MATLAB在通信仿真中的應(yīng)用1

1、2021-12-251MATLAB在通信仿真中的應(yīng)用一、模擬調(diào)制： 二、模-數(shù)轉(zhuǎn)換：PCM三、數(shù)字信號的基帶傳輸 四、數(shù)字信號載波傳輸（數(shù)字調(diào)制）2021-12-252一、模擬調(diào)制o幅度調(diào)制:AM DSB-AM SSB-AM AM QAMo頻率調(diào)制:FMo相位調(diào)制:PM2021-12-253在DSB-AM中，已調(diào)信號的時(shí)域表示如下式：)2cos()()()()(ccctftmAtctmtu其中:m(t)是消息信號， )2cos()(ccctfAtc為載波， fc是載波的頻率(單位赫茲Hz)， 對u(t) 作傅立葉變換，即可得到信號的頻域表示：( )()()22ccccAAU fM ffM ff

2、傳輸帶寬BT 是消息信號帶寬的兩倍，即： 2TBW1 1雙邊幅度調(diào)制雙邊幅度調(diào)制(DSB-AM)(DSB-AM)與解調(diào)與解調(diào)2021-12-2542021-12-255t0=2;ts=0.001;fs=1/tsFc=250;t=-t0/2:ts:t0/2;m=sin(200*t)./(200*t);m(1001)=1subplot(2,2,1)plot(t,m)c=cos(2*pi*Fc*t);u=m.*c;subplot(2,2,2)plot(t,u,r)F_m=ts*fft(m);F_u=ts*fft(u);f=linspace(-fs/2,fs/2,length(m)subplot(2,

3、2,3)plot(f, abs(fftshift(F_m)subplot(2,2,4)plot(f, abs(fftshift(F_u)調(diào)制源代碼2021-12-256DSB-AM解調(diào) DSB-AM調(diào)制信號的解調(diào)過程如下圖所示，調(diào)制信號與接收機(jī)本地振蕩器所產(chǎn)生的正弦信號相乘可得混頻器輸出：然后利用低通濾波器對低通分量進(jìn)行濾波即可恢復(fù)被調(diào)信號。 11( )( )cos(2)cos(2)( )( )cos(4)22cccy tu tf tf tu tu tf t2021-12-257調(diào)制與解調(diào)源代碼ot0=2;ots=0.001;ofs=1/tsoFc=250;ot=-t0/2:ts:t0/2;o

4、m=sin(200*t)./(200*t);om(1001)=1osubplot(2,3,1)oplot(t,m)oc=cos(2*pi*Fc*t);ou=m.*c;osubplot(2,3,4)oplot(t,u,r)oF_m=ts*fft(m);oF_u=ts*fft(u);of=linspace(-fs/2,fs/2,length(m)osubplot(2,3,2)oplot(f, abs(F_m)osubplot(2,3,5)oplot(f, abs(F_u)2021-12-258oy=u.*c;oF_y=ts*fft(y);osubplot(2,3,3)oplot(f, abs(F_

5、y)oH=zeros(size(f);of_cutoff=100;ol=fs/length(m);on=floor(f_cutoff/l);oH(1:n)=2*ones(1,n);ol1=length(m)-n;oH(length(m)-n+1:length(m)=2*ones(1,n);oZ=F_y.*H;oy=fs*real(ifft(Z);osubplot(2,3,6)oplot(t,y)解調(diào)源代碼2021-12-259去掉DSB-AM的一邊就得到SSB-AM。依據(jù)所保留的邊帶是上邊，還是下邊，可以分為USSA和LSSB兩種不同的方式，此時(shí)信號的時(shí)域表示為：( )( )cos(2)/2(

6、 )sin(2)/2ccccu tAm tf tAm tf t在頻域表示為：其它 0|)()()(ffffMffMfUcccUSSB其它 0|)(-)()(LffffMffMfUcccSSB 其中 )( tm的希爾特變換，定義為 )/1 (*)()(ttmtm, 在頻域中為： 是 )(tm)()sgn()(fMfjfM單邊SSB幅度調(diào)制占有DSB-AM的一半的帶寬，即等于信號帶寬： TBW2 2單邊幅度調(diào)單邊幅度調(diào)(SSB-AM)(SSB-AM)與解調(diào)與解調(diào)2021-12-25102021-12-2511t0=2;ts=0.001;fs=1/tsFc=250;t=-t0/2:ts:t0/2;m

