调制解调的MATLAB仿真论文

调制解调的MATLAB仿真 【摘 要】： ....................................................... 2 一 调制解调的理论基础 ............................................ 2 1.1 调制解调概述...................................................... 2 1.2 模拟调制解调原理 .................................................. 4 二 幅度调制系统原理 .............................................. 5 2.1 幅度调制的一般模型 ................................................ 5 2.2 常规双边带调幅（AM） .............................................. 5 2.3 抑制载波的双边带调幅（DSB-SC） .................................... 8 2.4 单边带调制（SSB） ................................................ 8 2.4.1 SSB信号的产生 .............................................................................................. 8 2.4.2 SSB信号的解调 .......................................................................................... 10 2.5 残留边带调制（VSB） ................................................ 10 2.5.1 残留边带信号的产生 ................................................................................... 10 2.5.2 残留边带信号的解调 ............................................................................................. 10 三 角度调制系统原理 ............................................. 11 3.1 基本概念 .......................................................... 11 3.2 窄带调频与宽带调频 ................................................. 12 3.3 调频信号的产生与解调 ............................................... 14 四 数字调制解调原理 ............................................. 14 4.1 引言 .............................................................. 14 4.2 二进制数字调制原理 ................................................. 14 五 MATLAB简介 ................................................... 16 六 通带调制解调的MATLAB仿真 .................................... 17 6.1 模拟通带调制解调MATLAB仿真 ........................................ 17 6.1.1 通带模拟调制 .......................................................................................................... 17 6.1.2 通带模拟解调 .......................................................................................................... 18 6.1.3 双边带和单边带调幅的对比 ................................................................................. 18 6.2 数字通带调制解调MATLAB仿真 ........................................ 20 6.2.1数字映射 ................................................................................................................... 20 6.2.2 数字逆映射 .............................................................................................................. 