FM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

1、目錄一、目的2二、MATLAB的簡(jiǎn)介以及通信技術(shù)的發(fā)展2三、 FM的調(diào)制與解調(diào)原理33.1 FM調(diào)制原理33.2 FM解調(diào)原理5四、FM的調(diào)制與解調(diào)仿真64.1仿真程序64.2仿真結(jié)果8五、結(jié)果與結(jié)論9FM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng) 一、目的 FM在通信系統(tǒng)中的使用非常廣泛。FM廣泛應(yīng)用于高保真音樂廣播、電視伴音信號(hào)的傳輸、衛(wèi)星通信和蜂窩電話系統(tǒng)等。本設(shè)計(jì)主要是利用MATLAB集成環(huán)境下的M文件，編寫程序來實(shí)現(xiàn)FM調(diào)制與解調(diào)過程，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)一步分別繪制出相干解調(diào)后解調(diào)基帶信號(hào)的時(shí)域波形。該設(shè)計(jì)使用系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)為Windows XP ,程序運(yùn)行平臺(tái)使用Window

2、s XP,程序設(shè)計(jì)語言采用MATLAB，運(yùn)行程序完成對(duì)FM調(diào)制和解調(diào)結(jié)果的觀察。通過該本次設(shè)計(jì)，達(dá)到了實(shí)現(xiàn)FM信號(hào)調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)的仿真目的?！娟P(guān)鍵詞】： FM；調(diào)制；解調(diào)；MATLAB 7.0二、 MATLAB的簡(jiǎn)介以及通信技術(shù)的發(fā)展 從MATLAB誕生開始，由于其高度的集成性及應(yīng)用的方便性，在高校中受到了極大的歡迎。由于它使用方便，能非?？斓膶?shí)現(xiàn)科研人員的設(shè)想，極大的節(jié)約了科研人員的時(shí)間，受到了大多數(shù)科研人員的支持。 由于它使用簡(jiǎn)單，擴(kuò)充方便，尤其是世界上有成千上萬的不同領(lǐng)域的科研工作者不停的在自己的科研過程中擴(kuò)充MATLAB的功能，使其成為了巨大的知識(shí)寶庫?？梢院敛豢鋸埖恼f，哪怕是你真正理

3、解了一個(gè)工具箱，那么就是理解了一門非常重要的科學(xué)知識(shí)?？蒲泄ぷ髡咄ǔ？梢酝ㄟ^MATLAB來學(xué)習(xí)某個(gè)領(lǐng)域的科學(xué)知識(shí)，這就是MATLAB真正在全世界推廣開來的原因。可以說，MATLAB已經(jīng)也很有必要成為大學(xué)生的必修課之一，掌握這門工具對(duì)學(xué)習(xí)各門學(xué)科有非常重要的推進(jìn)作用。MATLAB是一種解釋性執(zhí)行語言，具有強(qiáng)大的計(jì)算、仿真、繪圖等功能。基于數(shù)字處理，通信系統(tǒng)的用于通信系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)仿真軟件MATLAB具有強(qiáng)大的功能，可以滿足從底層到高層不同層次的設(shè)計(jì)、分析使用，并且提供了嵌入式的模塊分析方法，形成多層系統(tǒng)，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)更加簡(jiǎn)潔明了，便于完成復(fù)雜系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，MATLAB仿真

4、技術(shù)將得到更為廣泛的應(yīng)用。通信的目的是傳遞消息，但對(duì)受信者有用的是消息中包含的有效內(nèi)容，也即信息。通信技術(shù)，特別是數(shù)字通信技術(shù)近年來發(fā)展非常迅速，它的應(yīng)用越來越廣泛。通信從本質(zhì)上來講就是實(shí)現(xiàn)信息傳遞功能的一門科學(xué)技術(shù)，它要將大量有用的信息無失真，高效率地進(jìn)行傳輸，同時(shí)還要在傳輸過程中將無用信息和有害信息抑制掉。通信系統(tǒng)就是傳遞信息所需要的一切技術(shù)設(shè)備和傳輸媒質(zhì)的總和，包括信息源、發(fā)送設(shè)備、信道、接收設(shè)備和信宿。通信系統(tǒng)可分為數(shù)字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)。在大多數(shù)通信系統(tǒng)中已代替模擬通信，成為當(dāng)代通信系統(tǒng)的主流。隨著現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，通信技術(shù)正向著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和寬帶化的方向發(fā)展。隨著科

