南京工程學院課程設計任務書課程名稱Matlab通信仿真設計院（系、部、中心） 通信工程學院專 業 信息工程 班 級K信息101、K算通101起 止日 期 2013/5/13-2013/5/17指導教師 潘子宇課程設計應達到的目的讓學生綜合運用信號與線性系統，通信原理，以及matlab語言等綜合應用知識?；臼煜ぼ浖_發流程、要點以及注意事項。通過進行實際設計和編程，以加深對通信系統基礎知識的理解，提高學生利用matlab在通信領域進行實踐的應用能力、分析解決問題的能力；增強學生對實踐應用流程模式的理解。課程設計題目及要求題目一：調幅廣播系統的仿真設計模擬幅度調制是無線電最早期的遠距離傳輸技術。在幅度調制中，以聲音信號控制高頻率正弦信號的幅度，并將幅度變化的高頻率正弦信號放大后通過天線發射出去，成為電磁波輻射。波動的電信號要能夠有效地從天線發送出去，或者有效地從天線將信號接收回來，需要天線的等效長度至少達到波長的1/4。聲音轉換為電信號后其波長約在15?1500km之間，實際中不可能制造出這樣長度和范圍的天線進行有效信號收發。因此需要將聲音這樣的低頻信號從低頻率段搬移到較高頻率段上去，以便通過較短的天線發射出去。人耳可聞的聲音信號通過話筒轉化為波動的電信號，其頻率范圍為20?20KHz。大量實驗發現，人耳對語音的頻率敏感區域約為300?3400Hz,為了節約頻率帶寬資源，國際標準中將電話通信的傳輸頻帶規定為300?3400Hz。調幅廣播除了傳輸聲音以外，還要播送音樂節目，這就需要更寬的頻帶。一般而言，調幅廣播的傳輸頻率范圍約為100?6000Hz。題目二：模擬信號的數字化基帶信號的采樣定理是指，對于一個頻譜寬度為BHz的基帶信號，可惟一地被均勻間隔不大于1/(2B)秒的樣值序列所確定。采樣定理表明，如果以不小于1/(2B)次/秒的速率對基帶模擬信號均勻采樣，那么所得到樣值序列就包含了基帶信號的全部信息，這時對該序列可以無失真地重建對應的基帶模擬信號。例如，電話話音信號的最高頻率為3400Hz，為了保證無失真采樣，對其進行采樣的最低速率必須大于等于6800次/秒，考慮到實際低通濾波器的非理想特性，數字電話通信系統中規定采樣率為8000次/秒。為了保證在足夠大的動態范圍內數字電話話音具有足夠高的信噪比，提出了非均勻量化：在小信號時采用較小的量化間距，而在大信號時用大的量化間距。在數學上，非均勻量化等價于對輸入信號進行動態范圍壓縮后再進行均勻量化。小信號通過壓縮器時增益大，大信號通過壓縮器時增益小。這樣就使小信號在均勻量化之前得到較大的放大，等價于以較小間距直接對小信號進行量化，而以較大間距對大信號進行量化。在接收端要進行相應的反變換，即擴張處理，以補償壓縮過程引起的信號非線性失真。中國和歐洲的PCM數字電話系統采用A律壓擴方式，即：Ax(2-1)(1+InA|x|)1+InAy=s(2-1)(1+InA|x|)sgn(x)、1+InA壓縮系數A=87.6。A律壓縮擴張曲線可用折線來近似，16段折線點是：x=[-1,-1/2,-1/4,-1/&-1/16,-1/32,-1/64,-1/128,0,1/128,1/64,1/32,1/16,1/&1/4,1/2,1]y=[-1,-7/8,-6/8,-5/8,-4/8,-3/8,-2/8,-1/8,0,1/8,2/8,3/8,4/8,5/8,6/8,7/8,1]其中靠近原點的4根折線斜率相等，可視為一段，因此總折線數為13段，稱為13段折線近似。用Simulink中的Look-UpTable查表模塊可以實現對13折線近似的壓縮擴張計算的建模,壓縮模塊的輸入向量設置為：[-1,-1/2,-1/4,-1/8,-1/16,-1/32,-1/64,-1/12&0,1/12&

1/64,1/32,1/16,1/8,1/4,1/2,1]輸出量向量設置為：[-1：1/8：1]。擴張模塊的設置與壓縮模塊的設置相反。題目三：帶限數字基帶傳輸系統的仿真在實際通信中傳輸信道的帶寬是有限的，這樣的信道稱為帶限信道。帶限信道的沖激響應在時間上是無限的，因此一個時隙內的代表數據的波形經過帶限信道后將在鄰近的其他時隙上形成非零值，稱為波形的拖尾。拖尾和鄰近其他時隙上的傳輸波形相互疊加后，形成傳輸數據之間的混疊，造成符號間干擾，也稱為碼間干擾。接收機中，在每個傳輸時隙中的某時間點上，通過對時域混疊后的波形進行采樣，然后對樣值進行判決來恢復接收數據。在采樣時間位置上符號間的干擾應最小化（該采樣時刻稱為最佳采樣時刻），并以適當的判決門限來恢復接收數據，使誤碼率最?。ㄔ撻T限稱為最佳判決門限）。在工程上，為了便于觀察接收波形中的碼間干擾情況，可在采樣判決設備的輸入端以恢復的采樣時鐘作為同步，用示波器觀察該端口的接收波形。利用示波管顯示的暫時記憶特性，在示波管上將顯示多個時隙內接收信號的重疊波形圖案，稱為眼圖。對于傳輸符號為等概的雙極性碼，最佳判決門限為0,最佳采樣時刻為眼圖開口最大處，因為該時刻上的碼間干擾最小。