調頻廣播系統(tǒng)仿真設計-課程設計任務書

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文檔簡介

1、　　xx郵電大學　　課程設計任務書　　課程名稱調頻廣播系統(tǒng)仿真設計　　院系 　　專業(yè)班級 </

2、b>　　姓名 　　指導老師 　　目錄　　引言3<p&g

3、t;　　一．課程設計的目的與要求3　　1.1 課程設計的目的3　　1.2 課程設計的要求3　　二．FM調制解調系統(tǒng)設計3　　2.1 FM調制模型的建立4　　2.2 調制過程分析5<

4、p>　　2.3 FM解調模型的建立6　　2.4 解調過程分析7　　2.5 高斯白噪聲信道特性8　　2.6 調頻系統(tǒng)的抗噪聲性能分析11　　三．仿真實現(xiàn)12　　3.1

5、MATLAB源代碼13　　3.2 仿真結果17　　四．心得體會20　　五．參考文獻20　　引言　　一．

6、課程設計的目的與要求　?。?）掌握使用Matlab語言及其工具箱進行基本信號分析與處理的方法。 　　（2）用matlab和simulink設計一個通信系統(tǒng)，加深對通信原理基本原理和matlab應用技術的理解； 　?。?）提高和挖掘學生將所學知識與實際應用相結合的能力；

7、（4）培養(yǎng)學生的合作精神和獨立分析問題和解決問題的能力；　?。?）提高學生科技論文的寫作水平。 　　1.2 課程設計的要求　　要求能夠熟練應用MATLAB語言編寫基本的通信系統(tǒng)的應用程序，進行模擬調制系統(tǒng)，數(shù)字基帶信號的傳輸系統(tǒng)的建模、設計與仿真。　　二．FM調制解調

8、系統(tǒng)設計　　通信的目的是傳輸信息。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1所示）。　　圖1 通信系統(tǒng)一般模型　　信息源（簡稱信源）的作用是把各種信息轉換成原始信號。根據(jù)消息的種類不同信源分為模擬信源和數(shù)字信源。發(fā)送設備的作用

9、產(chǎn)生適合傳輸?shù)男盘枺词拱l(fā)送信號的特性和信道特性相匹配，具有抗噪聲的能力，并且具有足夠的功率滿足原距離傳輸?shù)男枨蟆?lt;/p>　　信息源和發(fā)送設備統(tǒng)稱為發(fā)送端。　　發(fā)送端將信息直接轉換得到的較低頻率的原始電信號稱為基帶信號。通?；鶐盘柌灰酥苯釉谛诺乐袀鬏敗Ｒ虼?，在通信系統(tǒng)的發(fā)送端需將基帶信號的頻譜搬移（調制）到適合信道傳輸?shù)念l率范圍內進行傳輸。這就是調制的過程。&

10、lt;/p>　　信號通過信道傳輸后，具有將信號放大和反變換功能的接收端將已調制的信號搬移（解調）到原來的頻率范圍，這就是解調的過程。　　信號在信道中傳輸?shù)倪^程總會受到噪聲的干擾，通信系統(tǒng)中沒有傳輸信號時也有噪聲，噪聲永遠存在于通信系統(tǒng)中。由于這樣的噪聲是疊加在信號上的，所以有時將其稱為加性噪聲。噪聲對于信號的傳輸是有害的，它能使模擬信號失真。在本仿真的過程中我們假設信

11、道為高斯白噪聲信道。　　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?？梢?，調制方式往往決定一個通信系統(tǒng)的性能。在本仿真

12、的過程中我們選擇用調頻調制方法進行調制。　　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。　　2.1 FM調制模型的建立　　圖2 FM調制模型&

13、lt;p>　　其中，為基帶調制信號，設調制信號為　　設正弦載波為　　信號傳輸信道為高斯白噪聲信道，其功率為。　　2.2 調制過程分析　　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&

14、lt;/p>　　式中，為調頻靈敏度（）。　　這時相位偏移為　　則可得到調頻信號為　　調制信號產(chǎn)生的M文件：　　dt=0.001;

15、 %設定時間步長　　t=0:dt:1.5; %產(chǎn)生時間向量　　am=15; %設定調制信號幅度←可更改　　fm=15;

16、 %設定調制信號頻率←可更改　　mt=am*cos(2*pi*fm*t); %生成調制信號　　fc=50; %設定載波頻率←可更改　　ct=co

17、s(2*pi*fc*t); %生成載波　　kf=10; %設定調頻指數(shù)　　int_mt(1)=0; %對mt進行積分　　for i=1:length(t)-1 &