7、=sin(200*t)./(200*t);m(1001)=1;m=m.*m;subplot(2,3,1);plot(t,m);axis(-0.2 0.2 -1.2 1.2);c=cos(2*pi*Fc.*t);d=sin(2*pi*Fc.*t);u=(m.*c-imag(hilbert(m).*d)/2;v=(m.*c+imag(hilbert(m).*d)/2;subplot(2,3,2);plot(t,u,r);axis(-0.1 0.1 -1.2 1.2);subplot(2,3,3);plot(t,v);axis(-0.1 0.1 -1.2 1.2);F_m=ts*fft(m);F_u

8、=ts*fft(u);F_v=ts*fft(v);f=linspace(-fs/2,fs/2,length(m);subplot(2,3,4);plot(f,abs(fftshift(F_m);subplot(2,3,5);plot(f,abs(fftshift(F_u);subplot(2,3,6);plot(f,abs(fftshift(F_v);源代碼2021-12-2512SSB-AM解調(diào) SSB-AM調(diào)制信號的解調(diào)過程基本上與DSB-AM調(diào)制信號的解調(diào)過程是相同的，即調(diào)制信號與本地振蕩器的輸出進(jìn)行混頻得： )4sin()( 4)4cos()(4)(4)(tftmAtftmAtmAty

9、ccccc然后利用低通濾波器對低通分量進(jìn)行濾波即可恢復(fù)被調(diào)信號。 2021-12-2513SSB-AM源程序oclearot0=2;ots=0.001;ofs=1/tsoFc=250;ot=-t0/2:ts:t0/2;om=sin(200*t)./(200*t);om(1001)=1;om=m.*m;osubplot(2,3,1);oplot(t,m);oaxis(-0.2 0.2 -1.2 1.2);oc=cos(2*pi*Fc.*t);od=sin(2*pi*Fc.*t);ou=(m.*c-imag(hilbert(m).*d)/2;ov=(m.*c+imag(hilbert(m).*d)

10、/2;osubplot(2,3,2);oplot(t,u,r);oaxis(-0.1 0.1 -1.2 1.2);o%subplot(2,3,3);o%plot(t,v);o%axis(-0.1 0.1 -1.2 1.2);oF_m=ts*fft(m);oF_u=ts*fft(u);o%F_v=ts*fft(v);of=linspace(-fs/2,fs/2,length(m);osubplot(2,3,4);oplot(f,abs(fftshift(F_m);osubplot(2,3,5);oplot(f,abs(fftshift(F_u);o%subplot(2,3,6);o%plot(f

11、,abs(fftshift(F_v);oy=v.*c;oF_y=ts*fft(y);osubplot(2,3,3);oplot(f,abs(F_y);oH=zeros(size(f);of_cutoff=100;ol=fs/length(m);on=floor(f_cutoff/l);oH(1:n)=4*ones(1,n);ol1=length(m)-n;oH(length(m)-n:length(m)-1)=4*ones(1,n);oZ=F_y.*H;oz=fs*real(ifft(Z);osubplot(2,3,6);oplot(t,z);oaxis(-0.1 0.1 -1.2 1.2);

12、2021-12-2514這里a是調(diào)制指數(shù)， ( )nm t是經(jīng)過歸一化處理的消息信號。 在常規(guī)AM中，調(diào)制信號的時(shí)域表示為：)2cos()(1 )(tftamAtucnc常規(guī)幅度調(diào)制(AM)在很多方面與雙邊幅度調(diào)制類型。不同的是，用 1( )nam t對u(t)作傅里葉變換，即可得到信號的頻域表示： ( ) ()()()()2cccccAU fffaM ffffaM ff 常規(guī)幅度調(diào)制(AM)信號的解調(diào)，可采用包絡(luò)檢波器來實(shí)現(xiàn)。包絡(luò)檢波器可得到AM調(diào)制信號的包絡(luò)為：式中mn(t)與被調(diào)信號m(t)成比例，1對應(yīng)于可由直流電路分離出來的載波分量。 )(1)(tamtVn3. 3. 常規(guī)幅度調(diào)制常

