实验三基于simulink的通信系统仿真

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实验三基于simulink通信系统的仿真

一实验目的

1掌握simulink 仿真平台的应用。 2能对基本调制与解调系统进行仿真; 3 掌握数字滤波器的设计。二、实验设备

计算机，Matlab软件三数字滤波器设计

（1）、IIR数字滤波器设计

1、基于巴特沃斯法直接设计IIR数字滤波器

例５.1：设计一个10阶的带通巴特沃斯数字滤波器，带通频率为100Hz到200Hz，采样频率为1000Hz，绘出该滤波器的幅频于相频特性，以及其冲击响应图 clear all; N=10;

Wn=[100 200]/500;

[b,a]=butter(N,Wn,’bandpass’); freqz(b,a,128,1000) figure(2)

[y,t]=impz(b,a,101); stem(t,y)

2、基于切比雪夫法直接设计IIR数字滤波器

例5.2：设计一个切比雪夫Ⅰ型数字低通滤波器，要求： Ws=200Hz,Wp=100Hz,Rp=3dB,Rs=30dB,Fs=1000Hz

clear all; Wp=100; Rp=3;

Ws=200; 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30 dB，抽样频率为1000 Hz，并利用最小的阶次实现。

clear all; Wpl=100; Wph=250; Wp=[Wpl,Wph]; Rp=3; Wsl=50; Wsh=300; Ws=[Wsl,Wsh]; Rs=30; Fs=1000;

[N,Wn]=cheb2ord(Wp/(Fs/2),Ws/(Fs/2),Rp,Rs); [b,a]=cheby2(N,Rp,Wn); freqz(b,a,512,1000);

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（Rectangle Window）

调用格式：w=boxcar(n)，根据长度n 产生一个矩形窗w。（2）三角窗（Triangular Window）

调用格式：w=triang(n) ，根据长度n 产生一个三角窗w。（3）汉宁窗（Hanning Window）

调用格式：w=hanning(n) ，根据长度n 产生一个汉宁窗w。（4）海明窗（Hamming Window）

调用格式：w=hamming(n) ，根据长度n 产生一个海明窗w。（5）布拉克曼窗（Blackman Window）

调用格式：w=blackman(n) ，根据长度n 产生一个布拉克曼窗w。（6）恺撒窗（Kaiser Window）

调用格式：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

调用格式：firl (n,Wn,’ftype’,Window)，n 为阶数、Wn 是截止频率（如果输入是形如[W1 W2]

的矢量时，本函数将设计带通滤波器，其通带为W1<ω

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

?1,0???0.4? Hd(ej?)??0,else?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,[0.3 0.5],Window); freqz(b,1)

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 clear all; load chirp

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)); grid on

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’)

实验内容：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。 1.1 AM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。

m(t)+A0SAM(t)cosωct

图 1-1 AM调制原理框图

AM信号的时域和频域的表达式分别为:

SAM?t???A0?m?t??cos?C?t??A0cos?C?t??m?t?cos?C?t? 式（1-1）

SAM?????A0??????C???????C???1?M????C??M????C?? 式（1-2） 2 在式中，为外加的直流分量；认为其平均值为0，即谱。

可以是确知信号也可以是随机信号，但通常

。其频谱是DSB SC-AM信号的频谱加上离散大载波的频

解调原理：AM信号的解调是把接收到的已调信号信号的解调方法有两种：相干解调和包络检波解调。

还原为调制信号。 AM

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

信源参数：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 全波整流器参数参数：下限0 上限inf 5.1.2 DSB模拟通信系统 5.1.2.1 DSB相干解调框图

图 5-3 DSB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

图 5-4 SSB滤波法USB框图

5.1.3.2 滤波法LSB框图

5.2 仿真结果框图

5.2.1 AM模拟系统仿真结果 5.2.1.1 AM相干解调波形

上：解调波形下：信源波形

图 5-6 AM相干解调波形

5.2.1.2 AM在调制过程中的调制波形

上：调制波形下：信源波形

图 5-7 AM调制波形

5.2.1.3 AM包络检波解调波形

上：解调波形下：信源波形

图 5-8 AM包络检波解调波形

5.2.2 DSB模拟系统仿真结果 5.2.2.1 DSB相干解调波形

上：解调波形下：信源波形

图 5-9 DSB相干解调波形

5.2.2.2 DSB在调制过程中的调制波形

上：调制波形下：信源波形

图 5-10 DSB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

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） 5.3.1 ASK数字通信系统

5.3.1.1 ASK模拟相乘法、相干解调框图

图 5-14 ASK模拟相乘法、相干解调框图

信源参数：0码概率 0.5 采样时间1s 载波参数：幅度1 频率100rad/s 高斯白噪声参数：均值0 标准差0.001

BPF参数：下限频率90rad/s 上限频率110rad/s LPF参数：截止频率10rad/s 判决器参数：门限0.25

5.3.1.2 ASK模拟相乘法、包络检波解调框图

图 5-15 ASK模拟相乘法、包络检波解调框图

信源参数：0码概率 0.5 采样时间1s 载波参数：幅度1 频率100rad/s 高斯白噪声参数：均值0 标准差0.001

BPF参数：下限频率90rad/s 上限频率110rad/s

LPF参数：截止频率10rad/s 判决器参数：门限0.25

全波整流器参数：下限0 上限inf 5.3.1.3 ASK键控法、相干解调框图