18、lt;/p>　　int_mt(i+1)=int_mt(i)+mt(i)*dt;　　end 　　sfm=am*cos(2*pi*fc*t+2*pi*kf*int_mt); %調制，產(chǎn)生已調信號　　圖3 FM調制</b&

19、gt;　　2.3 FM解調模型的建立 　　調制信號的解調分為相干解調和非相干解調兩種。相干解調僅僅適用于窄帶調頻信號，且需同步信號，故應用范圍受限；而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解調。　　圖4 FM

20、解調模型　　非相干解調器由限幅器、鑒頻器和低通濾波器等組成，其方框圖如圖5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。　　2.4 解調過程分析</p&

21、gt;　　設輸入調頻信號為　　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　　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　　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

22、的直流，得　　微分器通過程序實現(xiàn)，代碼如下：　　for i=1:length(t)-1 %接受信號通過微分器處理　　diff_nsfm(i)=(nsfm(i+1)-nsfm(i))./dt;　　end</b&

23、gt;　　diff_nsfmn = abs(hilbert(diff_nsfm)); %hilbert變換，　　通過M文件繪制出兩種不同信噪比解調的輸出波形如下：　　圖5 FM解調　　2.5 高斯白噪聲信道特性<

24、/p>　　設正弦波通過加性高斯白噪聲信道后的信號為　　其中，白噪聲的取值的概率分布服從高斯分布。　　MATLAB本身自帶了標準高斯分布的內部函數(shù)。函數(shù)產(chǎn)生的隨機序列服從均值為，方差的高斯分布。　　正弦波通過加性高斯白噪聲信道后的信號為<b

25、>　　故其有用信號功率為　　噪聲功率為　　信噪比滿足公式　　則可得到公式　　我們可以通過這個公式方便的設置高斯白噪聲的方差。<

26、/p>　　在本仿真過程中，我們選擇了10db和30db兩種不同信噪比以示區(qū)別，其時域圖如圖7和圖8。　　圖6 無噪聲條件下已調信號的時域圖　　圖7 含小信噪比高斯白噪聲已調信號的時域圖　　圖8 含大信噪比高斯白噪聲已調信號的時域圖　　2.

27、6 調頻系統(tǒng)的抗噪聲性能分析　　從前面的分析可知，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9所示。 　　圖9 調頻系統(tǒng)抗噪聲性能分析模型

28、　　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幅度上可能出現(xiàn)的畸變。　　設調頻信號為　　故其輸入功率為<b

29、>　　輸入噪聲功率為　　因此輸入信噪比為　　在大信噪比條件下，信號和噪聲的相互作用可以忽略，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 　　上式中，為載波的振幅，為調頻器靈敏度，為調制信號的最高<

30、p>　　頻率，為噪聲單邊功率譜密度。　　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　　考慮在寬帶調頻時，信號帶寬為　　則可以得到　　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

31、比。可見，加大調頻指數(shù)，可使調頻系統(tǒng)的抗噪聲性能迅速改善。　　三．仿真實現(xiàn)　　圖10 程序流程圖　　3.1 MATLAB源代碼　　%FM調制解調系統(tǒng).m　　%頻率調制與解調的Matlab

32、演示源程序　　%可以任意改原調制信號函數(shù)m(t)　　%信息工程陳麗丹 07323202 　　%·*·*·*·*·*·*·*·*·*·*·*·*·*·*·*&#

33、183;　　%*****************初始化******************　　echo off 　　close all　　clear all　　clc<

34、;/p>　　%*****************************************　　%·*·*·*·*·*·*·*·*·*·*·*·*·*·*·*·

35、%****************FM調制*******************　　dt=0.001; %設定時間步長　　t=0:dt:1.5; %產(chǎn)生時間向量　　am=5;

36、 %設定調制信號幅度　　fm=5; %設定調制信號頻率　　mt=am*cos(2*pi*fm*t); %生成調制信號　　fc=50

37、; %設定載波頻率　　ct=cos(2*pi*fc*t); %生成載波　　kf=10; %設定調頻指數(shù)　　in

38、t_mt(1)=0;　　for i=1:length(t)-1 　　int_mt(i+1)=int_mt(i)+mt(i)*dt; %求信號m(t)的積分　　end %調制，產(chǎn)生已調信號</p&g

39、t;　　sfm=am*cos(2*pi*fc*t+2*pi*kf*int_mt); %調制信號　　%*****************************************　　%·*·*·*·*·*·*·*·*·

40、*·*·*·*·*·*·*·　　%*************添加高斯白噪聲**************　　sn1=10; %設定信躁比(小信噪比)　　sn2=30;

