山西电子技术 2006年第5期 应用实践 基于MATLAB7.0的信号调制与解调分析 陈 洁 焦振宇 (1.江苏信息职业技术学院电信系,江苏无锡214061;2.江苏信息职业技术学院机电系,江苏无锡214061) 摘要:调制与解调是信号处理应用的重要问题之一,而系统的仿真和分析是设计过程中的重要步骤和必要 的保证。首先简要介绍利用MATLAB7.0语言编制脚本文件,对信号调用相应的函数进行各种调制,产生各类已 调波及对其进行解调,并且对其进行频谱分析,然后利用SIMULINK工具葙对其进行解调仿真,通过改变相应参 数观测结果为系统的设计和改进提供了良好的依据。另外一个方面还可以为开设《高频电路》和《信号与系统>的 大专院校提供模拟信号的调制与解调的计算机虚拟实验。 关键词:调制;解调;频谱分析;仿真 中图分类号:TP391.9 文献标识码:A O引言 MATLAB是由美国Mathworks公司推出的大型应用软 件,由多名专家在自己擅长的领域用它编写了许多专门的 MATLAB工具包(toolbox),如控制系统工具包(control sys— terns tolbox);系统辨识工具包(system identifica on tol— 式中: ——载波角频率; ——载波初相位; L ,——载波的幅度。 设调制信号为: =U埘,COS(cost+ ) ox);b信号处理工具包(signal processing toolox);鲁棒控制 b工具包(robust control tolox);最优化工具包(optbimization tolox)b等等。由于MATLAB功能的不断扩展,所以现在的 MATLAB已不仅仅局限于现代控制系统分析和综合应用, 它已是一种包罗众多学科的功能强大的“技术计算语言 (The Language of Technical Computing)”,SIMULINK是一 式中: ——调制信号角频率; ——调制信号初相位; L ,——调制信号的幅度。 普通调幅波可以表示为: uo=Ul埘,(1+ ∞6(叫 + ))∞6(∞ t+ ) 现有调制信号US=cos(20nt+7c/4)去调制载波信号UC =cos(300rct+7c/3)得到普通调幅波,这里我们可以设定抽样 频率为Fs=8000hz,抽样时间为0.1秒,编制如下M脚本文 件: 个进行动态系统建模、仿真和综合分析的软件包l4]。它可以 处理的系统包括线性、非线性系统;离散、连续及混合系统; 单任务、多任务离散系统事件。在其界面上只要进行鼠标的 简单拖拉操作就可构造出复杂的仿真模型,用户可以在仿真 进程中改变感兴趣的参数,实时观察系统的变化。 Fs=8000; Fc=300; t=[0:.2*FS] ; %设定抽样频率(单位:hz) %设定载波频率(单位:hz) %设定抽样时间0.1s l基本理论 众所周知,由于从消息转换过来的原始信号(调制信号) 具有频率较低的频谱分量,这种信号在许多信道中不宜传 输。因此,在通信系统的发送端通常需要有调制过程,反之 在接受端则需要有解调过程。 ’ 所谓调制就是利用原始信号控制高频载波信号的某一 参数,使这个参数随调制信号的变化而变化,最常用的模拟 调制方式是用正弦波作为载波的调幅(AM)调频(FM)调相 (PM)三种。 US∞6(20 pi*t+pi/4); UC ̄--cos(300 pi*t+pi/3); %调制信号(图1) %载波信号(图2) uO=modulate(us。Fc。Fs, amdsb—tc 。2.5): %获得保留载波的调幅渡(图3 figure; %画图 subplot(3,1,1);plot(t,US); hold on %画出调制信号波形 %保持绘制的线不被清除 plot(t,zeros(slze(t)), r); %画纵坐标为0的基准线 xlabel(~t),ylabel( us ),title( 调制信号,); %标注坐标轴 subplot(3,1,2);plot(t,UC); hold on U = ,COS( + ) 2信号的调制与解调的脚本程序的编制 调幅就是正弦载波的幅度随调制信号变化的过程。设 正弦载波为: %画出载波信号波形 %保持绘制的线不被清除 plot(t,zeros(size(t)),~r); %画纵坐标为0的基准线 35岁 讲师硕士研究生 收稿日期:2006—05—28第一作者陈洁女维普资讯 http://www.cqvip.com
第5期 陈洁,等:基于MATLAB7,0的信号调制与解调分析 35  ̄labd(~t),ylabel( UC ),title( 载波信号 ); %标注坐标轴 subplot(3,1,3);plot(t,u0) %画出调幅波波形 hold on %保持绘制的线不被清除 plot(t,zeros(size(t)),~r); %画纵坐标为0的基准线 xlabel(~t),ylabel( u0 ),title( 已调波,);%标注坐标轴 us2=demod(u0.Fc.Fs. amdsb—tc ): %对普通调幅波进行解调(图4 figure;plot(t,us2) %画出检波后的结果。 hold on %保持绘制的线不被清除 plot(t,zeros(size(t)),~r); %画纵坐标为0的基准线 xlabel(~t),ylabel( us2 ),title( 解调结果,). %标注坐标轴 运行程序后,得如下波形: 1 §0 一l 0 0.02 0.04 0.O6 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0.2 t 图1调制信号  ̄AAA AAAAAAAAAAAA A AAAA^从从““A AAA AAAAAAAA AAAAAAAA^从^¨从 ^ vv vvvv v vvvv vvY vvvvv vv ¨ v.vv vv vvvVVVVVVVVVVV ” ’ t 图3普通调幅波 八 :V\V/: I 图4解调结果 观察上述波形发现与理论完全相吻合。 