1、基于 MA TLAB7. 0的信號調制與解調分析 陳 潔 1 焦振宇 2(1. 江蘇信息職業技術學院電信系 , 江蘇 無錫 214061;2. 江蘇信息職業技術學院機電系 , 江蘇 無錫 214061 摘 要 :調制與解調是信號處理應用的重要問題之一 , 而系統的仿真和分析是設計過程中的重要步驟和必要 的保證 。 首先簡要介紹利用 MA TLAB7. 0語言編制腳本文件 , 對信號調用相應的函數進行各種調制 , 產生各類已 調波及對其進行解調 , 并且對其進行頻譜分析 , 然后利用 SIMUL IN K 工具箱對其進行解調仿真 , 通過改變相應參 數觀測結果為系統的設計和改進提供了良好的依據

2、。另外一個方面還可以為開設 高頻電路 和 信號與系統 的 大專院校提供模擬信號的調制與解調的計算機虛擬實驗 。關鍵詞 :調制 ; 解調 ; 頻譜分析 ; 仿真中圖分類號 :TP391. 9 文獻標識碼 :A0 引言MA TLAB 是由美國件 ,MA TLAB , (control sys 2 tems toolbox ; 系 辨 工 具 包 (system identification tool 2 box ; 信號處理工具包 (signal processing toolbox ; 魯棒控制 工具包 (robust control toolbox ; 最優化工具包 (optimization

3、 toolbox 等等 。 由于 MA TLAB 功能的不斷擴展 , 所以現在的 MA TLAB 已不僅僅局限于現代控制系統分析和綜合應用 , 它已是一種包羅眾多學科的功能強大的 “技術計算語言 (The Language of Technical Computing ” , SIMUL IN K 是一 個進行動態系統建模 、 仿真和綜合分析的軟件包 4。 它可以 處理的系統包括線性 、 非線性系統 ; 離散 、 連續及混合系統 ; 單任務 、 多任務離散系統事件 。 在其界面上只要進行鼠標的 簡單拖拉操作就可構造出復雜的仿真模型 , 用戶可以在仿真 進程中改變感興趣的參數 , 實時觀察系統的

4、變化 。1 基本理論眾所周知 , 由于從消息轉換過來的原始信號 (調制信號 具有頻率較低的頻譜分量 , 這種信號在許多信道中不宜傳 輸 。 因此 , 在通信系統的發送端通常需要有調制過程 , 反之 在接受端則需要有解調過程 。所謂調制就是利用原始信號控制高頻載波信號的某一 參數 , 使這個參數隨調制信號的變化而變化 , 最常用的模擬 調制方式是用正弦波作為載波的調幅 (AM 調頻 (FM 調相 (PM 三種 。2 信號的調制與解調的腳本程序的編制調幅就是正弦載波的幅度隨調制信號變化的過程 。設 正弦載波為 :u c =U cm cos (c t +:c ;U cm 載波的幅度 。設調制信號為

5、:U s =U sm cos (s t + 式中 :s 調制信號角頻率 ; 調制信號初相位 ;U sm 調制信號的幅度 。普通調幅波可以表示為 :U o =U sm (1+m cos (s t + cos (c t +現有調制信號 us =cos (20t +/4 去調制載波信號 uc =cos (300t +/3 得到普通調幅波 , 這里我們可以設定抽樣 頻率為 Fs =8000hz , 抽樣時間為 0. 1秒 , 編制如下 M 腳本文 件 :Fs =8000; %設定抽樣頻率 (單位 :hz Fc =300; %設定載波頻率 (單位 :hz t =0:.23Fs /Fs ; %設定抽樣時間

6、 0. 1s us =cos (203pi 3t +pi/4 ; %調制信號 (圖 1 uc =cos (3003pi 3t +pi/3 ; %載波信號 (圖 2figure ; %畫圖 subplot (3,1,1 ; plot (t ,us ; %畫出調制信號波形 hold on %保持繪制的線不被清除 plot (t ,zeros (size (t , r ; %畫縱坐標為 0的基準線 xlabel ( t ,ylabel ( us ,title ( 調制信號 ;%標注坐標軸 subplot (3,1,2 ; plot (t ,uc ; %畫出載波信號波形 hold on %保持繪制的線

