基于MATLAB的通信系統(tǒng)調(diào)制和解調(diào)實(shí)例分析

【摘 要】通信是通過(guò)某種媒體進(jìn)行的信息傳遞，目的是傳輸信息，通信系統(tǒng)是用以完成信息傳輸過(guò)程的技術(shù)系統(tǒng)的總稱，作用是將信息從信源發(fā)送到一個(gè)或多個(gè)目的地。調(diào)制與解調(diào)在信息的傳輸過(guò)程中占據(jù)著重要的地位，是不可或缺的，因此研究系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)過(guò)程就極為重要。MATLAB是集數(shù)值計(jì)算、圖形繪制、圖像處理及系統(tǒng)仿真等強(qiáng)大功能于一體的科學(xué)計(jì)算語(yǔ)言，它強(qiáng)大的矩陣運(yùn)算和圖形可視化的功能以及豐富的工具箱，為通信系統(tǒng)的調(diào)制和解調(diào)過(guò)程的分析提供了極大的方便。

【關(guān)鍵詞】通信系統(tǒng) 調(diào)制與解調(diào) MATLAB

一、用MATLAB分析雙邊帶幅度調(diào)制（DSM-AM）

我們可以利用 MATLAB 強(qiáng)大的符號(hào)運(yùn)算功能來(lái)進(jìn)行運(yùn)算，再根據(jù)MATLAB的可視化結(jié)果進(jìn)行分析。在DSB-AM中，已調(diào)信號(hào)的時(shí)域表示為：u（t）=m（t）c（t）=Acm（t） 式中，m（t）是消息信號(hào)，c（t）=Ac 為載波，fc是載波的頻率（單位：HZ）， 是初始相位。為了討論方便取初相=0（以下類似）。隨u（t）作傅里葉變換，即可得到信號(hào)的頻域表示：U（f）=Ac/2M（f-fc）+Ac/2M（f+fc）。傳輸帶寬Bt是消息信號(hào)帶寬W的兩倍，即：Bt=2W。

某消息信號(hào)

用信號(hào)m（t）以DSB-AM方式調(diào)制載波c（t）=cos（2∏fct），所得到的已調(diào)制信號(hào)記為u（t）.設(shè)t。=0.15s，fc=250Hz。試比較消息信號(hào)與已調(diào)信號(hào)，并繪制它們的頻譜。運(yùn)用如下 MATLAB程序：

t0=0.15；%信號(hào)持續(xù)時(shí)間

ts=0.001；%采樣時(shí)間間隔

Fc=250；%載波頻率

FS=1/ts；%采樣頻率

df= 0.3；%頻率分辨率

t=[0：ts：t0]；%時(shí)間矢量

m=[ones（1，t0/（3*ts））， -2*ones（1，t0/（3*ts）），zeros（1，t0/（3*ts）+1）]；%定義信號(hào)序列

C=cos（2*pi*Fc.*t）；%載波信號(hào)

u=m.*c；%調(diào)制信號(hào)

[M，m，df1]=fft_seq（m，ts，df）；%傅里葉變換

M=M/FS；[U，u，df1]=fft_seq（m，ts，df）；

U=U/FS；[C，c，df1]=fft_seq（c，ts，df）；

f=[0：df1：df1*（length（m）-1）]-Fs/2； %頻率矢量

subplot（2，2，1）；plot（t，m（1：length（t）））；%未調(diào)制信號(hào)

title（‘未調(diào)制信號(hào)‘）；

subplot（2，2，2）；plot（t，u（1：length（t）））；%已調(diào)制信號(hào)

title（‘已調(diào)制信號(hào)‘）；

subplot（2，2，3）；plot（f，abs（fftshift（M）））； %未調(diào)制信號(hào)頻譜

title（‘未調(diào)制信號(hào)頻譜‘）；subplot（2，2，4）；plot（f，abs（fftshift（U）））； %已調(diào)制信號(hào)頻譜

title（‘已調(diào)制信號(hào)頻譜‘）；

傅里葉變換函數(shù)fft_seq，源代碼如下：

function[M，m，df]=fft_seq（m，ts，df）

%[M，m，df]=fft_seq（m，ts，df）

%[M，m，df]=fft_seq（m，ts）

%M為輸入序列m的傅里葉變換，ts為抽樣間隔，輸入df為頻率分辨率

%輸出序列m按要求的頻率分辨率df進(jìn)行補(bǔ)零后的序列

%輸出df為最終的頻率分辨率

fs=1/ts；

if nargin==2，n1=0；

else， n1=fs/df；

end

n2=length（m）；

n=2^（max（nextpow2（n1），nexpow2（n2）））；

M=fft（m，n）；

m=[m，zeros（n-n2）]；

df=fs/n；

運(yùn)行后得到的信號(hào)和調(diào)制信號(hào)如圖所示：

二、用 MATLAB 分析相干解調(diào)過(guò)程

例

用信號(hào)m（t）以DSB-AM方式調(diào)制載波c（t）=cos（2∏fct），所得到的已調(diào)制信號(hào)記為u（t）.設(shè)t0=0.15s，fc=250Hz。得到DSM-AM的調(diào)制信號(hào)，現(xiàn)試對(duì)該調(diào)制信號(hào)進(jìn)行相干解調(diào)，并繪出消息信號(hào)的時(shí)域頻域曲線。