当然对于调幅而言还有其他的形式,对于其他调制形式 一样,上述程序完全适用,仅需修改画线部分语句。调制函 数的通式为: uo=modulate(us,Fc,Fs, method ,opt) ・US是调制信号 ・Fc是载波频率 ・FS是采样频率 ・Method是调制方式标志 ・opt是对应调制方式的选项(并非所有调制方式都需要 该项) 下面的表1归纳了所能仿真的调制模式所对应的 “method”值: 表1不同调制模式下的“method”值的设定 method 调制方式说明 ar ̄lsb-sc或arn 抑制载波的双边带调幅 amdsb-tc 普通调幅 alT1ssb 单边带调幅 ifn 调频 pm 调相 ppm 脉冲定位调制 pwm 脉宽调制 qam 正交调幅 对于解调与上述类似:us2=demod(u0,Fc,Fs, method ) 用与调制时同样的方式标志即可获得调制信号。 如果调制信号是多个信号,只需以阵列的形式表示出 来,如下由两个不同频率的信号对载波进行分别得到如下波 形: usl=ms(20 pi*t+pi/4); %调制信号1 us2=cos(40 pi*t+pi/4); %调制信号2(图5) UC= ̄(3oo pi*t+pi/3); %载波信号(图6) u0=modulate([usl,us2],Fc,Fs, amdsb-tc ,2.5); %已调波(图7) subplot(3,1,1);plot(t,【usl,uS2]); %画出调制信号波形 并得出解调之后的波形(图8)。 1 0 一l 0 0.02 0.04 0.06 0.08 图5双调制信号us1与us2 1 g 0 —1 0 0.02 0.04 0.06 0.08 图6载波信号Lie波形 5 号0 —5 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 t 图7已调波 上述重点介绍了信号的调制与解调的编程,matlab还提 供了众多的频谱分析的工具和算法,为了辅助于对上述调制 与解调的仿真的理解,这里介绍用傅立叶变换(sFr)的方法 对调制频率为l0HZ,载波为150HZ的普通调幅波进行频谱 分析得到如图9幅频曲线。脚本程序如下: 维普资讯 http://www.cqvip.com
山西电图8解调后的双信号 Fs:8000: Fc=300; us=oos(20 pi*t+pi/4); uc= ̄(3oo pi*t+pi/3); uO=modulate(us,Fc,Fs, amdsb-tc 。2.5); t=0:0.001:0.6; x=u0+UC+us; y=x; Y=fft(y。512); Pyy=Y. conj(Y)/512; f=1000*(O:256)/512; plot(f,Pyy(1:257)); title( Frequency content of Y ) xlabel( frequency(Hz) ) frequeney(Hz) 图9调幅波幅频曲线 3基于SIMULINK环境的调幅与解调的仿真 据上述调制与解调的原理,建立了如图1O的模型: 在此模型中,调制信号频率为6.3弧度 ,幅度0.5V; 载波为63弧度 ,幅度1V,仿真参数如下:双向限幅器的 参数为一4v~+4V,带通滤波器的范围为6。 经仿真利用乘法器可得到抑制载波的双边带调幅波如 图1l和普通调幅波图12。 对已调波进行放大,经限幅得图13等幅波。再次利用乘 法器进行同步检波获得图14并与原调制信号进行对比。 子技术 2006年 图1O调幅与解调的仿真模型 0 嘲哑≥j 图11双边带调幅波 图12普通调幅波 5 0 -5 ㈣ j 0.5 l 1.5 2 图13限幅后的等幅波 /\ ,///\\\ / 7 图14调制信号与解调后的信号 4结束语 利用上述方法可以很方便进行通信系统的分析和仿真, 尤其对于电子信息专业的教学与设计非常有利,以至于有事 半功倍的效果。 0 维普资讯 http://www.cqvip.com
第5期 参考文献 陈洁,等:基于MATLAB7.0的信号调制与解调分析 37 [4] 薛定宇,陈阳泉.基于MATI AB/S;mulinl【的系统仿真 技术与应用[M].北京:清华大学出版社,2002.3. [1] 张志涌,徐彦琴.MATLAB教程——基于6.X版本 [M].北京:北京航空航天大学出版社,2001.4. [2] 曾兴雯,刘乃安,陈健.高频电路原理与分析[M].西 安:西安电子科技大学出版社,2001.3. [3] 刘永健.信号与线性系统[M].北京:人民邮电出版社,[5]张葛祥.MATLAB仿真技术与应用[M].北京:清华大 学出版社,2003.6. [6]WayneTomas.ElectronicCommunicationsSystemsFun. damentals Through advanced(Fourth Edition)[M].Bei一 1998.4. Jing Publishing House of Eledtuonics Industry,2002. Signal Modulation and Demodulation Analysis Based 0n MATLAB7.0 Chen Jie Jiao Zhen. (1.Department ofElectronicCommunicationsEngineeHng, Jiangsu InformationProfessional TechnologyInstitute,WuMJiangsu 214061,Chian; 2.Department ofMechanical and