21 6.2.3 数字调制 .................................................................................................................. 21 6.2.4 数字解调 .................................................................................................................. 24 结束语： ......................................................... 25 参考文献 ......................................................... 25 常见缩略语： ..................................................... 26 1 MATLAB ： 本文可分为三个部分，第一部分将详细介绍调制解调的理论基础，分别从模 拟调制解调和数字调制解调的原理进行展开，着重介绍模拟调制解调中的幅度调 制和角度调制。此外，数字调制解调中的2ASK，2FSK，2PSK（BPSK），2DPSK的产生、频谱、解调等过程也将在该部分中讲述。在第二部分中，我们将对MATLAB软件的特点功能及MATLAB产品族进行简单的介绍。在本文的第三部分中，我们 将介绍调制解调的MATLAB仿真，并着重介绍通带调制解调的MATLAB的仿真。 ：调制解调，调制，解调，幅度，频率，模拟，数字 ：This text can be divided into three parts, Part one Modulate theoretical foundation of demodulation detailed introduction , modulate demodulation and figure modulate principle of demodulation launch imitating separately, recommend simulation range to modulate demodulation modulate with view modulating emphatically. In addition, modulate 2ASK in demodulation , 2FSK in figure, 2PSK (BPSK ), course such as the production , frequency spectrum , demodulation of 2DPSK will be told in this part too. In the second part, we will introduce the simple one to characteristic function and MATLAB products clan of MATLAB software. In the third part herein, we will introduce MATLAB emulation of modulating demodulation, and the emulation of MATLAB introducing the passband and modulating demodulation emphatically. KeywordsModulate-demodulation, modulate, demodulation, simulation, figure 调制解调是通信系统中的重要部分，几乎是各种通信的主要技术，下面将着 重讲述几种常用调制解调技术及基本性能。 在通信系统中，信道的频段往往是很有限的，而原始的通信信号的频段与信 道要求的频段是不匹配的，这就要求将原始信号进行调制再进行发送。相应的在 接收端对调制的信号进行解调，恢复原始的信号，而且调制解调还可以在一定的 程度上抑制噪声对通信信号的干扰。 调制解调技术按照通信信号是模拟的还是数字的可分为模拟调制解调和数 字调制解调。但不论是模拟调制解调还是数字调制解调，都是通过将通信信号的 信息加载到载波的幅度、频率或者相位上，因此调制解调有可分为幅度调制、频 率调制和相位调制。各种调制解调技术的关系如图1-1和图1-2所示。 2 通信系统有不同的分类的方法，根据是否采用调制，可将通信系统分为基带传输 和频带（调制）传输。基带传输是将未经频带调制的信号直接传送，如音频市内 电话；频带传输是对各种信号调制后传输的总称，调制的方式很多，常见的如下 表1-1. 表 常用调制方式及用途 调制方式 用途举例 常规双边带调幅AM 广播 单边带调制SSB 载波通信、短波无线电话通信 线性调制 双边带调制DSB 立体声广播 残留边带调制VSB 电视广播、传真 频率调制FM 微波中继、卫星通信 载非线性调制 波相位调制PM 中间调制方式 调振幅键控ASK 数据传输 制 频移键控FSK 数据传输 数字调制 相位键控PSK、DPSK 数据传输 其他高效数字调制QAM、MSK 数字微波、空间通信 脉幅调制PAM 中间调制方式、遥测 脉冲模拟调制 脉宽调制PDM 中间调制方式 脉位调制PPM 遥测、光纤传输 脉 冲脉码调制PCM 市话中继线、卫星、空间通信 调增量调制DM（?M） 军用、民用数字电话 制 脉冲数字调制 差分脉码调制DPCM 电视电话、图象编码 其他编码方式ADPCM 中速数字电话 调制技术具有如下功能： ?．频谱变换： 为了信息有效与可靠传输，利用指定的信息类型，往往需要将低频信号 的基带频谱搬移到适当的或指定的频段。