角度调制系统仿真.docx

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角度调制系统仿真

通信原理课程设计报告书

课题名称

角度调制系统仿真

姓名

学号

院、系、部

电气系

专业

指导教师

康朝红

2012年6月12日

一、设计任务及要求：

设输入信号为m（t）=cos2*pi*t,载波中心频率fc=10Hz,调频器的压

控震荡系数为5H／V，载波平均功率为1W，画出该调频信号的波形，

调频信号的振幅谱，用鉴频器解调该调频信号，并与输入信号比较。

指导教师签名：

2012年月日

二、指导教师评语：

指导教师签名：

2012年月日

三、成绩

指导教师签名：

2012年月日

角度调制系统仿真

一、设计目的

掌握FM信号调制和解调基本原理。

通过ｍａｔｌａｂ仿真，加深对AM系统的理解；锻炼运用所学知识，独立分析问题、解决问题的综合能力。

二、设计要求

运用通信原理的基本理论和专业知识，对FM系统进行设计、仿真（仿真用程序实现），要求用程序画出调频信号波形，调频信号振幅谱，解调信号。

如：

设输入信号为m（t）=cos2*pi*t,载波中心频率fc=10Hz,调频器的压控震荡系数为5H／V，载波平均功率为1W，画出该调频信号的波形，调频信号的振幅谱，用鉴频器解调该调频信号，并与输入信号比较。

三、设计原理

通信的目的是传输信息。

通信系统的作用就是将信息从信息源发送到一个或多个目的地。

对于任何一个通信系统，均可视为由发送端、信道和接收端三大部分组成（如图1所示）。

图1通信系统一般模型

3.1FM调制模型的建立：

图2FM调制模型

其中，

为基带调制信号，设调制信号为

设正弦载波为

信号传输信道为高斯白噪声信道，其功率为

。

3.2调制过程分析：

在调制时，调制信号的频率去控制载波的频率的变化，载波的瞬时频偏随调制信号

成正比例变化，即

式中，

为调频灵敏度（

）。

这时相位偏移为

则可得到调频信号为

3.3FM解调模型的建立：

调制信号的解调分为相干解调和非相干解调两种。

相干解调仅仅适用于窄带调频信号，且需同步信号，故应用范围受限；而非相干解调不需同步信号，且对于NBFM信号和WBFM信号均适用，因此是FM系统的主要解调方式。

在本仿真的过程中我们选择用非相干解调方法进行解调。

非相干解调器由限幅器、鉴频器和低通滤波器等组成，其方框图如图5所示。

限幅器输入为已调频信号和噪声，限幅器是为了消除接收信号在幅度上可能出现的畸变；带通滤波器的作用是用来限制带外噪声，使调频信号顺利通过。

鉴频器中的微分器把调频信号变成调幅调频波，然后由包络检波器检出包络，最后通过低通滤波器取出调制信号。

3.4解调过程分析：

设输入调频信号为

微分器的作用是把调频信号变成调幅调频波。

微分器输出为

包络检波的作用是从输出信号的幅度变化中检出调制信号。

包络检波器输出为

称为鉴频灵敏度（

），是已调信号单位频偏对应的调制信号的幅度，经低通滤波器后加隔直流电容，隔除无用的直流，得

3.5高斯白噪声信道特性

设正弦波通过加性高斯白噪声信道后的信号为

其中，白噪声

的取值的概率分布服从高斯分布。

MATLAB本身自带了标准高斯分布的内部函数

。

函数产生的随机序列服从均值为

，方差

的高斯分布。

正弦波通过加性高斯白噪声信道后的信号为

故其有用信号功率为

噪声功率为

信噪比

满足公式

则可得到公式

我们可以通过这个公式方便的设置高斯白噪声的方差。

四、程序设计

clear

clc

p=1;%载波平均功率为1W,调频信号的平均功率等于未调载波的功率

A=sqrt（2*p）;%载波振幅

fc=10;%载波频率

wc=2*pi*fc;%载波角频率

Kf=20;%调频指数

wm=2*pi;%调制信号的角频率

Am=1;%调制信号的幅度

t0=2;

t=（-t0/2）:

0.01:

（t0/2）;

dt=0.01;

mt=Am*cos（wm*t）;%调制信号表达式

figure

（1）

subplot（3,1,1）;

plot（t,mt）;%绘制调制信号的时域图

Xlabel（'时间t'）;title（'调制信号时域图'）;

ct=A*cos（wc*t）;%载波表达式

subplot（3,1,2）;

plot（t,ct）;%绘制载波信号的时域图

xlabel（'时间t'）;title（'载波的时域图'）

int_mt

（1）=0%FM调制

fori=1:

length（t）-1

int_mt（i+1）=int_mt（i）+mt（i）*dt;

end

sfm=A*cos（wc*t+Kf*Am*int_mt）;%FM信号表达式

subplot（3,1,3）;

plot（t,sfm）;%绘制调频信号的时域图

Xlabel（'时间t'）;title（'调频信号时域图'）;

%***********已调信号的频谱****************

figure

（2）

mt1=fftshift（fft（mt））;%fftshift:

将FFT中的DC分量移到频谱中心

mt2=abs（mt1）;