13、規(guī)幅度調(diào)制(AM)(AM)2021-12-25152021-12-2516AM調(diào)制與解調(diào)源程序ot0=2;ots=0.001;ofs=1/tsoFc=250;oa=0.8;ot=-t0/2:ts:t0/2;om=sinc(10*t)osubplot(2,3,1);oplot(t,m);oaxis(-0.2 0.2 -1.2 1.2);om_n=m/max(abs(m);oc=cos(2*pi*Fc*t);ou=(1+a*m_n).*c;osubplot(2,3,4)oplot(t,u,r)oF_m=ts*fft(m);oF_u=ts*fft(u);of=linspace(-fs/2,fs/2,

14、length(m)osubplot(2,3,2)oplot(f, abs(fftshift(F_m);osubplot(2,3,5)oplot(f, abs(fftshift(F_u)oe=abs(Hilbert(u);odem=(e-1)/aosubplot(2,3,3)oplot(t,dem);oaxis(-0.2 0.2 -1.2 1.2);2021-12-2517角度調(diào)制o 模擬角度調(diào)制與線性調(diào)制(幅度調(diào)制)不同角調(diào)制中已調(diào)信號的頻譜與調(diào)制信號的頻譜之間不存在對應(yīng)關(guān)系，而是產(chǎn)生了與頻譜搬移不同的新頻率分量，因而呈現(xiàn)非線性過程的特征又稱為非線性調(diào)制。o 角度調(diào)制分為頻率調(diào)制和相位調(diào)制，通

15、常使用較多的是頻率調(diào)制頻率調(diào)制與相仿調(diào)制可以互相轉(zhuǎn)化。2021-12-2518其中u(t)是調(diào)制后的信號，fc是載波的頻率(單位赫茲Hz)， 是初始相位， 是瞬時(shí)相位， 隨著輸入信號的振幅變化。頻率調(diào)制亦稱為等振幅調(diào)制。在頻率調(diào)制過程中，輸入信號控制載波的頻率，使已調(diào)信號u(t)的頻率按輸入信號的規(guī)律變化。調(diào)制公式為：)(22cos()(ccttftuc)(t)(ttcdttmkt0)()(其中 為比例常數(shù)。ck 計(jì)算公式為：調(diào)頻FM2021-12-2519示例1()20st2021-12-25202021-12-2521調(diào)頻源程序oclearot0=0.15;ots=0.001;ofs=1/

16、ts;okf=50;oFc=200;ot=0:ts:t0;om=ones(1,t0/(3*ts),-2*ones(1,t0/(3*ts),zeros(1,t0/(3*ts)+1);oint_m(1)=0;ofor i=1:length(t)-1o int_m(i+1)=int_m(i)+m(i)*ts;oendosubplot(2,3,1);oplot(t,m);oaxis(0 0.15 -2.1 2.1);ou=cos(2*pi*Fc.*t+2*pi*kf*int_m);osubplot(2,3,2);oplot(t,u,r);oaxis(0 0.15 -2.1 2.1);oF_m=ts*f

17、ft(m);oF_u=ts*fft(u);of=linspace(-fs/2,fs/2,length(m);osubplot(2,3,4);oplot(f,abs(fftshift(F_m);osubplot(2,3,5);oplot(f,abs(fftshift(F_u);2021-12-2522其中u(t)是調(diào)制后的信號，fc是載波的頻率(單位赫茲Hz)， 是初始相位， 是瞬時(shí)相位，隨著輸入信號的振幅變化 c)(t( )cos(2( )ccu tf tt其中 為比例常數(shù)，稱為調(diào)制器的靈敏度。ck 相位調(diào)制則是利用輸入信號m(t)控制已調(diào)信號u(t)的相位，控制規(guī)律為： )()(tmktc相