當無碼間干擾時，在最佳采樣時刻上眼圖波形將會聚為一點。課程設計任務及工作量的要求〔包括課程設計計算說明書、圖紙、實物樣品等要求〕題目一：調幅廣播系統的仿真設計任務一：調幅廣播系統的仿真采用接收濾波器AnalogFilterDesign模塊，在同一示波器上觀察調幅信號在未加入噪聲和加入噪聲后經過濾波器后的波形。采用另外兩個相同的接收濾波器模塊，分別對純信號和純噪聲濾波，利用統計模塊計算輸出信號功率和噪聲功率，繼而計算輸出信噪比，用Disply顯示結果。對中波調幅廣播傳輸系統進行仿真，模型參數指標如下。1.基帶信號：音頻，最大幅度為1?；鶐y試信號頻率在100?6000Hz內可調。2?載波：給定幅度的正弦波，為簡單起見，初相位設為0,頻率為550?1605Hz內可調。3?接收機選頻放大濾波器帶寬為12KHz，中心頻率為1000kHz。4?在信道中加入噪聲。當調制度為0.3時，設計接收機選頻濾波器輸出信噪比為20dB，要求計算信道中應該加入噪聲的方差，并能夠測量接收機選頻濾波器實際輸出信噪比。任務二：調幅的包絡檢波和相干解調性能仿真比較根據通信理論，以解調輸出信噪比衡量的同步相干解調性能總是優于包絡檢波性能。在輸入高信噪比條件下，包絡檢波接近同步相干解調的性能，而隨著輸入信噪比逐漸降低，包絡檢波性能也逐漸變壞，當輸入信噪比下降到某一值時，包絡檢波輸出信噪比將急劇下降，這種現象稱為包絡檢波的門限效應。以任務一為傳輸模型，在不同輸入信噪比條件下仿真測量包絡檢波解調和同步相干解調對調幅波的解調輸出信噪比，觀察包絡檢波解調的門限效應。任務三：用matlab編程方法，得出解調性能曲線通過編程方法，連續改變輸入信號信噪比，用以計算出對應的方差，每計算一個方差后調用一次ex1_2.mdl,從而獲得在Workspace中的數據SNR_out,通過matlab繪圖的方法將包絡檢波和相干解調的信噪比與輸入信噪比的關系繪于同一圖，比較其性能。在matlab空間調用ex1_2.mdl的函數是sim(‘ex1_2.mdl')。題目二：模擬信號的數字化任務一:PCM編碼PCM是脈沖編碼調制的簡稱，是現代數字電話系統的標準語音編碼方式。A律PCM數字電話系統中規定：傳輸語音的信號頻段為300~3400Hz，采樣率為8000次/s,對樣值進行13折線壓縮后編碼為8位二數字序列。因此，PCM編碼輸出的數碼速率為64kbps。PCM編碼的二進制序列中，每個樣值用8位二進制碼表示，其中最高比特位表示樣值的正負極性，規定負值用0表示，正值用1表示。接下來的3位比特表示樣值的絕對值所在的8段折線的段落號，最后4位是樣值處于段落內16個均勻間隔上的間隔序號。在數學上，PCM編碼較低的7位相當于對樣值的絕對值進行13折線近似壓縮后的7位均勻量化編碼輸出。設計一個13折線近似的PCM編碼器模型，使它能夠對取舍在［-1,1］內歸一化信號樣值進行編碼。任務二：PCM解碼設計并測試一個對應于任務一的PCM解碼器。PCM解碼器中首先分離并行數據中的最位（極性碼）和7位數據，然后將7位數據轉換為整數值，再進行歸一化、擴張后與雙極性的極性碼相乘得出解碼值。任務三：PCM串行傳輸模型在以上兩任務基礎上，建立PCM串行傳輸模型，并在傳輸信道中加入指定錯誤概率的隨機誤碼。PCM編碼輸出經過并串轉換后得到二進制碼流送入二進制對稱信道。在解碼端信道輸出的碼流經過串并轉換后送入PCM編碼，之后輸出解碼結果并顯示波形。題目三：帶限數字基帶傳輸系統的仿真任務一：升余弦波形及其頻譜研究用Matlab通信工具箱提供的rcosine函數作出一組滾升余弦濾波器的沖激響應，滾降系數為0，0.5,0.75和1,并通過FFT求出其幅頻特性。碼元時隙為1ms,在一個碼元時隙內采樣10次，濾波器延時為5個碼元時隙。任務二：滾升余弦濾波器設計設計一個滾升余弦濾波器，滾降系數為0.75。輸入為4元雙極性數字序列，符號速率為1000波特，設濾波器采樣率為10000次/s,即在一個符號間隔中有10個采樣點。請建立simulink仿真模型觀察滾升余弦濾波器的輸出波形、眼圖以及功率譜。任務三：帶限基帶傳輸模型建立一個基帶傳輸模型,發送數據為二進制雙極性不歸零碼，發送濾波器為平方根升余弦濾波器，滾降系數0.5,信道為AWGN信道，接收濾波器與發送濾波器相匹配。發送數據率為1000bps，要求觀察接收信號眼圖，并設計接收機采樣判決部分，對比發送數據與恢復數據波形，統計誤碼率。主要參考文獻1、2、3、1、2、3、4、5、《Matlab教程》，張志涌編著，北京航空航天大學出版社，2004年。《MATLAB5.X程序設計語言》樓順天于衛閆華梁等《Matlab與通信仿真》，王立寧等編，人民郵電出版社，2000年1月?！禡atlab/Simulink通信系統建模與仿真實例分析》，邵玉斌編著，清華大學出版社，2008年6月。課程設計進度安排起止日期2013年起止日期2013年5月13日2013年5月14日一2013年5月16日2013年5月17日先