一、简介
1 绪论 调制：把消息信号寄托到载波的某个参数上，形成已调信号。 解调：调制的逆过程，从已调信号中恢复消息信号。
2 调制的目的 无线通信中，匹配信道特性，提高发射信号的频率，减小天线尺寸；频谱搬移，一条信道中同时传输多路信号，多路复用，提高信道利用率；扩展信号带宽，提高系统抗干扰能力；实现带宽与信噪比的互换（有效性和可靠性）；利用电话线将PC机接入Internet，需要翻译模/数信号。
3 调制的分类 3.1 涉及的信号 消息信号，又称调制信号、基带信号； 载波：运载工具，常用的是正弦波、脉冲序列； 已调信号：受调载波，载有消息信号的信息，具有多种形式。 3.2 可以从不同角度分类 按调制信号的类型：模拟调制/数字调制 按已调信号的频谱结构：线性调制/非线性调制 按正弦载波的受调参量：幅度调制/频率调制/相位调制 按载波信号的类型：连续波调制/脉冲调制
4 幅度调制 4.1 一般模型 （1）理论基础：傅里叶变换 （2）一般模型 幅度调制：消息信号控制正弦载波的幅度。 方法：用消息信号通过相乘器乘上载波信号，再通过带通滤波器（时域卷积滤波器特性）。 举例：AM、DSB、SSB、VSB。
4.2 常规双边带调幅AM t 域：已调信号的波形，调制/解调方法 f 域：已调信号的频谱，带宽B AM信号的包络正比于消息信号的规律，因此可以采用简单的**包络检波方法（非相干解调）**解调； 频谱由载波、上边带USB、下边带LSB组成。带宽BAM=2fH； 幅度调制又称为线性调制； 应用：中短波调幅广播。 缺点：功率利用率低，最多达到50%
4.3 抑制载波双边带DSB 频谱由上边带USB、下边带LSB组成，没有了载波分量。带宽BDSB=BAM=2fH； 调制效率可达100%。 采用相干解调： 方法：用消息信号通过想乘器乘上相干载波信号，再通过低通滤波器（时域卷积滤波器特性）。 要求：载波同步（相干载波和载波信号同频同相）
4.4 单边带调制SSB 只传输一个边带，频带利用率高。带宽BSSB=BAM/2=fH；在频谱拥挤的通信场合，如短波通信、多路载波电话系统。低功耗特性。使用于移动通信系统。 缺点：设备复杂，存在技术难点，需要相干解调。
4.5 残留边带调制VSB 残留边带滤波器特性：在载频处具有互补对称特性；介于单边带与双边带之间的方案。
5 角度调制 正弦载波有三个参量：幅度、频率、相位。都可以携带消息信号。 其中，频率（FM）和相位（PM）都称为角度调制。 频率调制（FM） 幅度恒定，对瞬时相位对t求微分，得到瞬时角频率。 调频的频谱由载频分量wc两侧的无数多对边频wc±nwm组成，其幅度取决于mf； 理论上，调频的带宽无穷大； 实际中，用卡森公式计算FM带宽：BFM=2(mf+1)fm。fm为调制信号的最高频率 FM调制为非线性调制。FM解调也称鉴频 ，采用微分电路+包络检波实现。 FM的特点和应用 特点：幅度不变，包络恒定。 优势：抗噪能力强； 代价：占用较大信道带宽，频谱利用率低； 应用：高质量或信道噪声大的场合。如卫星通信、移动通信、微波通信等。
6 抗噪声性能 性能指标：输出信噪比、制度增益 输入信噪比：Ni=n0B。n0是噪声的单边功率谱密度，B=2fH是带宽，是基带带宽的2倍。
AM DSB SSB VSB（幅度调制） 相干解调器：线性解调，信号和噪声可以分开处理。 双边带和单边带调制的抗噪声性能相同。 小信噪比时，信号被干扰为噪声，产生门限效应。原因是包络检波的非线性解调作用。 信噪比固定。 FM（角度调制） FM系统可以通过增加传输带宽来改善抗噪声性能（信噪比）。
总结 频谱利用率 SSB>VSB>DSB/AM>FM 抗噪声性能：FM>DSB/SSB>VSB>AM 设备复杂度：AM最简，DSB/FM次之，SSB最复杂
二、部分源代码
function varargout = digital_modulation(varargin)
%DIGITAL_MODULATION
% Begin initialization code - DO NOT EDIT
gui_Singleton = 1;
gui_State = struct('gui_Name', mfilename, ...
'gui_Singleton', gui_Singleton, ...
'gui_OpeningFcn', @digital_modulation_OpeningFcn, ...
'gui_OutputFcn', @digital_modulation_OutputFcn, ...
'gui_LayoutFcn', [] , ...
'gui_Callback', []);
if nargin && ischar(varargin{1})
gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1});
end
if nargout
[varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});
else
gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});
end
% End initialization code - DO NOT EDIT
% --- Executes just before digital_modulation is made visible.
function digital_modulation_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin)
% This function has no output args, see OutputFcn.