41、 %設定信躁比(大信噪比)　　sn=0; %設定信躁比(無信噪比)　　db=am^2/(2*(10^(sn/10))); %計算對應的高斯白躁聲的方差&

42、lt;p>　　n=sqrt(db)*randn(size(t)); %生成高斯白躁聲　　nsfm=n+sfm; %生成含高斯白躁聲的已調信號（信號通　　%過信道傳輸）

43、　　%*****************************************　　%·*·*·*·*·*·*·*·*·*·*·*·*·*·*·*·　　%****************F

44、M解調*******************　　for i=1:length(t)-1 %接受信號通過微分器處理　　diff_nsfm(i)=(nsfm(i+1)-nsfm(i))./dt;　　end

45、　　diff_nsfmn = abs(hilbert(diff_nsfm)); %hilbert變換，求絕對值得到瞬時幅度（包絡檢波）　　zero=(max(diff_nsfmn)-min(diff_nsfmn))/2;　　diff_nsfmn1=diff_nsfmn-zero;

46、%*****************************************　　%·*·*·*·*·*·*·*·*·*·*·*·*·*·*·*·　　%**************時域到頻域

47、轉換**************　　ts=0.001; %抽樣間隔　　fs=1/ts; %抽樣頻率　　df=0.25;

48、 %所需的頻率分辨率，用在求傅里葉變換　　%時，它表示FFT的最小頻率間隔　　%*****對調制信號m(t)求傅里葉變換*****　　m=am*cos(2*pi*fm*t); %原調信號

49、　　fs=1/ts;　　if nargin==2　　n1=0;　　else　　n1=fs/df;

50、　　end　　n2=length(m);　　n=2^(max(nextpow2(n1),nextpow2(n2)));　　M=fft(m,n);　　m=[m,zeros(1,n-n2)];

51、df1=fs/n; %以上程序是對調制后的信號u求傅里變換　　M=M/fs; %縮放，便于在頻鋪圖上整體觀察　　f=[0:df1:df1*(length(m)-1)]-fs/2; %時間向量

52、對應的頻率向量　　%************對已調信號u求傅里變換**********　　fs=1/ts;　　if nargin==2　　n1=0;<

53、;b>　　else　　n1=fs/df;　　end　　n2=length(sfm);　　n=2^(max(nextpow2(n1),nextpow2(n2)));<

54、/p>　　U=fft(sfm,n);　　u=[sfm,zeros(1,n-n2)];　　df1=fs/n; %以上是對已調信號u求傅里變換　　U=U/fs;

55、 %縮放　　%******************************************　　%*****************************************　　%·*·*·*·*·*·*·*·*&

56、#183;*·*·*·*·*·*·*·　　%***************顯示程序******************　　disp('按任意鍵可以看到原調制信號、載波信號和已調信號的曲線')　　pause<

57、;/b>　　%**************figure(1)******************　　figure(1)　　subplot(3,1,1);plot(t,mt); %繪制調制信號的時域圖<p&

58、gt;　　xlabel('時間t');　　title('調制信號的時域圖');　　subplot(3,1,2);plot(t,ct); %繪制載波的時域圖　　xlabel('時間t');　　t

59、itle('載波的時域圖');　　subplot(3,1,3);　　plot(t,sfm); %繪制已調信號的時域圖　　xlabel('時間t');　　title('已調信號的時域圖'

60、;);　　%******************************************　　disp('按任意鍵可以看到原調制信號和已調信號在頻域內的圖形')　　pause　　%************figu

61、re(2)*********************　　figure(2)　　subplot(2,1,1)　　plot(f,abs(fftshift(M))) %fftshift:將FFT中的DC分量移到頻譜中心

62、;　　xlabel('頻率f')　　title('原調制信號的頻譜圖')　　subplot(2,1,2)　　plot(f,abs(fftshift(U)))　　xlabel('頻率f')</p&g

63、t;　　title('已調信號的頻譜圖')　　%******************************************　　disp('按任意鍵可以看到原調制信號、無噪聲條件下已調信號和解調信號的曲線')　　pause</b

64、>　　%**************figure(3)******************　　figure(3)　　subplot(3,1,1);plot(t,mt); %繪制調制信號的時域圖

65、;　　xlabel('時間t');　　title('調制信號的時域圖');　　subplot(3,1,2);plot(t,sfm); %繪制已調信號的時域圖　　xlabel('時間t');　　t

66、itle('無噪聲條件下已調信號的時域圖');　　nsfm=sfm; 　　for i=1:length(t)-1 %接受信號通過微分器處理　　diff_nsfm(i)=(nsfm(i+1)

67、-nsfm(i))./dt;　　end　　diff_nsfmn = abs(hilbert(diff_nsfm)); %hilbert變換，求絕對值得到瞬時幅度（包絡檢波）　　zero=(max(diff_nsfmn)-min(diff_nsfmn))/2;</

