MATLAB在通信工程中的应用

1、安阳工学院专业课课程大作业课程名称（中文）MATLA在双边带调制与解调中的应用成绩姓名夏娟班级10级通信工程学号201002030026日期2012年12月22日MATLA在双边带调制与解调中的应用【摘要 】MATLAB 是一个专门以矩阵的形式处理数据的软件， 具有强大的矩阵 计算和绘图功能，适用于科学计算、控制系统、信息处理等领域的分析、仿真 和设计工作。双边带调制是一种通过抑制载波来实现高效率的调制方式，其解 调方式为相干解调，是调制的逆过程，将已调信号中的调制信号恢复出来；调 制与解调是通信系统中至关重要的方式。 双边带调制与解调在 MATLAB 中的实 现是一个在现实中实现的基础仿真模

2、型 。【关键字】 MATLAB 、双边带、调制、解调131. 调制与解调的概述所谓调制，就是把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程， 广义的 调制分为基带调制和带通调制 （也称为载波调制） 。在无线通信中和其他大多数 场合，调制一词均指载波调制。载波调制就是用调制信号去控制载波的参数的过程， 使载波的某一个或某几 个参数按照调制信号的规律而变换。 调制信号是指来自信源的消息信号 （基带信 号），这些信号可以是数字的也可以是模拟的。 未受调制的周期性振荡信号称为 载波，它可以是正弦信号，也可以是非正弦波。载波调制后称为已调信号，它含 有调制信号的全部特征。所谓解调（检波），是调制的逆过程，

3、作用是将已调信号从中的调制信号恢 复出来。信号要进行调制的原因有三： 第一，在无线传输中， 信号是以电磁波的形式 通过天线辐射到空间的， 为了获得较高的辐射频率， 天线的尺寸必须与发射信号 波长相比拟。 而基带信号包含较低的频率分量的波长较长， 使得在现实生活中不 易实现。第二， 把多个基带信号分别搬至到不同的载频处， 以实现信道的多路复 用，提高信道利用率。第三，扩展信号宽带，提高系统抗干扰，抗衰落能力，还 可实现传输带宽与信噪比之间的互换。调制的方式有很多种， 最常用和最重要的模拟调制是用正弦波作为载波的幅 度调制和角度调制，常见的幅度调制为 AM 、DSB、SSB、VSB 等；而解调方式

4、 有检波和同步检波（相干解调）。2. 幅度调制与解调的设计思路2.1 调制与解调的基本模型调制在通信过程中起着极其重要的作用： 无线电通信是通过空间辐射方式传 输信号的，调制过程可以将信号的频谱搬移到容易以电磁波形式辐射的较高频范 围；此外，调制过程可以将不同的信号通过频谱搬移托付至不同频率的载波上， 实现多路复用，不至于互相干扰。振幅调制是一种实用很广的连续波调制方式。 调幅信号 X（t） 主要有调制信号 和载波信号组成。调幅器原理如图 1 所示。_x(t)=g(Oc(t)期*Hc(fl191调幅器原理ft:国其中载波信号C(t)用于搭载有用信号，其频率较高。幅度调制信号g(t)含有有用信息

5、，频率较低。运用 MATLAB信号g(t)处理工具箱的有关函数可以对信 号进行调制。对于信号x(t)，通信系统就可以有效而可靠的传输了。在接收端，分析已调信号的频谱，进而对它进行解调，以恢复原调制信号。 解调器原理如图2所示。乂© 厂、g(t)*恢見浦液舒 2解调I載阀柿图对于调制解调的过程以及其中所包含的对于信号的频谱分析均可以通过MATLAB的相关函数实现。2.2频谱及功率谱密度分析当调制信号f(t)为确定信号时，已调信号的频谱为 SDSB=1/2F c +1/2F( + c).抑制载波的双边带调幅虽然节省了载波功率， 但 已制的频带宽度仍为调制信号的两倍，与常规双边带调幅时相同

