MATLAB仿真应用_第5章(1)

1、第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 第第5章章 数字通信系统的仿真（数字通信系统的仿真（1） 5.1 概述概述 5.2 信源信源5.3 信源编码信源编码 5.4 调制技术（模拟调制）调制技术（模拟调制）第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 5.1 概述概述 实际的数字通信系统需要完成从信源到信宿的全部功能，这通常是比较复杂的。对这个系统做出的任何改动（如改变系统的结构、改变某个参数的设置等）都可能影响到整个系统的性能和稳定性。 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 在设计新系统或者对原有的通信系统做出修改或者进行相关的研究时，通常要进行建模和仿真，通过仿真

2、结果衡量方案的可行性，从中选择最合理的系统配置和参数设置，然后再应用于实际系统中。通过仿真，可以提高研究开发工作的效率，发现系统中潜在的问题，优化系统整体性能。与一般的仿真过程类似，在对通信系统实施仿真之前，首先需要研究通信系统的特性，通过归纳和抽象建立通信系统的仿真模型。MATLAB软件的通信工具箱中有品种齐全、功能完备的模块，图5-1来自Toolboxcommblkscommblkscommlibv2，双击MATLAB指令窗上面的Simulink工具条，再双击CommunicationsBlockset也可以看见下面的模块。第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 它们包括了通信系

3、统中所需要的，也是通信原理教科书上系统介绍的功能（模块）：CommSources（信源）、CommSinks（信宿）、SourceCoding（信源编码）、ErrorDetectionandCorrection(检错与纠错）、Interleaving（交织）、Modulation（调制）、Channels（传输信道）、RFImpairments（射频损耗）、Syncronization（同步）等。 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-1 通信工具箱中的功能模块第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 5.2 信源信源 5.2.1 锯齿波信号周期信号是指每隔固定的时间

4、间隔，周而复始重现的信号，可表示为：x(t)=x(t+nT)。锯齿波信号由RepeatingSequence（重复序列)模块产生。该模块输出一个预先确定波形的标量信号，使用模块的Timevalues（时间值）和Outputvalues（输出值）这两个参数，便可得到任意的锯齿波波形。例如，在默认情况下，时间值和输出值这两个参数都设为02，这个默认的设置就确定了一个锯齿波，在仿真时以2s为间隔重复出现，最大幅度为2。 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-2 锯齿波信号产生的仿真框图第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-2所示是锯齿波信号产生的仿真框图，图中，锯

5、齿波信号由重复序列模块产生。表5-1所示为RepeatingSequence（重复序列)模块的主要参数。图5-3所示为锯齿波信号的时域图和频域图。 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 表5-1 RepeatingSequence（重复序列）模块的主要参数第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 零阶采样保持电路及频谱仪的采样时间设定为1/1.5。 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-3 锯齿波信号的时域图和频域图第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-4 方波信号产生的仿真框图第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 5.2.2

6、 方波信号图5-4所示为方波信号产生的仿真框图，方波信号由SignalGenerator（信号发生器）产生，本例中是幅度为1，频率为1THz的方波。信号发生器能产生三种不同的波形：正弦波、方波和锯齿波。信号的参数可表示为赫兹或者弧度每秒。表5-2所示为SignalGenerator（信号发生器）的主要参数。图5-5所示为方波信号的时域图和频域图。 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 表5-2 SignalGenerator（信号发生器）的主要参数第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 零阶采样保持电路及频谱仪的采样时间设定为5e-14。第第5章章 数字通信系统的仿真数字

7、通信系统的仿真 图5-5 方波信号的时域图和频域图第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 5.2.3脉冲信号图5-6所示是脉冲信号产生的仿真框图。方波脉冲信号的产生由BernoulliBinaryGenerator（伯努利二进制发生器）来产生。仿真开始时，模块送出一个采样周期为30的随机方波信号，在系统仿真模块中使用了一个upedge（上升沿）模块来提取信号发生器产生的方波信号的上升沿，并且由upedge模块来激发ZeroOrderHold（零阶保持器），零阶保持器的取样时间决定了输出脉冲的脉宽，本例中是15。表5-3所示是BernoulliRandomBinaryGenerator

