基于Matlab的线性模拟调制技术研究

科技广场 2010.7 0 引言 从语音、声音、图像等信息源直接转换得到的电信号是 频率较低的电信号，其频谱特点是包括直流分量的低通频 谱。如电话信号的频率范围在 0.3~3kHz，这些信号可以直接 通过架空线、电缆等有线信道传输，但不可能在无线信道直 接传输。另外，这些信号即使可以在有线信道传输，但一对线 路上只能传输一路信号，对信道的利用不经济。为了使低频 信号能够在像无线信道上传输，同时为了使有线信道上同时 传输多路信号，就需要采用调制和解调技术。 在发送端把基带信号频谱搬移到给定信道通带内的过 程称为调制，而在接收端把已搬移到给定信道通带内的频谱 还原为基带信号的过程称为解调。调制和解调在一个通信系 统中是同时出现的，因此将调制和解调系统通称为调制系统 或调制方式。 调制和解调在通信系统中是一个极为重要的组成部分， 采用什么样的调制与解调方式将直接影响通信系统的性能。 而模拟调制技术的原理还可以推广到数字调制中，因此我们 有必要对模拟调制技术进行研究。 1 模拟调制原理 模拟调制是指用来自信源的基带模拟信号去调制某个 载波，而载波是一个确知的周期性波形。模拟调制可分为线 性调制和非线性调制，本文主要研究线性调制。 线性调制的原理模型如图一所示。设载波为 c（t）=A- cosω0t=Acos2πf0t，调制信号为 m（t），已调信号为 s（t）。 调制信号 m（t）和载波在乘法器中相乘的结果为：s'(t) =m(t)Acosω0t，然后通过一个传输函数为 H(f)的带通滤波器， 得出已调信号为 s(t)。 从图一中可得已调信号的时域和频域表达式为： 式(1)中，M(f)为调制信号 m(t)的频谱。 由于调制信号 m(t)和乘法器输出信号之间是线性关系， 所以称为线性调制。带通滤波器 H(f)可以有不同的设计，从 而得到不同的调制种类。 1.1 AM（调幅）调制 设调制信号 m(t)叠加直流分量 A后与载波相乘，滤波器 为全通滤波器，就形成了 AM（调幅）信号。其时域和频域表 达式分别为： 基于Matlab的线性模拟调制技术研究 Study on the Linear Analog Modulate Technology Based on Matlab 李红 Li Hong （吉林建筑工程学院电气与电子信息工程学院，吉林 长春 130021） （Department of Electric and Communication，Jilin Institute of Architecture and Civil Engineering，Jilin Changchun 130021） 摘 要：在模拟通信系统中，不是所有的信号都能通过信道进行传输的，有时需要通过调制技术来完成。本文对线性模拟 调制技术中的 AM调制、DSB调制、SSB调制进行了分析，利用Matlab对其进行仿真，并对其特性进行比较分析。 关键词：模拟调制；AM调制；DSB调制；SSB调制 中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1671-4792-(2010)7-0032-03 Abstract: In analog communication system, not all signal can transmit through channel, these signal can transmit using modulate technology. This paper analysis AM modulation、DSB modulation、SSB modulation in the linear analog modulate technology, simulate these modulation using matlab, compares and analysis these modulation’s performance. Keywords: Analog Modulation; AM Modulation; DSB Modulation; SSB Modulation 图一 线性调制的原理模型 ｛ （1） （2） 32 调幅信号的频谱密度中含有离散的载波频率分量，因 此，AM信号的功率利用较低。 