MATLAB在通信工程中的應(yīng)用

1、安陽工學(xué)院專業(yè)課課程大作業(yè)課程名稱（中文）MATLAB在雙邊帶調(diào)制與解調(diào)中的應(yīng)用 成績 姓名 夏娟班級 10級通信工程學(xué)號 日期 2012年12月22日MATLAB在雙邊帶調(diào)制與解調(diào)中的應(yīng)用【摘要】MATLAB是一個專門以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)的軟件，具有強大的矩陣計算和繪圖功能，適用于科學(xué)計算、控制系統(tǒng)、信息處理等領(lǐng)域的分析、仿真和設(shè)計工作。雙邊帶調(diào)制是一種通過抑制載波來實現(xiàn)高效率的調(diào)制方式，其解調(diào)方式為相干解調(diào)，是調(diào)制的逆過程，將已調(diào)信號中的調(diào)制信號恢復(fù)出來；調(diào)制與解調(diào)是通信系統(tǒng)中至關(guān)重要的方式。雙邊帶調(diào)制與解調(diào)在MATLAB中的實現(xiàn)是一個在現(xiàn)實中實現(xiàn)的基礎(chǔ)仿真模型?！娟P(guān)鍵字】MATLAB、雙

2、邊帶、調(diào)制、解調(diào)1. 調(diào)制與解調(diào)的概述所謂調(diào)制，就是把信號轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過程，廣義的調(diào)制分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制（也稱為載波調(diào)制）。在無線通信中和其他大多數(shù)場合，調(diào)制一詞均指載波調(diào)制。載波調(diào)制就是用調(diào)制信號去控制載波的參數(shù)的過程，使載波的某一個或某幾個參數(shù)按照調(diào)制信號的規(guī)律而變換。調(diào)制信號是指來自信源的消息信號（基帶信號），這些信號可以是數(shù)字的也可以是模擬的。未受調(diào)制的周期性振蕩信號稱為載波，它可以是正弦信號，也可以是非正弦波。載波調(diào)制后稱為已調(diào)信號，它含有調(diào)制信號的全部特征。所謂解調(diào)（檢波），是調(diào)制的逆過程，作用是將已調(diào)信號從中的調(diào)制信號恢復(fù)出來。信號要進(jìn)行調(diào)制的原因有三：

3、第一，在無線傳輸中，信號是以電磁波的形式通過天線輻射到空間的，為了獲得較高的輻射頻率，天線的尺寸必須與發(fā)射信號波長相比擬。而基帶信號包含較低的頻率分量的波長較長，使得在現(xiàn)實生活中不易實現(xiàn)。第二，把多個基帶信號分別搬至到不同的載頻處，以實現(xiàn)信道的多路復(fù)用，提高信道利用率。第三，擴展信號寬帶，提高系統(tǒng)抗干擾，抗衰落能力，還可實現(xiàn)傳輸帶寬與信噪比之間的互換。調(diào)制的方式有很多種，最常用和最重要的模擬調(diào)制是用正弦波作為載波的幅度調(diào)制和角度調(diào)制，常見的幅度調(diào)制為AM、DSB、SSB、VSB等；而解調(diào)方式有檢波和同步檢波（相干解調(diào)）。2.幅度調(diào)制與解調(diào)的設(shè)計思路2.1調(diào)制與解調(diào)的基本模型調(diào)制在通信過程中起著

4、極其重要的作用：無線電通信是通過空間輻射方式傳輸信號的，調(diào)制過程可以將信號的頻譜搬移到容易以電磁波形式輻射的較高頻范圍；此外，調(diào)制過程可以將不同的信號通過頻譜搬移托付至不同頻率的載波上，實現(xiàn)多路復(fù)用，不至于互相干擾。振幅調(diào)制是一種實用很廣的連續(xù)波調(diào)制方式。調(diào)幅信號X(t)主要有調(diào)制信號和載波信號組成。調(diào)幅器原理如圖1所示。其中載波信號C(t)用于搭載有用信號，其頻率較高。幅度調(diào)制信號g(t)含有有用信息，頻率較低。運用MATLAB信號g(t)處理工具箱的有關(guān)函數(shù)可以對信號進(jìn)行調(diào)制。對于信號x(t)，通信系統(tǒng)就可以有效而可靠的傳輸了。在接收端，分析已調(diào)信號的頻譜，進(jìn)而對它進(jìn)行解調(diào)，以恢復(fù)原調(diào)制信