如广播与移动通信都必须进行 某种调制，而将话音或者编码基带频谱搬移到应用频段。 3 ?．实现信道复用： 为了使多个用户的信号共同利用同一个有较大带宽的信道，可以采用各 种复用技术，如模拟电话长途传输是利用不同频率的载波进行调制，将 各用户话音相隔4KHz搬移到高频段进行传输，这种载波电话系统采用 的是频率复用。 ?. 提高抗干扰能力： 不同的调制方式，在提高传输的有效性和可靠性方面各有优势。 自然界很多信源是模拟形式的，如声音、图象等，它们是随时间连续变化的 模拟量，同时由于含有丰富的低频分量，甚至直流分量，不便于直接进入现代通 信系统或通信网络传输，因此需要利用某种调制方式，按的载频进行频带传 输。 对于点与点之间的通信系统，均是把发送端的消息通过某种信道传递到接受 端，其系统模型如下： C(,) 解调信源调制发滤波器信道收滤波器信宿调制 n(t) ,j,td通常，信道是一个理想的恒参信道C(,),ke，研究各种调制、解调方式、 系统的可靠性和有效性，简介一下通信中的调制分类。 1．正弦调制 C(t)=cosω t c (1) 模拟调制 m(t)为模拟信号，是连续变化的模拟量，如话音与图象信号。 AM、DSB、SSB、VSB、FM、PM (2) 数字调制 m(t)为数字信号，是数字化编码符号或脉冲编码波形。ASK、 FSK、PSK等。 2．脉冲调制C(t)为脉冲周期信号 (1) 脉冲无编码调制 用模拟信号m(t)改变脉冲的幅度(PAM)、宽度(PDM)、相位(PPM) (2) 脉冲编码调制(PCM) m(t)为模拟信号，用m(t)对脉冲串进行幅度调制后PAM再量化编码为PCM 信号 (3) 增量调制(DM) m(t)为模拟信号，据两相邻采样信号之差来进行一位编码 (4) 脉冲数字调制 m(t)为数字信号，常用多进制脉位调制PPM 3．复合调制：对同一载波同时进行幅度、频率、相位中一个 4．多级调制：用同一基带信号实施两次或更多次的调制过程，如AM/FM用m（t） 调制。 4 在线性调制系列中，最先应用的一种幅度调制是全调幅或常规调幅，简称为 调幅（AM）。不但在频域中已调波频谱是基带调制信号频谱的线性位移，而在时 域中已调波包络与调制信号波形呈线性关系。 幅度调制：以调制信号去控制载波的幅度变化，如模拟调幅、脉冲幅度调制 （PAM）、幅移键控（ASK）。 幅度调制是用调制信号去控制高频正弦载波的幅度，使其按调制信号的规律 变化的过程。幅度调制器的一般模型如下图所示。 图2.1.1幅度调制器的一般模型 图中，为调制信号，为已调信号，为滤波器的冲激响应，则已调信号的时域和频域一般表达式分别为 式中，为调制信号的频谱，为载波角频率。 由以上表达式可见，对于幅度调制信号，在波形上，它的幅度随基带信号规 律而变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移。 由于这种搬移是线性的，因此幅度调制通常又称为线性调制，相应地，幅度调制 系统也称为线性调制系统。 在图2.1.1的一般模型中，适当选择滤波器的特性，便可得到各种幅度调制信号，例如：常规双边带调幅（AM）、抑制载波双边带调幅（DSB-SC）、单边带调制（SSB）和残留边带调制（VSB）信号等。 2.2 AM 若假设滤波器为全通网络（＝1），调制信号叠加直流后再与载波相乘，则输出的信号就是常规双边带调幅（AM）。 AM调制器模型如下图所示： AM信号的时域和频域表达式分别为 5 式中，为外加的直流分量；可以是确知信号也可以是随机信号，但通 常认为其平均值为0，即 。 AM信号的典型波形和频谱分别如下图所示，图中假定调制信号的上限频率为。显然，调制信号的带宽为。 由上图中（a）可见，AM信号波形的包络与输入基带信号成正比，故用包络检波的方法很容易恢复原始调制信号。 但为了保证包络检波时不发生失真， 必须满足 ，否则将出现过调幅现象而带来失真。 由频谱图可知AM信号的频谱是由载频分量和上、下两个边带组成（通 常称频谱中画斜线的部分为上边带，不画斜线的部分为下边带）。上边带的频谱 与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。显然，无论是上边带还 是下边带，都含有原调制信号的完整信息。故AM信号是带有载波的双边带信号， 它的带宽为基带信号带宽的两倍，即 式中，为调制信号的带宽，为调制信号的最高频率。 调制过程的逆过程叫做解调。AM信号的解调是把接收到的已调信号还原为调制信号。 AM信号的解调方法有两种：相干解调和包络检波解调。 (1)相干解调 由AM信号的频谱可知，如果将已调信号的频谱搬回到原点位置，即可得到 原始的调制信号频谱，从而恢复出原始信号。解调中的频谱搬移同样可用调制时 的相乘运算来实现。相干解调的原理框图如下图所示。 6 将已调信号乘上一个与调制器同频同相的载波，得 由上式可知，只要用一个低通滤波器，就可以将第1项与第2项分离，无失真的恢复出原始的调制信号 相干解调的关键是必须产生一个与调制器同频同相位的载波。如果同频同相 位的条件得不到满足，则会破坏原始信号的恢复。 (2)包络检波法 由的波形可见，AM信号波形的包络与输入基带信号成正比，故可以用包络检波的方法恢复原始调制信号。包络检波器一般由半波或全波整流器和低 通滤波器组成，如下图所示。 上图为串联型包络检波器的具体电路及其输出波形，电路由二极管D、电阻R和电容C组成。当RC满足条件 时， 包络检波器的输出与输入信号的包络十分相近，即包络检波器输出的信号中，通常含有频率为的波纹，可由LPF滤除。 ：解调效率高，解调器输出近似为 相干解调的2倍；解调电路简单，特别是接收端不需要与发送端同频同相位的载 波信号，大大降低实现难度。故几乎所有的调幅（AM）式接收机都采用这种电路。 综上所述，可以看出，采用常规双边带幅度调制传输信息的好处是解调电路 简单，可采用包络检波法。