角度調制系統(tǒng)設計與仿真課程設計

1、<p><b>　　《通信原理》</b></p><p><b>　　課程設計報告書</b></p><p>　　設計題目： 角度調制系統(tǒng)仿真設計 </p><p>　　專 業(yè)： 電子信息科學與技術 </p><p>　　課程設計任務書 </p>

2、<p>　　專業(yè)： 電子信息科學與技術 班級： 11級1班 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　FM在通信系統(tǒng)中廣泛應用于高保真音樂廣播、電視伴音信號的傳輸、衛(wèi)星通信和蜂窩電話系統(tǒng)等。 </p><p>　　本設計主要是利用MATLAB

3、集成環(huán)境下的M文件，編寫程序來實現(xiàn)FM調制與解調過程，并分別繪制出基帶信號，載波信號，已調信號的時域波形；再進一步分別繪制出對已調信號疊加噪聲后信號，相干解調后信號和解調基帶信號的時域波形；最后繪出FM基帶信號通過上述信道和調制和解調系統(tǒng)后的誤碼率與信噪比的關系，并通過與理論結果波形對比來分析該仿真調制與解調系統(tǒng)的正確性及噪聲對信號解調的影響。通過該課程設計，達到了實現(xiàn)FM信號通過噪聲信道，調制和解調系統(tǒng)的仿真目的。</p>

4、<p>　　關鍵詞： FM；調制；解調；噪聲</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1設計原理4</b></p><p>　　2設計方案及過程論述4</p><p>　　2.1 FM調制模型的建立5</p><p>　　

5、2.2調制過程分析5</p><p>　　2.3調制過程仿真5</p><p>　　2.4FM解調模型的建立6</p><p>　　2.5解調過程分析7</p><p>　　2.6解調過程仿真7</p><p>　　3 調頻系統(tǒng)的抗噪聲性能分析7</p><p><b>　

6、　4 心得體會10</b></p><p><b>　　參考文獻11</b></p><p><b>　　附錄12</b></p><p><b>　　1設計原理</b></p><p>　　調制在通信系統(tǒng)中具有十分重要的作用。一方面，通過調制可以把基帶信號的

7、頻譜搬移到所希望的位置上去，從而將調制信號轉換成適合于信道傳輸或便于信道多路復用的已調信號。另一方面，通過調制可以提高信號通過信道傳輸時的抗干擾能力，同時，它還和傳輸效率有關。具體地講，不同的調制方式產(chǎn)生的已調信號的帶寬不同，因此調制影響傳輸帶寬的利用率。</p><p>　　角度調制是用調制信號去控制載波信號角度(頻率或相位)變化的一種信號變換方式,可以分為頻率調制(FM)和相位調制(PM)。信號經(jīng)過角度調制后

8、,頻譜結構將發(fā)生變化。</p><p>　　調制過程是一個頻譜搬移的過程，它是將低頻信號的頻譜搬移到載頻位置。而解調是將位于載頻的信號頻譜再搬回來，并且不失真地恢復出原始基帶信號。在本仿真的過程中我們選擇用非相干解調方法進行解調。</p><p>　　信號在信道中傳輸?shù)倪^程總會受到噪聲的干擾。在本仿真的過程中我們假設信道為高斯白噪聲信道。</p><p>　　2設計

9、方案及過程論述</p><p>　　圖2-1 通信系統(tǒng)一般模型</p><p>　　通信系統(tǒng)的作用就是將信息從信息源發(fā)送到一個或多個目的地。對于任何一個通信系統(tǒng)，均可視為由發(fā)送端、信道和接收端三大部分組成（如圖2-1所示）。</p><p>　　2.1 FM調制模型的建立</p><p>　　圖2-2 FM調制模型</p>&

10、lt;p>　　其中，為基帶調制信號，設調制信號為</p><p><b>　?。?-1） </b></p><p><b>　　設正弦載波為</b></p><p><b>　　（2-2） </b></p><p>　　信號傳輸信道為高斯白噪聲信道，其功率為。&l

11、t;/p><p><b>　　2.2調制過程分析</b></p><p>　　在調制時，調制信號的頻率去控制載波的頻率的變化，載波的瞬時頻偏隨調制信號成正比例變化，即</p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　式中，為調頻靈敏度（）。</p><p>&

12、lt;b>　　這時相位偏移為</b></p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　　則可得到調頻信號為</b></p><p><b>　　（2-5）</b></p><p><b>　　2.3調制過程仿真</b&

