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1、频分复用和超外差接收机仿真目的1熟悉Simulink模型仿真设计方法2 掌握频分复用技术在实际通信系统中的应用3 理解超外差收音机的接收原理内容设计一个超外差收接收机系统，其中发送方的基带信号分别为1000Hz的正弦波和500Hz的 方波，两路信号分别采用1000kHz和1200kHz的载波进行幅度调制，并在同一信道中进行传输。 要求采用超外差方式对这两路信号进行接收，并能够通过调整接收方的本振频率对解调信号进 行选择。原理超外差接收技术广泛用于无线通信系统中，基本的超外差收音机的原理框图如图所示：频RF输出牡振输入混频输出_解调器中频滤波器带逋滤波器图1-1超外差收音机基本原理框图从图中可以
2、看出，超外差接收机的工作过程一共分为混频、中频放大和解调三个步骤，现 分别叙述如下：混频： 由天线接收到的射频信号直接送入混频器进行混频，混频所使用的本机振荡信号由 压控振荡器产生，并可根据调整控制电压随时调整振荡频率，使得器振荡频率始终比接收信号 频率高一个中频频率，这样，接受信号与本机振荡在混频器中进行相乘运算后，其差频信号的 频率成分就是中频频率。其频谱搬移过程如下图所示：RF输入團4.11超外差收音机的混频器输入输出频谱示意图/(kHz)图1-2 超外差接收机混频器输入输出频谱中频放大：从混频模块输出的信号中包含了高频和中频两个频率成分，这样一来只要采 用中频带通滤波器选出进行中频信号
3、进行放大，得到中频放大信号。解调：将中频放大后的信号送入包络检波器，进行包络检波，并解调出原始信号。步骤1、设计两个信号源模块，其模块图如下所示，两个信号源模块的载波分别为1000kHz,和1200kHz, 被调基带信号分别为1000Hz的正弦波和500Hz的三角波，并将其封装成两个子系统，如下图所示：图1-2 信源子系统模型图2、为了模拟接收机距离两发射机距离不同引起的传输衰减，分别以Gain 1和Gain2模块分别对传 输信号进行衰减，衰减参数分别为0.1和0.2。最后在信道中加入均值为0，方差为0.01的随机白 噪声，送入接收机。3、接收机将收到的信号直接送入混频器进行混频，混频所使用的
4、本机振荡信号由压控振荡器产生,其中压控振荡器由输入电压进行控制，设置Slider Gain模块，使输入参数在500至1605可调， 从而实现本振的频率可控。压控振荡器的本振频率设为465kHz,灵敏度设为1000HZ/V。4、混频后得到的信号送入中频滤波器Analog Filter Designl进行带通滤波，滤波器阶数设置为1, 带宽为12kHz,中心频率为465kHz,从而滤出中频信号。5、对中频信号进行20倍的增益后，再次经过Analog Filter Design2进行中频滤波，进一步消除带 外噪声。滤波器设置与前面相同 6、经过中频滤波后，利用包络检波器进行检波（检波器的上限和下限值
5、分别设置为inf和0）, 检波输出信号再通过带宽为6kHz的低通滤波器输出。7、设置系统仿真时间为0.01s,仿真步进为6.23e-8，具体参数设置如下图所示:Simulatio-n Pa ram etare: ch5 example?Solver Workspace 170 Diagnostics Advanced Real-Time Workshop00Stop time:0.01Start time:ode5 (Dcrmard-Prince)Simulalion timeSolver opHonsT卯m: Fiwed-step |Fiwed step size: 6.23e-8Mode:
6、 Auto utput optioris | Refire outputRefine factor: 11CancelHelp图1-3 模型仿真参数设置8、调整压控振荡器的控制电压信号，观察接收波形的变化。并分别记录当输出波形为正弦波和 三角波时的压控振荡器输出频率。结果1 画出接收机正确解调时的接收波形2 记录当分别解调出两路信号时，本振频率分别为多少3 给出接收信号频率与本振频率的关系式二 PSK 数字传输系统仿真目的1进一步掌握Simulink模型仿真设计方法2 深入理解PSK技术的工作原理3 了解在PSK下采用格雷码映射技术的优越性。内容试建立一个n/8相位偏移的8PSK传输系统，观察
7、调制输出信号通过加性高斯信道前后的星 座图，并比较输入数据以普通二进制映射和格雷码映射两种情况下的误比特率。原理多进制相移键控的特点： 多进制相移键控是利用载波的多个相位来代表多进制符号或二进制码组，即一个相位对应一个多进制符号或者是一组二进制码组。在相同码元宽度的情况下,M进制的码元速率要高，如在8PSK中，其码元速率为log283 ,为2PSK的3倍，因此，多进制相移键控具有更高的码速率。采用不同的相位来代表多进制符号一共有两种不同的方案,分别是A方式相移系统和B方式 相移系统，其相位矢量图图表示如下：0TT8图2-1 两种方式下的相移系统 多进制相移键控的抗噪声性能：对于多进制绝对移相（