18、位調(diào)制相位調(diào)制)(t的計(jì)算公式為：2021-12-25232021-12-2524模擬調(diào)制總結(jié)o通帶、基帶o通帶：Fs=2Fc,計(jì)算量太大2021-12-2525(1) (1) 帶通模擬調(diào)制函數(shù)帶通模擬調(diào)制函數(shù)amod( )amod( )格式：格式：y=amod(x,Fc,Fs,method)y=amod(x,Fc,Fs,method)功能：用載波為Fc(Hz)的信號來調(diào)制模擬信號x，采樣頻率為Fs(Hz)，F(xiàn)c Fs。根據(jù)采樣定理，采樣頻率必須大于或等于調(diào)制信號最高頻率的兩倍。字符串變量method指定所用的調(diào)制方式帶通模擬調(diào)制帶通模擬調(diào)制/ /解調(diào)函數(shù)解調(diào)函數(shù)2021-12-2526帶通模

19、擬解調(diào)函數(shù)帶通模擬解調(diào)函數(shù)ademod( )ademod( )格式：格式：z=ademod(y,Fc,Fs,method.)z=ademod(y,Fc,Fs,method.)功能：對載波為Fc的調(diào)制信號y進(jìn)行解。它是amod函數(shù)的逆過程，amod與ademod選擇的調(diào)制方式必須相同，否則不容易正確復(fù)制出源信號。該函數(shù)在解調(diào)中用到一個(gè)低通濾波器，函數(shù)使用一個(gè)默認(rèn)的巴特沃斯低通濾波器。字符串變量method指定所用的調(diào)制方式2021-12-2527Method:Method:調(diào)制方式調(diào)制方式amdsb-tcamdsb-scamssbamvsbfmpmptmpwm2021-12-25281 1基帶模

20、擬調(diào)制函數(shù)基帶模擬調(diào)制函數(shù)amodce( )amodce( )格式：格式：y=amody=amodcece(x,Fs,method,)(x,Fs,method,)功能：對輸入信號x進(jìn)行調(diào)制，輸出復(fù)包絡(luò)信號。輸入輸出的采樣頻率為Fs(Hz)。輸出y為一個(gè)復(fù)矩陣。Fs可以是標(biāo)量也可以為二維的矢量。二維矢量中第一個(gè)值為采樣頻率，第二個(gè)值為載波信號的初相，初相以弧度表示，默認(rèn)值為0。字符串變量method指定所用的調(diào)制方式基帶模擬調(diào)制基帶模擬調(diào)制/ /解調(diào)函數(shù)解調(diào)函數(shù)2021-12-25292 2基帶模擬解調(diào)函數(shù)基帶模擬解調(diào)函數(shù)ademodce( )ademodce( )格式：格式：z =ademod

21、ce(y,Fs,method)z =ademodce(y,Fs,method)它是amodce函數(shù)的逆過程，amodce與ademodce選擇的調(diào)制方式必須相同，否則不容易正確復(fù)制出源信號。該函數(shù)在解調(diào)中用到一個(gè)低通濾波器，函數(shù)使用一個(gè)默認(rèn)的巴特沃斯低通濾波器。字符串變量method指定所用的調(diào)制方式2021-12-2530 例例 利用MATLAB對一信號進(jìn)行基帶、通帶調(diào)制解調(diào)。 抽樣頻率：Fs=1000; 載波頻率： Fc=200; 信號：x=sinc(10*t); 區(qū)間：-1，12021-12-2531PCMo抽樣：低通抽樣、帶通抽樣o量化：A律、u律o編碼：PCM2021-12-2532

22、頻帶限制在頻帶限制在(0, f(0, fHH) )的信號的信號低通型信號低通型信號 低通抽樣定理、抽樣速率低通抽樣定理、抽樣速率fs2ffs2fH H 頻率限制在（頻率限制在（f fL L，f fH H ）之間信號）之間信號帶通型信號帶通型信號抽樣定理2()(1)2 (1)sHLMMfffBNN2021-12-2533A律：1ln()1ln1lnA XAfxA XA01/xA1/1Axln(1),01ln(1)xyx u律：采用13段折線近似采用15段折線近似2021-12-2534ofunction y=Apcm(x,A)ofor i=1:length(x)o if x(i)=0;o if x(i)=-1/A;o y(i)=-(A*-x(i)/(1+log(A);o elseo y(i)=-(1+log(A*(-x(i)/(1+log(A);o endo endo end2021-12-25351.07/86/85/84/83/82/81/801/81/161/41/21.01/641/321/128yx0.2A律13折