基于MATLAB的PAM信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)仿真分析

王露露

渤海大學(xué)工學(xué)院

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基于MATLAB的PAM信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)仿真分析

王露露

渤海大學(xué)工學(xué)院

調(diào)制與解調(diào)中在電子通信系統(tǒng)中具有重要的作用，而且信號(hào)的傳送需要調(diào)制與解調(diào)作為手段才可以實(shí)現(xiàn)，調(diào)制的含義指的是通過(guò)信號(hào)來(lái)影響信號(hào)的參量，最終形成的信號(hào)就是調(diào)制的信號(hào)。而解調(diào)與調(diào)制這是兩個(gè)相互正反面，解調(diào)的反面就是調(diào)制，通過(guò)解調(diào)后信號(hào)可以轉(zhuǎn)變成初始的信號(hào)，PA M是脈沖幅度調(diào)制的簡(jiǎn)稱，這是一個(gè)通過(guò)信號(hào)來(lái)決定周期脈沖序列的過(guò)程。本文主要討論的是基于Matlab的PAM的調(diào)制與解調(diào)的仿真，仿真部分的實(shí)現(xiàn)選擇的仿真軟件是Simulink。

調(diào)制與解調(diào) Matlab PAM

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，以及信息技術(shù)中的復(fù)雜度的不斷提高，通信的相關(guān)設(shè)計(jì)方法需要進(jìn)一步進(jìn)行改進(jìn)，以往的方法已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)今技術(shù)的需求了，在這種情況下，模擬與仿真的相關(guān)技術(shù)相繼發(fā)展起來(lái)，并且受到關(guān)注度越來(lái)越高。

1984年由美國(guó)研發(fā)的Matlab軟件，隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，Matlab的應(yīng)用涉及到多個(gè)領(lǐng)域，目前Matlab是被大多數(shù)的人認(rèn)為中數(shù)值的仿真軟件中屬于比較讓人滿意的軟件，Matlab的計(jì)算功能強(qiáng)大，具有跨平臺(tái)性，界面直觀，功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)。Matlab的運(yùn)行的操作系統(tǒng)可以是Windows，Mac，Unix等。在數(shù)值計(jì)算和處理可視化的圖形中Matlab的重要性是不言而喻。Matlab作為一門設(shè)計(jì)程序的語(yǔ)言，在矩陣的運(yùn)算，數(shù)值的分析甚至是圖像的處理中都有著極其廣泛的應(yīng)用。

1　PAM的原理

脈沖調(diào)幅信號(hào)的是通過(guò)采樣之后形成的一種信號(hào)，而將模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化的起步就是采樣，采樣定理中電子通信中扮演著重要的角色，采樣的好壞與系統(tǒng)的性能好壞直接相關(guān)。采樣過(guò)程中將連續(xù)的信號(hào)轉(zhuǎn)為中時(shí)間上是離散的信號(hào)也就是所謂的采樣，PAM信號(hào)就在采樣后產(chǎn)生的。

圖1-1　信號(hào)采樣

PAM信號(hào)是采樣后產(chǎn)生的，在這個(gè)采樣過(guò)程中共用到的器件是采樣器，如圖所示，圖中的f（t）指的是模擬的信號(hào)，s（t）指的是采樣的脈沖，從圖中可以得出fs（ t）=f（ t）-s（ t ）。如果將采樣器設(shè)想成是一個(gè)開關(guān)，而且這個(gè)開關(guān)是以時(shí)間T為間隔，進(jìn)行打開與關(guān)閉的操作，如此一來(lái)就生成了取樣值。圖1-1為信號(hào)采樣結(jié)構(gòu)圖。

對(duì)于脈沖信號(hào)它是來(lái)源于信源部分的PULSE OUT，并且這個(gè)端口引出來(lái)的脈沖的頻最大可以達(dá)到128K，最小可以達(dá)到4K。

