角度調(diào)制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與仿真課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　《通信原理》</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 角度調(diào)制系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì) </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū) </p>

2、<p>　　專(zhuān)業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 班級(jí)： 11級(jí)1班 </p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　FM在通信系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用于高保真音樂(lè)廣播、電視伴音信號(hào)的傳輸、衛(wèi)星通信和蜂窩電話(huà)系統(tǒng)等。 </p><p>　　本設(shè)計(jì)主要是利用MATLAB

3、集成環(huán)境下的M文件，編寫(xiě)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)FM調(diào)制與解調(diào)過(guò)程，并分別繪制出基帶信號(hào)，載波信號(hào)，已調(diào)信號(hào)的時(shí)域波形；再進(jìn)一步分別繪制出對(duì)已調(diào)信號(hào)疊加噪聲后信號(hào)，相干解調(diào)后信號(hào)和解調(diào)基帶信號(hào)的時(shí)域波形；最后繪出FM基帶信號(hào)通過(guò)上述信道和調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)后的誤碼率與信噪比的關(guān)系，并通過(guò)與理論結(jié)果波形對(duì)比來(lái)分析該仿真調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的正確性及噪聲對(duì)信號(hào)解調(diào)的影響。通過(guò)該課程設(shè)計(jì)，達(dá)到了實(shí)現(xiàn)FM信號(hào)通過(guò)噪聲信道，調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)的仿真目的。</p>

4、<p>　　關(guān)鍵詞： FM；調(diào)制；解調(diào)；噪聲</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1設(shè)計(jì)原理4</b></p><p>　　2設(shè)計(jì)方案及過(guò)程論述4</p><p>　　2.1 FM調(diào)制模型的建立5</p><p>　　

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

6、　4 心得體會(huì)10</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)11</b></p><p><b>　　附錄12</b></p><p><b>　　1設(shè)計(jì)原理</b></p><p>　　調(diào)制在通信系統(tǒng)中具有十分重要的作用。一方面，通過(guò)調(diào)制可以把基帶信號(hào)的

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

8、,頻譜結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化。</p><p>　　調(diào)制過(guò)程是一個(gè)頻譜搬移的過(guò)程，它是將低頻信號(hào)的頻譜搬移到載頻位置。而解調(diào)是將位于載頻的信號(hào)頻譜再搬回來(lái)，并且不失真地恢復(fù)出原始基帶信號(hào)。在本仿真的過(guò)程中我們選擇用非相干解調(diào)方法進(jìn)行解調(diào)。</p><p>　　信號(hào)在信道中傳輸?shù)倪^(guò)程總會(huì)受到噪聲的干擾。在本仿真的過(guò)程中我們假設(shè)信道為高斯白噪聲信道。</p><p>　　2設(shè)計(jì)

9、方案及過(guò)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(gè)或多個(gè)目的地。對(duì)于任何一個(gè)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(diào)制模型的建立</p><p>　　圖2-2 FM調(diào)制模型</p>&

10、lt;p>　　其中，為基帶調(diào)制信號(hào)，設(shè)調(diào)制信號(hào)為</p><p><b>　?。?-1） </b></p><p><b>　　設(shè)正弦載波為</b></p><p><b>　?。?-2） </b></p><p>　　信號(hào)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(diào)制過(guò)程分析</b></p><p>　　在調(diào)制時(shí)，調(diào)制信號(hào)的頻率去控制載波的頻率的變化，載波的瞬時(shí)頻偏隨調(diào)制信號(hào)成正比例變化，即</p><p><b>　　（2-3）</b></p><p>　　式中，為調(diào)頻靈敏度（）。</p><p>&

12、lt;b>　　這時(shí)相位偏移為</b></p><p><b>　　（2-4）</b></p><p><b>　　則可得到調(diào)頻信號(hào)為</b></p><p><b>　?。?-5）</b></p><p><b>　　2.3調(diào)制過(guò)程仿真</b&

13、gt;</p><p>　　圖2-3 仿真時(shí)域圖</p><p>　　圖2-4 仿真頻譜圖</p><p>　　2.4FM解調(diào)模型的建立</p><p>　　調(diào)制信號(hào)的解調(diào)分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種。非相干解調(diào)不需同步信號(hào)，且對(duì)于NBFM信號(hào)和WBFM信號(hào)均適用，因此是FM系統(tǒng)的主要解調(diào)方式。在本仿真的過(guò)程中我們選擇用非相干解調(diào)方法進(jìn)行

14、解調(diào)。</p><p>　　圖2-5解調(diào)模型框圖</p><p>　　非相干解調(diào)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(diào)頻信號(hào)和噪聲，限幅器是為了消除接收信號(hào)在幅度上可能出現(xiàn)的畸變；帶通濾波器的作用是用來(lái)限制帶外噪聲，使調(diào)頻信號(hào)順利通過(guò)。鑒頻器中的微分器把調(diào)頻信號(hào)變成調(diào)幅調(diào)頻波，然后由包絡(luò)檢波器檢出包絡(luò)，最后通過(guò)低通濾波器取出調(diào)制信號(hào)。</p><