5、號。解調(diào)器原理如圖2所示。對于調(diào)制解調(diào)的過程以及其中所包含的對于信號的頻譜分析均可以通過MATLAB的相關(guān)函數(shù)實現(xiàn)。2.2頻譜及功率譜密度分析當(dāng)調(diào)制信號f(t)為確定信號時，已調(diào)信號的頻譜為.抑制載波的雙邊帶調(diào)幅雖然節(jié)省了載波功率，但已制的頻帶寬度仍為調(diào)制信號的兩倍，與常規(guī)雙邊帶調(diào)幅時相同。 通信中，調(diào)制信號通常是平穩(wěn)隨機過程。其功率譜密度與自相關(guān)函數(shù)之間是一對傅氏變換關(guān)系。這樣就可以先找到信號的自相關(guān)函數(shù)，然后通過氏傅變換來實現(xiàn)信號的功率譜密度。3.設(shè)計流程 3.1利用matlab繪制已知信號f(t)根據(jù)f(t) 表達(dá)示f(t)=sin(t)，0<t<2*pi。由于函數(shù)是正弦函數(shù)

6、，故利用時間t與f(t)的關(guān)系，再利用plot函數(shù)實現(xiàn)圖的畫法，并且圖標(biāo)為幅度。3.2利用matlab繪制已知信號f(t)的頻譜根據(jù)f(t)的表達(dá)示，通過求傅立葉變換來實現(xiàn)信號的頻譜，具體可以取40000個點來實現(xiàn)。并且運用算法yw=2*/40000*abs(fftshift(yk)，fw=-25000:24999/50000*fs。這樣再利用plot函數(shù)實現(xiàn)圖的畫法，并且對所畫的圖做標(biāo)識，如標(biāo)題，幅度。3.3利用matlab繪制載波信號由給定的載波為，fc=100hz，的出余弦信號的畫法，這樣再利用plot函數(shù)實現(xiàn)圖的畫法，并且對所畫的圖做標(biāo)識，如標(biāo)題，幅度，時間。3.4利用matlab繪制

7、已調(diào)信號由調(diào)制信號知：抑制載波雙邊帶調(diào)幅的調(diào)制過程實際上就是調(diào)制信號與載波的相乘運算。故此時將上述兩個信號相乘，就可以得出已調(diào)信號y4, y4=sin (t).*cos(2*.*fc.*t). 這樣再利用plot函數(shù)實現(xiàn)圖的畫法，并且對所畫的圖做標(biāo)識，如標(biāo)題，幅度，時間。3.5 利用matlab繪制已調(diào)信號的頻譜根據(jù)已調(diào)信號的表達(dá)示，提高求傅立葉變換來實現(xiàn)信號的頻譜，具體可以取4000個點來實現(xiàn)。并且運用算法yw=2* /4000*abs(fftshift(yk)，fw=-2500:2499/5000*fs。這樣再利用subplot函數(shù)實現(xiàn)子圖的畫法，并且對所畫的圖做標(biāo)識，如標(biāo)題，幅度。3.6

8、利用matlab繪制DSB-SC調(diào)制信號的功率譜密度通信中，調(diào)制信號通常是平穩(wěn)隨機過程。其功率譜密度與自相關(guān)函數(shù)之間是一對付氏變換關(guān)系。此時先求調(diào)制信號的自相關(guān)函數(shù)，利用命令c,lags=xcorr(y4,20)以及plot(lags/fs,c)就可以實現(xiàn)調(diào)制信號的自相關(guān)函數(shù)，此時將自相關(guān)函數(shù)求付氏變換。利用SDSBp=fft(c,5000； fw=-2500:2499/5000*fs；yw=2*/4000*abs(fftshift(SDSBp)即可實現(xiàn)，此時用figure和subplot可以在另一頁畫出自相關(guān)函數(shù)波形和功率譜密度波形。3.7利用matlab繪制相干解調(diào)后的信號波形由抑制載波雙

9、邊帶調(diào)幅的解調(diào)過程實際上實際是將已調(diào)信號乘上一個同頻同相的載波。即y=sin (t).*cos(2* *fc*t).*cos(2* *fc*t)，此時解調(diào)圖形如圖10。再用一個低通濾波器就可以恢復(fù)原始的調(diào)制信號，這種調(diào)制方法稱為相干解調(diào)。主要程序語句為n,Wn=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs)；b,a=ellip(n,Rp,Rs,Wn)；這樣可以實現(xiàn)求取階數(shù)n和傳遞函數(shù)的分子分母b,a；Wp=0.5/50; Ws=1/50; Xl=5*filter(b,a,y)。通過這樣可以使濾波后的波形失真更小。此時可得相干解調(diào)后的信號波形，具體波形如圖11。4.源代碼及仿真結(jié)果4.1調(diào)制信號的波

10、形及仿真結(jié)果（如圖3） t=0:0.001:2*pi;m=sin(t);plot(t,m)title('調(diào)制信號')ylabel('幅度')xlabel('時間：S')grid on圖3：已知信號波形4.2調(diào)制信號的頻譜及仿真結(jié)果（如圖4）t=0:0.001:2*pi;fs=300;m=sin(t);yk=fft(m,50000); %對信號做傅里葉變換yw=2*pi/40000*abs(fftshift(yk) ; %頻譜搬移fw=-25000:24999/50000*fs ; plot(fw,yw)title('調(diào)制信號的頻譜'