缺点是调制效率低，载波分量不携带信息，但却占据 7 了大部分功率，白白浪费掉。如果抑制载波分量的传送，则可演变出另一种调制 方式，即抑制载波的双边带调幅（DSB-SC）。 2.3 DSB-SC 在幅度调制的一般模型中，若假设滤波器为全通网络（＝1），调制信号中无直流分量，则输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号，或 称抑制载波双边带（DSB-SC）调制信号，简称双边带（DSB）信号。 DSB调制器模型如下图所示。可见DSB信号实质上就是基带信号与载波直接 相乘，其时域和频域表示式分别为 由调制产生的频谱图可见 ，DSB信号的包络不再与成正比，故不能进行包络检波，需采用相干解调；除不再含有载频分量离散谱外，DSB信号的频谱与AM信号的完全相同，仍由上下对称的两个边带组成。故DSB信号是不带载波的双边带信号，它的带宽与AM信号相同，也为基带信号带宽的两倍， 即式中，为调制信号带宽，为调制信号的最高频率。 DSB信号只能采用相干解调，其模型与AM信号相干解调时完全相同，此时， 乘法器输出 经低通滤波器滤除高次项，得 即无失真地恢复出原始电信号。 抑制载波的双边带幅度调制的好处是，节省了载波发射功率，调制效率高；调制电路简单， 仅用一个乘法器就可实现。缺点是占用频带宽度比较宽，为基带信号的2倍。 2.4 SSB 由于DSB信号的上、下两个边带是完全对称的，皆携带了调制信号的全部信 息，因此，从信息传输的角度来考虑，仅传输其中一个边带就够了。这就又演变 出另一种新的调制方式――单边带调制（SSB）。 8 产生SSB信号的方法很多，其中最基本的方法有滤波法和相移法。 (1)用滤波法形成SSB信号 用滤波法实现单边带调制的原理图如下图所示，图中的为单边带滤波器。产生SSB信号最直观方法的是，将设计成具有理想高通特性或理想低通特性的单边带滤波器，从而只让所需的一个边带通过，而滤除另 一个边带。产生上边带信号时即为，产生下边带信号时即为 。 显然，SSB信号的频谱可表示为 用滤波法形成SSB信号，原理框图简洁、直观，但存在的一个重要问题是 单边带滤波器不易制作。这是因为，理想特性的滤波器是不可能做到的，实际滤 波器从通带到阻带总有一个过渡带。滤波器的实现难度与过渡带相对于载频的归 一化值有关，过渡带的归一化值愈小，分割上、下边带就愈难实现。而一般调制 信号都具有丰富的低频成分，经过调制后得到的DSB信号的上、下边带之间的间 隔很窄，要想通过一个边带而滤除另一个，要求单边带滤波器在附近具有陡峭的截止特性――即很小的过渡带，这就使得滤波器的设计与制作很困难，有时甚 至难以实现。为此，实际中往往采用多级调制的办法，目的在于降低每一级的过 渡带归一化值，减小实现难度。限于篇幅，本书不作详细介绍。 （2）用相移法形成SSB信号 可以证明，SSB信号的时域表示式为 式中，“－”对应上边带信号，“+”对应下边带信号；表示把的所有频率成分均相移，称是的希尔伯特变换。 根据上式可得到用相移法形成SSB信号的一般模型，如下图所示。图中， 为希尔伯特滤波器，它实质上是一个宽带相移网络，对中的任意频率分量均相移。 相移法形成SSB信号的模型 相移法形成SSB信号的困难在于宽带相移网络的制作，该网络要对调制信号 的所有频率分量严格相移，这一点即使近似达到也是困难的。 9 从SSB信号调制原理图中不难看出，SSB信号的包络不再与调制信号成 正比，因此SSB信号的解调也不能采用简单的包络检波，需采用相干解调，如下 图所示。 SSB信号的相干解调 此时，乘法器输出为 经低通滤波后的解调输出为 因而可得到无失真的调制信号。 综上所述，单边带幅度调制的好处是，节省了载波发射功率，调制效率高； 频带宽度只有双边带的一半，频带利用率提高一倍。缺点是单边带滤波器实现难 度大。 2.5 VSB 残留边带调制是介于单边带调制与双边带调制之间的一种调制方式，它既克 服了DSB信号占用频带宽的问题，又解决了单边带滤波器不易实现的难题。 在残留边带调制中，除了传送一个边带外，还保留了另外一个边带的一部分。 对于具有低频及直流分量的调制信号，用滤波法实现单边带调制时所需要的过渡 带无限陡的理想滤波器，在残留边带调制中已不再需要，这就避免了实现上的困 难。如下图所示。 图中的为残留边带滤波器，其特性应按残留边带调制的要求来进行设 计。稍后将会证明，为了保证相干解调时无失真地得到调制信号，残留边带滤波 器的传输函数必须满足 10 为了保证相干解调的输出无失真地重现调制信号，必须要求在内 ，而这正是残留边带滤波器传输函数要求满足 的互补对称条件。若设k=1，则 由于VSB基本性能接近SSB，而VSB调制中的边带滤波器比SSB中的边带滤波器容易实现，所以VSB调制在广播电视、通信等系统中得到广泛应用。 3.1 角度调制与线性调制不同，已调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬 移，而是频谱的非线性变换，会产生与频谱搬移不同的新的频率成分，故又称为 非线性调制。 角度调制可分为频率调制（FM）和相位调制（PM），即载波的幅度保持不变， 而载波的频率或相位随基带信号变化的调制方式。 如果由调制信号去控制载波C（t）的角度参量，正弦载波的角度将与调制 信号具有固定的相应关系，于是已调载波以角度参量“载荷”要传送的有用信息， 此种调制方式称为角度调制 角度调制信号的一般表达式为 式中，A为载波的恒定振幅；是信号的瞬时相位，称为相对于载波相位的瞬时相位偏移；为信号的瞬时频率；为信号相对于载频的瞬时频偏。 FM和PM非常相似，如果预先不知道调制信号的具体形式，则无法判断已调 信号是调频信号还是调相信号。 