调制与解调的设计与实现

调制解调模块库简介



Communications Blockset（通信模块集）中包含 了通信仿真模块，要打开通信工具箱的模块库， 可以在Matlab的命令窗口输入以下命令： >>commlib 此时，系统会打开工具箱模块库的窗口，模块库 中包括子模块库时，用鼠标双击就可以打开下级 子库。 要查看通信工具箱中的函数名称和内容列表，可 以在Matlab的命令窗口输入以下命令： >>help comm.
2.1普通调幅波
在单一频率信号作为调制信号时，调幅波的表达式为：
u ( t ) Um ( 1 c o s) t c o s t A M c m a c
若调制信号为非正弦波，其表达式为

ut ( ) U ( 1 m f ( t ) ) c o s t A M c m a c
在上两式中



模拟调制方式是载频信号的幅度、频率或相位随 着欲传输的模拟输入基带信号的变化而相应发生 变化的调制方式，包括：幅度调制（AM）、频 率调制（FM）、相位调制（PM）三种。 幅度调制是用调制信号去控制高频载波的振幅， 使其按调制信号的规律变化，其它参数不变。是 使高频载波的振幅载有传输信息的调制方式。 振幅调制分为三种方式：普通调幅方式（AM）、 抑制载波的双边带调制（DSB-SC）和单边带调制 （SSB）。所得的已调信号分别称为调幅波信号、 双边带信号和单边带信号。

，否则会产生过调制；
ma
为调幅度或调制度， ma
1
f( t) max1
调幅波的频谱由三部分组成，包括载频分量和上、下边频（带）。 振幅调制是把调制信号的频谱搬移到载频两端，在搬移的过程中频谱结 构不变。这类调制属于频谱的线性搬移。 调幅信号的带宽为调制信号最高频的两倍，即 BW=2Fmax。
。
利用Simulink建立一个仿真实例

系统的传递函数为，
10 H (s ) 2 s 3 s 10

输入激励为阶跃函数，查看系统响应的输 出变化情况。

首先打开simulink模块库窗口，在simulink模块库窗口中 单击菜单项“File/New/Model”，即可以建立一个新的 simulink模型文件。如图2-1所示

Simulink模块库简介



Continuous（连续模块）库 Discrete（离散模块）库 函数与表格模块库 Math（数学模块）库 Sinks（信号输出模块）库：常用模块为Scope（示波器 模块）、XYGraph（二维信号显示模块）、Display（显 示模块） Sources（信号源模块）库，常见模块有：Constant（输 入常数模块）、Signal Generator（信号源发生器模块）。 Signal Generator用于产生不同的信号波形，其中包括： 正弦波、方波、锯齿波信号。Sources（信号源模块）还 包括其它常用模块： Ramp（斜坡输入信号）、Sine Wave（正弦波输入信 号）、Step（阶跃输入信号）、Clock（时间信号）、 Pulse（脉冲信号）等。
二、使用Simulink建模和仿真
启动Matlab后，在命令窗口中输入命令 “simulink”或单击Matlab工具栏上的 simulink图标，打开simulink模块库窗口 （使用命令‘simulink3’可以打开老版本的 simulink模块库界面）。 典型的Simulink模块包括三个部分：输入模 块、状态模块、输出模块。
2.5频分复用的原理
在通信系统中，信道所能提供的带宽通常比传送一路信号所需的带宽宽 得多。如果一个信道只传送一路信号是非常浪费的，为了能够充分利用信 道的带宽，就可以采用频分复用的方法。 在频分复用系统中，信道的可用频带被分成若干个互不交叠的频段，每 路信号用其中一个频段传输，因而可以用滤波器将它们分别滤出来，然后 分别解调接收。 频分多路复用系统的优点:信道复用率高，分路方便，因此，频分多路复 用是目前模拟通信中常采用的一种复用方式，特别是在有线和微波通信系统中 应用十分广泛。 频分多路复用中的主要问题是各路信号之间的相互干扰，即串扰。引起串 扰的主要原因是滤波器特性不够理想和信道中的非线性特性造成的已调信号频 谱的展宽。调制非线性所造成的串扰可以部分地由发送带通滤波器消除，但信 道传输中非线性所造成的串扰则无法消除。因而在频分多路复用系统中对系统 线性的要求很高。合理选择载波频率，并在各路已调信号频谱之间留有一定的 保护间隔，也是减小串扰的有效措施。
2.2双边带调制
在调制过程中将载波抑制就形成了抑制载波的双边带信号，简称双 边带信号。双边带信号的表达式为
u () t U c o s tU c o s t D S B m C m c
1 U U [ c o s ( ) t c o s ( )] t m C m c c 2
调制与解调的设计与实现
一、AM调制解调的原理


通信的目的是传输信息，如何准确地传输信息是 通信的一个重要目标。通常从信源产生的原始的 基带信号具有较低频率的频谱分量，这种信号在 多信道复用、无线电传输等场合不适宜直接进行 传输。因此。在通信系统的发送端通常要将基带 信号调制在较高的载频上，而在接收端则需要有 相反的过程-----解调。 根据调制前的信号是模拟信号还是数字信号，可 以把信号调制方式分为模拟调制方式和数字调制 方式。本次设计只考虑模拟调制方式。
Sample time（采样时间） Interpret vector parameters as 1-D（说明矢量参数为1 维） Enable zero crossing detection（过零检测有效）
1
0 选中 选中
1
0 选中 选中