5、學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們對(duì)通信的要求越來越高，各種技術(shù)會(huì)不斷地應(yīng)用于通信領(lǐng)域，各種新的通信業(yè)務(wù)將不斷地被開發(fā)出來。到那時(shí)人們的生活將越來越離不開通信。本文重點(diǎn)論述了FM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的原理及仿真。 FM屬于角度調(diào)制，角度調(diào)制與線性調(diào)制不同，已調(diào)信號(hào)頻譜不再是原調(diào)制信號(hào)頻譜的線性搬移，而是頻譜的非線性變換，會(huì)產(chǎn)生與頻譜搬移不同的新的頻率成分，故又稱為非線性調(diào)制。FM信號(hào)是用載波頻率的變化表征被傳輸信息狀態(tài)的。三、 FM的調(diào)制與解調(diào)原理 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1所示）。信息源發(fā)送設(shè)備信 道接受設(shè)備信息源噪

6、聲源發(fā)送端接收端信道圖1 通信系統(tǒng)一般模型信息源的作用是把各種信息轉(zhuǎn)換成原始信號(hào)，發(fā)送設(shè)備的作用產(chǎn)生適合傳輸?shù)男盘?hào)，信息源和發(fā)送設(shè)備統(tǒng)稱為發(fā)送端。發(fā)送端將信息直接轉(zhuǎn)換得到的較低頻率的原始電信號(hào)稱為基帶信號(hào)。通?；鶐盘?hào)不宜直接在信道中傳輸。因此，在通信系統(tǒng)的發(fā)送端需將基帶信號(hào)的頻譜搬移（調(diào)制）到適合信道傳輸?shù)念l率范圍內(nèi)進(jìn)行傳輸。這就是調(diào)制的過程。信號(hào)通過信道傳輸后，具有將信號(hào)放大和反變換功能的接收端將已調(diào)制的信號(hào)搬移（解調(diào)）到原來的頻率范圍，這就是解調(diào)的過程。調(diào)制過程是一個(gè)頻譜搬移的過程，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，并且不失真地恢復(fù)出原始基帶信號(hào)。

7、在本仿真的過程中我們選擇用非相干解調(diào)方法進(jìn)行解調(diào)。3.1 FM調(diào)制原理 調(diào)制在通信系統(tǒng)中具有十分重要的作用。一方面，通過調(diào)制可以把基帶信號(hào)的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，通過調(diào)制可以提高信號(hào)通過信道傳輸時(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?？梢?，調(diào)制方式往往決定一個(gè)通信系統(tǒng)的性能。在本仿真的過程中我們選擇用FM調(diào)制方法進(jìn)行調(diào)制,調(diào)制模型如圖2圖2 FM調(diào)制模型調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生的M文件：dt=0.001; %設(shè)定時(shí)間步長(zhǎng)t=0:dt:1.5; %

8、產(chǎn)生時(shí)間向量am=15; %設(shè)定調(diào)制信號(hào)幅度可更改fm=15; %設(shè)定調(diào)制信號(hào)頻率可更改mt=am*cos(2*pi*fm*t); %生成調(diào)制信號(hào)fc=50; %設(shè)定載波頻率可更改ct=cos(2*pi*fc*t); %生成載波kf=10; %設(shè)定調(diào)頻指數(shù)int_mt(1)=0; %對(duì)mt進(jìn)行積分for i=1:length(t)-1 int_mt(i+1)=int_mt(i)+mt(i)*dt;end sfm=am*cos(2*pi*fc*t+2*pi*kf*int_mt); %調(diào)制，產(chǎn)生已調(diào)信號(hào)通過M文件繪制出解制過程如圖3. 圖3 FM解制過程圖3.2 FM解調(diào)原理調(diào)制信號(hào)的解調(diào)分為相干

9、解調(diào)和非相干解調(diào)兩種。相干解調(diào)僅僅適用于窄帶調(diào)頻信號(hào)，且需同步信號(hào)，故應(yīng)用范圍受限；而非相干解調(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。在本仿真的過程中我們選擇用非相干解調(diào)方法進(jìn)行解調(diào)。非相干解調(diào)器由限幅器、鑒頻器和低通濾波器等組成，其方框圖如圖4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限制帶外噪聲，使調(diào)頻信號(hào)順利通過。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)，最后通過低通濾波器取出調(diào)制信號(hào)。 圖4 FM解調(diào)模型 微分器通過程序?qū)崿F(xiàn)，代碼如下：for i=1:

10、length(t)-1 %接受信號(hào)通過微分器處理 diff_sfm(i)=(nsfm(i+1)-sfm(i)./dt;enddiff_sfmn = abs(hilbert(diff_sfm); %hilbert變換，求絕對(duì)值得到瞬時(shí)幅度（包絡(luò)檢波） 通過M文件繪制出解調(diào)的過程如圖5：圖5 FM解調(diào)過程四、FM的調(diào)制與解調(diào)仿真4.1仿真程序%FM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)MATLAB源代碼%*初始化*echo off close allclear allclc%*FM調(diào)制*dt=0.001; %設(shè)定時(shí)間步長(zhǎng)t=0:dt:2; %產(chǎn)生時(shí)間向量am=4; %設(shè)定調(diào)制信號(hào)幅度fm=2; %設(shè)定調(diào)制信號(hào)頻率mt=am

11、*cos(2*pi*fm*t); %生成調(diào)制信號(hào)fc=50; %設(shè)定載波頻率ct=cos(2*pi*fc*t); %生成載波kf=10; %設(shè)定調(diào)頻指數(shù)int_mt(1)=0;for i=1:length(t)-1 int_mt(i+1)=int_mt(i)+mt(i)*dt; %求信號(hào)m(t)的積分end %調(diào)制，產(chǎn)生已調(diào)信號(hào)sfm=am*cos(2*pi*fc*t+2*pi*kf*int_mt); %調(diào)制信號(hào)%*FM解調(diào)*for i=1:length(t)-1 %接受信號(hào)通過微分器處理 diff_sfm(i)=(sfm(i+1)-sfm(i)./dt;enddiff_sfmn = abs(

12、hilbert(diff_sfm); %hilbert變換，求絕對(duì)值得到瞬時(shí)幅度（包絡(luò)檢波）zero=(max(diff_sfmn)-min(diff_sfmn)/2;diff_sfmn1=diff_sfmn-zero;%*顯示程序*%*figure(1)*figure(1)subplot(3,1,1);plot(t,mt); %繪制調(diào)制信號(hào)的時(shí)域圖xlabel('時(shí)間t');grid on;title('調(diào)制信號(hào)的時(shí)域圖');subplot(3,1,2);plot(t,ct); %繪制載波的時(shí)域圖xlabel('時(shí)間t');grid on;ti

13、tle('載波的時(shí)域圖');subplot(3,1,3);plot(t,sfm); %繪制已調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖xlabel('時(shí)間t');grid on;title('已調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖');%*figure(2)*figure(2)subplot(3,1,1);plot(t,mt); %繪制調(diào)制信號(hào)的時(shí)域圖xlabel('時(shí)間t');grid on;title('調(diào)制信號(hào)的時(shí)域圖');subplot(3,1,2);plot(t,sfm); %繪制已調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖xlabel('時(shí)間t');grid on

14、;title('已調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖');nsfm=sfm; for i=1:length(t)-1 %接受信號(hào)通過微分器處理 diff_sfm(i)=(sfm(i+1)-sfm(i)./dt;enddiff_sfmn = abs(hilbert(diff_sfm); %hilbert變換，求絕對(duì)值得到瞬時(shí)幅度（包絡(luò)檢波）zero=(max(diff_sfmn)-min(diff_sfmn)/2;diff_sfmn1=diff_sfmn-zero;subplot(3,1,3); %繪制解調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖plot(1:length(diff_sfmn1)./1000,diff_sfmn1./400);xlabel('時(shí)間t');grid on; title('解調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖');4.2仿真結(jié)果 五、結(jié)果與結(jié)論本次設(shè)計(jì)達(dá)到了實(shí)現(xiàn)FM信號(hào)調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)的仿真目的。在這里使用正弦信號(hào)作為基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，正弦信號(hào)形式簡(jiǎn)單，便于產(chǎn)生及接收。輸入的調(diào)制信號(hào)通過FM調(diào)制之后，正弦信號(hào)波形發(fā)生了明顯的變化,與調(diào)制前的完全不同，這證明FM調(diào)制并不是線性的，而是非線性的。解調(diào)后基本恢復(fù)了原調(diào)制信號(hào)波形，通過本次仿真，我對(duì)FM調(diào)制解調(diào)的概念又有了更深的了解，加強(qiáng)了我們對(duì)原來的通信知識(shí)的鞏固，而且