如果将调制信号先微分，而后进行调频，则得到的是调相信号，如下左图(b)所示；同样，如果将调制信号先积分，而后进行调相，则得到的是调频信号，如 下右图（b）所示。 11 直接调相和间接调相图 直接调频和间接调频 左图（b）所示的产生调相信号的方法称为间接调相法，右图（b）所示的产生调频信号的方法称为间接调频法。相对而言，左图（a）所示的产生调相信号的方法称为直接调相法，右图（a）所示的产生调频信号的方法称为直接调频法。 由于实际相位调制器的调节范围不可能超出，因而直接调相和间接调频的方法仅适用于相位偏移和频率偏移不大的窄带调制情形，而直接调频和间接调相 则适用于宽带调制情形。 从以上分析可见，调频与调相并无本质区别，两者之间可以互换。鉴于在实 际应用中多采用FM信号，下面集中讨论频率调制。 根据调制后载波瞬时相位偏移的大小，可将频率调制分为宽带调频（WBFM） 与窄带调频（NBFM）。宽带与窄带调制的区分并无严格的界限，但通常认为由调 频所引起的最大瞬时相位偏移远小于30? 时，称为窄带调频。否则，称为宽带调频 1. 窄带调频（NBFM） 为方便起见，无妨假设正弦载波的振幅A＝1，则由式调频信号的一般表达 式，得 当式满足，即窄带调频时，有近似式 于是，式可简化为 利用傅氏变换公式 可得NBFM信号的频域表达式 将上式与AM信号的频谱 12 进行比较，可以清楚地看出两种调制的相似性和不同之处。两者都含有一个载波 和位于处的两个边带，所以它们的带宽相同，即 式中，为调制信号的带宽，为调制信号的最高频率。不同的是，NBFM的正、负频率分量分别乘了因式和，且负频率分量与正频率分 量反相。正是上述差别，造成了NBFM与AM的本质差别。 图 AM与NBFM的矢量表示 2. 宽带调频（WBFM） 当式 不满足时，调频信号为宽带调频，此时不能采用近似式，因而宽带调频的分析变 得很困难。为使问题简化，我们先研究单音调制的情况，然后把分析的结果推到 多音情况。 单音调频信号的时域表达式 它对调频波的性质有举足轻重的影响。 经推导，上式可展开式成如下级数形式 式中，为第一类n阶贝塞尔函数，它是调频指数的函数。图给出了 随变化的关系曲线，详细数据可查阅数学“第一类贝塞尔函数表”。 13 图 ～关系曲线 1. 调频信号的产生 产生调频信号的方法通常有两种：直接法和间接法。 直接法 就是利用调制信号直接控制振荡器的频率，使其按调制信号的规律线性变化。 振荡频率由外部电压控制的振荡器叫做压控振荡器（VCO），它产生的输出频率正比于所加的控制电压，即 其中，是外加控制电压为0时压控振荡器的自由振荡频率，也就是压控 振荡器的中心频率。若用调制信号作控制电压，产生的就是FM波。 控制VCO振荡频率的常用方法是改变振荡器谐振回路的电抗元件或。或可控的元件有电抗管、变容管。变容管由于电路简单，性能良好，目前在调 频器中广泛使用。 直接法的主要优点是在实现线性调频的要求下，可以获得较大的频偏。缺点 是频率稳定度不高，往往需要附加稳频电路来稳定中心频率。 前面我们知道数字调制的三种基本方式：数字幅度调制、数字频率调制和 数字相位调制。这三种数字调制方式是数字调制的基础。然而，这三种数字调制 方式都存在某些不足，如频谱利用率低、抗多径衰落能力差、功率谱衰减慢、带 外辐射严重等。为了改善这些不足，近几十年来人们陆续提出一些新的数字调制 技术，以适应各种新的通信系统的要求。这些调制技术的研究，主要是围绕着寻 找频带利用率高，同时抗干扰能力强的调制方式而展开的。 m(t)e(t)m(t)0 调制器发滤波器信道收滤波器解调 噪声 m(t)为NRZ或BNRZ码，来自数字信源，也可来自PCM、?M、加密器、或信 编码器。 发滤波器、收滤器的作用同数字基带系统 研究各种调制解调方式的原理，以二进制为主；系统的性能指标；将数字基 带系统的有关结论应用到数字调制系统 4.2 振幅键控 振幅键控的简单情况为数字信号为二进制时的2ASK，载波的振幅受二进制调 14 制信号“1”或“0”的控制， 如果是通或断方式，就称为通---断键控（OOK）。 其表达式为： S(t),aAcos,tooknc 1．调制信号的产生 信息代码10 2ASK m(t)e(t),m(t)cos,t模拟法ocNRZ cos,tc cos,t键控法ce(t)电子开关o m(t) 2．解调方式 （1）包络检波 x(t) r(t) BPF LPF 整流 抽样判决 cp(t) 位同步器 实际系统中x（t）迟后于e (t)，进行数学抽象时认为系统是物理不可实现o 的，是否有码间串扰决定于滤波器和信道的频率特性。 LPF用来滤除高频，一般对码间串扰无影响。 （2）相干解调 x(t) r(t) BPF LPF 抽样判决 cosωcp(t) t c 载波同步 位同步器 e(t) 0 x(t) r(t) 无码间串扰 15 cp(t) r（t）与（1）中不同，有正、负值，其它同（1） MATLAB是Mathworks公司推出的一套高性能数值计算软件。由于它具有优 秀的数值计算能力和卓越的数据可视化能力，因此很快在数学软件中脱颖而出。 MATLAB产品族支持从概念设计，算法开发，建模仿真到实时实现，是理想的集 成开发环境，可用来进行： ? 数据分析； ? 数值和符号计算； ? 与科学绘图； ? 控制系统设计； ? 数字图象信号处理； ? 财务工程； ? 建模、仿真、原型开发； ? 应用开发； ? 图形用户界面设计。 MATLAB产品族被广泛地应用于包括信号与图象处理、控制系统设计、通信、 系统仿真等诸多领域。其一大特性是有众多的面向具体应用的工具箱和仿真块， 包含了完整的函数集用来对通信系统、信号图象处理、控制系统、神经网络等特 殊应用进行分析和设计。 MATLAB具有强大的计算功能，通信仿真可以分为3个阶段：算法设计与分 析、系统设计与仿真以及最终实现。