出幅值軸</p><p>  f=fs*(0:2047)/2048; %得出頻率軸</p><p>  figur

20、e(2),plot(f,abs(y1(1:2048)));</p><p>  title('語音信號頻譜圖');</p><p>  xlabel('Hz'),ylabel('幅值');</p><p>  fprintf('全部處理完畢!\n\n'); </p><p>  

21、%-------------------------------------------------%</p><p><b>  調(diào)制模塊設(shè)計(jì)</b></p><p>  新建一個(gè)仿真空白模型,將DSB信號調(diào)至所需要的模塊拖入空白模型中。圖1-5中Baseband wave為正弦基帶信號、Carrier wave為正弦載波,均使用離散化的信號。product為乘法器

22、、scope為示波器。連接各模塊如下圖所示。</p><p>  圖1-5 DSB調(diào)制模型</p><p>  雙擊模塊設(shè)置基帶信號屬性:幅度為1,頻率為500HZ,初相位為0,離散方式,采樣間隔為1×10-5s,具體如下圖1-6所示:</p><p>  圖1-6 基帶信號參數(shù)設(shè)置</p><p>  用同樣的方式設(shè)置載波信號屬性

23、如下圖1-7所示:</p><p>  圖1-7 載波參數(shù)設(shè)置圖</p><p>  設(shè)置完成點(diǎn)擊“運(yùn)行”按鈕,并雙擊示波器,顯示波形</p><p><b>  高斯白噪聲信道</b></p><p>  加性高斯白噪聲 AWGN(Additive White Gaussian Noise) 是最基本的噪聲與干擾模型。

24、加性噪聲是疊加在信號上的一種噪聲,通常記為n(t),而且無論有無信號,噪聲n(t)都是始終存在的。因此通常稱它為加性噪聲或者加性干擾。若噪聲的功率譜密度在所有的頻率上均為一常數(shù),則稱這樣的噪聲為白噪聲。如果白噪聲取值的概率分布服從高斯分布,則稱這樣的噪聲為高斯白噪聲。在通信系統(tǒng)中,經(jīng)常碰到的噪聲之一就是白噪聲。</p><p>  在理想信道調(diào)制與解調(diào)的基礎(chǔ)上,在信道中加入高斯白噪聲,把Simulink中的AWG

25、N模塊加入到模型中。噪聲參數(shù)設(shè)置、模型與如下:</p><p>  圖1-8 高斯噪聲參數(shù)設(shè)置</p><p>  圖1-9 高斯白噪聲信道傳輸模型</p><p><b>  解調(diào)模塊設(shè)計(jì)</b></p><p>  因?yàn)镈SB信號包絡(luò)不再與調(diào)制信號的變化規(guī)律一致,因而不能采用簡單的包絡(luò)檢波來恢復(fù)基帶信號,而必須采用相

26、干解調(diào)。相干解調(diào)也稱同步檢波,是指用載波乘以一路與載波相干(同頻同相)的參考信號,再通過低通濾波器即可輸出解調(diào)信號。解調(diào)模塊設(shè)計(jì)模型如圖1-10所示:</p><p>  圖1-10 相干解調(diào)模塊模型</p><p>  圖中In1為DSB信號輸入端,Refer wave為與載波相干的參考信號,二者相乘后經(jīng)數(shù)字濾波器進(jìn)行低通濾波,再進(jìn)行2倍增益后,輸出的既是解調(diào)波。</p>

27、<p>  這里的數(shù)字濾波器用到了Simulink模型庫中的FDATool,雙擊模塊可以選擇濾波器類型及更改參數(shù)。在這里選擇了低通Elliptic濾波器,試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)它具有很好的頻響特性。根據(jù)系統(tǒng)基帶信號頻率范圍和載波的頻率,設(shè)置其通帶和截止頻率如下圖1-11所示:</p><p>  圖1-11 數(shù)字濾波器設(shè)置</p><p>  為了方便連線和放置模塊,在這里將解調(diào)模塊封裝為子系

