MATLAB在通信工程中的應(yīng)用

1、安陽(yáng)工學(xué)院專(zhuān)業(yè)課課程大作業(yè)課程名稱(chēng)（中文）MATLAB在雙邊帶調(diào)制與解調(diào)中的應(yīng)用 成績(jī) 姓名 夏娟班級(jí) 10級(jí)通信工程學(xué)號(hào) 201002030026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(gè)專(zhuān)門(mén)以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)的軟件，具有強(qiáng)大的矩陣計(jì)算和繪圖功能，適用于科學(xué)計(jì)算、控制系統(tǒng)、信息處理等領(lǐng)域的分析、仿真和設(shè)計(jì)工作。雙邊帶調(diào)制是一種通過(guò)抑制載波來(lái)實(shí)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(guò)程，將已調(diào)信號(hào)中的調(diào)制信號(hào)恢復(fù)出來(lái)；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(shí)現(xiàn)是一個(gè)在現(xiàn)實(shí)中實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)仿真模型?！?/p>

2、關(guān)鍵字】MATLAB、雙邊帶、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(hào)轉(zhuǎn)換成適合在信道中傳輸?shù)男问降囊环N過(guò)程，廣義的調(diào)制分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制（也稱(chēng)為載波調(diào)制）。在無(wú)線通信中和其他大多數(shù)場(chǎng)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(hào)去控制載波的參數(shù)的過(guò)程，使載波的某一個(gè)或某幾個(gè)參數(shù)按照調(diào)制信號(hào)的規(guī)律而變換。調(diào)制信號(hào)是指來(lái)自信源的消息信號(hào)（基帶信號(hào)），這些信號(hào)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(hào)稱(chēng)為載波，它可以是正弦信號(hào)，也可以是非正弦波。載波調(diào)制后稱(chēng)為已調(diào)信號(hào)，它含有調(diào)制信號(hào)的全部特征。所謂解調(diào)（檢波），是調(diào)制的逆過(guò)程，作用是將已調(diào)信號(hào)從中的調(diào)制信號(hào)恢復(fù)出來(lái)。信

3、號(hào)要進(jìn)行調(diào)制的原因有三：第一，在無(wú)線傳輸中，信號(hào)是以電磁波的形式通過(guò)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(hào)波長(zhǎng)相比擬。而基帶信號(hào)包含較低的頻率分量的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，使得在現(xiàn)實(shí)生活中不易實(shí)現(xiàn)。第二，把多個(gè)基帶信號(hào)分別搬至到不同的載頻處，以實(shí)現(xiàn)信道的多路復(fù)用，提高信道利用率。第三，擴(kuò)展信號(hào)寬帶，提高系統(tǒng)抗干擾，抗衰落能力，還可實(shí)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(jiàn)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(jì)思路2.1調(diào)制與解調(diào)的基本

4、模型調(diào)制在通信過(guò)程中起著極其重要的作用：無(wú)線電通信是通過(guò)空間輻射方式傳輸信號(hào)的，調(diào)制過(guò)程可以將信號(hào)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(guò)程可以將不同的信號(hào)通過(guò)頻譜搬移托付至不同頻率的載波上，實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，不至于互相干擾。振幅調(diào)制是一種實(shí)用很廣的連續(xù)波調(diào)制方式。調(diào)幅信號(hào)X(t)主要有調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào)組成。調(diào)幅器原理如圖1所示。其中載波信號(hào)C(t)用于搭載有用信號(hào)，其頻率較高。幅度調(diào)制信號(hào)g(t)含有有用信息，頻率較低。運(yùn)用MATLAB信號(hào)g(t)處理工具箱的有關(guān)函數(shù)可以對(duì)信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。對(duì)于信號(hào)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(hào)的頻譜，進(jìn)而對(duì)它