7、不被清除 plot (t ,zeros (size (t , r ; %畫縱坐標為 0的基準線山西電子技術2006年第 5期 應用實踐收稿日期 :2006-05-28 第一作者 陳潔 女 35歲 講師 碩士研究生xlabel ( t ,ylabel ( uc ,title ( 載波信號; %標注坐標軸subplot (3,1,3 ; plot (t ,u0 %畫出調幅波波形hold on%保持繪制的線不被清除 plot (t ,zeros (size (t , r ; %畫縱坐標為 0的基準線 xlabel ( t ,ylabel ( u0 ,title ( 已調波 ; %標注坐標軸 figu

8、re ; plot (t ,us2 %畫出檢波后的結果 。 hold on%保持繪制的線不被清除 plot (t ,zeros (size (t , r ; %畫縱坐標為 0的基準線xlabel ( t ,ylabel ( us2 ,title ( 解調結果; %標注坐標軸運行程序后 , 得如下波形 :1圖 2 載波信號圖 3 普通調幅波圖 4 解調結果 觀察上述波形發現與理論完全相吻合 。當然對于調幅而言還有其他的形式 , 對于其他調制形式 一樣 , 上述程序完全適用 , 僅需修改畫線部分語句 。調制函 數的通式為 :u0 =modulate (us ,Fc ,Fs , method ,op

9、t us 是調制信號 Fc 是載波頻率 FS 是采樣頻率 Method 是調制方式標志 opt 是對應調制方式的選項 (并非所有調制方式都需要 該項 下面的 表 1歸 納 了 所 能 仿 真 的 調 制 模 式 所 對 應 的 “ method ” 值 :表 1 不同調制模式下的 “ method ” 值的設定method 調制方式說明 amdsb 2sc 或 am 抑制載波的雙邊帶調幅amdsb 2tc 普通調幅 amssb 單邊帶調幅 fm 調頻 pm 調相 ppm 脈沖定位調制 pwm qam(,Fs , method 。, 只需以陣列的形式表示出 , 如下由兩個不同頻率的信號對載波進行

10、分別得到如下波形 :us1=cos (203pi 3t +pi/4 ; %調制信號 1us2=cos (403pi 3t +pi/4 ; %調制信號 2(圖 5 uc =cos (3003pi 3t +pi/3 ;%載波信號 (圖 6 u0=modulate (us1,us2,Fc ,Fs , amdsb 2tc ,2. 5 ;%已調波 (圖 7subplot (3,1,1 ; plot (t ,us1,us2 ;%畫出調制信號波形并得出解調之后的波形 (圖 8 。圖 5 雙調制信號 us1與 us2圖 6 載波信號 uc 波形圖 7 已調波上述重點介紹了信號的調制與解調的編程 ,matlab

11、 還提 供了眾多的頻譜分析的工具和算法 , 為了輔助于對上述調制 與解調的仿真的理解 , 這里介紹用傅立葉變換 (FFT 的方法 對調制頻率為 10HZ , 載波為 150HZ 的普通調幅波進行頻譜 分析得到如圖 9幅頻曲線 。 腳本程序如下 :53第 5期 陳潔 , 等 :基于 MA TLAB 7. 0的信號調制與解調分析 圖 8 解調后的雙信號Fs =8000; Fc =300;us =cos (203pi 3t +pi/4 ; uc =cos (3003pi 3t +pi/3 ;u0=modulate (us ,Fc ,Fs , amdsb t =0:0.001:0.6; x =u0+y

12、 =x ;Y =fft (y ,512 ;Pyy =Y. 3conj (Y /512; f =10003(0:256 /512; plot ( f ,Pyy (1:257 ;title ( Frequency content of y xlabel ( frequency (Hz 圖 9 調幅波幅頻曲線3 基于 SIMUL IN K 環境的調幅與解調的仿真據上述調制與解調的原理 , 建立了如圖 10的模型 :在此模型中 , 調制信號頻率為 6. 3弧度 /秒 , 幅度 0. 5V ; 載波為 63弧度 /秒 , 幅度 1V , 仿真參數如下 :雙向限幅器的 參數為 -4V +4V , 帶通濾波

