模拟通信系统的SIMULINK建模仿真

一．调幅广播系统的仿真

试对中波调幅广播传输系统进行仿真，模型参数指标参照实际系统设置。

（1） 基带信号：音频，最大幅度为1.基带测试信号频率在100～6000Hz内可调。

（2） 载波：给定幅度的正弦波，为简单起见，初相位设为0，频率为550～1605kHz可调。

（3） 接收机选频滤波器带宽为12kHz,中心频率为1000kHz.

（4） 在信道中加入噪声。当调制度为0.3时，设计接收机选频滤波器输出信噪比为20dB，要求计算信道中应该加入噪声的方差，并能测量接收机选频滤波器实际输出信噪比。

根据仿真设计要求的输出信噪比SNRout可计算出相应信道中应加入的噪声方差值，计算程序和结果如下：

程序： SNR_dB=20;

SNR=10.^(SNR_dB/10);

m_a=0.3;

P=0.5+(m_a^2)/4;

W=8025.7e3;

B=12e3;

sigma2=P/SNR*W/B

运行后结果：sigma2 =3.4945

根据以上计算仿真模型的参数设置。测试仿真模型如图1-1所示。其中，系统仿真步进以及零阶保持器采样时间间隔、噪声源采样时间间隔均设置为6.23e—8s,基带信号为幅度是0.3的1000Hz正弦波，载波为幅度为1的1MHz正弦波。用加法器和乘法器实现调幅，用Random Number模型产生零均值方差等于3.4945的噪声样值序列，并用加法器实现AWGN信道。接收带通滤波器用Analog Filter Design模块实现，可设置为2阶带通的，带通为2*pi*(1e6-6e3)~ 2*pi*(1e6+6e3)rad/sec.为了测量输出信噪比，已参数完全相同的另外两个滤波器模块分别对纯信号和纯噪声滤波，最后利用统计模块计算输出信号功率和噪声功率，继而计算出信噪比。此次仿真执行后，测试信噪比为19.16dB，与设计值20dB相符。接收滤波器输出的调幅信号以及发送调幅信号的波形对比仿真结果如图1-2所示。

图1-1 中波调幅广播传输系统仿真模型

图1-2 接收滤波器输出的调幅信号以及发送调幅信号的波形对比仿真结果

分析：①基带信号：幅度为0.3的1000Hz正弦波

②经过加法器将基带信号与幅度为1的1MHz的载波调幅后的信号

③经过加法器和乘法器调幅后，再经过滤波器滤波后的纯信号

④经过加法器、乘法器调幅后，再用Randon Number模型产生零均值方差为3.4945的噪声序列，并用加法器实现AWGN信道，最后再经过滤波器滤波后输出的带有噪声的信号

二．调幅的包络检波和相干解调性能仿真比较

根据通信理论，以解调输出信噪比衡量的同步相干解调性能总是优于包络检波性能。在输入高信噪比条件下，包络检波接近同步相干解调的性能，而随着输入信噪比逐渐降低，包络检波性能也逐渐变坏，当输入信噪比下降到某一值时，包络检波输出信噪比将急剧下降。这种现象称为包络检波的门限效应。下面通过仿真来验证包络检波的门限效应，并在给定解调器输入信噪比条件下，对比包络检波和同步相干解调的门限效应。

在不同信噪比条件下仿真测量包络检波解调和同步相干解调对调幅波的解调输出信噪比，观察包络检波解调的门限效应。

图1-3所示的仿真模型用于测量包络检波的门限效应，发送的调幅波参数以及仿真步进同上面设置。首先，调幅信号通过AWGN信道后，分别送入包络检波器和同步相干解调器。包络检波器由Saturation模块来模拟具有单向导通性能的检波二极管，Saturation模块的上下门限分别设置为inf和0.同步相干所使用的载波是理想的，直接从发送端载波引入。两解调器后接的低通滤波器相同，例如设置为截止频率为6KHz的2阶低通滤波器。然后，解调输出送入示波器显示，同时送入信噪比测试模块，即图中的子系统SNR Detection,其内部结构如图1-4所示。在该模块中，输入的两路解调信号通过滤波器将信号和噪声近似分离，以分别计算信号和噪声分量的功率，buffer缓冲区长度设置为1.6051e+005个样值，这样将在0.01s内进行一次统计计算。最后，由分贝转换模块Db Conversion和Fcn函数模块计算出两解调器的输出信噪比。计算输出采用Display显示的同时，也送入工作空间，以便编程作出解调性能曲线，To Workspace模块设置为只将最后一次仿真结果以数组（）格式送入工作空间，变量名为SNR_out，它含有2个元素，即两个解调输出信号的检测信噪比。当设置信道噪声方差等于1时，执行仿真所得到的解调信号波形如图1-5所示。由图可知，相干解调输出波形中噪声成分相对要小一些。

图1-3 包络检波和相干解调性能测试仿真模型以及噪声方差为1时的仿真结果

图1-4 解调输出信噪比近似于测量子系统SNR Detection的内部结构

程序： SNR_in_dB=-10:2:30;

SNR_in=10.^(SNR_in_dB./10);

m_a=0.3;

P=0.5+(m_a^2)/4;

for k=1:length(SNR_in)

sigma2=P/SNR_in(k);

sim('ch5example2.mdl');

SNRdemod(k,:)=SNR_out;

end

plot(SNR_in_dB,SNRdemod);

xlabel('输入信噪比dB');

ylabel('解调输出信噪比dB');

legend('包络检波','相干解调');

三．加深仿真

将相干解调模块改为通信模块库中的相应模块，然后再测试性能结果，并与以上结果作出对比，对仿真结果作出物理解释。

图1-5所示的仿真模型用于测量包络检波的门限效应，其他模块参数同以上设置。

图1-5 包络检波和相干解调性能测试仿真模型以及噪声方差为1时的仿真结果

图1-6 接收滤波器输出的调幅信号以及发送调幅信号的波形对比仿真结果

分析：①基带信号：幅度为0.3的1000Hz正弦波

②经过加法器将基带信号与幅度为1的1MHz的载波调幅后的信号

③经过加法器和乘法器调幅后，再经过滤波器滤波后的纯信号

④经过加法器、乘法器调幅后，再用Randon Number模型产生零均值方差为3.4945的噪声序列，并用加法器实现AWGN信道，最后再经过滤波器滤波后输出的带有噪声的信号

图1-7 噪声方差为1时的解调信号波形仿真结果

分析：第一条是调幅信号通过AWGN信道后，再经过包络检波器和低通滤波器输出的信号；而第二条是通过AWGN信道后，再经过同步相干解调器和同样参数设置的低通滤波器后输出的信号。

设计报告 - 001 - 模拟通信系统的SIMULINK建模仿真