8、(伯努利二进制随机数产生器）的主要参数。图5-7所示是upedge模块的内部结构。图5-8中波形从下到上表示信号发生器的方波输出、upedge模块的脉冲上升沿输出和零阶保持器输出的信号。 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-6 脉冲信号产生的仿真框图第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 表5-3 BernoulliRandomBinaryGenerator （伯努利二进制随机数产生器）的主要参数 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-7 upedge模块的内部结构图第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-8 脉冲信号的时域图和频

9、域图第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 5.2.4 扫频信号ChirpSignal（扫频信号)模块产生一个正弦信号，其频率随着时间的变化而线性增长，可以使用这个模块对系统进行分析。 该模块的三个参数：初始频率、目标时间和目标时间的频率，决定了模块的输出。这些设置可以是标量，也可以是向量。所有的参数要以向量形式确定下来，就必须有相同的维数。如果这个选项被选择并且参数是行或者列向量，模块将输出一个向量信号。图5-9所示是扫频信号产生的仿真框图。表5-4所示是ChirpSignal（扫频信号)模块的主要参数。 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-9 扫频信号产生的仿

10、真框图第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-10所示是扫频信号的时域图和频域图。仿真开始后，可以看到频谱仪显示的谱线随时间变化而移动。从示波器的显示可以看出，输出正弦信号频率越来越高。第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 表5-4 ChirpSignal（扫频信号）模块的主要参数第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-10 扫频信号的时域图和频域图 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 表5-5给出了SpecturmScope(频谱仪)的主要参数。 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 表5-5 SpectrumScope（

11、频谱仪）的主要参数 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 5.2.5 压控振荡器VCO（VoltageControlledOscillator）（压控振荡器）是指输出信号的频率随着输入信号幅度的变化而发生相应变化的设备，它的工作原理可以通过公式（5-1）来描述。 y(t)=Accos (2fct+2kc (5-1）其中，u(t) 表示输入信号，y(t) 表示输出信号。由于输出信号的频率取决于输入信号电压的大小，因此称为“压控振荡器”。其它影响压控振荡器输出信号的参数还有信号幅度Ac、中心振荡频率fc、输入信号灵敏度kc，以及初始相位。 )(0dut第第5章章 数字通信系统的仿真数字

12、通信系统的仿真 在MATLAB中压控振荡器有两种：离散时间压控振荡器和连续时间压控振荡器，这两种压控振荡器的差别在于，前者对输入信号采用离散方式进行积分，而后者则采用连续积分。本书主要讨论连续时间压控振荡器。为了理解压控振荡器输出信号的频率与输入信号幅度之间的关系，对公式（5-1）进行变换，取输出信号的相角为 (5-2）对输出信号的相角求微分，得到输出信号的角频率和频率f分别为： =2fc+2kcu(t) (5-3） (5-4） )(2tukffcctccduktf0)(22第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 从式(5-4)中可以清楚地看到，压控振荡器输出信号的频率f与输入信号幅

13、度u(t) 成正比。当输入信号u(t) 等于0时，输出信号的频率f等于fc；当输入信号u(t) 大于0时，输出信号的频率f高于fc；当输入信号u(t) 小于0时，输出信号的频率f低于fc。这样，通过改变输入信号的幅度大小就可以准确地控制输出信号的频率。图5-11所示是压控振荡器的仿真框图。在该仿真系统中，fc=30kHz，kc=10kHz/V，u(t) =0.2V,压控振荡器的输出频率为32kHz。第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 右下角的Display(显示器）是采用简单的方法做成数字频率计的一种解决方案：将0.2乘KGain（放大）10000后变成2000，再加上30000

14、刚好变成32k,这里的10000与kc对应，30000与fc对应。Constant（常数）决定了压控振荡器的输出，Display（显示器）显示出相应的输出频率。第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-11 压控振荡器的仿真框图第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 表5-6所示是压控振荡器(VCO)模块的主要参数。图5-12所示是压控振荡器信号的时域图和频域图。当频谱仪采样时间设为1/12.8e4时，32kHz信号的线在屏幕中心。 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 表5-6 VCO（压控振荡器）模块的主要参数第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的