MATLAB設(shè)計(jì)程序如下：

t0=0.15；%信號(hào)持續(xù)時(shí)間

ts=1/1500；%采樣時(shí)間間隔

Fc=250；%載波頻率

FS=1/ts；%采樣頻率

df= 0.3；%頻率分辨率

t=[0：ts：t0]；%時(shí)間矢量

m=[ones（1，t0/（3*ts）），-2*ones（1，t0/（3*ts）），zeros（1，t0/（3*ts）+1）]；%定義信號(hào)序列

C=cos（2*pi*Fc.*t）； %載波信號(hào)

u=m.*c；%調(diào)制信號(hào)

y=u.*c；%混頻

[M，m，df1]=fft_seq（m，ts，df）；%傅里葉變換

M=M/Fs；%縮放

[U，u，df1]=fft_seq（m，ts，df）；

U=U/FS；

[Y，y，df1]=fft_seq（y，ts，df）；

Y=Y/Fs；

f_cutoff=150；%濾波器的截止頻率

n_cutoff=floor（150/df1）；%設(shè)計(jì)濾波器

f=[0：df1：df1*（length（m）-1）]-Fs/2； %頻率矢量

H=zero（size（f））；

H（1：n_cutoff）=2*ones（1，n_cutoff）；

H（length（f）-n_cutoff+1：length（f））=2*ones（1，n_cutoff）；

DEM=H.*Y；%濾波器輸出的頻譜

dem=real（ifft（DEM））*Fs；%濾波器的輸出

subplot（2，2，1）；plot（t，m（1：length（t）））；%未調(diào)制信號(hào)

title（‘未調(diào)制信號(hào)‘）；

subplot（2，2，2）；plot（t，dem（1：length（t）））；%解調(diào)信號(hào)

title（‘解調(diào)信號(hào)‘）；

subplot（2，2，3）；plot（f，abs（fftshift（M）））；%未調(diào)制信號(hào)頻譜

title（‘未調(diào)制信號(hào)頻譜‘）；

subplot（2，2，4）；plot（f，abs（fftshift（DEM）））；%解調(diào)信號(hào)的頻譜

title（‘已調(diào)制信號(hào)譜‘）；

運(yùn)行該程序后得到的信號(hào)和調(diào)制信號(hào)，以及信號(hào)調(diào)制前、后的頻譜對(duì)比如圖所示：

三、結(jié)論

本論文主要介紹了通信系統(tǒng)的含義，進(jìn)而引出模擬調(diào)制和解調(diào)的概念。人工計(jì)算調(diào)制和解調(diào)過(guò)程比較困難，而MATLAB具有的強(qiáng)大功能可以很容易的解決這一問(wèn)難題所以詳細(xì)介紹了MATLAB通信系統(tǒng)工具箱；并給出了基于MATLAB的通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真的實(shí)現(xiàn)，運(yùn)用MATLAB仿真軟件進(jìn)行仿真。通過(guò)對(duì)本次應(yīng)用MATLAB語(yǔ)言對(duì)通信系統(tǒng)的分析，使我系統(tǒng)的理解了調(diào)制和解調(diào)的功能，對(duì)掌握信息的傳輸有了進(jìn)一步提高。從上面的分析我們可以看出用MATLAB輔助分析信號(hào)頻譜，具有編程簡(jiǎn)單、計(jì)算準(zhǔn)確、繪圖方便、結(jié)果直觀等特點(diǎn)。用MATLAB的計(jì)算功能，不僅使大量的手工計(jì)算得以簡(jiǎn)化， 也使得離散系統(tǒng)的分析更為簡(jiǎn)便和高效。利用MATLAB的繪圖功能，有利于分析結(jié)果的直觀理解，也有利于深入掌握所學(xué)的內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)：

[1]周雙陽(yáng).從基站輻射談移動(dòng)通信系統(tǒng)演進(jìn)[J]. 通信世界. 2009（32）

[2]周劍玲，張艷青.移動(dòng)通信系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)[J]. 華北科技學(xué)院學(xué)報(bào). 2001（02）

[3]黃婷.IP移動(dòng)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè). 2008（22）

科技計(jì)劃項(xiàng)目：唐山市科學(xué)技術(shù)研究與發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目研究成果（項(xiàng)目編號(hào)：12140204A-3）