5、進(jìn)行解調(diào)，以恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)。解調(diào)器原理如圖2所示。對(duì)于調(diào)制解調(diào)的過(guò)程以及其中所包含的對(duì)于信號(hào)的頻譜分析均可以通過(guò)MATLAB的相關(guān)函數(shù)實(shí)現(xiàn)。2.2頻譜及功率譜密度分析當(dāng)調(diào)制信號(hào)f(t)為確定信號(hào)時(shí)，已調(diào)信號(hào)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(hào)的兩倍，與常規(guī)雙邊帶調(diào)幅時(shí)相同。 通信中，調(diào)制信號(hào)通常是平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程。其功率譜密度與自相關(guān)函數(shù)之間是一對(duì)傅氏變換關(guān)系。這樣就可以先找到信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)，然后通過(guò)氏傅變換來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的功率譜密度。3.設(shè)計(jì)流程 3.1利用matlab繪制已知信號(hào)f(t)根據(jù)f(t) 表達(dá)示f(t)=sin(t)，0<t<2*

6、pi。由于函數(shù)是正弦函數(shù)，故利用時(shí)間t與f(t)的關(guān)系，再利用plot函數(shù)實(shí)現(xiàn)圖的畫(huà)法，并且圖標(biāo)為幅度。3.2利用matlab繪制已知信號(hào)f(t)的頻譜根據(jù)f(t)的表達(dá)示，通過(guò)求傅立葉變換來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的頻譜，具體可以取40000個(gè)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。并且運(yùn)用算法yw=2*/40000*abs(fftshift(yk)，fw=-25000:24999/50000*fs。這樣再利用plot函數(shù)實(shí)現(xiàn)圖的畫(huà)法，并且對(duì)所畫(huà)的圖做標(biāo)識(shí)，如標(biāo)題，幅度。3.3利用matlab繪制載波信號(hào)由給定的載波為，fc=100hz，的出余弦信號(hào)的畫(huà)法，這樣再利用plot函數(shù)實(shí)現(xiàn)圖的畫(huà)法，并且對(duì)所畫(huà)的圖做標(biāo)識(shí)，如標(biāo)題，幅度，時(shí)間。3

7、.4利用matlab繪制已調(diào)信號(hào)由調(diào)制信號(hào)知：抑制載波雙邊帶調(diào)幅的調(diào)制過(guò)程實(shí)際上就是調(diào)制信號(hào)與載波的相乘運(yùn)算。故此時(shí)將上述兩個(gè)信號(hào)相乘，就可以得出已調(diào)信號(hào)y4, y4=sin (t).*cos(2*.*fc.*t). 這樣再利用plot函數(shù)實(shí)現(xiàn)圖的畫(huà)法，并且對(duì)所畫(huà)的圖做標(biāo)識(shí)，如標(biāo)題，幅度，時(shí)間。3.5 利用matlab繪制已調(diào)信號(hào)的頻譜根據(jù)已調(diào)信號(hào)的表達(dá)示，提高求傅立葉變換來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的頻譜，具體可以取4000個(gè)點(diǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)。并且運(yùn)用算法yw=2* /4000*abs(fftshift(yk)，fw=-2500:2499/5000*fs。這樣再利用subplot函數(shù)實(shí)現(xiàn)子圖的畫(huà)法，并且對(duì)所畫(huà)的圖做標(biāo)

8、識(shí)，如標(biāo)題，幅度。3.6利用matlab繪制DSB-SC調(diào)制信號(hào)的功率譜密度通信中，調(diào)制信號(hào)通常是平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程。其功率譜密度與自相關(guān)函數(shù)之間是一對(duì)付氏變換關(guān)系。此時(shí)先求調(diào)制信號(hào)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(shí)現(xiàn)調(diào)制信號(hào)的自相關(guān)函數(shù)，此時(shí)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(shí)現(xiàn)，此時(shí)用figure和subplot可以在另一頁(yè)畫(huà)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)

9、后的信號(hào)波形由抑制載波雙邊帶調(diào)幅的解調(diào)過(guò)程實(shí)際上實(shí)際是將已調(diào)信號(hào)乘上一個(gè)同頻同相的載波。即y=sin (t).*cos(2* *fc*t).*cos(2* *fc*t)，此時(shí)解調(diào)圖形如圖10。再用一個(gè)低通濾波器就可以恢復(fù)原始的調(diào)制信號(hào)，這種調(diào)制方法稱(chēng)為相干解調(diào)。主要程序語(yǔ)句為n,Wn=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs)；b,a=ellip(n,Rp,Rs,Wn)；這樣可以實(shí)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(guò)這樣可以使濾波后的波形失真更小。此時(shí)可得相干解調(diào)后的信號(hào)波形，具體波形如圖11。4.源代碼及仿

