基于simulink噪聲調(diào)制模型

1干擾源模型1.1噪聲調(diào)幅干擾信號(hào)1.1.1數(shù)學(xué)模型幅度調(diào)制是正弦型載波的幅度隨調(diào)制信號(hào)作線性變化的過程。設(shè)正弦型載波為(1.1)其中，是載波角頻率，是載波的初始相位，A是載波的幅度。那么，噪聲調(diào)幅信號(hào)可以表示為：(1.2)其中，代表高斯噪聲，其均值為0，方差為。仿真實(shí)現(xiàn)對(duì)噪聲進(jìn)行模擬幅度調(diào)制即可得到幅度隨機(jī)的正弦波信號(hào)，具體仿真模型如下列圖所示：圖1-1噪聲調(diào)幅仿真模型其中，GaussianNoiseGenerator模塊產(chǎn)生高斯噪聲信號(hào)，DSBAMModulatorPassband模塊對(duì)此隨機(jī)信號(hào)進(jìn)行雙邊帶幅度調(diào)制。Zero-OrderHold(零階采樣保持)模塊的作用是在不改變其他仿真參數(shù)的情況下提高采樣率。這樣人為提高采樣率的原因是：相對(duì)于載波頻率而言，隨機(jī)信號(hào)的采樣率不能太高，必須提高整個(gè)仿真系統(tǒng)的采樣率，才能得到正確的正弦信號(hào)波形。如果此模型作為子系統(tǒng)放在高采樣率系統(tǒng)中，那么不再需要其中的采樣保持模塊。上面的模型得到的信號(hào)幅度是離散變化的，為得到幅度連續(xù)變化的正弦信號(hào)，只需在GaussianNoiseGenerator模塊后添加一個(gè)模擬低通濾波器模塊(AnalogFilterDesign)。GaussianNoiseGenerator模塊的采樣間隔設(shè)置為0.001秒，其他參數(shù)采用默認(rèn)值；幅度調(diào)制的載波頻率設(shè)置為10KHz，初始相位為pi/2；零階采樣保持模塊的采樣間隔設(shè)置為0.00001秒。仿真得到的示波器波形和頻譜圖如下：圖1-2噪聲調(diào)幅波形圖圖1-3噪聲調(diào)幅頻譜圖1.1.3使用模塊介紹DSB-SC調(diào)制器局部采用CommunicationsBlockset/Modulation/AnalogPassbandModulation庫中的DSBSCAMModulatorPassband模塊。對(duì)話框圖如圖1-4所示：圖1-4抑制載波雙邊帶幅度調(diào)制模塊對(duì)話框Carrierfrequency(Hz)載波頻率。Initialphase(rad)載波初始相位1.2噪聲調(diào)頻干擾信號(hào)1.2.1數(shù)學(xué)模型角度調(diào)制信號(hào)的一般表示式為：(1.3)其中，A是載波的恒定振幅，是載波角頻率，是信號(hào)的瞬時(shí)相位，而稱為瞬時(shí)相位偏移；為信號(hào)的瞬時(shí)頻率，而稱為瞬時(shí)頻率偏移，即相對(duì)于的瞬時(shí)頻率偏移。所謂頻率調(diào)制(FM)，就是瞬時(shí)頻率偏移隨基帶信號(hào)成比例變化的調(diào)制，即(1.4)所以，噪聲調(diào)頻信號(hào)一般表示為：(1.5)其中，是調(diào)頻指數(shù)，是高斯噪聲，其均值為0，方差為。根據(jù)調(diào)制后已調(diào)信號(hào)的瞬時(shí)相位偏移的大小，可將角度調(diào)制分為寬帶調(diào)頻和窄帶調(diào)頻。如果調(diào)頻信號(hào)的最大瞬時(shí)相位偏移在很小的范圍內(nèi)，一般小于，即滿足條件：，那么稱為窄帶調(diào)頻；當(dāng)上述條件不滿足是，稱為寬帶調(diào)頻。1.2.2仿真實(shí)現(xiàn)對(duì)噪聲信號(hào)進(jìn)行模擬調(diào)頻即可得到噪聲調(diào)頻信號(hào)。具體仿真模型如下：圖1-5噪聲調(diào)頻仿真模型其中，GaussianNoiseGenerator模塊產(chǎn)生高斯噪聲信號(hào)，F(xiàn)MModulatorPassband模塊對(duì)此隨機(jī)信號(hào)進(jìn)行頻率調(diào)制。