最后双击示波器模型图标，打开示波器显示窗口。在快捷 键设置菜单中设置为自动刻度。图2-3 完成的建模方框图 以上工作完成后，可通过建模窗口菜单项 “Simulation/Start”启动仿真，也可以单击工具栏上的小 三角按钮启动仿真。仿真结果如图2-5所示。
双边带信号的振幅与调制信号的绝对值成正比，其频谱只有上、下边频 （带），载波分量被抑制。 单边带调制是由双边带经滤除一个边带或在调制过程中直接将一个边 带抵消而成。单边带信号可分为上边带和下边带信号。 单边带信号的一般表达式为 1 1 u ( t ) U U cos ( ) t ] m Cm c u ( t ) U U cos ( ) t ] m Cm c 2 2 WF 单边带调制方式在传输信息时，它所占用的频带为 B m a x 比AM、DSB减小了一半，频带利用充分，因此目前已成为短波通信中的一 种重要调制方式。
2.3单边带调制
2.4调幅波的解调
调幅波的解调即是从调幅信号中取出调制信号的过程，通常称为 检波。 调幅波解调方法有二极管包络检波器、同步检波器。不论哪种振 幅调制信号，都可采用相乘器和低通滤波器组成的同步检波电路进行 解调。但是，对于普通调幅信号来说，它的载波分量未被抑制掉，可 以直接利用非线性器件实现相乘作用，得到所需的解调电压，而不必 另加同步信号，通常将这种振幅检波器称为包络检波器。目前应用最 广的是二极管包络检波器，而在集成电路中，主要采用三极管射极包 络检波器。 同步检波，又称相干检波，主要用来解调双边带和单边带调制信 号，它有两种实现电路。一种由相乘器和低通滤波器组成，另一种直 接采用二极管包络检波。

பைடு நூலகம்

如通信模块集（Communications Blockset）中的Modulation（调 制库）。 Modulation/Demodulation. ademod - Analog passband demodulator. （通带模拟解调） ademodce - Analog baseband demodulator. （基带模拟解调） amod - Analog passband modulator. （通带模拟调制） amodce - Analog baseband modulator. （基带模拟调制） apkconst - Plot a combined circular ASK-PSK signal constellation. （计算和绘制QASK调制图） ddemod - Digital passband demodulator. （通带数字解调） ddemodce - Digital baseband demodulator. （基带数字解调） demodmap - Demap a digital message from a demodulated signal. （数字解调逆映射） dmod - Digital passband modulator. （通带数字调制） dmodce - Digital baseband modulator. （基带数字调制） modmap - Map a digital signal to an analog signal. （数字 调制映射） qaskdeco - Demap a message from a QASK square signal constellation. （矩形QASK码译码） qaskenco - Map a message to a QASK square signal constellation.（计算和绘制QASK矩形图）
设计举例： 1、通带频率调制的系统的参考仿真框图
图 2-7 通带频率调制的仿真系统中示波器的波形图
图2-8 通带频率调制后信号的频谱图
2、通带相位调制的系统的参考仿真框图
图 2-10 通带相位调制的仿真系统中示波器的波形图
补充：关于FM 本课题的目的




本课程设计课题主要研究模拟系统FM调制与解调的设计 和实现方法。通过完成本课题的设计，拟主要达到以下几 个目的： 1．掌握模拟系统FM调制与解调的原理及实现方法。 2．掌握模拟系统FM调制与解调的设计方法； 3. 掌握应用MATLAB分析系统时域、频域特性的方法，进 一步锻炼应用Matlab进行编程仿真的能力； 4．熟悉基于Simulink的动态建模和仿真的步骤和过程； 5．了解基于LabVIEW虚拟仪器的特点和使用方法，熟悉 采用LabVIEW进行仿真的方法。
模块连接方法


模块外部的大于符号“>”分别表示信号的输入输 出节点，为了连接两个模块的输入输出节点，可 以将鼠标置于节点处，这时鼠标显示为“十”字 形状，拖动鼠标到另一个模块的端口 ，然后释放 鼠标按钮，则可以形成带箭头的连线，箭头方向 表示信号的流向。 完成后的建模系统可以存盘为模型文件，扩展名 为“mdl”。如图2-3 所示。




利用鼠标单击Simulink模块库窗口中的Continuous子库， 选取传递函数模块Transfer Fcn，将它拖动到新建模型文 件窗口的合适的位置。 然后对模型模块进行参数设置和修改，单击右键从快捷菜 单中选取“TransferFcn parameters…”修改传递函数参 数，在弹出对话框中的传递函数分子系数“Numerator：” 栏填入[10]，在传递函数分母系数“Denominator：”栏 填入[1，3，10]，其余参数使用默认值。 若需要进一步了解该模块的参数设置说明，可以单击该对 话框下方的“help”按钮。然后确认，就得到了需要仿真 的传递函数。如图2-2所示。 采用同样的方法，在Simulink模块库中的Sources子库中 选取激励信号源，本例选取阶跃信号源（Step），并将它 拖动到建模文件窗口的合适的位置。然后在Sinks子库中 选取示波器（Scope）模块作为系统输出波形显示
图2-3 完成的建模方框图
对输入信号源（Step）进行参数设置。根据仿真需要修改后 的参数值如表2-1所示。输入信号源（Step）的参数设置界 面如图2-4所示。
参数名称 Step time 阶跃时间（跃变的时刻） Initial value 初始值 默认值 1 0 修改值 0 0
Final Value 终值