林 斌

（國家新聞出版廣電總局五五二臺，350007）

0 前言

MATLAB 具有其他高級語言難以比擬的一些優(yōu)點，如編寫簡單、編程效率高、易學易用，被通俗地稱為演算紙式科學算法語言。本文以中波發(fā)射機工作原理為背景，分節(jié)介紹中波發(fā)射機系統(tǒng)的建模、音頻信號調制和解調分析。讓值班員通過MATLAB 這把鑰匙開啟發(fā)射機從粗淺認識到深入了解的鑰匙。

1 幅度調制MATLAB 仿真

1.1 無記憶系統(tǒng)

在MATLAB 中將可視化的方框圖模型與編程形式的仿真模型綜合起來，靈活應用，可以使兩者相得益彰。

在現代通信系統(tǒng)中，通常以隨時間變化的物理量電壓或者電流（統(tǒng)稱電平）來表示信號，稱為電信號。動態(tài)電系統(tǒng)的狀態(tài)是指系統(tǒng)中的儲能情況，也以電容、電感等儲能元件上的電壓或者電流來表示。系統(tǒng)中的獨立狀態(tài)數稱為系統(tǒng)的階數，數量上等于描述該系統(tǒng)的微分或差分方程的階數。系統(tǒng)狀態(tài)、輸入和輸出信號在數學上都是時間的函數，工程上也把電信號稱為電波形。

在一類物理系統(tǒng)中，所需要研究的系統(tǒng)響應只與系統(tǒng)當前時刻的輸入有關，而與系統(tǒng)的狀態(tài)以及過去或者未來的輸入信號無關，這樣的系統(tǒng)就稱為靜態(tài)系統(tǒng)，也稱無記憶系統(tǒng)。在通信系統(tǒng)中常見的調幅解調器也是無記憶系統(tǒng)，載波頻率為fc的雙邊帶調幅的調制輸出信號v(t)與輸入被調制信號m(t)之間的關系描述為

1.2 幅度調制建模分析

幅度調制其實就是一個靜態(tài)系統(tǒng)的仿真過程。靜態(tài)系統(tǒng)的仿真過程就是相應代數方程的數值計算或求解過程。下面我們試仿真得出一個幅度調制系統(tǒng)的輸入輸出波形。設輸入被調制信號是一個幅度為2V，頻率為1KHZ 的余弦波，調幅度為0.6，調制載波信號是一個幅度為5V，頻率為10KHZ 的余弦波，所有余弦波的初相位為0。

1.3 數學模型

根據條件，該調幅系統(tǒng)的輸入輸出關系表達式為

其中，M=2 是被調幅信號的振幅，fm=1000 是其頻率，A=5是載波信號的幅度，fc=104是載波頻率，ma=0.5 是調幅度。

1.4 編程實現

連續(xù)函數必須進行離散化才能夠存儲于計算機中，只要時間離散化過程滿足采樣定理，那么就不會引起失真。在這個系統(tǒng)中的信號最高工作頻率為（fm+fc）=11KHZ，根據采樣定理，只要離散采樣率高于該頻率的2 倍即可無失真。在計算量和數據存儲量許可的條件下，采樣率可以設置的更高，以使仿真計算的結果波形圖顯示更加光滑。故將采樣率設置為105，即在一個載波周期上采樣10 次，相應的采樣間隔為Δt=10-5s。

在M 文件編輯器中輸入以下代碼：

從圖1-1 可以看出，載波的包絡隨著被調信號的變化而變化，這樣被調信號的變化信息就攜帶在載波的振幅上，故稱為幅度調整。

2 信源模塊

信源模塊的特點是僅有輸出節(jié)點，而沒有輸入節(jié)點。本文用S 函數實現一個正弦波信號源，要求其幅度、頻率和初始相位參數由外部設置。

%主程序名為正弦波信號源.m

圖1-1 音頻信號、載波和調幅輸出信號的仿真波形

在該S 函數接口中使用了3 個輸入參數分別作為正弦波的幅度、頻率和初相位的輸入，最后，設置好示波器顯示范圍和仿真參數就可以啟動仿真實驗。

3 信號切換開關

信號切換開關有3 個輸入端，其中兩個是傳輸信號輸入端，一個是切換控制信號端。切換開關通過控制信號電平與設計門限值相比較來判斷選擇其中一個輸入信號作為輸出。顯然，信號切換開關是一個無記憶系統(tǒng)。

4 中波發(fā)射機系統(tǒng)的建模與仿真分析

中波發(fā)射機采用的調制方式主要是模擬幅度調制。即用正弦波作為載波信號的調制方式。

。實際中不可能制造出這樣高度的天線進行有效信號發(fā)送。因此需要將待傳送的信號寄載到高頻電波上（該手段稱為調制），以便通過較短的天線發(fā)射出去。中波波段范圍從535.5kHZ 到1605.5kHZ，聲音信號轉換成電信號加載在中波高頻載波上面，其所需要的天線的長度大大減小，只要幾十米到幾百米。

人耳對語音的頻率敏感區(qū)域為30～30kHz，中波波段是各國使用的主要波段，按9kHz 的間隔分配頻率，只有120 個頻率可供使用。，調幅廣播除了傳輸話音以外，還要播送音樂節(jié)目，這就需要更寬的頻帶。頻率十分擁擠，存在著互相干擾的問題。由于廣播節(jié)目的動態(tài)范圍過寬故在調幅廣播傳輸系統(tǒng)里都使用音頻處理器對音頻信號進行壓縮加工處理。

現在就試對我臺中波調幅廣播發(fā)送系統(tǒng)進行仿真，模型參數指標按照實際系統(tǒng)設置。

（1）廣播節(jié)目信號：即待傳送信號，最大幅度為1。基帶測試信號頻率在100～6000Hz 內可調。

（2）載波：載波頻率為1089KHz 和765KHz。其中波形為正弦波，設定初相位為零。

（3）帶通濾波器：即接收機的選頻濾波器B=12KHz,f0=1000KHz。

（4）在信道中加入噪音。假設當調幅度為0.7 時，接收機的選頻濾波器的輸出信噪比為20dB,測量帶通濾波器實際輸出信噪比。

仿真參數設計如下：

相關MATLAB 程序：

其中，系統(tǒng)仿真步進以及零階保持器采樣時間間隔、噪聲源采樣時間均設置為，基帶信號為幅度是0.3 的1000Hz正弦波，載波為幅度為1 的1MHz 正弦波。用加法器和乘法器實現調幅，用Random Number 模型產生零均值方差等于3.4945 的噪聲樣值序列，并用加法器實現AWGN 信道。接收帶通濾波器用Analog Filter Design 模塊實現，可設置為2 階帶通的，帶通為為了測量輸出性噪比，以參數完全相同的另外兩個濾波器模塊分別對純信號和純噪聲濾波，最后利用統(tǒng)計模塊計算輸出信號功率和噪聲功率，進而計算輸出信噪比。

5 結束語

以上是我在檢修和維護中一些經驗總結起來和大家分享。不當之處，望同行批評指正。

[1]《廣播發(fā)送技術》王春生.合肥工業(yè)大學出版社

[2]《MATLAB 通信工程仿真》 張德豐.機械工業(yè)出版社

[3]《廣播電視發(fā)送與傳輸維護手冊》