基于MATLAB的PAM信号的调制与解调仿真分析

2016-10-22王露露

数码世界 2016年10期

关键词：基带波形脉冲

王露露

渤海大学工学院

基于MATLAB的PAM信号的调制与解调仿真分析

王露露

渤海大学工学院

调制与解调中在电子通信系统中具有重要的作用，而且信号的传送需要调制与解调作为手段才可以实现，调制的含义指的是通过信号来影响信号的参量，最终形成的信号就是调制的信号。而解调与调制这是两个相互正反面，解调的反面就是调制，通过解调后信号可以转变成初始的信号，PA M是脉冲幅度调制的简称，这是一个通过信号来决定周期脉冲序列的过程。本文主要讨论的是基于Matlab的PAM的调制与解调的仿真，仿真部分的实现选择的仿真软件是Simulink。

调制与解调 Matlab PAM

随着信息技术的不断发展，以及信息技术中的复杂度的不断提高，通信的相关设计方法需要进一步进行改进，以往的方法已经无法满足现今技术的需求了，在这种情况下，模拟与仿真的相关技术相继发展起来，并且受到关注度越来越高。

1984年由美国研发的Matlab软件，随着通信技术的不断发展，Matlab的应用涉及到多个领域，目前Matlab是被大多数的人认为中数值的仿真软件中属于比较让人满意的软件，Matlab的计算功能强大，具有跨平台性，界面直观，功能强大等优点。Matlab的运行的操作系统可以是Windows，Mac，Unix等。在数值计算和处理可视化的图形中Matlab的重要性是不言而喻。Matlab作为一门设计程序的语言，在矩阵的运算，数值的分析甚至是图像的处理中都有着极其广泛的应用。

1　PAM的原理

脉冲调幅信号的是通过采样之后形成的一种信号，而将模拟信号进行数字化的起步就是采样，采样定理中电子通信中扮演着重要的角色，采样的好坏与系统的性能好坏直接相关。采样过程中将连续的信号转为中时间上是离散的信号也就是所谓的采样，PAM信号就在采样后产生的。

图1-1　信号采样

PAM信号是采样后产生的，在这个采样过程中共用到的器件是采样器，如图所示，图中的f（t）指的是模拟的信号，s（t）指的是采样的脉冲，从图中可以得出fs（ t）=f（ t）-s（ t ）。如果将采样器设想成是一个开关，而且这个开关是以时间T为间隔，进行打开与关闭的操作，如此一来就生成了取样值。图1-1为信号采样结构图。

对于脉冲信号它是来源于信源部分的PULSE OUT，并且这个端口引出来的脉冲的频最大可以达到128K，最小可以达到4K。

在脉冲信号产生的电路中用到的振荡器是方波振荡器，该振荡器是由4MHz的晶体振荡器74LS04形成的，接着在分频中用到了74LS161与74LS74，最后生成的方波有8kHz，128kHz，产生的方波再经过三路与非门最终形成了一个频率为8kHz的脉冲波，此外电路中另外附加了一个高次谐波，这样做对脉冲波形的提高有很大的帮助。

1.1抽样模块

如果用m（t）来表示基带的信号处理中的波形，那么该信号的频谱对应的就是m（f），将脉冲载波调幅处理，并且把信号的周期设置成T，则可以知道抽样信号也就是用ms（t）表示的，其值等于m（t）*s（t）。

抽样的过程中选择的是冲激函数，然而现实生活中，抽样脉冲的宽度与高度是有限制的，并不是无限延长。抽样的过程中周期性的脉冲序列是以非正弦的载波的形式参与的，抽样的时候振幅调制选择的信号是模拟信号。这里提到的调制就是本文论述的PAM，也可以称作脉冲振幅调制。

1.2PAM调制模型

以Simulink软件作为仿真平台，打开该软件，新建一个model，将要调制的PAM信号放入到这个model中，选择的载波是Pulse Generator，乘法器是product，选择的正弦基带信号是sine wave，并且基带信号的角频率以及幅度都设为1。将所有的元件选择好了之后就可以连线了，最后得到了下面的模型图。

PAM在设计中的特点是具有代表性和广泛性，而且由PAM组成的电路比较简单易懂，PAM电路中设计中运用的大多是将一些分离的器件以及一些规模不是很大的电路。在PAM的译码过程中实现的滤波器用的是低通的。

处理信号之前要对输入的信号进行模拟从而为了避免混叠的情况的出现，逻辑功能模块中用到的信号是数字化的逻辑信号，一般而言，A/D能够摆脱所有的元件独自运行，但是通常情况下这个转换器中速度上还是存在着劣势，所以此时就需要引入采样与滤波到系统中。

2　PAM调制的步骤

PAM信号的频率最大值规定为3800Hz，把这个信号放入到低通的滤波器中，滤波器的频率规定为3800Hz，样值的序列选择的频率是不小于7600Hz，抽样频率选择的是脉冲信号，频率是8kHz，调用另一个信号用来代替该PAM信号，调用部分的实现是利用了信号发生模块，最后信号就会在运算放大器中输出，接着进行对产生的信号进行采样，最后将生成的信号变成初始的信号的实现再次用到低通滤波器。具体步骤如下：

1）首先第一步就是把电源的开关打开，这是最基础的一步。

2）对低频地段的正弦信号源进行相应的调整，然后用示波器对PULSE_IN和A_IN这两个端口依次测量。

3）对其中的可调电阻进行相应的调整，然后把输出的频率设置成整数的形式，关上PCM和ADPCM编译的单元的对应的开关，记录PULSE OUT端的脉冲，同时也记录下不同的脉冲频率所对应的波形。

4）将奈氏的速率记录下来，对于临界额波形和频率要进行区分。

当在校验抽样定理的这个过程中如果通过示波器无法看到稳定的信号的话，那么引起这种情况的可能原因是波形的频率没有同步，所以这个时候就要对以正弦形式输入的信号的频率做相应的调整，从而在频率上实现同步，调整频率这个过程需要有足够的耐心。

3　PAM的调制波形产生

通信系统中的调制和解调之间的原理上基本一样的，数字调制中采用的比较多的是模拟的方法进行调制，但是由于数字型的基带信号的特点是不同于模拟的基带信号的，并且数字基带信号的取值是离散的而且也是有限制的，所以数字基带信号的这种离散的特点是由载波中所含的离散状态表示的。点击Simulink软件中的运行，最后生成的PAM的调制波形如图1-2所示。

图1-2　PAM调制波形图

4　Simulink仿真软件

Simulink软件建模的方式采用的是框图的形式，这种形式便于理解，Simulink作为Matlab中的一个很有意义的组件，为通信系统的仿真以及建模提供了一个良好的环境，Simulink平台下允许仅仅就是点击鼠标实现系统的实现，而不需要输入大量的程序语句。Simulink的特点是效率高，灵活性强，应用性强，所以考虑到Simulink的这些优势，数字信号处理中进行系统的设计与仿真的过程中经常用到Simulink。Simulink应用的系统除了动态的系统之外还包括了嵌入式的系统，并且每一个时变的系统中还可以细分为图像处理，信号处理系统，Simulink为系统的仿真，测试展示了一个图形实现交互式的平台。Simulink和Matlab的关系是紧密联系的，并且Simulink访问Matlab是不需要做任何的操作。