此模型產(chǎn)生的隨機(jī)頻率信號(hào)其頻率頻率偏移的變化是離散的，即在GaussianNoiseGenerator模塊的采樣間隔內(nèi)，頻率調(diào)制信號(hào)的瞬時(shí)頻率(偏移)是不變的。高斯噪聲產(chǎn)生模塊的采樣間隔設(shè)置為0.001秒；頻率調(diào)制模塊的載波為10KHz,，調(diào)制常數(shù)設(shè)置為2kHz/V，采樣間隔設(shè)置為0.00001秒；模型中其他所有參數(shù)均采用默認(rèn)值。仿真得到的示波器波形如下：圖1-6噪聲調(diào)頻波形圖圖1-7噪聲調(diào)頻頻譜圖1.2.3使用模塊介紹頻率調(diào)制器采用CommunicationsBlockset/Modulation/AnalogPassbandModulation庫中的FMModulatorPassband模塊。該模塊對(duì)話框圖如圖1-8所示。圖1-8頻率調(diào)制模塊對(duì)話框Carrierfrequency(Hz)載波頻率。Initialphase(rad)載波初始相位。Modulationconstant(Hertzpervolt)調(diào)制常量(赫茲/伏)。對(duì)應(yīng)于式(1.4)中。Sampletime抽樣間隔，必須為正數(shù)。Symbolinterval符號(hào)間隔，默認(rèn)為Inf。對(duì)于模擬調(diào)制，設(shè)置該參數(shù)為Inf。1.3隨機(jī)振幅鍵控1.3.1數(shù)學(xué)模型隨機(jī)振幅鍵控即正弦型載波的幅度受到隨機(jī)數(shù)調(diào)制，一般表達(dá)式為(1.9)其中，是載波角頻率，是載波的初始相位，Rn(t)是隨機(jī)數(shù)字信號(hào)。1.3.2仿真實(shí)現(xiàn)對(duì)隨機(jī)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字幅度調(diào)制即可得到隨機(jī)振幅鍵控信號(hào)。具體仿真模型如下：圖1-9隨機(jī)振幅鍵控仿真模型其中，RandomIntegerGenerator隨機(jī)整數(shù)產(chǎn)生器模塊產(chǎn)生M進(jìn)制隨機(jī)信號(hào)，MPAMModulatorPassband模塊對(duì)此隨機(jī)信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制。隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生模塊的M設(shè)置為4，采樣間隔設(shè)置為0.01秒；M-PAM調(diào)制模塊的M設(shè)置為4，載頻設(shè)置為300Hz；模型中其他所有參數(shù)均采用默認(rèn)值。仿真得到的示波器波形如下：圖1-10隨機(jī)振幅鍵控波形圖1.3.3使用模塊介紹M相頻帶脈幅調(diào)制采用CommunicationsBlockset/Modulation/DigitalPassbandModulation庫中的MPAMModulatorBassband模塊。該模塊對(duì)話框圖如圖1-11所示：圖1-11頻帶M-PAM調(diào)制對(duì)話框M-arynumberM相脈幅調(diào)制的相位數(shù)，應(yīng)該設(shè)置為一個(gè)偶數(shù)。Inputtype表示輸入信號(hào)類型：當(dāng)參數(shù)設(shè)置為Integer時(shí)，每個(gè)輸入信號(hào)是介于0和M－1之間的整數(shù)；當(dāng)參數(shù)設(shè)置為Bit時(shí)，輸入信號(hào)是一個(gè)長(zhǎng)度為k的二進(jìn)制向量，且k滿足。Constellationordering當(dāng)輸入信號(hào)類型為Bit時(shí)可設(shè)。