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1、南京工程学院课程设计任务书 课 程 名 称 Matlab通信仿真设计 院（系、部、中心） 通信工程学院 专 业 信息工程 班 级 K信息101、K算通101 起 止 日 期 2013/5/13-2013/5/17 指 导 教 师 潘 子 宇 1课程设计应达到的目的 让学生综合运用信号与线性系统，通信原理，以及matlab语言等综合应用知识。基本熟悉软件开发流程、要点以及注意事项。通过进行实际设计和编程，以加深对通信系统基础知识的理解，提高学生利用matlab在通信领域进行实践的应用能力、分析解决问题的能力；增强学生对实践应用流程模式的理解。2课程设计题目及要求题目一：调幅广播系统的仿真设计模拟
2、幅度调制是无线电最早期的远距离传输技术。在幅度调制中，以声音信号控制高频率正弦信号的幅度，并将幅度变化的高频率正弦信号放大后通过天线发射出去，成为电磁波辐射。波动的电信号要能够有效地从天线发送出去，或者有效地从天线将信号接收回来，需要天线的等效长度至少达到波长的1/4。声音转换为电信号后其波长约在151500km之间，实际中不可能制造出这样长度和范围的天线进行有效信号收发。因此需要将声音这样的低频信号从低频率段搬移到较高频率段上去，以便通过较短的天线发射出去。人耳可闻的声音信号通过话筒转化为波动的电信号，其频率范围为2020KHz。大量实验发现，人耳对语音的频率敏感区域约为3003400Hz，
3、为了节约频率带宽资源，国际标准中将电话通信的传输频带规定为3003400Hz。调幅广播除了传输声音以外，还要播送音乐节目，这就需要更宽的频带。一般而言，调幅广播的传输频率范围约为1006000Hz。题目二：模拟信号的数字化基带信号的采样定理是指，对于一个频谱宽度为BHz的基带信号，可惟一地被均匀间隔不大于1/(2B)秒的样值序列所确定。采样定理表明，如果以不小于1/(2B)次/秒的速率对基带模拟信号均匀采样，那么所得到样值序列就包含了基带信号的全部信息，这时对该序列可以无失真地重建对应的基带模拟信号。例如，电话话音信号的最高频率为3400Hz，为了保证无失真采样，对其进行采样的最低速率必须大于
4、等于6800次/秒，考虑到实际低通滤波器的非理想特性，数字电话通信系统中规定采样率为8000次/秒。为了保证在足够大的动态范围内数字电话话音具有足够高的信噪比，提出了非均匀量化：在小信号时采用较小的量化间距，而在大信号时用大的量化间距。在数学上，非均匀量化等价于对输入信号进行动态范围压缩后再进行均匀量化。小信号通过压缩器时增益大，大信号通过压缩器时增益小。这样就使小信号在均匀量化之前得到较大的放大，等价于以较小间距直接对小信号进行量化，而以较大间距对大信号进行量化。在接收端要进行相应的反变换，即扩张处理，以补偿压缩过程引起的信号非线性失真。中国和欧洲的PCM数字电话系统采用A律压扩方式，即：压
5、缩系数A=87.6。A律压缩扩张曲线可用折线来近似，16段折线点是：其中靠近原点的4根折线斜率相等，可视为一段，因此总折线数为13段，称为13段折线近似。用Simulink中的Look-Up Table查表模块可以实现对13折线近似的压缩扩张计算的建模，压缩模块的输入向量设置为：输出量向量设置为：。扩张模块的设置与压缩模块的设置相反。题目三：带限数字基带传输系统的仿真在实际通信中传输信道的带宽是有限的，这样的信道称为带限信道。带限信道的冲激响应在时间上是无限的，因此一个时隙内的代表数据的波形经过带限信道后将在邻近的其他时隙上形成非零值，称为波形的拖尾。拖尾和邻近其他时隙上的传输波形相互叠加后，
6、形成传输数据之间的混叠，造成符号间干扰，也称为码间干扰。接收机中，在每个传输时隙中的某时间点上，通过对时域混叠后的波形进行采样，然后对样值进行判决来恢复接收数据。在采样时间位置上符号间的干扰应最小化（该采样时刻称为最佳采样时刻），并以适当的判决门限来恢复接收数据，使误码率最小（该门限称为最佳判决门限）。在工程上，为了便于观察接收波形中的码间干扰情况，可在采样判决设备的输入端以恢复的采样时钟作为同步，用示波器观察该端口的接收波形。利用示波管显示的暂时记忆特性，在示波管上将显示多个时隙内接收信号的重叠波形图案，称为眼图。对于传输符号为等概的双极性码，最佳判决门限为0，最佳采样时刻为眼图开口最大处，
7、因为该时刻上的码间干扰最小。当无码间干扰时，在最佳采样时刻上眼图波形将会聚为一点。3课程设计任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书、图纸、实物样品等要求题目一：调幅广播系统的仿真设计任务一：调幅广播系统的仿真采用接收滤波器Analog Filter Design模块，在同一示波器上观察调幅信号在未加入噪声和加入噪声后经过滤波器后的波形。采用另外两个相同的接收滤波器模块，分别对纯信号和纯噪声滤波，利用统计模块计算输出信号功率和噪声功率，继而计算输出信噪比，用Disply显示结果。对中波调幅广播传输系统进行仿真，模型参数指标如下。1.基带信号：音频，最大幅度为1。基带测试信号频率在1006000
