2008 年 8 月 电 脑 学 习 第 4 期 用 MATLAB 模拟实现数字信号的调制与频谱分析 杨 峰* 苏玉萍 余冬菊 摘 要 : 运用 MATLAB 语言模拟实现了数字信号的 ASK、FSK、PSK 调制与频谱分析。 键 词 : 数字信号 关 中图分类号: TP311.1 双极性非归零电平码 幅度键控 频移键控 相移键控 频谱分析 文献标识码: B 文章编号: 1002- 2422( 2008) 04- 0046- 02 Using MATLAB to Simulate Digital Signal Modulation and Spectr um Analysis Yang Feng Su Yuping Yu Dongju Abstr act: The paper uses MATLAB to simulate ASK、FSK、PSK modulation of digital signal and spectrum analysis. Keywor d: ASK FSK PSK Spectrum Analysis Digital Signal Bipolar Non- RZ- level Code 1 调制原理 1.1 双极性非归零电平码 叫做二进制调制。 1.2.1 2ASK 调制 双极性非归零电平码（Bipolar NRZ- L）是数字通信中 2ASK 调制是正弦载波的幅度随基带信号的变化而变 用来构造指令码和数据的一种基本码型，用正电平对应数 字″1″，等幅负电平对应数字“0”。采用 Bipolar NRZ- L 码 型。其中每一个数字“1”或“0”叫一个码元。这种码型抗干 扰能力较强，有利于在实际信道中传输。在程序设计中，规 定每个码元的抽样点数目为 N_sample，N_sample 是码元周 期，为简便起见程序中所产生的基带信号的正负电平幅度 都为“1”，并用 an 来表示。 1.2 调制方法 由于数字基带信号是二进制的，因此调制方法都可以 else repeat with I:=1 to ChildCount arr1 [I]:=CallObject （myobj，″GetAttributeValueByName″，″year″，″1，″ ^String（I）） arr2 [I]:=CallObject （myobj，″GetAttributeValueByName″，″tmp″，″1，″ ^String（I）） arr3 [I]:=CallObject（myobj，″GetAttributeValueByName″，″hum″，″1，″ ^String（I）） arr4[I]:=CallObject（myobj，″GetText″，″1，″^String（I）^″，1″） end repeat end if DeleteObject（myobj） 以下是创建文件并写入 XML 数据：方法是将原文档中 的数据读入到数组中，再重新写入该文件，最后添加新增节 点数据： str:=WriteExtFile（FileLocation^″tea11.xml″，″″ ^″\r″） Str0:=AppendExtFile（FileLocation^″tea11.xml″，″″^″\r″） Repeat with i:=1 to ChildCount Str1:=AppendExtFile（FileLocation^″tea11.xml″，″″） Str1:=AppendExtFile（FileLocation^″tea11.xml″，arr4[i]） Str1:=AppendExtFile（FileLocation^″tea11.xml″，″″^″\r″） 收稿日期：2007- 10- 06 * 杨峰 河南师范大学通信工程专业学生（新乡 453007）。 · 46 · 化的数字调制，是最早出现的也是最简单的。抗噪声能力较 差，实际应用并不广泛，但可以作为其他调制方式的研究基 础。2ASK 信号的时域表达式为：e2ASK=bnbAcosω0t。式中 bn 为二进制数序列，当基带信号 an 为正电平时 bn 取“1”，当 基带信号 an 为负电平时 bn 取“0”，由 an 转化为 bn 的硬件 实现只需一个单向导通的二极管电路；A 为调制信号的幅 度；ω0 为调制信号的频率。显然，当基带信号为正电平（+ 1）时，2ASK 时域信号为一正弦波；当基带信号为负电平（- 1）时，2ASK 时域信号对应为“0”。正弦载波频率要比基带 End repeat Repeat with i:=1 to NewChildTotle Str1:=AppendExtFile（FileLocation^″tea11.xml″，″″） Str1:=AppendExtFile（FileLocation^″tea11.xml″，new4[I] ） Str1:=AppendExtFile（FileLocation^″tea11.xml″，″″^″\r″） End repeat Strn:=AppendExtFile（FileLocation^″tea11.xml″，″″^″\r″） 4 结束语 XML 可以提供对各种数据处理、构建、转换和查询技 术的访问，使得用户与应用程序之间数据交换更加容易； XML 是可扩展的且与平台无关的，完全采用 Unicode 支持 国际化，正逐渐成为数据传输的主要介质，这对于 AW 等应 用程序来说可以在远程不同平台上获取 XML 数据，从某种 意义上说也使得 AW 的跨平台操作成为可能。 参考文献 [1] 石明贵. authorware6 标准教程[M]. 北京：北京希望电子 出版社，2002- 03. [2] 宇风多媒体. authorware6 完全教程[M]. 北京：人民邮电 出版社，2002- 09. [3] 耿祥义. XML 基础教程[M]. 北京：清华大学出版社， 2006- 04. 