13、gt;</p><p>　　圖2-3 仿真時域圖</p><p>　　圖2-4 仿真頻譜圖</p><p>　　2.4FM解調模型的建立</p><p>　　調制信號的解調分為相干解調和非相干解調兩種。非相干解調不需同步信號，且對于NBFM信號和WBFM信號均適用，因此是FM系統(tǒng)的主要解調方式。在本仿真的過程中我們選擇用非相干解調方法進行

14、解調。</p><p>　　圖2-5解調模型框圖</p><p>　　非相干解調器由限幅器、鑒頻器和低通濾波器等組成，如圖所示。限幅器輸入為已調頻信號和噪聲，限幅器是為了消除接收信號在幅度上可能出現(xiàn)的畸變；帶通濾波器的作用是用來限制帶外噪聲，使調頻信號順利通過。鑒頻器中的微分器把調頻信號變成調幅調頻波，然后由包絡檢波器檢出包絡，最后通過低通濾波器取出調制信號。</p><

15、;p><b>　　2.5解調過程分析</b></p><p><b>　　設輸入調頻信號為</b></p><p><b>　　（2-6）</b></p><p>　　微分器的作用是把調頻信號變成調幅調頻波。微分器輸出為</p><p><b>　?。?-7）&

16、lt;/b></p><p>　　包絡檢波的作用是從輸出信號的幅度變化中檢出調制信號。包絡檢波器輸出為</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　稱為鑒頻靈敏度（），是已調信號單位頻偏對應的調制信號的幅度，經(jīng)低通濾波器后加隔直流電容，隔除無用的直流，得</p><p><b>　

17、?。?-9）</b></p><p><b>　　2.6解調過程仿真</b></p><p><b>　　圖2-6解調仿真圖</b></p><p>　　3 調頻系統(tǒng)的抗噪聲性能分析</p><p>　　調頻信號的解調有相干解調和非相干解調兩種。相干解調僅適用于窄帶調頻信號，且需同步信

18、號；而非相干解調適用于窄帶和寬帶調頻信號，而且不需同步信號，因而是FM系統(tǒng)的主要解調方式，所以這里僅僅討論非相干解調系統(tǒng)的抗噪聲性能，其分析模型如圖3-1所示。</p><p>　　圖3-1 調頻系統(tǒng)抗噪聲性能分析模型</p><p>　　圖中帶通濾波器的作用是抑制信號帶寬以外的噪聲。是均值為零，單邊功率譜密度為的高斯白噪聲，經(jīng)過帶通濾波器后變?yōu)檎瓗Ц咚乖肼?。限幅器是為了消除接收信號在

19、幅度上可能出現(xiàn)的畸變。</p><p><b>　　設調頻信號為</b></p><p><b>　?。?-1）</b></p><p><b>　　故其輸入功率為</b></p><p><b>　?。?-2）</b></p><p&

20、gt;<b>　　輸入噪聲功率為</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p><b>　　因此輸入信噪比為</b></p><p><b>　　（3-4）</b></p><p>　　在大信噪比條件下，信號和噪聲的相互作用可以忽

21、略，這時可以把信號和噪聲分開來算，這里，我們可以得到解調器的輸出信噪比 </p><p><b>　?。?-5）</b></p><p>　　上式中，為載波的振幅，為調頻器靈敏度，為調制信號的最高頻率，為噪聲單邊功率譜密度。</p><p>　　我們如若考慮為單一頻率余弦波時的情況，可得到解調器的制度增益為</p><p&g

22、t;<b>　?。?-6）</b></p><p>　　考慮在寬帶調頻時，信號帶寬為</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p><b>　　則可以得到</b></p><p><b>　　（3-8）</b></p>&l

23、t;p>　　可以看出，大信噪比時寬帶調頻系統(tǒng)的信噪比增益是很高的，它與調頻指數(shù)的立方成正比?？梢?，加大調頻指數(shù)，可使調頻系統(tǒng)的抗噪聲性能迅速改善。</p><p><b>　　4 心得體會</b></p><p>　　回顧此次通信原理課程設計，至今我仍感慨頗多，通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識

24、與實踐相結合起來，從實踐中得出結論，才能真正學有所用，通過本次的設計提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，深深體會到自己對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。以后有時間一定把以前所學過的知識重新溫故。 </p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　[1] 高峰.單片微型計算機原理與接口技術.