11、;)xlabel('頻率：HZ')ylabel('幅度')gridxlim(-30,30)圖4：已知信號的頻譜4.3載波信號的波形及仿真結(jié)果（如圖5）t=0:0.001:2*pi;fc=100;y=cos(2*pi*fc*t); %載波信號plot(t,y)title('載波信號')xlabel('時間：s')ylabel('幅度')gridxlim(0,0.1)圖5 ：載波信號4.4已調(diào)信號的波形及仿真結(jié)果（如圖6）t=0:0.001:2*pi;m=sin(t);fc=100;y=cos(2*pi*fc*t);

12、%載波信號u=m.*y;plot(t,u,'b')title('已調(diào)信號')xlabel('時間：s')ylabel('幅度')gridxlim(0,2*pi)圖6：已調(diào)信號4.5已調(diào)信號的頻譜及仿真結(jié)果（如圖7）t=0:0.001:2*pi;m=sin(t);fs=200;fc=100;y=cos(2*pi*fc*t); %載波信號u=m.*y;yk=fft(u,50000); %對信號做傅立葉變換yw=2*pi/40000*abs(fftshift(yk) ; %頻譜搬移fw=-25000:24999/50000*fs ; p

13、lot(fw,yw)title('已調(diào)信號的頻譜')xlabel('頻率：hz')ylabel('幅度')gridxlim(-30,30)圖7：已調(diào)信號波形的頻譜4.6已調(diào)信號的功率譜密度及仿真結(jié)果（如圖8）t=0:0.001:2*pi;m=sin(t);fs=200;fc=100;y=cos(2*pi*fc*t); %載波信號u=m.*y;c,lags=xcorr(u,200) %DSB信號自相關(guān)函數(shù)subplot(211) plot(lags/fs,c)title('DSB信號自相關(guān)函數(shù)')xlabel('t'

14、)ylabel('Rxx(t)')grid on;SDSBp=fft(c,5000) %DSB功率譜fw=-2500:2499/5000*fsyw=2*pi/4000*abs(fftshift(SDSBp)%頻譜搬移subplot(212)plot(fw,yw)title('DSB信號功率譜')xlabel('w')ylabel('Rxx(t)')grid圖8 調(diào)制信號自相關(guān)函數(shù)波形和功率譜密度波形4.7解調(diào)信號波形及仿真結(jié)果（如圖9）t=0:0.001:2*pi;m=sin(t);fs=200;fc=100;y=cos(2*pi

15、*fc*t); %載波信號v=m.*y.*y;plot(t,v)title('解調(diào)信號')xlabel('時間：s')ylabel('幅度')grid on圖9 解調(diào)信號波形4.8經(jīng)過濾波后的波形及仿真結(jié)果（如圖11）t=0:0.001:2*pi;m=sin(t);%fs=200;fc=100;y=cos(2*pi*fc*t); %載波信號v=m.*y.*y;Rp=0.5; %濾波后的f(t)信號Rs=20; %信號衰減幅度Wp=0.5/50; %通帶截止頻率Ws=1/50; %阻帶截止頻率,100為載波頻率的一半n,Wn=ellipord(Wp

16、,Ws,Rp,Rs); %階數(shù)nb,a=ellip(n,Rp,Rs,Wn); %傳遞函數(shù)分子分母b,aXl=5*filter(b,a,v);%figure;plot(t,Xl);title('濾波后的f(t)信號');xlabel('時間單位:s');ylabel('幅度');grid;xlim=(0,2*pi)圖10相干解調(diào)后的信號波形5心得體會 利用MALTLAB，可以實現(xiàn)信號波形及功率譜的描繪和仿真。通過對程序的編程，我們可以間接實現(xiàn)模擬信號的調(diào)制與解調(diào)，而本次由于時間有限，只對模擬信號中的雙邊帶DSB信號進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)的仿真；通過仿真波形來觀察調(diào)制信號、載波信號、已調(diào)信號和解調(diào)信號的波形及功率譜密度，再結(jié)合所學(xué)知識，比如，基于MATLAB的通信系統(tǒng)仿真、通信原理、數(shù)字信號處理，來分析信號的傳輸特性，了解DSB調(diào)制的帶寬、信噪比及功率效率。通過本次課題，加深了對雙邊帶調(diào)幅和解調(diào)基本原理的理解， 初步學(xué)會了編寫模擬信號調(diào)制與解調(diào)的MATLAB仿真程序及仿真語句的運用；在仿真時，一定要注意細(xì)節(jié)。本次就是在仿真時由于思維不縝密，多次仿真得