13、器的范圍為 6。經仿真利用乘法器可得到抑制載波的雙邊帶調幅波如 圖 11和普通調幅波圖 12。對已調波進行放大 , 經限幅得圖 13等幅波 , 再次利用乘 法器進行同步檢波獲得圖 14并與原調制信號進行對比 。圖 10 圖 11 雙邊帶調幅波圖 12 普通調幅波圖 13 限幅后的等幅波圖 14 調制信號與解調后的信號4 結束語利用上述方法可以很方便進行通信系統的分析和仿真 , 尤其對于電子信息專業的教學與設計非常有利 , 以至于有事 半功倍的效果 。63 山 西 電 子 技 術 2006年參考文獻1 張志涌 , 徐彥琴 . MA TLAB 教程 基于 6. X 版本M .北京 :北京航空航天大

14、學出版社 ,2001. 4. 2 曾興雯 , 劉乃安 , 陳健 . 高頻電路原理與分析 M .西安 :西安電子科技大學出版社 ,2001. 3.3 劉永健 . 信號與線性系統 M .北京 :人民郵電出版社 ,1998. 4.4 薛定宇 , 陳陽泉 . 基于 MA TLAB/Simulink 的系統仿真技術與應用 M .北京 :清華大學出版社 ,2002. 3.5 張葛祥 . MA TLAB 仿真技術與應用 M .北京 :清華大學出版社 ,2003. 6.6 Wayne Tomas. Electronic Communications S ystems Fun 2damentals Throug

15、h advanced (Fourth Edition M .Bei 2Jing Publishing House of Eledtuonics Industry ,2002.Signal Modulation and Demodulation Analysis B ased on MAT LAB 7. 0Chen Jie 1 Jiao Zhen 2yu 2(1. Depart ment of Elect ronic Com m unications Engineering ,Jiangsu Inf orm ation Prof essional Technology Institute , W

16、 uxi Jiangsu 214061, China ;2. Depart ment of Mechanical and Elect rical , Jiangsu Inf orm ation Prof essional Technology Institute , W uxi Jiangsu 214061, China Abstract :The modulation and demodulation is one of the im portant questions on the application of signal processing , but the sys 2tem si

17、mulation and the analysis are the important step and the essential guarantee in designs. This article introduces that the script document is established with MA TLAB7. 0language , transfers to carry on each kind of modulation , produces some kind of modulated wave , then carries IN K tool 2box to it

18、 , it also provides the good basis through the change of system design and the improvement. Moreover , it also may carries on computer ” and “ Signal And System ” disci 2pline , which are open in the universities , K ey w ords :MA TLAB7. 0; ; ; simulation (上接第 18頁 圖 8 本設計的前面板4 結論本文結合現有條件 , 圍繞虛擬實驗儀器的

19、設計和實現進行了較為系統的理論和實驗研究 , 得到如下結果 :1 利用虛擬儀器技術實現了虛擬示波器 , 虛擬頻譜儀等儀器 , 可以實現波形顯示 、 相關性分析 、 頻譜分析等功能 , 能夠提供過去很難在基礎實驗中提供的測量儀器 。2 使用虛擬儀器開發平臺 LabV IEW 進行編程 , 實現了對有復雜干擾信號的提取和較為全面的分析 。3 對干擾信號進行了可變處理 , 本設計實用性強 , 實驗結果可觀性強 。參考文獻1 劉君華 , 郭會軍 , 趙向陽 , 等 . 基于 LabVIEW 的虛擬儀器設計 M.北京 :電子工業出版社 ,2003. 1:100-106.2 (美 Bishop , R.

20、H. 著 , 喬瑞萍等譯 . LabV IEW 6i 實用教程 M .北京 :電子工業出版社 ,2003. 1:36-38.3 吳立力 . 信號采集系統中的數據傳輸 、 顯示與處理D.北京 :北京工業大學 ,2001. 5:5-6.4 張小牛 , 侯國屏 , 趙偉 . 虛擬儀器技術回顧與展望 J.測控技術 ,2000,19(9 :20-21.5 LabV IEW Help. USA :National Instruments Cor pora 2tion. 19-25.6 徐科軍 . 信號處理技術 M .武漢 :武漢理工大學出版社 ,2002. 11:58-65.Processing System of Signal Analysis B ased on LabVIEWWang Zhi 2juan Jin Xiu 2hui(Mechanical Elect ronic Engineering Depart ment , Dez hou U niversity. S handong Dez hou 253000, China Abstract :The design in this paper e