% hObject handle to figure
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
% varargin command line arguments to digital_modulation (see VARARGIN)
hold off;
axes(handles.axes1);
h=[1 1 0 1 0 0 1 1 1 0];
hold off;
bit=[];
for n=1:2:length(h)-1;
if h(n)==0 & h(n+1)==1
se=[zeros(1,50) ones(1,50)];
elseif h(n)==0 & h(n+1)==0
se=[zeros(1,50) zeros(1,50)];
elseif h(n)==1 & h(n+1)==0
se=[ones(1,50) zeros(1,50)];
elseif h(n)==1 & h(n+1)==1
se=[ones(1,50) ones(1,50)];
end
bit=[bit se];
end
plot(bit,'LineWidth',1.5);grid on;
axis([0 500 -1.5 1.5]);
%*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-
axes(handles.axes3)
hold off;
fc=30;
g=[1 1 0 1 0 0 1 1 1 0]; %modulante
n=1;
while n<=length(g)
if g(n)==0
tx=(n-1)*0.1:0.1/100:n*0.1;
p=(1)*sin(2*pi*fc*tx);
plot(tx,p,'LineWidth',1.5);grid on;
hold on;
else
tx=(n-1)*0.1:0.1/100:n*0.1;
p=(2)*sin(2*pi*fc*tx);
plot(tx,p,'LineWidth',1.5);grid on;
hold on;
end
n=n+1;
end
% Choose default command line output for digital_modulation
handles.output = hObject;
% Update handles structure
guidata(hObject, handles);
% UIWAIT makes digital_modulation wait for user response (see UIRESUME)
% uiwait(handles.figure1);
% --- Outputs from this function are returned to the command line.
function varargout = digital_modulation_OutputFcn(hObject, eventdata, handles)
% varargout cell array for returning output args (see VARARGOUT);
% hObject handle to figure
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
% Get default command line output from handles structure
varargout{1} = handles.output;
% --- Executes on button press in random.
function random_Callback(hObject, eventdata, handles)
% hObject handle to random (see GCBO)
% eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB
% handles structure with handles and user data (see GUIDATA)
a=round(rand(1,10)); %genarar bits aleatorios
ran=[a(1),a(2),a(3),a(4),a(5),a(6),a(7),a(8),a(9),a(10)];
set(handles.bit1,'String',ran(1));
set(handles.bit2,'String',ran(2));
set(handles.bit3,'String',ran(3));
set(handles.bit4,'String',ran(4));
set(handles.bit5,'String',ran(5));
set(handles.bit6,'String',ran(6));
set(handles.bit7,'String',ran(7));
set(handles.bit8,'String',ran(8));
set(handles.bit9,'String',ran(9));
set(handles.bit10,'String',ran(10));
%*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*
handles.bits=ran;
h=handles.bits;
axes(handles.axes1)
hold off;
bit=[];
for n=1:2:length(h)-1;
if h(n)==0 & h(n+1)==1
se=[zeros(1,50) ones(1,50)];
elseif h(n)==0 & h(n+1)==0
se=[zeros(1,50) zeros(1,50)];
elseif h(n)==1 & h(n+1)==0
se=[ones(1,50) zeros(1,50)];
elseif h(n)==1 & h(n+1)==1
se=[ones(1,50) ones(1,50)];
end
bit=[bit se];
end
plot(bit,'LineWidth',1.5);grid on;
axis([0 500 -1.5 1.5]);
%*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-
hold off;
axes(handles.axes3);
cod=get(handles.select_mod,'Value');
switch cod
%*-*-*-*Modulation ASK*-*-*-*-*-*-*-*-*
case 1
hold off;
axes(handles.axes3)
fc=30;
g=handles.bits; %modulante
n=1;
while n<=length(g)
if g(n)==0
tx=(n-1)*0.1:0.1/100:n*0.1;
p=(1)*sin(2*pi*fc*tx);
plot(tx,p,'LineWidth',1.5);grid on;
hold on;
% axis([0 n*2/fc -3 3]);
else
tx=(n-1)*0.1:0.1/100:n*0.1;
p=(2)*sin(2*pi*fc*tx);
plot(tx,p,'LineWidth',1.5);grid on;
hold on;
end
n=n+1;
end
%*-*-*-*-*-*-*-Modulation OOK*-*-*-*-*-*-*-*-*-
case 2
hold off;
axes(handles.axes3);
t=0:0.001:1;
m=1;
fc=30;
g=handles.bits; %modulante
n=1;
while n<=length(g)
tx=(n-1)*1/length(g):0.001:n*1/length(g);
p=(g(n))*sin(2*pi*fc*tx);
plot(tx,p,'LineWidth',1.5);
hold on;
axis([0 (n)*1/length(g) -1.5 1.5]);
grid on;
n=n+1;
end
%*-*-*-*-*-*-*-Modulation BPSK*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-*-
case 3
axes(handles.axes3)
hold off;
g=handles.bits;
fc=10;
n=1;
while n<=length(g)
if g(n)==0 %0 is -1
tx=(n-1)*0.1:0.1/100:n*0.1;
p=(-1)*sin(2*pi*fc*tx);
plot(tx,p,'LineWidth',1.5);grid on;
hold on;
else
tx=(n-1)*0.1:0.1/100:n*0.1;
p=(1)*sin(2*pi*fc*tx);
plot(tx,p,'LineWidth',1.5);grid on;
hold on;
end
n=n+1;
end
复制代码三、运行结果
四、matlab版本及参考文献
1 matlab版本 2014a
2 参考文献 [1] 沈再阳.精通MATLAB信号处理[M].清华大学出版社，2015. [2]高宝建,彭进业,王琳,潘建寿.信号与系统——使用MATLAB分析与实现[M].清华大学出版社，2020. [3]王文光,魏少明,任欣.信号处理与系统分析的MATLAB实现[M].电子工业出版社，2018.