15、仿真 图5-12 压控振荡器输出信号的时域图和频域图第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 5.3 信源编码信源编码 5.3.1取样及取样定律在数字通信系统中传输模拟信号，首先要完成模/数变换。发送端先将模拟信号取样，使其成为一系列离散的取样值，然后再将取样值量化为有限的量化值，并经编码变换成数字信号，用数字通信方式传输。在接收端,则把接收到的数字信号恢复成模拟信号。显然,采样频率越高，量化级越多，越能表现信号的细节，代价是数/模变换计算越复杂，传输代价愈大。 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 什么是保证不失真传输的最小代价呢?取样定理告诉我们：如果对某一带宽有限的时

16、间连续信号（模拟信号）进行采样，且采样速率达到两倍以上的最高工作频率，那么根据这些抽样值就能还原出原始信号。图5-13显示了模拟信号取样转换为离散样值信号的仿真模型。本例是将一个正弦模拟信号转换为离散信号的过程。采样脉冲是脉冲信号发生器的输出。表5-7所示是SineWave（正弦信号发生器）的主要参数。表5-8所示是PulseGenerator（脉冲信号发生器）的主要参数。表5-9所示是Constant（常数）的主要参数。表5-10所示为是Scope（示波器）的主要参数。图5-14所示为连续正弦信号、经脉冲信号作用后转换为离散的信号及采样脉冲的波形。 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统

17、的仿真 图5-13 模拟信号取样仿真框图第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 表5-7 SineWave（正弦信号发生器）的主要参数 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 表5-8 PulseGenerator（脉冲信号发生器）的主要参数 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 表5-9 Constant（常数）的主要参数 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 表5-10 Scope（示波器）的主要参数 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-14 连续、离散正弦波及脉冲信号波形的示波器显示图 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信

18、系统的仿真 图5-15显示了将一个连续锯齿信号转换为离散的信号的过程。图5-16显示了连续锯齿信号经采样脉冲作用后转换为离散的信号及采样信号的波形。图5-17显示了连续锯齿波信号经脉冲信号作用后转换为离散的信号的频谱图。表5-11所示为ZeroOrderHold（零阶保持器）的主要参数。表5-12所示为SpectrumScope（频谱示波器）的主要参数。 图5-15所示仿真系统的锯齿波发生器的重复频率是4Hz，幅度是1V。从图5-3所示的锯齿波频谱图中可以看出，锯齿波重复频率的5次谐波的幅度已经是基波的1/20以下。如果以5次谐波为最高工作频率，则根据采样定律采样频率取最高工作频率的2倍，即4

19、52=40Hz。产生采样脉冲的脉冲发生器的主要参数除选项PulseWidth(脉冲宽度)设为12%外，其它参数与表5-8相同。 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-15 模拟信号取样仿真框图第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-16 连续、离散锯齿波及采样脉冲信号波形的示波器显示图第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-17 离散锯齿波信号频谱显示图 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 表5-11 ZeroOrderHold（零阶保持器）的主要参数 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 表5-12 Spectrum

20、Scope（频谱仪）的主要参数 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 5.3.2 量化及编码为完成模/数变换，当模拟信号进行抽样以后，第二步要实施量化,把连续的信号样值转换成离散的由有限个电平组成的序列。或者说，量化就是将一个有连续幅度值的信号映射成幅度离散的信号的过程。编码是把信号的抽样量化值变换成代码的过程，其相反的过程称为译码。编码不仅用于通信，还广泛地用于计算机、数字仪表和遥控遥测等领域。量化编码器用于把输入的连续信号转换成离散的数字信号。MATLAB提供了量化编码器，其作用是采样量化编码产生抽样量化后的输出。量化解码器的作用与量化编码器相反，它把量化之后的信号还原为原始信