Normalizationmethod表示脈幅調(diào)制信號(hào)星座圖的縮放方式：中選擇Mindistancebetweensymbols時(shí)，星座圖中距離最近的兩個(gè)點(diǎn)之間的距離由參數(shù)Minimumdistance確定。Minimumdistance表示星座圖中距離最近的兩個(gè)點(diǎn)之間的距離。Symbolperiod輸入信號(hào)的抽樣間隔。Basebandsamplespersymbol每個(gè)輸入符號(hào)對(duì)應(yīng)的抽樣個(gè)數(shù)。Carrierfrequency脈幅調(diào)制信號(hào)的載波頻率。Carrierinitialphase載波的初始相位。Outputsampletime輸出信號(hào)的抽樣間隔。1.4隨機(jī)頻移鍵控1.4.1數(shù)學(xué)模型MFSK的信號(hào)可以表示為(1.10)其中，是單位符號(hào)的信號(hào)能量，等效的基帶信號(hào)波形定義為(1.11)1.4.2仿真實(shí)現(xiàn)對(duì)隨機(jī)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字調(diào)頻即可得到隨機(jī)頻移鍵控信號(hào)。具體仿真模型如下：圖1-12隨機(jī)頻移鍵控仿真模型其中，RandomIntegerGenerator隨機(jī)整數(shù)產(chǎn)生器模塊產(chǎn)生M進(jìn)制隨機(jī)信號(hào)，MFSKModulatorPassband模塊對(duì)此隨機(jī)信號(hào)進(jìn)行頻率調(diào)制。Frequencyup-Converer模塊為自封裝的上變頻模塊，對(duì)輸出信號(hào)實(shí)現(xiàn)上變頻，其具體結(jié)構(gòu)如下：圖1-13上變頻仿真模型隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生模塊的M設(shè)置為2，采樣間隔設(shè)置為0.01秒；MFSK調(diào)制模塊的載頻設(shè)置為1000Hz，頻率間隔為550Hz，采樣間隔設(shè)置為0.0001秒；模型中其他所有參數(shù)均采用默認(rèn)值。仿真得到的示波器波形如下(其中方波表示隨機(jī)二進(jìn)制數(shù))：圖1-14隨機(jī)頻移鍵控波形圖1.4.3使用模塊介紹MFSK通帶調(diào)制器(CommunicationBlockset/Modulation/DigitalPassbandModulation/FM子庫)首先對(duì)信息碼元進(jìn)行基帶調(diào)制得到，再將上變頻到射頻得到MFSK已調(diào)信號(hào)。由于調(diào)用了基帶調(diào)制器，相關(guān)的參數(shù)也與基帶調(diào)制器相同。調(diào)制器中與時(shí)間有關(guān)的幾個(gè)參數(shù)必須滿足下面的關(guān)系：頻移鍵控采用CommunicationsBlockset/Modulation/DigitalBassbandModulation庫中的MFSKModulatorBassband模塊。該模塊對(duì)話框圖如圖1-15所示：圖1-15M-FSK調(diào)制對(duì)話框M-arynumberM相基帶頻移鍵控器在調(diào)制過程中使用的頻率的個(gè)數(shù)。Inputtype表示輸入信號(hào)類型：當(dāng)參數(shù)設(shè)置為Integer時(shí)，每個(gè)輸入信號(hào)是介于0和M－1之間的整數(shù)；當(dāng)參數(shù)設(shè)置為Bit時(shí)，輸入信號(hào)是一個(gè)長(zhǎng)度為k的二進(jìn)制向量，且k滿足。Symbolsetordering當(dāng)輸入信號(hào)類型為Bit時(shí)可設(shè)。