Electrical,Jiangsu Information Prfoessional Technology Institute,wM Jiangsu 214061,Chian) Abstract:The modulation and demodulation is one of the important questions on the application of signal processing,but the sys— tern simulation and the analysis are the importnat step and the essentila guarantee in designs.This article first briefly introduces that the script document is established with MATLAB7.0 language,transfers the corresponding function to the sign ̄to carry on each kind of modulation,produces some kind of modulated wave,then carries on the demodulation simulation using the SIM[ULINK too1. box to it,it also provides the good basis through the change of coresponding parameter observation result for system desing and the improvement.Moreover.it also may carries on computer simulation about“High-frequency circuit”and“Singal And System”disci— pline,which are open in the universitise,colleges and instimtes. Key words:MATLAB7.0;modulation;demodulation;spectral analysis;simulation (上接第18页) 行了较为系统的理论和实验研究,得到如下结果: 1)利用虚拟仪器技术实现了虚拟示波器,虚拟频谱仪 等仪器,可以实现波形显示、相关性分析、频谱分析等功能。 能够提供过去很难在基础实验中提供的测量仪器。 2)使用虚拟仪器开发平台LabVIEw进行编程,实现了 对有复杂干扰信号的提取和较为全面的分析。 3)对干扰信号进行了可变处理,本设计实用性强,实验 结果可观性强。 参考文献 [1] 刘君华,郭会军,赵向阳,等.基于LabVIEW的虚拟仪器 设计IN].北京:电子工业出版社,2003 1:100—106. [2](美)Bishop,R.H.著,乔瑞萍等译.LabVlEW 6i实用 教程[M].北京:电子工业出版社,2003.1:36—38. [3] 吴立力.信号采集系统中的数据传输、显示与处理 [D].北京:北京工业大学,2001.5:5—6. [4] 张小牛,侯国屏,赵伟.虚拟仪器技术回顾与展望[J]. 测控技术,2000。19(9):20—21. 图8本设计的前面板 [5] LabVIEW Help.USA:National Isntruments Corpora. tion.19—25. 4结论 [6]徐科军.信号处理技术[M].武汉:武N.AS-大学出版 本文结合现有条件,围绕虚拟实验仪器的设计和实现进 社.2002.1l:58—65. Processing System of Signal Analysis Based on LabVIEW Wang Zhi-juan Jin Xiu—hui (MechanicalElectronicEngineeringDepartment,Dezhou University.ShandongDezhou 253000,Chian) Abstract:The desing in this paper establishes a more succinct convenient hypothesized instrument nad the spectrum analyzer and os on with the using of LabVIEW.which can produce the original singal and buildup processing system for singal analysis.It produces the primary singal fisrt to carry on the display of time domain,the display of frequency domain and frequency spectrum,and ocmpose the observing signal;finally it carries on the ocrelation analysis again after the singal filtered to remove the harmonic interference sig— na1.Finally it completes the filterign work to lal unwanted signa1. Key words:LabVIEW;hypothesized isntrument;front panel;rear panel
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