下面例出MATLAB中用于系统设计与仿真的 模块 ?simulink ?stateflow ?CDMA参考模型库（CDMA Reference Blockset） ?通信模型库（communication blockset） ?DSP模型库（DSP Blockset） 通信工具箱是一些MATLAB函数的集合，能够帮助我们设计和分析调制解调 过程，调制与解调函数： Ademod：模拟带通信号解调 Ademodce：模拟基带信号解调 Amod：模拟带通信号调制 Amodce：模拟基带信号调制 Ddemod：数字带通信号解调 Ddemodce：数字基带信号解调 Demodmap：模拟信号映射为数字信号 Modmap：将数字信号映射为模拟信号 16 Dmod：数字带通信号调制 Dmodce：数字基带信号调制 调制解调技术可以分为两大类：模拟调制解调和数字调制。在模拟调制中， 输入的原始信号是模拟的；在数字调制中，输入的信号是离散的。 对调制解调过程的仿真也有两种：通带仿真和基带仿真。通带仿真的载波信号包 含在模型的发射部分，载波频率通常都远远高于信号的最高频率。由奈奎斯特抽 样定理可知，为了能正确恢复出信息信号，仿真中的抽样频率应至少为载波频率 最大值的两倍。如果信号频率很高，则仿真会变得非常慢，并且效率很低。为了 加快仿真速度，当调制解调技术的参数选择或性能要求不是设计的关键时，通常 使用基带仿真来代替通带仿真。基带仿真一般被称为低通等效仿真，它使用的是 通带信号的复数包络（complexenvelope）。 下面将着重介绍通带的模拟和数字的调制解调仿真， 通信工具箱中的amod函数专门用于实现通带模拟调制，函数ademod实现通带模拟解调。 Amod函数功能是模拟信号的通带调制。 ? 格式 Y=amod(x,Fc,Fs,`amdsb-sc`); Y=amod(x,Fc,Fs,`amdsb-tc`,offset); Y=amod(x,Fc,Fs,`amssb/opt`); Y=amod(x,Fc,Fs,`amdsb/opt`,num,den); Y=amod(x,Fc,Fs,`amdsb/opt`,hilbertflag); Y=amod(x,Fc,Fs,`qam`); Y=amod(x,Fc,Fs,`fm`,deviation); Y=amod(x,Fc,Fs,`pm`,deviation); Y=amod(x,Fc,Fs,［Fs phase］,...); ［y,t］=amod(...); ?功能说明 参数offset被省略时默认为-min（min（x））。 参数opt被省略时默认为单边带调制时产生的是下边带，而不是上边带。 参数deviation被省略时默认为1。 下表例出了函数amod支持的调制方式 表 amod函数支持的调制方式 方式（method）项参数 调制方式 `amdsb-tc` 双边带带载波调幅 `amdsb-sc` 双边带抑制载波调幅 `amssb` or `amssb/up` 单边带调幅 17 `qam` 正交幅度调制 `fm` 调频 `pm` 调相 Ademod函数功能是模拟信号的通带解调。 ? 格式 Z=ademod(y,Fc,Fs,`amdsb-tc`,offset,num,den); Z=ademod(y,Fc,Fs,`amdsb-tc/costas`,offset,num,den); Z=ademod(y,Fc,Fs,`amdsb-sc`,num,den); Z=ademod(y,Fc,Fs,`amdsb-sc/costas`,num,den); Z=ademod(y,Fc,Fs,`amssb`,num,den); Z=ademod(y,Fc,Fs,`qam`,num,den); Z=ademod(y,Fc,Fs,`fm`,num,den,vcoconst); Z=ademod(y,Fc,Fs,`pm`,num,den,vcoconst); Z=ademod(y,Fc,［Fs phase］,„); ? 功能说明 参数offset被省略时默认为一个合适的值，使输出的均值为0。 参数num，den被省略时默认为［num，den］=butter（5，Fc*2/Fs）。 参数vcoconst被省略时默认为1。 下表例出了函数ademod支持的解调方式。 Ademod支持的解调方式 方式（method）项参数 解调方式 `amdsb-tc` 双边带带载波调幅解调 `amdsb-sc` 双边带抑制载波调幅解调 `amssb` or `amssb/up` 单边带调幅解调 `qam` 正交幅度调幅解调 `fm` 调频解调 `pm` 调相解调 应当注意，在进行解调时方式（method）项参数必须与调制时amod的method项参数一致，否则不能解调出原始的输入信号。 原始信号为一个单频正弦信号，载波为10Hz正弦信号。分别用amod函数中的`amdsb-sc`和`amssb`产生调幅信号，并作出它们的频谱图。 M文件源程序如下： %设定采样速率为100Hz，时间为2s Fs=100; T=［0:2*Fs+1］`/Fs; %载波频率为10Hz Fc=10; %原始信号为单频正弦信号 18 X=sin(2*pi *t); %分别进行双边带和单边带幅度调制 Ydouble=amod(x,Fc,Fs,`amdsb-sc`); Ysingle=amod(x,Fc,Fs,`amssb`); %作出两个的频谱图 Zdouble=fft(ydouble); Zdouble=abs(zdouble(1:length(zdouble)/2+1)); Frqdouble=［0:length(zdouble)-1］*Fs/length(zdouble)/2; Plot(frqdouble,zdouble); Figure; Zsingle=fft(ysingle); Zsingle=abs(zsingle(1:length(zsingle)/2+1)); Frqsingle=［0:length(zsingle)-1］*Fs/length(zsingle)/2; Plot(frqsingle,zsingle); 19 数字调制的过程包括两个部分： 1.