15、;p><b>　　2.5解調(diào)過(guò)程分析</b></p><p><b>　　設(shè)輸入調(diào)頻信號(hào)為</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　微分器的作用是把調(diào)頻信號(hào)變成調(diào)幅調(diào)頻波。微分器輸出為</p><p><b>　?。?-7）&

16、lt;/b></p><p>　　包絡(luò)檢波的作用是從輸出信號(hào)的幅度變化中檢出調(diào)制信號(hào)。包絡(luò)檢波器輸出為</p><p><b>　　（2-8）</b></p><p>　　稱(chēng)為鑒頻靈敏度（），是已調(diào)信號(hào)單位頻偏對(duì)應(yīng)的調(diào)制信號(hào)的幅度，經(jīng)低通濾波器后加隔直流電容，隔除無(wú)用的直流，得</p><p><b>　

17、?。?-9）</b></p><p><b>　　2.6解調(diào)過(guò)程仿真</b></p><p><b>　　圖2-6解調(diào)仿真圖</b></p><p>　　3 調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能分析</p><p>　　調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)有相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種。相干解調(diào)僅適用于窄帶調(diào)頻信號(hào)，且需同步信

18、號(hào)；而非相干解調(diào)適用于窄帶和寬帶調(diào)頻信號(hào)，而且不需同步信號(hào)，因而是FM系統(tǒng)的主要解調(diào)方式，所以這里僅僅討論非相干解調(diào)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(diào)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(hào)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(guò)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(hào)在

19、幅度上可能出現(xiàn)的畸變。</p><p><b>　　設(shè)調(diào)頻信號(hào)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>　?。?-4）</b></p><p>　　在大信噪比條件下，信號(hào)和噪聲的相互作用可以忽

21、略，這時(shí)可以把信號(hào)和噪聲分開(kāi)來(lái)算，這里，我們可以得到解調(diào)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(diào)頻器靈敏度，為調(diào)制信號(hào)的最高頻率，為噪聲單邊功率譜密度。</p><p>　　我們?nèi)缛艨紤]為單一頻率余弦波時(shí)的情況，可得到解調(diào)器的制度增益為</p><p&g

22、t;<b>　　（3-6）</b></p><p>　　考慮在寬帶調(diào)頻時(shí)，信號(hào)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(shí)寬帶調(diào)頻系統(tǒng)的信噪比增益是很高的，它與調(diào)頻指數(shù)的立方成正比?？梢?jiàn)，加大調(diào)頻指數(shù)，可使調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能迅速改善。</p><p><b>　　4 心得體會(huì)</b></p><p>　　回顧此次通信原理課程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)

24、與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從實(shí)踐中得出結(jié)論，才能真正學(xué)有所用，通過(guò)本次的設(shè)計(jì)提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，深深體會(huì)到自己對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。以后有時(shí)間一定把以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)重新溫故。 </p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 高峰.單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù).

25、科學(xué)出版社，2007</p><p>　　[2] 樊昌信.通信原理（第六版）.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2006</p><p>　　[3] 羅軍輝.MATLAB7.0在數(shù)字信號(hào)處理中的應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[4] 劉衛(wèi)國(guó).MATLAB程序設(shè)計(jì)教程.北京：中國(guó)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(diào)頻信號(hào)的平均功率等于未調(diào)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(diào)頻指數(shù)</p><p>　　wm=2*pi;%調(diào)制信號(hào)的角頻率</p><p>　　Am=1;%調(diào)制信號(hào)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(diào)制信號(hào)表達(dá)式</p><p><b>　　fi

29、gure(1)</b></p><p>　　subplot(3,1,1);</p><p>　　plot(t,mt);%繪制調(diào)制信號(hào)的時(shí)域圖</p><p>　　Xlabel('時(shí)間t');title('調(diào)制信號(hào)時(shí)域圖');</p><p>　　ct=A*cos(wc*t);%載波表達(dá)式</p

30、><p>　　subplot(3,1,2);</p><p>　　plot(t,ct);%%繪制載波信號(hào)的時(shí)域圖</p><p>　　xlabel('時(shí)間t');title('載波的時(shí)域圖')</p><p>　　int_mt(1)=0 %FM調(diào)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(hào)表達(dá)式</p><p>　　subplot(3,1,3);</p>

32、<p>　　plot(t,sfm);%%繪制調(diào)頻信號(hào)的時(shí)域圖</p><p>　　Xlabel('時(shí)間t');title('調(diào)頻信號(hào)時(shí)域圖');</p><p>　　%%%%%***********已調(diào)信號(hào)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(diào)制信號(hào)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(diào)信號(hào)的頻譜圖');</p><p>　　%%%%%******************FM非線(xiàn)性解調(diào)***********************</p><p><b>　　figure(3)</b></p><p>　　%%%%%**********無(wú)噪聲條件下解調(diào)過(guò)程**************

38、</p><p>　　nsfm=sfm; %無(wú)噪聲輸入解調(diào)時(shí) </p><p>　　subplot(2,1,1);</p><p>　　plot(sfm);%%繪制調(diào)頻信號(hào)的時(shí)域圖</p><p>　　Xlabel('時(shí)間t');title('調(diào)頻信號(hào)時(shí)域圖');</p><p>

39、;　　for i=1:length(t)-1 %接受信號(hào)通過(guò)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(duì)值得到瞬時(shí)幅度（包絡(luò)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);