25、科學出版社，2007</p><p>　　[2] 樊昌信.通信原理（第六版）.北京：國防工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[3] 羅軍輝.MATLAB7.0在數(shù)字信號處理中的應用.北京：機械工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[4] 劉衛(wèi)國.MATLAB程序設計教程.北京：中國水利水電出版社，2010</p><p><b

26、>　　附錄</b></p><p><b>　　程序清單：</b></p><p><b>　　clear</b></p><p><b>　　clc</b></p><p>　　p=1;%載波平均功率為1W,調頻信號的平均功率等于未調載波的功率</p&

27、gt;<p>　　A=sqrt(2*p);%載波振幅</p><p>　　fc=10;%載波頻率</p><p>　　wc=2*pi*fc;%載波角頻率</p><p>　　Kf=20;%調頻指數(shù)</p><p>　　wm=2*pi;%調制信號的角頻率</p><p>　　Am=1;%調制信號的幅度<

28、;/p><p><b>　　t0=2;</b></p><p>　　t=(-t0/2):0.01:(t0/2);</p><p><b>　　dt=0.01;</b></p><p>　　mt=Am*cos(wm*t);%調制信號表達式</p><p><b>　　fi

29、gure(1)</b></p><p>　　subplot(3,1,1);</p><p>　　plot(t,mt);%繪制調制信號的時域圖</p><p>　　Xlabel('時間t');title('調制信號時域圖');</p><p>　　ct=A*cos(wc*t);%載波表達式</p

30、><p>　　subplot(3,1,2);</p><p>　　plot(t,ct);%%繪制載波信號的時域圖</p><p>　　xlabel('時間t');title('載波的時域圖')</p><p>　　int_mt(1)=0 %FM調制</p><p>　　for i=1:

31、length(t)-1</p><p>　　int_mt(i+1)=int_mt(i)+mt(i)*dt;</p><p><b>　　end</b></p><p>　　sfm=A*cos(wc*t+Kf*Am*int_mt);%FM信號表達式</p><p>　　subplot(3,1,3);</p>

32、<p>　　plot(t,sfm);%%繪制調頻信號的時域圖</p><p>　　Xlabel('時間t');title('調頻信號時域圖');</p><p>　　%%%%%***********已調信號的頻譜****************</p><p><b>　　figure(2)</b>&l

33、t;/p><p>　　mt1=fftshift(fft(mt)); %fftshift:將FFT中的DC分量移到頻譜中心</p><p>　　mt2=abs(mt1);</p><p>　　Mt=mt2.^2;</p><p><b>　　df=1/2;</b></p><p>　　L=lengt

34、h(mt1);</p><p>　　f=-L/2*df:df:L/2*df-df;</p><p>　　subplot(2,1,1)</p><p>　　plot(f,Mt) ; </p><p>　　xlabel('頻率f');</p><p>　　titl

35、e('原調制信號的頻譜圖');</p><p>　　sfm1=fftshift(fft(sfm)); %fftshift:將FFT中的DC分量移到頻譜中心</p><p>　　sfm2=abs(sfm1);</p><p>　　Smf=sfm2.^2;</p><p><b>　　df=1/2;</b>

36、;</p><p>　　L=length(sfm1);</p><p>　　f=-L/2*df:df:L/2*df-df;</p><p>　　subplot(2,1,2)</p><p>　　plot(f,Smf);</p><p>　　xlabel('頻率f');</p><p&

37、gt;　　title('已調信號的頻譜圖');</p><p>　　%%%%%******************FM非線性解調***********************</p><p><b>　　figure(3)</b></p><p>　　%%%%%**********無噪聲條件下解調過程**************

38、</p><p>　　nsfm=sfm; %無噪聲輸入解調時 </p><p>　　subplot(2,1,1);</p><p>　　plot(sfm);%%繪制調頻信號的時域圖</p><p>　　Xlabel('時間t');title('調頻信號時域圖');</p><p>

39、;　　for i=1:length(t)-1 %接受信號通過微分器處理</p><p>　　diff_nsfm(i)=(nsfm(i+1)-nsfm(i))./dt;</p><p><b>　　end</b></p><p>　　diff_nsfmn = abs(hilbert(diff_n

40、sfm)); %hilbert變換，求絕對值得到瞬時幅度（包絡檢波）</p><p>　　zero=(max(diff_nsfmn)-min(diff_nsfmn))/2;</p><p>　　diff_nsfmn1=diff_nsfmn-zero;</p><p>　　subplot(2,1,2);