6、。通信中，调制信号通常是平稳随机过程。其功率谱密度与自相关函数之间是 一对傅氏变换关系。这样就可以先找到信号的自相关函数， 然后通过氏傅变换来 实现信号的功率谱密度。3. 设计流程3.1利用matlab绘制已知信号f(t)根据f(t)表达示f(t)=sin(t)，0<t<2*pi。由于函数是正弦函数，故利用时间t与f(t)的关系，再利用plot函数实现图的画法，并且图标为幅度。3.2利用matlab绘制已知信号f(t)的频谱根据f(t)的表达示，通过求傅立叶变换来实现信号的频谱，具体可以取40000 个点来实现。并且运用算法 yw=2*二/40000*abs(fftshift(yk

7、)， fw=-25000:24999/50000*fs。这样再利用plot函数实现图的画法，并且对所画的 图做标识，如标题，幅度。3.3利用matlab绘制载波信号由给定的载波为cos2 fct，fc=100hz，的出余弦信号的画法，这样再利用 plot函数实现图的画法，并且对所画的图做标识，如标题，幅度，时间。3.4利用matlab绘制已调信号由调制信号知：抑制载波双边带调幅的调制过程实际上就是调制信号与载波 的相乘运算。故此时将上述两个信号相乘，就可以得出已调信号y4, y4=sin(t).*cos(2*二.*fc.*t).这样再利用plot函数实现图的画法，并且对所画的图做标 识，如标题

8、，幅度，时间。3.5利用matlab绘制已调信号的频谱根据已调信号的表达示，提高求傅立叶变换来实现信号的频谱，具体可以取 4000 个点来实现。并且运用算法 yw=2* 二 /4000*abs(fftshift(yk)， fw=-2500:2499/5000*fs。这样再利用subplot函数实现子图的画法，并且对所画 的图做标识，如标题，幅度。3.6利用matlab绘制DSB-SC调制信号的功率谱密度通信中，调制信号通常是平稳随机过程。其功率谱密度与自相关函数之间 是一对付氏变换关系。此时先求调制信号的自相关函数，利用命令 c,lags=xcorr(y4,20)以及plot(lags/fs,

9、c)就可以实现调制信号的自相关函数，此时 将自相关函数求付氏变换。利用SDSBp=fft(c,5000; fw=-2500:2499/5000*fs ；yw=2* 二/4000*abs(fftshift(SDSBp)即可实现，此时用 figure 和 subplot 可以在另 一页画出自相关函数波形和功率谱密度波形。3.7利用matlab绘制相干解调后的信号波形由抑制载波双边带调幅的解调过程实际上实际是将已调信号乘上一个同频同相的载波。即 y=sin (t).*cos(2* *fc*t).*cos(2* *fc*t)，此时解调图形如图 10。再用一个低通滤波器就可以恢复原始的调制信号，这种调制

10、方法称为相干解调。主要程序语句为n,Wn=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs) ； b,a=ellip(n,Rp,Rs,Wn)；这 样可以实现求取阶数 n和传递函数的分子分母b,a； Wp=0.5/50; Ws=1/50;Xl=5*filter(b,a,y)。通过这样可以使滤波后的波形失真更小。此时可得相干解调后的信号波形，具体波形如图114. 源代码及仿真结果4.1调制信号的波形及仿真结果（如图 3）t=0:0.001:2*pi;m=si n（t）;plot（t,m）title（' 调制信号'）ylabel（'幅度'）xlabel（'时间：S&#

11、39;）grid on图3:已知信号波形4.2调制信号的频谱及仿真结果(如图 4)t=0:0.001:2*pi;fs=300;m=si n(t);yk=fft(m,50000);%对信号做傅里叶变换yw=2*pi/40000*abs(fftshift(yk) ; %频谱搬移fw=-25000:24999/50000*fs ;plot(fw,yw)title('调制信号的频谱')xlabel('频率：HZ')ylabel('幅度')gridxlim(-30,30)图4:已知信号的频谱4.3载波信号的波形及仿真结果(如图 5)t=0:0.001:2*