频率高的多得多，为了兼顾实际和视觉效果，在程序设计 中，使一个码元长度对应于正弦函数的五个周期，故设计程 序时频率设计为 ω0=5* 1/N_sample* 2π。 1.2.2 2FSK 调制 2FSK 是正弦载波的频率，随基带信号的变化而变化的 数字调制，时域表达式为：an=1 时，e2FSK=a* cosω1t；an=1 时 e2FSK=a* cosω2t。程序中设定基带信号为正电平时，对应于 高频正弦载波，基带信号为负电平时对应低频正弦载波。 同时考虑波形显示的实际性和简易性，设定“1”对应载波 10 个周期，“- 1”对应载波 5 个周期，故表达式中参数设置 为：ω1=10* 1/N_sample* 2π* 2，ω2=5;1/N_sample* 2π。 1.2.3 2PSK 调制 2PSK 是利用载波相位变化来传输信息的，通常用 0° 或 180°来表示基带信号的两种状态，时域表达式为： an=1 时，e2PSK=an* cosω0t，an=- 1 时，e2PSK=an* cos（ω0t+π）， 同样设定载波频率 ω0=5* 1/N_sample* 2π。 2 频谱分析 2.1 频谱计算 MATLAB 中的自带快速傅里叶变换函数 fft 为信号的 频谱分析提供了方便，其调用格式为：Y = fft（X），其中 X 为时域信号序列，Y 是 X 经过快速傅里叶变换后的序列。Y 值相当于序列傅里叶变换在 0- 2π 上的 N 个抽样值，其中 N 为序列长度。在正常采样的情况下，序列 Y 的前半部与后 半部分所含信息相同，分析时只需取出 Y 序列前半部分。 2.2 频谱分析 数字基带信号，如计算机输出的二进制序列，或来自模 拟信号经数字化处理后的 PCM 码组等。信号包含丰富的低 频分量及直流分量，不适合长距离传输。为达到通信的目 的，必须将低频的基带信号搬移到高频处，调制目的是实现 信号的搬移，以适合信道中的长距离传输。 3 程序实现 3.1 双极性非归零电平码的可视化 双极性非归零电平码（Bipolar NRZ- L）可视化程序设 计方法为：每一个码元显示由一定数目的“0”或“1”组成， 如绘制[0 1]序列，设置密集度为 5 的话，则 plot 命令绘制图 形参数为[- 1 - 1 - 1 - 1 - 1 1 1 1 1 1]。 function A=B_NRZ_L（a,N_sample） %双极性非归零电平码的可视化 %a 为原码，N_sample 为抽样点数 n=length（a）V b=find（a==0）V a（b）=- 1V pA=ones（1,N_sample）V for i=1:n A（N_sample;（i- 1）+1:i;N_sample）=a（i）;pAV end mm=N_sample;nVt=1:mmV subplot（211）VH1=plot（t,A）V set（H1,'Linewidth' ,2） axis（[0 mm - 3.2 3.2]） title（' 双极性非归零电平码显示 ' ,'FontSize' ,8.0） B=fft（A）Vnn=length（B）V subplot（212） H2=plot（1:nn/2,abs（B（1:nn/2）））V title（' 基带信号频谱显示 ' ,'FontSize' ,8.0） 3.2 信号调制的程序实现 根据调制原理，将集中调制方式集成到一个函数中： function p_2afpsk=m_2AFPSK（A,N_sample,choice） %2ASK,2FSK,2PSK 调制集成 %A 原码经 B_NRZ_L 函数处理后 的 返 回 值 ，N_sample 是 抽 样 点 数，choice 是调制选择， %1 代表 2ASK，2 代表 2FSK，3 代表 2PSK % p_2afpsk 为已调信号 n=length（A）/N_sampleV mm=length（A）V t=1:mmV if（choice==1） p_2afpsk=（A+1）/2.;sin（1/N_sample;2;5;pi;t）V %（A+1）/2 作用是将 A 变成 01 序列 elseif（choice==2） p_2afpsk=sin（1/N_sample;5;2;pi;（（（3+A）/2）.;t））V %（3+A）/2）作用是使得 1 对 elseif（choice==3） loc=find（A==- 1）V A（loc）=0V B=ones（1,mm）V p_2afpsk=sin（1/N_sample;5;2;pi;t+（A+B）;pi）V %使得相位作相应变化 end subplot（211） H1=plot（t,p_2afpsk,'b' ）V set（H1,'MarkerSize' ,4,'linewidth' ,1）V axis（[- 10 mm+10 - 2 2]）V title（' 调制信号波形显示 ' ,'FontSize' ,8.0）V B=fft（p_2afpsk）V nn=length（B）V subplot（212） H2=plot（1:nn/2,abs（B（1:nn/2）））V title（' 调制信号频谱显示 ' ,'FontSize' ,8.0） 4 结束语 运用 MATLAB 语言实现了数字信号调制的模拟，并得 到基带信号和已调信号的频谱结构，所得的程序集成了时 域波形显示以及频谱显示。 参考文献 [1] 魏更宇，等. 通信导论[M]. 北京：北京邮电出版社，2005 - 01：41- 51. [2] 张肃文. 高频电子线路[M]. 北京：高等教育出版社，20- 04- 11：457- 471. [3] 孙祥，等. MATLAB7.0 基础教程[M]. 北京：清华大学出 版社，2005- 01：224- 325. · 47 ·