Frequencesepartation(Hz)M相基帶頻移鍵控信號(hào)相鄰頻率之間的間隔。Phasecontinuity確定M相基帶頻移鍵控信號(hào)的相位連續(xù)性。Samplespersymbol輸入符號(hào)抽樣點(diǎn)的數(shù)目。1.5隨機(jī)相移鍵控1.5.1數(shù)學(xué)模型MPSK已調(diào)信號(hào)可表示為：(1.12)其中，是信號(hào)脈沖形狀，是載波的個(gè)可能的相位，其取值隨機(jī)。1.5.2仿真實(shí)現(xiàn)對(duì)隨機(jī)信號(hào)進(jìn)行數(shù)字調(diào)相即可得到隨機(jī)相移鍵控信號(hào)。具體仿真模型如下：圖1-16隨機(jī)相移鍵控仿真模型其中，RandomIntegerGenerator模塊產(chǎn)生隨機(jī)信號(hào)，MPSKModulatorPassband模塊對(duì)此隨機(jī)信號(hào)進(jìn)行相位調(diào)制。隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生模塊的M設(shè)置為2，采樣間隔設(shè)置為0.01秒；MPSK調(diào)制模塊的載頻設(shè)置為500Hz，采樣間隔設(shè)置為0.00005秒；模型中其他所有參數(shù)均采用默認(rèn)值。仿真得到的示波器波形如下(其中方波表示隨機(jī)二進(jìn)制數(shù))：圖1-17隨機(jī)相移鍵控波形圖1.5.3使用模塊介紹MPSK通帶調(diào)制器(CommunicationBlockset/Modulation/DigitalPassbandModulation/PM子庫)由基帶MPSK調(diào)制器和上變頻器組成。調(diào)制器中與時(shí)間有關(guān)的幾個(gè)參數(shù)必須滿足下面的關(guān)系：相移鍵控采用CommunicationsBlockset/Modulation/DigitalPassbandModulation庫中的MPSKModulatorPassband模塊。該模塊對(duì)話框圖如圖1-18所示：圖1-18MPSK調(diào)制模塊對(duì)話框M相頻帶頻移鍵控調(diào)制器模塊中的參數(shù)M-arynumber、Inputtype、Symbolsetordering、Frenquency、Phasecontinuity與M相基帶頻移鍵控調(diào)制器的同名參數(shù)相同。此外，還有以下幾個(gè)參數(shù)：Symbolperiod輸入符號(hào)間隔Basebandsamplespersymbol每個(gè)輸入符號(hào)的抽樣數(shù)。Carrierfrenquency(Hz)載波頻率。Carrierinitialphase(rad)載波初始相位。Outputsampletime輸出信號(hào)的抽樣間隔。1.6寬帶干擾寬帶干擾信號(hào)產(chǎn)生有兩種方式：一是噪聲調(diào)頻，如前所述；二是將高速率的隨機(jī)碼調(diào)制到要干擾的頻帶上，就可產(chǎn)生在這個(gè)頻帶上的寬帶干擾信號(hào)，為了防止能量泄漏，還要在功率放大之前增加一級(jí)寬帶濾波。具體仿真模型如下：圖1-19寬帶干擾信號(hào)仿真模型其中，BernoulliBinaryGenerator模塊產(chǎn)生隨機(jī)二進(jìn)制碼，F(xiàn)CN為自定義函數(shù)，使用了Simulink/User-definedFunctions/Fcn模塊，正弦波采用Simulink提供的標(biāo)準(zhǔn)正弦波模塊(Simulink/Sources/SineWave)，濾波器由DSPblockset/Filtering/FilterDesigns/AnalogFilterDesign實(shí)現(xiàn)帶通。當(dāng)BernoulliBinaryGenerator模塊的采樣間隔設(shè)置為0.001秒；載頻為5KHz,，帶寬為2K