12、pi;fc=100;y=cos(2*pi*fc*t); %载波信号plot(t,y)title('载波信号')xlabel('时间：s')ylabel('幅度')grid xlim(0,0.1)图5 :载波信号4.4已调信号的波形及仿真结果（如图 6）t=0:0.001:2*pi;m=si n(t);fc=100;y=cos(2*pi*fc*t); %载波信号u=m.*y;plot(t,u,'b')title(' 已调信号')xlabel('时间：s')ylabel('幅度')gri

13、dxlim(0,2*pi)已调世号D123456时3 S图6:已调信号4.5已调信号的频谱及仿真结果(如图 7)t=0:0.001:2*pi;m=si n(t);fs=200;fc=100;y=cos(2*pi*fc*t); %载波信号u=m.*y;yk=fft(u,50000);%对信号做傅立叶变换yw=2*pi/40000*abs(fftshift(yk) ; %频谱搬移fw=-25000:24999/50000*fs ;plot(fw,yw)title('已调信号的频谱')xlabel(' 频率：hz')ylabel(' 幅度')gridx

14、lim(-30,30)0.350.30 2S0.2 他w0祐.10.05ft,已调值号的茹说R h bF1!1:VK_ ”_ -JT T F 1 F 1 h i fc 1一LF1-30-20-100102030频率蛊帰图7:已调信号波形的频谱4.6已调信号的功率谱密度及仿真结果(如图 8)t=0:0.001:2*pi;m=si n(t);fs=200;fc=100;y=cos(2*pi*fc*t); %载波信号u=m.*y;c,lags=xcorr(u,200) %DSB信号自相关函数subplot(211)plot(lags/fs,c)title('DSB信号自相关函数')x

15、label('t')ylabel('Rxx(t)')grid on;SDSBp=fft(c,5000) %DSB 功率谱 fw=-2500:2499/5000*fs yw=2*pi/4000*abs(fftshift(SDSBp)%频谱搬移subplot(212)plot(fw,yw)title('DSB 信号功率谱')xlabel('w')ylabel('Rxx(t)')gridc=sb4s °自相关函對1图8 调制信号自相关函数波形和功率谱密度波形4.7解调信号波形及仿真结果（如图 9）t=0:0.0

16、01:2*pi;m=si n（t）;fs=200;fc=100;y=cos（2*pi*fc*t）; %载波信号v=m.*y.*y;plot（t,v）title（'解调信号'）xlabel（'时间：s'）ylabel（'幅度'）grid on解调'信邑01234567时间：s图9解调信号波形4.8经过滤波后的波形及仿真结果(如图11)t=0:0.001:2*pi;m=si n(t);%fs=200;fc=1OO;y=cos(2*pi*fc*t); %载波信号v=m.*y.*y;Rp=0.5; %滤波后的f(t) 信号Rs=20; %信号衰减

17、幅度Wp=0.5/50; %通带截止频率阶数n传递函数分子分母b,aWs=1/50; %阻带截止频率,100为载波频率的一半n, Wn=ellipord(Wp,Ws,Rp,Rs); %b,a=ellip( n,Rp,Rs,Wn); %Xl=5*filter(b,a,v);%figure;plot(t,Xl);title('滤波后的f(t) 信号');xlabel('时间单位:s');ylabel('幅度');grid;xlim=(0,2*pi)t憾波后的磧倍壬图10相干解调后的信号波形5. 心得体会利用MALTLAB ,可以实现信号波形及功率谱的描绘和仿真。 通过对程序的 编程，我们可以间接实现模拟信号的调制与解调，而本次由于时间有限，只对模 拟信号中的双边带DSB信号进行调制与解调的仿真；通过仿真波形来观察调制 信号、载波信号、已调信号和解调信号的波形及功率谱密度，再结合所学知识， 比如，基于MATLAB的通信系统仿真、通信原理、数字信号处理，来分 析信号的传输特性，了解DSB调制的带宽、信噪比及功率效率。通过本次课题， 加深了对双边带调幅和解调基本原理的理解，初步学会了编写模拟信号调制与解调的MATLAB仿真程序及仿真语句的运用；在仿真时，一定要注意细节。本