从数字信号到模拟信号的映射； 2.模拟调制。 一般来说，数字解调过程就是数字调制的逆过程。一个调制过的信号在解调 过程中首先被模拟解调，然后从模拟信号被映射为数字信号，M元频移键控 （M-FSK）和M元移相键控（M-PSK）除外。 在介绍数字通带调制解调之前，我们先了解一下数字映射和数字逆映射的概 念。在MATLAB通信工具箱中提供了把数字信号映射成模拟信号的函数modmap和 模拟信号到数字信号映射的函数demodmap。 Modmap函数的功能是把数字信号映射成模拟信号。 ?格式 Modmap(`method`,...); Y=modmap(x,Fd,Fs,`ask`,M); Y=modmap(x,Fd,Fs,`fsk`,M,tone); Y=modmap(x,Fd,Fs,`msk`); Y=modmap(x,Fd,Fs,`psk`,M); Y=modmap(x,Fd,Fs,`qask`,M); Y=modmap(x,Fd,Fs,`qask/arb`,inphase,quadr); Y=modmap(x,Fd,Fs,`qask/cir`,numsing,amp,phs); ? 功能说明 参数tone被省略时默认为Fd。 参数amp被省略时被默认为[1：length（numsing）]。 参数phs被省略时默认为numsing*0。 下表例出了函数modmap支持的数字调制方式 20 方式（method）项参数 调制方式 `ask` M元幅移键控 `fsk` M元频移键控 `msk` 最小频移键控 `psk` M元相移键控 `qask`，`qask/cir`，或`qask/arb` 正交幅移键控 Demodmap函数的功能是把解调的信号逆映射成数字信号。 ?格式 Z=demodmap(x,Fd,Fs,`ask`,M); Z=demodmap(x,Fd,Fs,`fsk`,M,tone); Z=demodmap(x,Fd,Fs,`msk`); Z=demodmap(x,Fd,Fs,`psk`,M); Z=demodmap(x,Fd,Fs,`qask`,M); Z=demodmap(x,Fd,Fs,`qask/arb`,inphase,quadr); Z=demodmap(x,Fd,Fs,`qask/cir`,numsig,amp,phs); Z=demodmap(x,[Fd offset],Fs,...); ? 功能说明 参数tone被省略是默认为Fd。 参数amp被省略时默认为[1：length（numsig）]。 参数phs被省略时默认为numsig*0。 下表例出了函数demodmap支持的数字解调方式。 方式（method）项参数 解调方式 `ask` M元幅移键控 `fsk` M元频移键控 `msk` 最小频移键控 `psk` M元相移键控 `qask`，`qask/cir`，或`qask/arb` 正交幅移键控 通信工具箱中的dmod函数专门用于实现通带数字调制，函数ddemod实现通带数字解调。 Dmod函数功能是数字信号的通带调制。 ?格式 Y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,`method/nomap`...); Y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,`ask`,M); Y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,`fsk`,M,tone); Y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,`msk`); Y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,`psk`,M); Y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,`qask`,M); Y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,`qask/arb`,inphase,quadr); Y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,`qask/cir`,numsig,amp,phs); Y=dmod(x,Fc,Fd,[Fs phase],...); [y,t]=dmod(...); 21 ? 功能说明 参数tone被省略时默认为Fd。 参数amp被省略时默认为[1：length（numsig）]。 参数phs被省略时默认为numsig*0。 下表例出了函数dmod支持的数字调制方式。 方式（method）项参数 解调方式 `ask` M元幅移键控 `fsk` M元频移键控 `msk` 最小频移键控 `psk` M元相移键控 `qask`，`qask/cir`，或`qask/arb` 正交幅移键控 使用dmod函数实现数字调制。 M文件程序如下： %进行M元调制解调，M定为4 M=4; %载波频率设定为20Hz Fc=20; %解调后数字信号速率为10Hz Fd=10; %模拟信号采样率设定为50Hz Fs=50; %产生要调制数字信号 x=[0 0 2 2 1 1 3 3 3 3]; %用ASK方式调制 [y,t]=dmod(x,Fc,Fd,Fs,'ask',M); plot(t,y) 结果如图所示 ASK调制信号图 22 对上面的程序，映射和调制都由dmod函数完成，也可以将映射和调制分别完成。 %进行M元调制解调，M定为4 M=4; %载波频率设定为20Hz Fc=20; %解调后数字信号速率为10Hz Fd=10; %模拟信号采样率设定为50Hz Fs=50; %产生要调制数字信号 x=[0 0 2 2 1 1 3 3 3 3]; %用ASK方式调制 x1=modmap(x,10,50,'ask',M); y=dmod(x1,Fc,Fd,Fs,'ask/nomap',M); t=(1:50)/50; plot(t,x1); hold on; plot(t,y) 23 Ddemod函数功能是数字信号的通带解调。 ?格式 Z=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,`ask/opt`,M,num,den); Z=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,`fsk/opt`,M); Z=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,`msk`); Z=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,`psk/opt`,M,num,den); Z=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,`qask/opt`,M,num,den); Z=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,`qask/arb/opt`,inphase,quadr,num,den); Z=ddemod(y,Fc,Fd,Fs,`qask/cir/opt`,numsig,amp,phs,num,den); Z=ddemod(y,Fc,Fd,[Fs phase],...); ? 功能说明 参数opt被省略时默认为ddemod解调后做逆映射。如果使用的是ASK方式，则 不使用Costas环。如果使用的是AFK方式，则为相干解调。 参数num和den省略默认为ddemod函数不使用滤波器。 参数amp被省略时默认为[1：length（numsig）]。 参数phs被省略时默认为numsig*0。 使用ddemod函数进行数字解调 M文件程序如下： %进行M元调制解调，M定为16 M=16; %载波频率设定为10Hz Fc=10; %解调后数字信号频率设定为1Hz 24 Fd=1; %模拟信号采样率设定为50Hz Fs=50; %产生要调制数字信号 x=randint(100,1,M); %用M元ASK方式调制 y=dmod(x,Fc,Fd,Fs,'ask',M); %加入高斯噪声 ynoisy=y+.01*randn(Fs/Fd*100,1); %解调接受信号 z=ddemod(ynoisy,Fc,Fd,Fs,'ask',M); %计算信号误码率 s=symerr(x,z) MATLAB运行结果如下： S= 0 ： 从1933年阿姆斯特朗发明频率调制技术（FM），1948年香农（C.Shannon）在贝尔技术杂志（B.S.T.J）发表“数字通信的理论基础”，并推出香农信息论，到 20世纪80年代初期推出的各种高效调制解调技术原理及新型Modem，使现代通信发生着戏剧性的变革，从简单的通信系统到通信网，从模拟通信到数字通信， 从电信网为主体到快速发展数据网及IP网，从电子通信到光通信，又从单媒体 通信到综合业务和多媒体通信，调制解调技术的不但发展和完善在其中起到了巨 大的推进作用。伴随着调制解调技术的发展，一个数字化、个人化的世界立体通 信网与数字世界正在形成，优质宽带多媒体业务开始充实到人类信息领域。 1．《通信系统原理》冯玉珉编著 2003.6 北方交通大学出版社 2．《通信原理》樊昌信等编著 2001 国防工业出版社 3．《MATLAB基础与编程入门》张威编著 2004.2 西安电子科技大学出版社 4．《程控交换与宽带交换》张中荃编著 2003.11 人民邮电出版社 5.《数字信号处理》程佩青编著 2001.8 清华大学出版社 6．《信息论与编码》陈运等编著 2002.8 电子工业出版社 7．《信号与线性系统》管致中编著 1999.2 高等教育出版社 8．《MATLAB仿真技术》张森编著 2004.1 机械工业出版社 9.《MATLAB通信仿真开发手册》孙汔编著 2005.1 国防工业出版社 10．《数据结构》严蔚敏编著 1996 清华大学出版社 11.《模拟电子技术》童诗白编著 1987 清华大学出版社 12.《高频电子线路》曾兴雯编著 2004.1 高等教育出版社 25 13.《电子技术基础》康华光编著 1987 高等教育出版社 14.《电路分析基础》李瀚荪编著 1991 高等教育出版社 15. 《信号与系统软硬件的实现》吴湘琪等编著 2002-3 电子工业出 16.《PROTEL99电路设计与方真技术》王正谋编著 福建科学技术出版社。 17.《数字信号处理器的原理及其开发应用》李刚编著 2000-4天津大学出版社 常见缩略语： M元频移键控 （M-FSK，Multiple frequency shift keying） M元移相键控 （M-PSK, Multiple phase shift keying） 信道复用 Multiplexing 幅移键控 ASK 相移键控 PSK 频移键控 FSK 抑制载波双边带 SC-DSB 双边带 DSB 单边带 SSB 频分复用 FDM 时分复用 TDM 频分多址 FDMA 时分多址 TDMA 调幅单边带 SSB 26