基于MATLAB的模拟信号数字化系统的研究与仿真设计

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1、.....基于MATLAB的模拟信号数字化系统的研究与仿真学习参考.....摘要本文研究的主要内容是《通信原理》仿真实验平台的设计与实现---模拟信号数字化Matlab软件仿真。若信源输出的是模拟信号，如电话传送的话音信号，模拟摄像机输出的图像信号等，若使其在数字信道中传输，必须在发送端将模拟信号转换成数字信号，即进行A/D变换，在接收端则要进行D/A变换。模拟信号数字化由抽样、量化、编码三部分组成。由于数字信号的传送具有稳定性好，可靠性高，方便传送和传送等诸多优点，使得被广泛应用到各种技术中。不仅如此，Matlab仿真软件

2、是常用的工具之一，可用于通信系统的设计和仿真。在科研教学方面发挥着重要的作用。Matlab有诸多优点，编程简单、操作容易、处理数据迅速等。本文主要阐述的是模拟信号数字化的理论基础和实现方法。利用Matlab提供的可视化工具建立了数字化系统的仿真模型，详细讲述了抽样、量化、编码的设计，并指出了在仿真建模中要注意的问题。在给定的仿真条件下，运行了仿真程序，得到了预期的仿真结果。关键词：Matlab、模拟信号数字化、仿真绪论1837年，莫尔斯完成了电报系统，此系统于1844年在华盛顿和巴尔迪摩尔之间试运营，这可认为是电信或者远程通

3、信，也就是数字通信的开始。学习参考.....数字化可从脉冲编码调制开始说起。1937年里夫提出用脉冲编码调制对语声信号编码，这种方法优点很多。例如易于加密，不像模拟传输那样有噪声积累等。但在当代代价太大，无法实用化；在第二次世界大战期间，美军曾开发并使用24路PCM系统，取得优良的保密效果。但在商业上应用还要等到20世纪70年代。才能取代当时普遍采用的载波系统。我国70代初期决定采用30路的一次群标准，80年代初步引入商用，并开始了通信数字化的方向。数字化的另一个动向是计算机通信的发展。随着计算机能力的强大，并日益被利用，计

4、算机之间的信息共享成为进一步扩大其效能的必需。60年代对此进行了很多研究，其结果表现在1972年投入使用的阿巴网。由此可见，通信系统中的信息传输已经基本数字化。在广播系统中，当前还是以模拟方式为主，但数字化的趋向也已经明显，为了改进质量，数字声频广播和数字电视广播已经提前到日程上来，21世纪已经逐步取代模拟系统。尤为甚者，设备的数字化，更是日新月异。近年来提出的软件无线电技术，试图在射频进行模数，把调制解调和锁相等模拟运算全部数字化，这使设备超小型化并具有多种功能，所以数字化进程还在发展。第一章基本原理模拟信号的数字传输是指

5、把模拟信号先变换为数字信号后，再进行传输。由于与模拟传输相比，数字传输有着众多优点，因而此技术越来越受到重视。此变化成为A/D变换。A/D变换是把模拟基带信号变换喂数字基带信号，尽管后者的带宽会比前者大得很多，但本质上仍属于基带信号。这种传输可直接采用基带传输，或经过熟悉调制后再做频带传输。A/D变化包括抽样、量化、编码三个步骤，如图。编码量化m(t)m(KTs)mq(KTs)s(t)抽样学习参考.....图1-1模拟信号数字化流程图图中，抽样完成时间离散量化过程，所得m（KTs）为PAM信号；量化完成复制离散化过程，所得m

6、q(kTs)为多电平PAM信号；编码完成多进制到二进制的变化过程，所得s(t)是二进制编码信号。1.1抽样所谓抽样，就是对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号，该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息，也就是说能无失真的恢复原模拟信号。抽样的抽样速率下限是由抽样定理确定的。抽样包括两种情况：低通型连续信号抽样、带通型连续信号抽样。1.1.1低通型连续信号的抽样定理内容：抽样定理在时域上可以表述为：对于一个频带限制在（0，fH）Hz内的时间连续信号f(t),如果以Ts≤1/(2fH)秒间隔对其进

7、行等间隔抽样，则f（t）将被所得到的抽样值完全确定。模拟信号的抽样过程如下图。图1-2模拟信号抽样的过程示意图下图分析可知模拟信号抽样过程中各个信号的波形与频谱。学习参考.....图1-3抽样过程中的信号波形与频谱以下为两种情况下的频谱分析结果。但抽样频率小于奈奎斯特频率时，即如果ws<2wH，则抽样后信号的频谱在相邻的周期内发生混叠，如图所示：当抽样频率大于或等于奈奎斯特频率时，接收端回复出来的信号才与原信号基本一致。学习参考.....图1-4两种情况下的抽样信号频谱分析应该注意的一点是：抽样频率并不是越高越好。只要能满足

8、抽样频率大于奈奎斯特频率，并留有一定的防卫带即可。1.1.2带通信号的抽样定理实际中遇到的许多信号时带通型信号，模拟信号的频道限制在fL～fH之间，fL为信号最低频率，fH为最高频率。而且当fH>B，其中B=fH-fL时，该信号通常被成为带通型信号，其中B为带通信号的频带。对于带通信号，如