10、真結(jié)果4.1調(diào)制信號(hào)的波形及仿真結(jié)果（如圖3） t=0:0.001:2*pi;m=sin(t);plot(t,m)title('調(diào)制信號(hào)')ylabel('幅度')xlabel('時(shí)間：S')grid on圖3：已知信號(hào)波形4.2調(diào)制信號(hào)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(duì)信號(hào)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('

11、;調(diào)制信號(hào)的頻譜')xlabel('頻率：HZ')ylabel('幅度')gridxlim(-30,30)圖4：已知信號(hào)的頻譜4.3載波信號(hào)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(hào)plot(t,y)title('載波信號(hào)')xlabel('時(shí)間：s')ylabel('幅度')gridxlim(0,0.1)圖5 ：載波信號(hào)4.4已調(diào)信號(hào)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(

12、2*pi*fc*t); %載波信號(hào)u=m.*y;plot(t,u,'b')title('已調(diào)信號(hào)')xlabel('時(shí)間：s')ylabel('幅度')gridxlim(0,2*pi)圖6：已調(diào)信號(hào)4.5已調(diào)信號(hào)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(hào)u=m.*y;yk=fft(u,50000); %對(duì)信號(hào)做傅立葉變換yw=2*pi/40000*abs(fftshift(yk) ; %頻譜搬移fw=-25000:24999/

13、50000*fs ; plot(fw,yw)title('已調(diào)信號(hào)的頻譜')xlabel('頻率：hz')ylabel('幅度')gridxlim(-30,30)圖7：已調(diào)信號(hào)波形的頻譜4.6已調(diào)信號(hào)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(hào)u=m.*y;c,lags=xcorr(u,200) %DSB信號(hào)自相關(guān)函數(shù)subplot(211) plot(lags/fs,c)title('DSB信號(hào)自相關(guān)函數(shù)')xlabel

14、('t')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(hào)功率譜')xlabel('w')ylabel('Rxx(t)')grid圖8 調(diào)制信號(hào)自相關(guān)函數(shù)波形和功率譜密度波形4.7解調(diào)信號(hào)波形及仿真結(jié)果（如圖9）t=0:0.001:2*pi;m=sin(t);fs=200;fc=10

15、0;y=cos(2*pi*fc*t); %載波信號(hào)v=m.*y.*y;plot(t,v)title('解調(diào)信號(hào)')xlabel('時(shí)間：s')ylabel('幅度')grid on圖9 解調(diào)信號(hào)波形4.8經(jīng)過(guò)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(hào)v=m.*y.*y;Rp=0.5; %濾波后的f(t)信號(hào)Rs=20; %信號(hào)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

16、=ellipord(Wp,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(hào)');xlabel('時(shí)間單位:s');ylabel('幅度');grid;xlim=(0,2*pi)圖10相干解調(diào)后的信號(hào)波形5心得體會(huì) 利用MALTLAB，可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)波形及功率譜的描繪和仿真。通過(guò)對(duì)程序的編程，我們可以間接實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)，而本次由于時(shí)間有限，只對(duì)模擬信號(hào)中的雙邊帶DSB信號(hào)進(jìn)行調(diào)制與解調(diào)的仿真；通過(guò)仿真波形來(lái)觀察調(diào)制信號(hào)、載波信號(hào)、已調(diào)信號(hào)和解調(diào)信號(hào)的波形及功率譜密度，再結(jié)合所學(xué)知識(shí)，比如，基于MATLAB的通信系統(tǒng)仿真、通信原理、數(shù)字信號(hào)處理，來(lái)分析信號(hào)的傳輸特性，了解DSB調(diào)制的帶寬、信噪比及功率效率。通過(guò)本次課題，加深了對(duì)雙邊帶調(diào)幅和解調(diào)基本原理的理解， 初步學(xué)會(huì)了編寫(xiě)模擬信號(hào)調(diào)制與解調(diào)的MATLAB仿真程序及仿真語(yǔ)句的運(yùn)用；在仿真時(shí)，一定要注意細(xì)節(jié)。本次就是在仿真時(shí)由于思維不縝密，多次仿真得