21、号。 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 SampledQuantizerEncode（采样量化编码器）根据量化间隔和量化码本，把输入的模拟信号转换成数字信号，并输出量化电平、量化误差。量化间隔是一个长度为n的向量V，其中的每一个元素V(i)（i=1,2，,n)严格单调递增。抽样量化编码器输出的数字信号y是介于0和n+1之间的整数，它由公式（5-5）确定。 y=0 x(-,V(1)y=m x(V(m),V(m+1),m1,n-1n x(V(n),+) (5-5）第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 量化码本是一个长度等于n+1的向量C，它给出了数字信号与量化电平C(n

22、+1)的关系，即当y等于0时，对应于量化码本的第一个元素C(1)；当C(n+1)等于m时，对应于量化码本第m+1个元素C(m+1)。 采样量化编码器有三个输出端口。第一个输出端口输出数字信号y，第二个输出端口输出信号的量化电平C(y) ，第三个输出端口则输出信号的量化误差。量化误差是根据输入信号与量化编码器的第二个输出端口的输出信号之差计算得到的均方误差值，它反映了量化编码器对信号的失真程度。图5-18显示了模拟信号量化仿真框图。图5-19显示的是信源编码前（下）和信源解码以后（上）的幅度为1，频率为1rad/s的正弦信号。表5-13所示是SampledQuantizerEncode（采样量化

23、编码器）的主要参数。 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-18 模拟信号量化仿真框图第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-19 示波器显示仿真结果第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 表5-13 SampledQuantizerEncode（采样量化编码器）的主要参数 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 QuantizerDecode（量化解码器）是采样量化编码器的逆过程，它根据量化码本把量化编码器产生的量化的指标转换成相应的数字信号。表5-14所示为QuantizerDecode（量化解码器）的主要参数。表5-15所示是Inte

24、gertoBitConverter（整数变二进制数转换器）的主要参数。第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 表5-14 QuantizerDecode（量化解码器）的主要参数 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 表5-15IntegertoBitConverter（整数变二进制数转换器）的主要参数 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 量化解码器的量化码本应该与输入信号的量化编码器使用的码本相同。量化解码器的输入信号就是量化编码器的第一个输出端口的输出信号，量化解码器的输出信号等于量化编码器的第二个输出端口的输出信号。量化解码器只有一个参数。图5-20显示

25、了指令窗中键入ss1s2s3s4的部分结果，左边4列表示：s输入信号采样值，s1按照15级量化以后的量化电平，s2是量化误差的方均值，s3是量化以后的数字信号（编为115的整数），右边4列是：s4是整数数字信号转换为二进制的编码值。 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-20 指令窗显示的部分结果 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 5.3.3 非均匀量化及编码量化方法可以分为标量量化和矢量量化。在标量量化中，每一信源输出单独量化；而在矢量量化中，信源输出分组量化。可以将标量量化器进一步分为均匀量化器和非均匀量化器。在均匀量化中，将量化的区域选为相等长度；在非均

26、匀量化中，容许有各种不同长度的区域。因为语音信号小幅度信号出现的概率远大于大幅度信号出现的概率，为充分利用传输的比特资源，小幅度信号量化的间隔远小于大幅度信号的量化间隔，所以非均匀量化要优于均匀量化的效果。本节介绍我国和欧洲各国使用的非均匀量化方法的A律压缩和扩展。第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 A律压缩是一种非均匀量化的方法。假设输入信号为x，输出信号为y，则A律压缩满足以下公式： 其中，A是A律压缩参数，V是输入信号x的最大值。 VxAVxAVxAVAVxxAxAy| )sgn(ln1)/ |ln(1 (|0 )sgn(ln1|(5-6） 第第5章章 数字通信系统的仿真数

27、字通信系统的仿真 图5-21所示是A律量化仿真模型。在仿真模型中，信源是一个正弦信号。模型里的正弦信号在均匀地采样量化编码之前加了一个A律压缩器，在量化解码以后加了一个A律扩展器。图5-22显示了量化解码后，经过A律扩展（ALawExpand）前后的图形。因为先进行了压缩处理，后面的量化编、解码器皆是256级的均匀量化。综合效果是非均匀量化。表5-16所示是SampledQuantizerEncode（采样量化编码器）模块的主要参数。表5-17所示是ALawCompressor（A律压缩器）模块的主要参数。 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-21 A律量化仿真框图第第5章