28、統(tǒng)Coherent Demodulation,并對帶有高斯白噪聲的DSB信號進(jìn)行解調(diào),其模型如圖1-12所示。</p><p>  圖1-12 解調(diào)模塊模型</p><p>  由基帶信號、帶有噪聲的DSB信號和解調(diào)信號的波形圖可看出,解調(diào)波形較接近基帶信號波形,表明解調(diào)模塊特性較好,能夠從帶有高斯白噪聲的DSB信號中解調(diào)出需要的原始波形。</p><p><

29、b>  總體模型</b></p><p>  連接各模塊并進(jìn)行仿真調(diào)試,不斷修改各模塊參數(shù)使系統(tǒng)能正確穩(wěn)定地工作。系統(tǒng)總體模型如圖1-13所示。</p><p>  圖1-13 系統(tǒng)總體模型圖</p><p><b>  5 仿真</b></p><p>  1-14語音信號時(shí)域、頻域波形圖</p

30、><p>  圖1-15 DSB信號調(diào)制波形</p><p>  圖1-16 高斯白噪聲信道傳輸波形</p><p>  圖1-17 解調(diào)模塊波形</p><p>  圖1-18 系統(tǒng)各關(guān)鍵點(diǎn)波形</p><p>  圖1-19 加入高斯噪聲解調(diào)后的波形功率譜</p><p><b>  

31、6結(jié)果分析</b></p><p>  圖1-15DSB信號調(diào)制波形圖中,三路信號波形,第一路為基帶信號,第三路為載波,第二路為調(diào)制的DSB波形。從圖中可以清楚地看出,雙邊帶信號時(shí)域波形的包絡(luò)不同于調(diào)制信號的變化規(guī)律。在調(diào)制信號零點(diǎn)前處已調(diào)波的相位發(fā)生了180°的突變。在調(diào)制信號的正半周期內(nèi),已調(diào)波的高頻相位與載波相同,在調(diào)制信號的負(fù)半周期內(nèi),已調(diào)波的高頻相位與載波相反。并且雙邊帶的帶寬為基

32、帶信號的兩倍。</p><p>  如圖,1-16所示高斯白噪聲信道傳輸波形,第一路為調(diào)制后未經(jīng)傳輸?shù)腄SB信號波形,第二路為加性高斯白噪聲信道中傳輸?shù)牟ㄐ?。相比較可看出,波形出現(xiàn)了一定程度的失真。失真是隨著信噪比SNR的變化而變化的,SNR越小,通過AWGN信道的波形就越接近理想信道波形。</p><p>  基帶信號、帶有噪聲的DSB信號和解調(diào)信號的波形如圖1-17,由圖可看出,解調(diào)波

33、形較接近基帶信號波形,表明解調(diào)模塊特性較好,能夠從帶有高斯白噪聲的DSB信號中解調(diào)出需要的原始波形。</p><p>  如圖1-19所示,在理想信道下,DSB解調(diào)波形對比基帶信號波形發(fā)生延時(shí),分別依此加入高斯、瑞利和萊斯噪聲,解調(diào)后波形收到了噪聲的干擾,波形發(fā)生畸變。三種噪聲參數(shù)設(shè)置不變,前者方差較小,后者方差較大。比較前后功率譜圖可以清楚發(fā)現(xiàn),隨著方差的加大,失真也隨之變大,前者還較為接近理想信道功率譜圖,而

34、后者已出現(xiàn)了嚴(yán)重失真。雖然實(shí)際生活中的噪聲不可避免,但我們應(yīng)當(dāng)減小噪聲的影響,以滿足我們對信號的需要</p><p><b>  7 參考文獻(xiàn)</b></p><p>  [1] 樊昌信,曹麗娜. 通信原理. 北京:國防工業(yè)出版社,2006</p><p>  [2] 達(dá)新宇.通信原理實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).北京:北京郵電大學(xué)出版社,2003</

35、p><p>  [3] 徐遠(yuǎn)明. MATLAB仿真在通信與電子工程中的應(yīng)用. 西安:西安電子科技大學(xué)出版社, 2005</p><p>  [4] 張化光, 孫秋野. MATLAB/Simulink實(shí)用教程. 北京:人民郵電出版社,2009</p><p>  [5] 姚俊,馬松輝.Simulink建模與仿真基礎(chǔ). 北京:西安電子科技大學(xué)出版社,2002</p&

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