在脈沖信號(hào)產(chǎn)生的電路中用到的振蕩器是方波振蕩器，該振蕩器是由4MHz的晶體振蕩器74LS04形成的，接著在分頻中用到了74LS161與74LS74，最后生成的方波有8kHz，128kHz，產(chǎn)生的方波再經(jīng)過(guò)三路與非門最終形成了一個(gè)頻率為8kHz的脈沖波，此外電路中另外附加了一個(gè)高次諧波，這樣做對(duì)脈沖波形的提高有很大的幫助。

1.1抽樣模塊

如果用m（t）來(lái)表示基帶的信號(hào)處理中的波形，那么該信號(hào)的頻譜對(duì)應(yīng)的就是m（f），將脈沖載波調(diào)幅處理，并且把信號(hào)的周期設(shè)置成T，則可以知道抽樣信號(hào)也就是用ms（t）表示的，其值等于m（t）*s（t）。

抽樣的過(guò)程中選擇的是沖激函數(shù)，然而現(xiàn)實(shí)生活中，抽樣脈沖的寬度與高度是有限制的，并不是無(wú)限延長(zhǎng)。抽樣的過(guò)程中周期性的脈沖序列是以非正弦的載波的形式參與的，抽樣的時(shí)候振幅調(diào)制選擇的信號(hào)是模擬信號(hào)。這里提到的調(diào)制就是本文論述的PAM，也可以稱作脈沖振幅調(diào)制。

1.2PAM調(diào)制模型

以Simulink軟件作為仿真平臺(tái)，打開該軟件，新建一個(gè)model，將要調(diào)制的PAM信號(hào)放入到這個(gè)model中，選擇的載波是Pulse Generator，乘法器是product，選擇的正弦基帶信號(hào)是sine wave，并且基帶信號(hào)的角頻率以及幅度都設(shè)為1。將所有的元件選擇好了之后就可以連線了，最后得到了下面的模型圖。

PAM在設(shè)計(jì)中的特點(diǎn)是具有代表性和廣泛性，而且由PAM組成的電路比較簡(jiǎn)單易懂，PAM電路中設(shè)計(jì)中運(yùn)用的大多是將一些分離的器件以及一些規(guī)模不是很大的電路。在PAM的譯碼過(guò)程中實(shí)現(xiàn)的濾波器用的是低通的。

處理信號(hào)之前要對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行模擬從而為了避免混疊的情況的出現(xiàn)，邏輯功能模塊中用到的信號(hào)是數(shù)字化的邏輯信號(hào)，一般而言，A/D能夠擺脫所有的元件獨(dú)自運(yùn)行，但是通常情況下這個(gè)轉(zhuǎn)換器中速度上還是存在著劣勢(shì)，所以此時(shí)就需要引入采樣與濾波到系統(tǒng)中。

2　PAM調(diào)制的步驟

PAM信號(hào)的頻率最大值規(guī)定為3800Hz，把這個(gè)信號(hào)放入到低通的濾波器中，濾波器的頻率規(guī)定為3800Hz，樣值的序列選擇的頻率是不小于7600Hz，抽樣頻率選擇的是脈沖信號(hào)，頻率是8kHz，調(diào)用另一個(gè)信號(hào)用來(lái)代替該P(yáng)AM信號(hào)，調(diào)用部分的實(shí)現(xiàn)是利用了信號(hào)發(fā)生模塊，最后信號(hào)就會(huì)在運(yùn)算放大器中輸出，接著進(jìn)行對(duì)產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行采樣，最后將生成的信號(hào)變成初始的信號(hào)的實(shí)現(xiàn)再次用到低通濾波器。具體步驟如下：

1）首先第一步就是把電源的開關(guān)打開，這是最基礎(chǔ)的一步。

2）對(duì)低頻地段的正弦信號(hào)源進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，然后用示波器對(duì)PULSE_IN和A_IN這兩個(gè)端口依次測(cè)量。