28、章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-22量化解码信号经过A律扩展前（下）后（上）的示波器显示图 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 表5-16 SampledQuantizerEncode（采样量化编码器）模块的主要参数 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 表5-17 A LawCompressor（A律压缩器)模块的主要参数 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 ALawCompressor（A律扩展模块）实施是与A律压缩模块相反的过程，公式（5-7）所示是A律扩展的工作原理。 VyAVyAVeAVxAAyyVAy|ln1 )sgn(ln1

29、|0 )ln1 (1/ )ln1( |(5-7） 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 公式（5-7）中的函数实际上是公式（5-6）的逆函数。表5-18显示了的ALawExpander(A律扩展模块)的主要参数。 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 表5-18ALawExpander（A律扩展模块）的主要参数 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 仿真系统中使用了三个ToWorkspace(到工作空间）模块搜集数据。图5-23所示是系统运行完后，在指令窗中键入ss1s2后，在指令窗显示的部分结果。左起1、2列显示的s是经压缩、量化、解量化的数据，s1是经压

30、缩、量化的256进制整数。右边的8列数据s2是s1的8位二进制代码，s2就是经过A律压缩256级量化的二进制代码。 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-23 指令窗显示的部分结果第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 5.3.4 增量调制增量调制（M）是在PCM方式的基础上发展起来的另一种模拟信号数字化的方法。M可以看成DPCM的一个特例，它们都是用二进制代码形式去表示模拟信号的方式。在PCM中，用一组代码表示模拟信号的抽样值，为了减少量化噪声，需要增加码组的长度及较复杂的编/译码设备。而M是将模拟信号变换成仅由一位二进制码组成的数字信号序列，并且在接收端也只需要

31、一个线性网络，便可复制出原模拟信号。因而，其编/译码设备通常要比PCM的简单。DPCM编码具有脉冲编码调制PCM和增量调制M的特点，它传输的是相邻采样时刻样值差的代码。 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 DPCMEncoder（差分脉冲编码调制编码器）使用差分脉冲编码调制对输入信号进行量化和编码。DPCM编码器的输入信号是一个标量，它产生两个输出信号：编码输出和量化电平。由于DPCM编码器内部使用了抽样编码器模块，因此它与抽样编码器一样有两个参数：量化间隔和量化码本，这两个参数都是向量，其中量化间隔表示每个量化区间的边界，量化码本则表示量化区间的取值，即量化电平。为了在DPCM

32、编码器中实现预测量化，除了需要指定量化间隔和量化码本外，还需确定预测量化多项式。图5-24显示了DPCM量化和编码仿真模型。图5-25上面的正弦波显示了信号经过DPCM编码和解码的波形，下面的正弦波是原始信号，另一个波是编码输出。表5-19给出了DPCMEncoder（差分脉冲编码调制编码器）的主要参数。 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-24 DPCM量化和编码仿真框图第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-25 信号分别经过DPCM编码和解码的波形图第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 表5-19 DPCMEncoder（差分脉冲编码调制编

33、码器）的主要参数 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 差分脉冲编码调制解码器（DPCMDecoder）是用于还原DPCM信号的模块，它的输入信号是与DPCM编码器相应的编码输出。DPCM解码器有两个输出端口，第一端口输出还原之后的信号，第二个输出端口输出量化电平，它等价于DPCM编码器第二个端口的输出。和DPCM编码器一样，DPCM解码器采用预测量化的方法估计输出值，并且计算出这个过程中的误差。DPCM解码器的参数应该与对应的DPCM编码器的参数保持一致。表5-20给出了DPCMDecoder（差分脉冲编码调制编码器）的主要参数。 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真

34、 表5-20 DPCMDecoder（差分脉冲编码调制解码器）的主要数 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-26是仿真完以后在CommandWindow指令窗键入ss2s1后显示的部分数据。左起第1列s是信号源的采样值，第2列s2是量化电平，第3列s1是编码输出。 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-26ss2s1的部分数据 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 5.4 调制技术（模拟调制）调制技术（模拟调制）5.4.1 AM幅度调制1双边带幅度调制DoubleSideBandAmplitudeModulationPassband（双边带频带