Mt=mt2.^2;

df=1/2;

L=length（mt1）;

f=-L/2*df:

df:

L/2*df-df;

subplot（2,1,1）

plot（f,Mt）;

xlabel（'频率f'）;

title（'原调制信号的频谱图'）;

sfm1=fftshift（fft（sfm））;%fftshift:

将FFT中的DC分量移到频谱中心

sfm2=abs（sfm1）;

Smf=sfm2.^2;

df=1/2;

L=length（sfm1）;

f=-L/2*df:

df:

L/2*df-df;

subplot（2,1,2）

plot（f,Smf）;

xlabel（'频率f'）;

title（'已调信号的频谱图'）;

%******************FM非线性解调***********************

figure（3）

%**********无噪声条件下解调过程**************

nsfm=sfm;%无噪声输入解调时

subplot（3,2,1）;

plot（sfm）;%绘制调频信号的时域图

Xlabel（'时间t'）;title（'调频信号时域图'）;

fori=1:

length（t）-1%接受信号通过微分器处理

diff_nsfm（i）=（nsfm（i+1）-nsfm（i））./dt;

end

diff_nsfmn=abs（hilbert（diff_nsfm））;%hilbert变换，求绝对值得到瞬时幅度（包络检波）

zero=（max（diff_nsfmn）-min（diff_nsfmn））/2;

diff_nsfmn1=diff_nsfmn-zero;

subplot（3,2,2）;%绘制无噪声条件下解调信号的时域图

plot（diff_nsfmn1）;

xlabel（'时间t'）;

title（'无噪声条件下解调信号的时域图'）;

%*********含小信噪比高斯白噪声解调过程**********

sn1=10;%输入小信噪比（dB）

snr=10^（sn1/10）;

fangcha=（A^2）/（2*snr）;%由信躁比求方差

ni=sqrt（fangcha）.*randn（size（t））;%产生输入高斯白噪声

nsfm1=ni+sfm;%解调时输入信号

subplot（3,2,3）;

plot（nsfm1）;

Xlabel（'时间t'）;title（'含小信噪比高斯白噪声已调信号的时域图'）;

%FM非线性解调

nsfm1=ni+sfm;%生成含高斯白躁声的已调信号（信号通过信道传输）

fori=1:

length（nsfm1）-1

diff_nsmf（i）=（nsfm1（i+1）-nsfm1（i））./dt;

end

diff_nsmfn=abs（hilbert（diff_nsmf））;%hilbert变换，求绝对值得到瞬时幅度（包络检波）

zero=（max（diff_nsmfn）-min（diff_nsmfn））/2;

diff_nsmfn1=diff_nsmfn-zero;

subplot（3,2,4）;

plot（diff_nsmfn1）;%绘制解调后信号输出幅度谱

Xlabel（'时间t'）;

title（'含小信噪比高斯白噪声解调信号的时域图'）;

%**********含大信噪比高斯白噪声解调过程*************

sn2=30;%输入大信噪比（dB）

snr=10^（sn2/10）;

fangcha=（A^2）/（2*snr）;%由信躁比求方差

ni=sqrt（fangcha）.*randn（size（t））;%产生输入高斯白噪声

nsfm2=ni+sfm;%解调时输入信号

subplot（3,2,5）;

plot（nsfm2）;

Xlabel（'时间t'）;

title（'含大信噪比高斯白噪声已调信号的时域图'）;

%FM非线性解调

nsfm2=ni+sfm;%生成含高斯白躁声的已调信号（信号通过信道传输）

fori=1:

length（nsfm2）-1

diff_nsmf（i）=（nsfm2（i+1）-nsfm2（i））./dt;

end

diff_nsmfn=abs（hilbert（diff_nsmf））;%hilbert变换，求绝对值得到瞬时幅度（包络检波）

zero=（max（diff_nsmfn）-min（diff_nsmfn））/2;

diff_nsmfn2=diff_nsmfn-zero;

subplot（3,2,6）;

plot（diff_nsmfn2）;%绘制含大信噪比高斯白噪声解调信号的时域图

Xlabel（'时间t'）;

title（'含大信噪比高斯白噪声解调信号的时域图'）;

五、仿真结果及分析

分析：

调频（FM）指的是使载波的瞬时频率随着调制信号的大小而变，而幅度保持不变的调制方式。

由Figure1图可以得出当调制信号变小时载波的瞬时频率减小，从而得到的调频信号的频率变小，周期变大；由Figure2图可以得出调频信号的频谱是对调制信号进行的频谱搬移将频谱搬移到所需较高频带fc上，从而满足信号的传输需要；由Figure3图可以得出解调即调制的逆过程，从已调信号中不失真地恢复出原始基带信号，信号在信道中传输时会有噪声影响，在解调含有大信噪比高斯白噪声的已调信号比含有小信噪比高斯白噪声号的已调信号时的抗噪声性能比较好，恢复出的信号失真较小。

六、设计总结

七、参考文献

[1]樊昌信.通信原理（第六版）.北京国防工业出版社,,2011

[2]罗军辉.MATLAB7.0在数字信号处理中的应用.北京机械工业出版社

[3]Google