В большинстве средств связи для передачи доступен только фиксированный диапазон частот. Один из способов передачи сигнала сообщения, частотный спектр которого не попадает в этот фиксированный частотный диапазон, или тот, который в противном случае непригоден для канала, состоит в изменении передаваемого сигнала в соответствии с информацией в сигнале сообщения. Это изменение называется модуляцией, и это модулированный сигнал, который вы передаете. Затем приемник восстанавливает исходный сигнал посредством процесса, называемого демодуляцией. В этом разделе описывается, как модулировать и демодулировать аналоговые сигналы с помощью блоков.
Откройте библиотеку модуляции, дважды щелкнув ее значок в главной библиотеке блоков Communications Toolbox™. Затем откройте поддиапазон Analog Passband, дважды щелкнув его значок в библиотеке Modulation.
На следующем рисунке показаны методы модуляции, поддерживаемые Communications Toolbox для аналоговых сигналов. Как следует из рисунка, некоторые категории методов включают в себя названные особые случаи.
Для данного способа модуляции два способа моделирования методов модуляции называются основной полосой частот и полосой пропускания. Данный продукт поддерживает моделирование полосы пропускания для аналоговой модуляции.
Блоки модуляции и демодуляции также позволяют управлять такими характеристиками, как начальная фаза модулированного сигнала и фильтрация после демодуляции.
Блоки аналоговой модуляции в этом продукте обрабатывают только скалярные сигналы на основе выборки. Вход и выход аналогового модулятора и демодулятора являются реальными сигналами.
Все аналоговые демодуляторы в этом продукте выдают дискретный, а не непрерывный выходной сигнал.
Чтобы модулировать аналоговый сигнал с помощью MATLAB ®, начните с реального сигнала сообщения и частоты дискретизацииFs в герцах. Представление сигнала с помощью вектора x, записи которых дают значения сигнала в приращениях по времени 1/Fs. В качестве альтернативы можно использовать матрицу для представления многоканального сигнала, где каждый столбец матрицы представляет один канал.
Например, если t измеряет время в секундах, затем вектор x ниже приведен результат выборки синусоидальной волны 8000 раз в секунду в течение 0,1 секунды. Вектор y представляет модулированный сигнал.
Fs = 8000; % Sampling rate is 8000 samples per second. Fc = 300; % Carrier frequency in Hz t = [0:.1*Fs]'/Fs; % Sampling times for .1 second x = sin(20*pi*t); % Representation of the signal y = ammod(x,Fc,Fs); % Modulate x to produce y. figure; subplot(2,1,1); plot(t,x); % Plot x on top. subplot(2,1,2); plot(t,y)% Plot y below.
В качестве многоканального примера код ниже определяет двухканальный сигнал, в котором один канал является синусоидой с нулевой начальной фазой, а второй канал является синусоидой с начальной фазой pi/8.
Fs = 8000; t = [0:.1*Fs]'/Fs; x = [sin(20*pi*t), sin(20*pi*t+pi/8)];
Этот пример иллюстрирует основной формат функций аналоговой модуляции и демодуляции. Хотя в примере используется фазовая модуляция, большинство элементов этого примера также применимы к другим способам аналоговой модуляции.
Пример выполняет выборку аналогового сигнала и модулирует его. Затем имитирует аддитивный канал белого гауссова шума (AWGN), демодулирует принятый сигнал и строит график исходных и демодулированных сигналов.
% Prepare to sample a signal for two seconds, % at a rate of 100 samples per second. Fs = 100; % Sampling rate t = [0:2*Fs+1]'/Fs; % Time points for sampling % Create the signal, a sum of sinusoids. x = sin(2*pi*t) + sin(4*pi*t); Fc = 10; % Carrier frequency in modulation phasedev = pi/2; % Phase deviation for phase modulation y = pmmod(x,Fc,Fs,phasedev); % Modulate. y = awgn(y,10,'measured',103); % Add noise. z = pmdemod(y,Fc,Fs,phasedev); % Demodulate. % Plot the original and recovered signals. figure; plot(t,x,'k-',t,z,'g-'); legend('Original signal','Recovered signal');
Другие примеры, использующие функции аналоговой модуляции, отображаются на ссылочных страницах для ammod, amdemod, ssbdemod, и fmmod.
Правильное моделирование аналоговой модуляции требует выполнения критерия Найквиста с учетом полосы пропускания сигнала.
В частности, частота дискретизации системы должна быть больше, чем в два раза больше суммы несущей частоты и полосы пропускания сигнала.
После демодуляции может потребоваться фильтрация сигнала несущей. Конкретный используемый фильтр, например, butter, cheby1, cheby2, и ellip, может быть выбрана на маске блока демодулятора. Различные методы фильтрации имеют различные свойства, и вам, возможно, потребуется протестировать приложение с помощью нескольких фильтров, прежде чем решать, какой из них наиболее подходит.
Во многих ситуациях подходящая частота отсечки равна половине несущей частоты. Поскольку несущая частота должна быть выше полосы пропускания сигнала сообщения, частота отсечки, выбранная таким образом, надлежащим образом отфильтровывает нежелательные частотные компоненты. Если частота отсечения слишком высока, нежелательные компоненты не могут быть отфильтрованы. Если частота отсечки слишком мала, она может сузить полосу пропускания сигнала сообщения.
Следующий пример модулирует сигнал пилообразного сообщения, демодулирует результирующий сигнал с помощью фильтра Баттерворта и строит график исходных и восстановленных сигналов. Фильтр Баттерворта реализован в блоке полосы пропускания демодулятора SSB AM.
Чтобы открыть эту модель, введите doc_filtercutoffs в командной строке MATLAB.
В этом примере генерируются следующие выходные данные:
Всегда существует задержка между демодулированным сигналом и исходным принятым сигналом. И порядок фильтра, и параметры фильтра непосредственно влияют на длительность этой задержки.
Другие отсечки фильтра. Чтобы увидеть эффект фильтра нижних частот с более высокой частотой отсечения, установите частоту отсечки блока полосы пропускания демодулятора SSB AM в значение 49и запустите моделирование еще раз. Новый результат показан ниже. Более высокая частота отсечки позволяет сигналу несущей создавать помехи демодулированному сигналу.
Чтобы увидеть эффект фильтра нижних частот с более низкой частотой отсечения, установите частоту отсечки блока полосы пропускания демодулятора SSB AM в значение 4и запустите моделирование еще раз. Новый результат показан на следующем рисунке. Нижняя частота отсечки сужает полосу пропускания демодулированного сигнала.