35、幅度调制）的输入信号是u(t)，输出信号是y(t)，y(t)是个实信号，若u(t)=u0cost，则有y(t)=(u(t)+Uc) cos(2fct+)y(t)=Uc (+mcos(t) cos(2fct+) caUum0(5-8） 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 其中, 是输入信号偏移，fc是载波频率，是初始相位（设=0），Uc是载波幅度，m是调制指数。传输载波时, =1；不传输载波时，=0。y(t)=Uc(1+mcost) cosct y(t)=Uccosct+ cos (c+)t+ cos (c+)t2am2am(5-9） 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿

36、真 由式（5-9）可以看出，幅度调制的结果含有：载频c、上边带（c+）、下边带（c-）的成分。双边带幅度调制的输出包含了载频高端和低端的频率成分。DSBAMModulatorPassband（双边带频带幅度调制器）的输入信号和输出信号都是抽样形式的实信号。双边带频带幅度解调器对双边带频带幅度调制信号进行解调，它的输入信号和输出信号都是抽样的实信号。解调器通过包络检测对信号进行解调，使用低通滤波器滤除残余高频成分。低 通 滤 波 器 的 传 输 函 数 的 分 子 多 项 式 系 数 由 参 数Lowpassfilternumerator确定，分母多项式系数由Lowpassfilterdenom

37、inator确定。双边带频带幅度调制器、解调器模块的主要参数参见表5-21、表5-22。 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 表5-21 DSBAMModulatorPassband（双边带频带幅度调制器）模块的主要参数 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 表5-22 DSBAMDemodulatorPassband（双边带频带幅度解调器）模块的主要参数 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-27所示是双边带频带幅度调制的系统仿真框图。本例中信源是一个幅度为0.7，频率为8Hz的正弦信号，通过调制和解调模块构成了一个通信系统。图5-28给出了双边带

38、频带幅度调制后信号的频域图，图中可见载频两旁的边带成分。图5-29给出了示波器显示的图形，从上到下是解调波形、原始波形、调制波形。Constant(常数）赋值是202.8。在幅度调制的三个仿真系统中，频谱仪参数设置的要点是：输入采样时间的倒数是调制载频的4倍，这样载频可以位于频谱仪显示窗的中心位置，两旁的谱线也方便观测。 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-27 双边带频带幅度调制的系统仿真框图第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-28 双边带频带幅度调制后信号的频域图第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图图5-29 双边带频带幅度调制仿真系

39、统中示波器的波形图双边带频带幅度调制仿真系统中示波器的波形图第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 2双边带抑制载波幅度调制为了提高调制效率，在双边带幅度调制的基础上抑制掉载波分量，使总功率全部包含在双边带中，这样就形成了双边带抑制载波幅度调制。公式（5-8）中=1表示保留载波，若=0，就变成了双边带抑制载波幅度调制。 DSBSCAMModulatorPassband（双边带频带抑制载波幅度调制器）实现频带模拟信号的双边带抑制载波幅度调制。双边带频带抑制载波幅度调制器的输入、输出信号都是实数形式的标量信号。第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 双边带频带抑制载波幅度解调器

40、的输入、输出信号都是实信号。解调过程中使用了低通滤波器，低通滤 波 器 的 传 输 函 数 的 分 子 多 项 式 系 数 由 参 数Lowpassfilternumerator确定，分母多项式系数由Lowpassfilterdenominator确定。图5-30所示为双边带频带抑制载波幅度调制的系统仿真框图。双边带频带幅度调制器模块的主要参数参见表5-23。 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-30 双边带频带抑制幅度调制的系统仿真框图第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 表5-23 DSBSCAMModulatorPassband（双边带频带抑制幅度调制器）

41、模块的主要参数 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 在图5-30所示的仿真系统中只构建了调制模块。表5-24所示是信号发生器模块的主要参数。图5-31所示是双边带频带抑制载波幅度调制后调制信号的频域图和时域图。第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 表5-24 SignalGenerator（信号发生器）模块的主要参数 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-31 双边带频带抑制幅度调制后调制信号的频域图和时域图第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 3单边带幅度调制双边带抑制载波调制虽然抑制了载波，提高了调制效率，但调制后的频带宽度仍是基带信