8、Hz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5501605Hz内可调。3.接收机选频放大滤波器带宽为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，并能够测量接收机选频滤波器实际输出信噪比。任务二：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
9、下降，这种现象称为包络检波的门限效应。以任务一为传输模型，在不同输入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。任务三：用matlab编程方法，得出解调性能曲线通过编程方法，连续改变输入信号信噪比，用以计算出对应的方差，每计算一个方差后调用一次ex1_2.mdl，从而获得在Workspace中的数据SNR_out，通过matlab绘图的方法将包络检波和相干解调的信噪比与输入信噪比的关系绘于同一图，比较其性能。在matlab空间调用ex1_2.mdl的函数是sim(ex1_2.mdl)。题目二：模拟信号的数字化任务一：PCM编码PCM是脉冲
10、编码调制的简称，是现代数字电话系统的标准语音编码方式。A律PCM数字电话系统中规定：传输语音的信号频段为3003400Hz，采样率为8000次/s，对样值进行13折线压缩后编码为8位二数字序列。因此，PCM编码输出的数码速率为64kbps。PCM编码的二进制序列中，每个样值用8位二进制码表示，其中最高比特位表示样值的正负极性，规定负值用0表示，正值用1表示。接下来的3位比特表示样值的绝对值所在的8段折线的段落号，最后4位是样值处于段落内16个均匀间隔上的间隔序号。在数学上，PCM编码较低的7位相当于对样值的绝对值进行13折线近似压缩后的7位均匀量化编码输出。设计一个13折线近似的PCM编码器模
11、型，使它能够对取舍在-1,1内归一化信号样值进行编码。任务二：PCM解码设计并测试一个对应于任务一的PCM解码器。PCM解码器中首先分离并行数据中的最位(极性码)和7位数据，然后将7位数据转换为整数值，再进行归一化、扩张后与双极性的极性码相乘得出解码值。任务三：PCM串行传输模型在以上两任务基础上，建立PCM串行传输模型，并在传输信道中加入指定错误概率的随机误码。PCM编码输出经过并串转换后得到二进制码流送入二进制对称信道。在解码端信道输出的码流经过串并转换后送入PCM编码，之后输出解码结果并显示波形。题目三：带限数字基带传输系统的仿真任务一：升余弦波形及其频谱研究用Matlab通信工具箱提供
12、的rcosine函数作出一组滚升余弦滤波器的冲激响应，滚降系数为0，0.5，0.75和1，并通过FFT求出其幅频特性。码元时隙为1ms，在一个码元时隙内采样10次，滤波器延时为5个码元时隙。任务二：滚升余弦滤波器设计设计一个滚升余弦滤波器，滚降系数为0.75。输入为4元双极性数字序列，符号速率为1000波特，设滤波器采样率为10000次/s，即在一个符号间隔中有10个采样点。请建立simulink仿真模型观察滚升余弦滤波器的输出波形、眼图以及功率谱。任务三：带限基带传输模型建立一个基带传输模型，发送数据为二进制双极性不归零码，发送滤波器为平方根升余弦滤波器，滚降系数0.5，信道为AWGN信道，
13、接收滤波器与发送滤波器相匹配。发送数据率为1000bps，要求观察接收信号眼图，并设计接收机采样判决部分，对比发送数据与恢复数据波形，统计误码率。4主要参考文献1、Matlab程序设计教程，刘卫国编著，中国水利水电出版社，2010年。2、Matlab教程，张志涌编著，北京航空航天大学出版社，2004年。3、MATLAB5.X程序设计语言 楼顺天 于卫 闫华梁 等4、Matlab与通信仿真，王立宁等编，人民邮电出版社，2000年1月。5、Matlab/Simulink 通信系统建模与仿真实例分析，邵玉斌编著，清华大学出版社，2008年6月。5课程设计进度安排起 止 日 期工 作 内 容2013年5月13日2013年5月14日2013年5月16日2013年5月17日先上一节理论课，做部分理论指导。熟悉有关信号处理的理论，计算课程设计题目中的有关参数。设计通信系统框图、确定仿真所需的通信模块，配置各模块所需参数，调试程序，记录和分析有关数据和结果。答辩验收。6成绩考核办法预设计报告和设计总结报告的综合成绩占30%，实际动手能力占50%，创新能力占10%，态度和纪律占10%，成绩按分优、良、中、及格和不及格五档。教研室审查意见：教研室主任签字： 年 月 日院（系、部、中心）意见：主管领导签字： 年 月 日