3）對(duì)其中的可調(diào)電阻進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，然后把輸出的頻率設(shè)置成整數(shù)的形式，關(guān)上PCM和ADPCM編譯的單元的對(duì)應(yīng)的開關(guān)，記錄PULSE OUT端的脈沖，同時(shí)也記錄下不同的脈沖頻率所對(duì)應(yīng)的波形。

4）將奈氏的速率記錄下來(lái)，對(duì)于臨界額波形和頻率要進(jìn)行區(qū)分。

當(dāng)在校驗(yàn)抽樣定理的這個(gè)過(guò)程中如果通過(guò)示波器無(wú)法看到穩(wěn)定的信號(hào)的話，那么引起這種情況的可能原因是波形的頻率沒有同步，所以這個(gè)時(shí)候就要對(duì)以正弦形式輸入的信號(hào)的頻率做相應(yīng)的調(diào)整，從而在頻率上實(shí)現(xiàn)同步，調(diào)整頻率這個(gè)過(guò)程需要有足夠的耐心。

3　PAM的調(diào)制波形產(chǎn)生

通信系統(tǒng)中的調(diào)制和解調(diào)之間的原理上基本一樣的，數(shù)字調(diào)制中采用的比較多的是模擬的方法進(jìn)行調(diào)制，但是由于數(shù)字型的基帶信號(hào)的特點(diǎn)是不同于模擬的基帶信號(hào)的，并且數(shù)字基帶信號(hào)的取值是離散的而且也是有限制的，所以數(shù)字基帶信號(hào)的這種離散的特點(diǎn)是由載波中所含的離散狀態(tài)表示的。點(diǎn)擊Simulink軟件中的運(yùn)行，最后生成的PAM的調(diào)制波形如圖1-2所示。

圖1-2　PAM調(diào)制波形圖

4　Simulink仿真軟件

Simulink軟件建模的方式采用的是框圖的形式，這種形式便于理解，Simulink作為Matlab中的一個(gè)很有意義的組件，為通信系統(tǒng)的仿真以及建模提供了一個(gè)良好的環(huán)境，Simulink平臺(tái)下允許僅僅就是點(diǎn)擊鼠標(biāo)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，而不需要輸入大量的程序語(yǔ)句。Simulink的特點(diǎn)是效率高，靈活性強(qiáng)，應(yīng)用性強(qiáng)，所以考慮到Simulink的這些優(yōu)勢(shì)，數(shù)字信號(hào)處理中進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真的過(guò)程中經(jīng)常用到Simulink。Simulink應(yīng)用的系統(tǒng)除了動(dòng)態(tài)的系統(tǒng)之外還包括了嵌入式的系統(tǒng)，并且每一個(gè)時(shí)變的系統(tǒng)中還可以細(xì)分為圖像處理，信號(hào)處理系統(tǒng)，Simulink為系統(tǒng)的仿真，測(cè)試展示了一個(gè)圖形實(shí)現(xiàn)交互式的平臺(tái)。Simulink和Matlab的關(guān)系是緊密聯(lián)系的，并且Simulink訪問(wèn)Matlab是不需要做任何的操作。

5　結(jié)語(yǔ)

基于Matlab的仿真，由于界面比較直觀，所以很容易從界面中看到測(cè)試的最終結(jié)果，也可以反應(yīng)出調(diào)制解調(diào)在整個(gè)通信系統(tǒng)中的一些動(dòng)態(tài)的工作。本文主要介紹了PAM信號(hào)的原理，調(diào)制解調(diào)的實(shí)現(xiàn)步驟，最后用仿真軟件Simulink對(duì)基于Matlab信號(hào)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)。

［1］ 邵玉斌編著.Matlab/Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真實(shí)例分析.清華大學(xué)出版社，2008年6月

［2］ 沈鎮(zhèn)元，聶志泉，趙雪荷等.通信系統(tǒng)原理［M］.西安電子科技大學(xué)，1993：101-105

［3］ 達(dá)新宇，林家薇，杜思深編著.通信原理.西北工業(yè)大學(xué)出版社，2003年