42、号带宽的2倍，而且上、下边带是完全对称的，它们所携带的信息完全相同。因此，从信息传输的角度来看，只用一个边带传输就可以了。我们把这种只传输一个边带的调制方式称为单边带调制（SSB）。在单边带幅度调制SSBAM（SingleSideBandAmplitudeModulation）中，发送端只传输频带幅度调制信号的上边带或下边带，它使用的带宽只有双边带调制信号的一半，因而具有更高的频率利用率。 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-32所示是单边带频带幅度调制的系统仿真框图。在本仿真系统中信号源是幅度为0.8，频率为100Hz的正弦波，并且只构建了调制模块。表5-25列出了双边带

43、频带幅度调制器模块的主要参数。在调制后使用了带通滤波器，表5-26所示是模拟滤波器设计模块的主要参数。图5-33显示了单边带频带幅度调制后调制信号的频域图和时域图。在 M A T L A B 工 具 库 里 还 有 专 门 的SSBAMModulationPassband（单边带幅度调制）模块，通过参数SidebandtoModulate（调制边带）来设定上边带或者下边带，使用很方便。 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-32 单边带频带幅度调制的系统仿真框图第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 表5-25 DSBAMModulatorPassband（双边带频

44、带幅度调制器）模块的主要参数第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 表5-26AnalogFilterDesign（模拟滤波器设计）模块的主要参数 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-33 单边带频带幅度调制（有载波）的频域图和时域图第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 5.4.2 FM、PM角度调制1FM频率调制频率调制的载波（一般是正弦波）的频率与输入信号的幅度成正比。频带频率调制器（FMModulatorPassband）对输入的实信号实施频率调制，产生抽样形式的调制信号。假设输入信号为u(t)，输出信号为y(t)，则输出信号与输入信号u(t)

45、满足关系式 其中，fc是载波频率，是初始相位，Kc是调制常数。 )(22cos()(tccduKtfty(5-10） 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 FMDemodulatorPassband（频带频率解调器）从输入的基带频率调制信号中解调出原始的信息序列。频带频率解调器的输入信号是抽样形式的标量信号，输出信号是1维的标量信号。基带频率解调器使用了低通滤波器，这个低通滤 波 器 由 参 数 L o w p a s s f i l t e r n u m e r a t o r 和Lowpassfilterdenominator确定。图5-34给出了频带频率调制的系统仿真框图。

46、在本仿真系统中只构建了调制模块。表5-27所示是频带频率调制器的主要参数。表5-28所示是信号发生器的主要参数。表5-29所示是频谱仪的主要参数。图5-35给出了频带频率调制后调制信号的频域图和时域图，时域图中下图是基带信号，上图是频率调制（FM）的信号。第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-34 频带频率调制的系统仿真框图第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 表5-27 FMModulatorPassband(频带频率调制器)的主要参数第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 表5-28 SignalGenerator（信号发生器）的主要参数 第第5章章

47、 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 表5-29 SpectrumScope（频谱仪）的主要参数 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-35 频带频率调制后调制信号的频域图和时域图第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 2PM相位调制PMModulatorPassband（频带相位调制器）对输入的实信号实施相位调制。假设输入信号为u(t) ，则输出信号y(t)的频率随着输入信号u(t)的幅度变化而变化，两者之间满足关系式 y(t)=cos(2fct+Kcu(t)+) (5-11）其中, 是初始相位，Kc是调制常数。PMDemodulatorPassband（频带相位解调器）从输入的频带相位调制信号中解调出原始的信息序列。它的输入信号和输出信号都是实数形式的抽样信号。频带相位解调器中的压控振荡器的灵敏度由参数VCOGain确定，低通滤波器的传输函数由参数Lowpassfilternumerator和Lowpassfilterdenominator确定。 第第5章章 数字通信系统的仿真数字通信系统的仿真 图5-36所示是频带相位调制的系统仿真框图。在本仿真系统中只构建了调制模块。表5-30列出了频带相位调制器模块的主要参数。信号发生器