68、p>　　diff_nsfmn1=diff_nsfmn-zero;　　subplot(3,1,3); %繪制無噪聲條件下解調信號的時域圖　　plot((1:length(diff_nsfmn1))./1000,diff_nsfmn1./400,'r');&l

69、t;/p>　　xlabel('時間t'); 　　title('無噪聲條件下解調信號的時域圖');　　%*****************************************　　disp(

70、9;按任意鍵可以看到原調制信號、小信噪比高斯白噪聲條件下已調信號和解調信號已調信號的曲線')　　pause　　%**************figure(4)******************　　figure(4)</p&

71、gt;　　subplot(3,1,1);plot(t,mt); %繪制調制信號的時域圖　　xlabel('時間t');　　title('調制信號的時域圖');　　db1=am^2/(2*(10^(sn1/10)));

72、 %計算對應的小信噪比高斯白躁聲的方差　　n1=sqrt(db1)*randn(size(t)); %生成高斯白躁聲　　nsfm1=n1+sfm; %生成含高斯白躁聲的已調信號（信號通&l

73、t;b>　　%過信道傳輸）　　for i=1:length(t)-1 %接受信號通過微分器處理　　diff_nsfm1(i)=(nsfm1(i+1)-nsfm1(i))./dt;　　end<

74、/p>　　diff_nsfmn1 = abs(hilbert(diff_nsfm1)); %hilbert變換，求絕對值得到瞬時幅度（包絡檢波）　　zero=(max(diff_nsfmn)-min(diff_nsfmn))/2;　　diff_nsfmn1=diff_nsfmn1-zero;<

75、p>　　subplot(3,1,2);　　plot(1:length(diff_nsfm),diff_nsfm); %繪制含小信噪比高斯白噪聲已調信號的時域圖　　xlabel('時間t');　　title('含小信噪比高斯白噪聲已調信號的時域圖');</p&g

76、t;　　subplot(3,1,3); %繪制含小信噪比高斯白噪聲解調信號的時域圖　　plot((1:length(diff_nsfmn1))./1000,diff_nsfmn1./400,'r');　　xlabel('時間t');

77、 　　title('含小信噪比高斯白噪聲解調信號的時域圖');　　%*****************************************　　disp('按任意鍵可以看到原調制信號、大信噪比高斯白噪聲條件下已調信號和解調信號已調信號的曲線')&

78、lt;/p>　　pause　　%**************figure(5)******************　　figure(5)　　subplot(3,1,1);plot(t,mt);

79、 %繪制調制信號的時域圖　　xlabel('時間t');　　title('調制信號的時域圖');　　db1=am^2/(2*(10^(sn2/10))); %計算對應的大信噪比高斯白躁聲的方差<

80、p>　　n1=sqrt(db1)*randn(size(t)); %生成高斯白躁聲　　nsfm1=n1+sfm; %生成含高斯白躁聲的已調信號（信號通　　過信道傳輸）　　fo

81、r i=1:length(t)-1 %接受信號通過微分器處理　　diff_nsfm1(i)=(nsfm1(i+1)-nsfm1(i))./dt;　　end　　diff_nsfmn1 = abs(hilbert(diff_

82、nsfm1)); %hilbert變換，求絕對值得到瞬時幅度（包　　%絡檢波）　　zero=(max(diff_nsfmn)-min(diff_nsfmn))/2;　　diff_nsfmn1=diff_nsfmn1-zero;&l

83、t;p>　　subplot(3,1,2);　　plot(1:length(diff_nsfm1),diff_nsfm1); %繪制含大信噪比高斯白噪聲已調信號　　%的時域圖　　xlabel('時間t');&

84、lt;p>　　title('含大信噪比高斯白噪聲已調信號的時域圖');　　subplot(3,1,3); %繪制含大信噪比高斯白噪聲解調信號　　%的時域圖　　plot((1:length(di

85、ff_nsfmn1))./1000,diff_nsfmn1./400,'r');　　xlabel('時間t'); 　　title('含大信噪比高斯白噪聲解調信號的時域圖');　　%****************

86、**結束*******************　　3.2 仿真結果　　四．心得體會　　課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程. 回顧起此次

87、通信原理課程設計，至今我仍感慨頗多，的確，從選題到定稿，從理論到實踐，在整整一星期的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學到很多很多的的東西，同時不僅可以鞏固了以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有學到過的知識。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與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問

88、題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固……通過這次課程設計之后，一定把以前所學過的知識重新溫故。這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多問題，最后在老師的辛勤指導下，同學的幫助下終于迎刃而解。在次我表示感謝！ 　　五．參考文獻<

眾賞文庫> 全部分類> 畢業(yè)設計

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