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(xué)易用，被通俗地稱為演算紙式科學(xué)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(diào)制和解調(diào)分析。讓值班員通過MATLAB 這把鑰匙開啟發(fā)射機從粗淺認(rèn)識到深入了解的鑰匙。

1 幅度調(diào)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(yīng)用，可以使兩者相得益彰。

在現(xiàn)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(shù)稱為系統(tǒng)的階數(shù)，數(shù)量上等于描述該系統(tǒng)的微分或差分方程的階數(shù)。系統(tǒng)狀態(tài)、輸入和輸出信號在數(shù)學(xué)上都是時間的函數(shù)，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(yīng)只與系統(tǒng)當(dāng)前時刻的輸入有關(guān)，而與系統(tǒng)的狀態(tài)以及過去或者未來的輸入信號無關(guān)，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(diào)幅解調(diào)器也是無記憶系統(tǒng)，載波頻率為fc的雙邊帶調(diào)幅的調(diào)制輸出信號v(t)與輸入被調(diào)制信號m(t)之間的關(guān)系描述為

1.2 幅度調(diào)制建模分析

幅度調(diào)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(yīng)代數(shù)方程的數(shù)值計算或求解過程。下面我們試仿真得出一個幅度調(diào)制系統(tǒng)的輸入輸出波形。設(shè)輸入被調(diào)制信號是一個幅度為2V，頻率為1KHZ 的余弦波，調(diào)幅度為0.6，調(diào)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(shù)學(xué)模型

根據(jù)條件，該調(diào)幅系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系表達(dá)式為

其中，M=2 是被調(diào)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(diào)幅度。

1.4 編程實現(xiàn)

連續(xù)函數(shù)必須進(jìn)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(jù)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(shù)據(jù)存儲量許可的條件下，采樣率可以設(shè)置的更高，以使仿真計算的結(jié)果波形圖顯示更加光滑。故將采樣率設(shè)置為105，即在一個載波周期上采樣10 次，相應(yīng)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(luò)隨著被調(diào)信號的變化而變化，這樣被調(diào)信號的變化信息就攜帶在載波的振幅上，故稱為幅度調(diào)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(shù)實現(xiàn)一個正弦波信號源，要求其幅度、頻率和初始相位參數(shù)由外部設(shè)置。

%主程序名為正弦波信號源.m

圖1-1 音頻信號、載波和調(diào)幅輸出信號的仿真波形

在該S 函數(shù)接口中使用了3 個輸入?yún)?shù)分別作為正弦波的幅度、頻率和初相位的輸入，最后，設(shè)置好示波器顯示范圍和仿真參數(shù)就可以啟動仿真實驗。

3 信號切換開關(guān)

信號切換開關(guān)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(guān)通過控制信號電平與設(shè)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(guān)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(diào)制方式主要是模擬幅度調(diào)制。即用正弦波作為載波信號的調(diào)制方式。

。實際中不可能制造出這樣高度的天線進(jìn)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(diào)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(zhuǎn)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(diào)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(diào)幅廣播傳輸系統(tǒng)里都使用音頻處理器對音頻信號進(jìn)行壓縮加工處理。

現(xiàn)在就試對我臺中波調(diào)幅廣播發(fā)送系統(tǒng)進(jìn)行仿真，模型參數(shù)指標(biāo)按照實際系統(tǒng)設(shè)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(nèi)可調(diào)。

（2）載波：載波頻率為1089KHz 和765KHz。其中波形為正弦波，設(shè)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(shè)當(dāng)調(diào)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(shù)設(shè)計如下：

相關(guān)MATLAB 程序：

其中，系統(tǒng)仿真步進(jìn)以及零階保持器采樣時間間隔、噪聲源采樣時間均設(shè)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(xiàn)調(diào)幅，用Random Number 模型產(chǎn)生零均值方差等于3.4945 的噪聲樣值序列，并用加法器實現(xiàn)AWGN 信道。接收帶通濾波器用Analog Filter Design 模塊實現(xiàn)，可設(shè)置為2 階帶通的，帶通為為了測量輸出性噪比，以參數(shù)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(jìn)而計算輸出信噪比。

5 結(jié)束語

以上是我在檢修和維護(hù)中一些經(jīng)驗總結(jié)起來和大家分享。不當(dāng)之處，望同行批評指正。

[1]《廣播發(fā)送技術(shù)》王春生.合肥工業(yè)大學(xué)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(hù)手冊》