8、MPSK）,当信噪比r足够大时，误码率可近似为P = e_ r sin2（兀 / M）e对于多进制相对移相（MDPSK），当信噪比r足够大时，误码率可近似为P = e 2 r sin2（兀 /2 M）e图2-2不同M下的误码率曲线图格雷码映射： 格雷码是一种数字排序系统，其中的所有相邻整数在它们的数字表示中只有一个数字不同。 它在任意两个相邻的数之间转换时，只有一个数位发生变化。它大大地减少了由一个状态到下 一个状态时逻辑的混淆。另外由于最大数与最小数之间也仅一个数不同，故通常又叫格雷反射 码或循环码。二进制码与格雷码的对照表如下所示：表2-1格雷码与自然二进制数比较十进制数自然二进 制数格雷
9、码十进制数自然二进 制数格雷码0000000007011101001000100018100011002001000119100111013001100101010101111401000110111011111050101011112110010106011001011311011011步骤1设置信号源为随机整数发生器，将M-ary number设置为8,采样时间为le-3，信源输出的随 机整数0通过二进制转换器转换为3比特二进制组后送入PSK基带调制器。2 在PSK基带调制器中，设置8PSK调制方式（M-arynumber设置为8）， input type设置为Bit, 星座映射设置为Bi
10、nary或Gray，表示采用直接映射或格雷码映射。相位偏移设置为pi/8，即采 用B方式的相移系统。3 将经过8PSK调制好的输出信号送入到AWGN信道，其中设置AWGN模块的Mode为：Variance from mask，方差为 0.02。4 经过信道叠加了噪声后，将信号送入到M-PSK基带解调模块，解调方式与调制方式对应。5 分别将原始信号和经过8PSK解调后的信号进行并串转换后在Error Rate Calcula tion中进 行比较，得到系统的误码率，其中 Buffer模块设置其输出的缓冲大小为 1, Error RateCalcula tio n的Out put data设置为P
11、or t,其余按照默认设置。6分别在8PSK经过信道前和经过信道后放置星座图显示模块，查看加入噪声后的信号星座图变化情况。3IrrteQ er to B rtCgnverieiDl?H*4t4- TimsDi?ratQ-Tirri4PlotPlotScopelSojp eR jnd (-dti IntsgerIrrteQ er to B rtCgnverljeiM-PSk U:du htar Dasfban dAW4niDduld1aiBaseband8.866 sM巧mOD4|n ngM-FSk“Erw! FateWVWJ-LJM-FSKH jndom In 1a grAWTijNToFra
12、m 亡ToF rjrri4图2-3 系统仿真模型图1、分别观察当信道噪声方差0.02和0.05时，系统采用普通二进制方式和格雷码方式时的信噪比， 并说明其原因。三 用于载波提取的锁相环仿真目的1 掌握锁相环的基本原理2 了解锁相环在载波提取中的作用3 了解平方环和科斯塔斯环的工作原理内容设计两个仿真模型，分别使用平方环和科斯塔斯环对抑制载波双边带调制的模拟信号进行 相干解调。原理平方环设调制信号为m (t)中无直流分量，则DSB信号为31)s(t) = m(t)cos tc接收端将该信号经过一个平方律部件后得到e(t) = m2 (t) cos2 t =cm 2(t)2m2(t)cos2 tc
13、32)在上式中m2(t)的均值是基带信号的功率，是一个正的常数，因此上式中含有2 c频率分量的谐波，用中心频率为2 C的带通滤波器将这一谐波分量选出后，再通过锁相环选定，最后 对锁相环VCO输出信号进行2分频即可恢复载波。平方环的原理框图如下图所示：图3-1 平方环载波提取原理框图2 科斯塔斯环利用平方环进行解调时，需要三个乘法器，且锁相环工作在载波的二倍频上。如果载 波频率较高，锁相环将需要工作在相当高的频率上，导致成本大大提高。因此，科斯塔斯 环针对这一缺点进行了改进。本是采用科斯塔斯环法提取同步载波的。科斯塔斯环又称同相正交环，其原理框图如下：图3-2 科斯塔斯环原理框图在科斯塔斯环环路
14、中，误差信号V7是由低通滤波器及两路相乘提供的。压控振荡器输出信 号直接供给一路相乘器，供给另一路的则是压控振荡器输出经90。移相后的信号。两路相乘器的 输出均包含有调制信号，两者相乘以后可以消除调制信号的影响，经环路滤波器得到仅与压控 振荡器输出和理想载波之间相位差有关的控制电压，从而准确地对压控振荡器进行调整，恢复 出原始的载波信号。现在从理论上对科斯塔斯环的工作过程加以说明。设输入调制信号为m(t)cosc，v = m(t)cos tcos( t +0) = m(t)cos0 + cos(2 t +0)3 cc2cv = m(t)cos tsin( t +0) = m(t)sin0 + sin(2 t +0)4 cc2c经低通滤波器后，倍频项被滤除，输出分别为：1v = m(t )cos052v = m(t )sin 0 6 2将V5和6在相乘器中相乘，得，5 6 1v = v v = m 2(t) sin 2075 68(35)中e是压控振荡器输出信号与输入信号载波之间的相位误差,1沁一m 2 (t
