基于MATLAB的PAM信號的調制與解調仿真分析

王露露

渤海大學工學院

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基于MATLAB的PAM信號的調制與解調仿真分析

王露露

渤海大學工學院

調制與解調中在電子通信系統中具有重要的作用，而且信號的傳送需要調制與解調作為手段才可以實現，調制的含義指的是通過信號來影響信號的參量，最終形成的信號就是調制的信號。而解調與調制這是兩個相互正反面，解調的反面就是調制，通過解調后信號可以轉變成初始的信號，PA M是脈沖幅度調制的簡稱，這是一個通過信號來決定周期脈沖序列的過程。本文主要討論的是基于Matlab的PAM的調制與解調的仿真，仿真部分的實現選擇的仿真軟件是Simulink。

調制與解調 Matlab PAM

隨著信息技術的不斷發展，以及信息技術中的復雜度的不斷提高，通信的相關設計方法需要進一步進行改進，以往的方法已經無法滿足現今技術的需求了，在這種情況下，模擬與仿真的相關技術相繼發展起來，并且受到關注度越來越高。

1984年由美國研發的Matlab軟件，隨著通信技術的不斷發展，Matlab的應用涉及到多個領域，目前Matlab是被大多數的人認為中數值的仿真軟件中屬于比較讓人滿意的軟件，Matlab的計算功能強大，具有跨平臺性，界面直觀，功能強大等優點。Matlab的運行的操作系統可以是Windows，Mac，Unix等。在數值計算和處理可視化的圖形中Matlab的重要性是不言而喻。Matlab作為一門設計程序的語言，在矩陣的運算，數值的分析甚至是圖像的處理中都有著極其廣泛的應用。

1　PAM的原理

脈沖調幅信號的是通過采樣之后形成的一種信號，而將模擬信號進行數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，采樣的好壞與系統的性能好壞直接相關。采樣過程中將連續的信號轉為中時間上是離散的信號也就是所謂的采樣，PAM信號就在采樣后產生的。

圖1-1　信號采樣

PAM信號是采樣后產生的，在這個采樣過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，s（t）指的是采樣的脈沖，從圖中可以得出fs（ t）=f（ t）-s（ t ）。如果將采樣器設想成是一個開關，而且這個開關是以時間T為間隔，進行打開與關閉的操作，如此一來就生成了取樣值。圖1-1為信號采樣結構圖。

對于脈沖信號它是來源于信源部分的PULSE OUT，并且這個端口引出來的脈沖的頻最大可以達到128K，最小可以達到4K。

在脈沖信號產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，產生的方波再經過三路與非門最終形成了一個頻率為8kHz的脈沖波，此外電路中另外附加了一個高次諧波，這樣做對脈沖波形的提高有很大的幫助。

1.1抽樣模塊

如果用m（t）來表示基帶的信號處理中的波形，那么該信號的頻譜對應的就是m（f），將脈沖載波調幅處理，并且把信號的周期設置成T，則可以知道抽樣信號也就是用ms（t）表示的，其值等于m（t）*s（t）。

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

1.2PAM調制模型

以Simulink軟件作為仿真平臺，打開該軟件，新建一個model，將要調制的PAM信號放入到這個model中，選擇的載波是Pulse Generator，乘法器是product，選擇的正弦基帶信號是sine wave，并且基帶信號的角頻率以及幅度都設為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在設計中的特點是具有代表性和廣泛性，而且由PAM組成的電路比較簡單易懂，PAM電路中設計中運用的大多是將一些分離的器件以及一些規模不是很大的電路。在PAM的譯碼過程中實現的濾波器用的是低通的。

處理信號之前要對輸入的信號進行模擬從而為了避免混疊的情況的出現，邏輯功能模塊中用到的信號是數字化的邏輯信號，一般而言，A/D能夠擺脫所有的元件獨自運行，但是通常情況下這個轉換器中速度上還是存在著劣勢，所以此時就需要引入采樣與濾波到系統中。

2　PAM調制的步驟

PAM信號的頻率最大值規定為3800Hz，把這個信號放入到低通的濾波器中，濾波器的頻率規定為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，頻率是8kHz，調用另一個信號用來代替該PAM信號，調用部分的實現是利用了信號發生模塊，最后信號就會在運算放大器中輸出，接著進行對產生的信號進行采樣，最后將生成的信號變成初始的信號的實現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打開，這是最基礎的一步。

2）對低頻地段的正弦信號源進行相應的調整，然后用示波器對PULSE_IN和A_IN這兩個端口依次測量。

3）對其中的可調電阻進行相應的調整，然后把輸出的頻率設置成整數的形式，關上PCM和ADPCM編譯的單元的對應的開關，記錄PULSE OUT端的脈沖，同時也記錄下不同的脈沖頻率所對應的波形。

4）將奈氏的速率記錄下來，對于臨界額波形和頻率要進行區分。

當在校驗抽樣定理的這個過程中如果通過示波器無法看到穩定的信號的話，那么引起這種情況的可能原因是波形的頻率沒有同步，所以這個時候就要對以正弦形式輸入的信號的頻率做相應的調整，從而在頻率上實現同步，調整頻率這個過程需要有足夠的耐心。

3　PAM的調制波形產生

通信系統中的調制和解調之間的原理上基本一樣的，數字調制中采用的比較多的是模擬的方法進行調制，但是由于數字型的基帶信號的特點是不同于模擬的基帶信號的，并且數字基帶信號的取值是離散的而且也是有限制的，所以數字基帶信號的這種離散的特點是由載波中所含的離散狀態表示的。點擊Simulink軟件中的運行，最后生成的PAM的調制波形如圖1-2所示。

圖1-2　PAM調制波形圖

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中的一個很有意義的組件，為通信系統的仿真以及建模提供了一個良好的環境，Simulink平臺下允許僅僅就是點擊鼠標實現系統的實現，而不需要輸入大量的程序語句。Simulink的特點是效率高，靈活性強，應用性強，所以考慮到Simulink的這些優勢，數字信號處理中進行系統的設計與仿真的過程中經常用到Simulink。Simulink應用的系統除了動態的系統之外還包括了嵌入式的系統，并且每一個時變的系統中還可以細分為圖像處理，信號處理系統，Simulink為系統的仿真，測試展示了一個圖形實現交互式的平臺。Simulink和Matlab的關系是緊密聯系的，并且Simulink訪問Matlab是不需要做任何的操作。

5　結語

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試的最終結果，也可以反應出調制解調在整個通信系統中的一些動態的工作。本文主要介紹了PAM信號的原理，調制解調的實現步驟，最后用仿真軟件Simulink對基于Matlab信號進行調制解調。

［1］ 邵玉斌編著.Matlab/Simulink通信系統建模與仿真實例分析.清華大學出版社，2008年6月

［2］ 沈鎮元，聶志泉，趙雪荷等.通信系統原理［M］.西安電子科技大學，1993：101-105

［3］ 達新宇，林家薇，杜思深編著.通信原理.西北工業大學出版社，2003年