由于调幅信号包络的形状和调制信号的波形一样。所以 在接收端解调时，用包络检波法就能恢复出原调制信号，不 需要本地同步载波信号。 1.2 DSB（双边带）调制 在 AM信号中，载波分量不携带信息，如果将载波抑制， 去掉直流分量 A，即可输出抑制载波的双边带信号（DSB）。 将频谱位置高于载频的边带称为上边带，低于载频的边带称 为下边带。其时域和频域表达式分别为： 双边带信号节省了载波功率，功率利用率提高了，但它 的频带宽度仍是调制信号宽度的两倍。上、下两个边带完全 对称，携带相同的调制信号信息。 双边带信号解调时需要在接收端的电路中加入载波，载 波的频率和相位应该和接收信号完全一样，故接收电路较为 复杂。 1.3 SSB（单边带）调制 在 DSB信号中，由于两个边带含有同样的信息，因而只 传输一个边带就可以，这就是单边带（SSB）调制。 可以通过滤波法产生单边带信号，将滤波器设计成理想 低通特性 HLSB(f)或理想高通特性 HHSB(f)，就可分别获得下边 带信号或上边带信号。但要求单边滤波器在载频附近具有陡 峭的截止特性，才能有效地抑制无用的一个边带。 还可以用相移法形成单边带信号，需要借助希尔伯特变 换来表述。其时域和频域表达式分别为： 单边带信号节省了发射功率，信号带宽是双边带信号的 一半，所以，它是目前短波通信的一种重要调制方式。 1.4 VSB（残留边带）调制 残留边带信号介于单边带信号和双边带信号之间，对低 频信号保留双边带，对高频分量部分采用单边带方式传输。 其滤波器的特性应满足如下特性： 信号的频域表达式为： 2 仿真实现 本文利用Matlab对功率为 1W、频率为 2Hz的余弦信号 进行 AM、DSB、SSB调制。选取载波频率为 20 kHz，对频率 分别为 5Hz、2.5 Hz的余弦和正弦叠加信号进行 VSB调制， 两个频率分量功率相同，波频率为 20 kHz，从而获得各种已 调制信号。已调制信号的功率谱以及解调后的信号波形如图 二所示，以便于分析研究。 c SSB信号及其解调 d VSB信号及其解调 图二 4种线性模拟信号的调制及其解调波形 a AM信号及其解调 b DSB信号及其解调 ｛ （3） （4） ｛ （5） （6） （7） 基 于M atlab 的 线 性 模 拟 调 制 技 术 研 究 33 科技广场 2010.7 3 结束语 由仿真结果可知：调幅 AM信号中的载波分量不携带基 带信号的信息，但是却占用了信号中的大部分功率，故传输 效率低。若除去调幅 AM信号中的载波，就得到双边带 DSB 信号。双边带信号与调幅信号相比，可以节省大部分发送功 率，但在接收端必须恢复载频，增大了接收设备的复杂性。在 双边带信号中，上、下两个边带具有相同的信息，形成重复传 输。所以，完全可以只传输上边带或下边带，这就得到了单边 带 SSB信号。单边带信号虽然在功率和频带利用率方面具 有优越性，但是在接收端解调时仍需恢复载频。另外在发送 端为了滤出单边带信号，要求滤波器的边缘很陡峭，很难做 到。残留边带 VSB调制信号的频谱介于双边带和单边带信 号之间，并且含有载波分量。所以它能避免上述单边带的缺 点，特别适合于含有滞留分量和很低频率分量的基带信号。 通过对四种不同的线性模拟调制技术的研究，我们在对 处于不同特性的低频信号要想通过具有一定带宽的模拟信 道，可以根据自身特性的不同，选择不同的线性模拟调制方 式，使低频信号能够通过信道进行传输；其次，如果信道宽度 较宽，只传输一个信号不利于信道的使用，因此通过模拟调 制，能够实现多路复用技术，从而提高信道利用率。 参考文献 [1]樊昌信 .通信原理教程[M].北京 : 电子工业出版社 , 2006. [2]章国安,徐晨,杨永杰，等.现代通信网络系统实验室的 构建 [J].电气电子教学学报,2004,(6). [3]郭文彬，等.通信原理 -基于Matlab的计算机仿真[M]. 北京：北京邮电大学出版社,2003. 作者简介 李红(1973—），女，吉林长春人，讲师，硕士，主要研究方 向:信号与信息处理。 34