FM調(diào)制與解調(diào)

1、FM調(diào)制與解調(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、電視伴音信號的傳輸、衛(wèi)星通信和蜂窩電話系統(tǒng)等。本設(shè)計主要是利用MATLAB集成環(huán)境下的M文件，編寫程序來實現(xiàn)FM調(diào)制與解調(diào)過程，并分別繪制出基帶信號，載波信號，已調(diào)信號的時域波形；再進(jìn)一步分別繪制出相干解調(diào)后解調(diào)基帶信號的時域波形。該設(shè)計使用系統(tǒng)開發(fā)平臺為Windows XP ,程序運行平臺使用Windows XP,程序設(shè)計語言采用MATLAB，運行程序完成對FM調(diào)制和解調(diào)結(jié)果的觀察。通過該本次設(shè)計，達(dá)到了實現(xiàn)FM信號調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)的仿真目的。二、工作原理與計算 通信系統(tǒng)的作用就是將信息從信息源發(fā)送到一

2、個或多個目的地。對于任何個通信系統(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）。信息源發(fā)送設(shè)備信 道接受設(shè)備信息源噪聲源發(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，發(fā)送設(shè)備的作用產(chǎn)生適合傳輸?shù)男盘?，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稱為基帶信號。通?；鶐盘柌灰酥苯釉谛诺乐袀鬏?。因此，在通信系統(tǒng)的發(fā)送端需將基帶信號的頻譜搬移（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(diào)制的信號搬移（解調(diào)）到原來的頻率范圍，這就是解調(diào)的過程。調(diào)制過

3、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(diào)是將位于載頻的信號頻譜再搬回來，并且不失真地恢復(fù)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(diào)方法進(jìn)行解調(diào)。2.1 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)制可以把基帶信號的頻譜搬移到所希望的位置上去，從而將調(diào)制信號轉(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。另一方面，通過調(diào)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(guān)。具體地講，不同的調(diào)制方式產(chǎn)生的已調(diào)信號的帶寬不同，因此調(diào)制影響傳輸帶寬的利用率?？梢姡{(diào)制方式往往決定一個通信系統(tǒng)的性能2.2 FM解調(diào)原理調(diào)制信號的解調(diào)

4、分為相干解調(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，且需同步信號，故應(yīng)用范圍受限；而非相干解調(diào)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(diào)方式。三、步驟3.1調(diào)制過程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)制信號產(chǎn)生的M文件：dt=0.001; %設(shè)定時間步長t=0:dt:1.5; %產(chǎn)生時間向量am=15; %設(shè)定調(diào)制信號幅度可更改fm=15; %設(shè)定調(diào)制信號頻率可更改mt=am*cos(2*pi*fm*t); %生成調(diào)制信號fc=50; %設(shè)定載波頻率可更改ct=cos(2*pi*fc*t); %生成載波

5、kf=10; %設(shè)定調(diào)頻指數(shù)int_mt(1)=0; %對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)信號通過M文件繪制出調(diào)制過程如圖3. 3.2解調(diào)過程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(diào)頻信號順利通過。鑒頻器中的微分器把調(diào)頻信

6、號變成調(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。 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:length(t)-1 %接受信號通過微分器處理 diff_sfm(i)=(nsfm(i+1)-sfm(i)./dt;enddiff_sfmn = abs(hilbert(diff_sfm); %hilbert變換， 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、問題解決方法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)定時間步長

7、t=0:dt:2; %產(chǎn)生時間向量am=4; %設(shè)定調(diào)制信號幅度fm=2; %設(shè)定調(diào)制信號頻率mt=am*cos(2*pi*fm*t); %生成調(diào)制信號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m(t)的積分end %調(diào)制，產(chǎn)生已調(diào)信號sfm=am*cos(2*pi*fc*t+2*pi*kf*int_mt); %調(diào)制信號%*FM解調(diào)*for i=1:length(t)-1 %接受信號通過微分器處理

8、diff_sfm(i)=(sfm(i+1)-sfm(i)./dt;enddiff_sfmn = abs(hilbert(diff_sfm); %hilbert變換，求絕對值得到瞬時幅度（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)制信號的時域圖xlabel(時間t);grid on;title(調(diào)制信號的時域圖);subplot(3,1,2);plot(t,ct); %繪制載波的時域圖

9、xlabel(時間t);grid on;title(載波的時域圖);subplot(3,1,3);plot(t,sfm); %繪制已調(diào)信號的時域圖xlabel(時間t);grid on;title(已調(diào)信號的時域圖);%*figure(2)*figure(2)subplot(3,1,1);plot(t,mt); %繪制調(diào)制信號的時域圖xlabel(時間t);grid on;title(調(diào)制信號的時域圖);subplot(3,1,2);plot(t,sfm); %繪制已調(diào)信號的時域圖xlabel(時間t);grid on;title(已調(diào)信號的時域圖);nsfm=sfm; for i=1:len

10、gth(t)-1 %接受信號通過微分器處理 diff_sfm(i)=(sfm(i+1)-sfm(i)./dt;enddiff_sfmn = abs(hilbert(diff_sfm); %hilbert變換，求絕對值得到瞬時幅度（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)信號的時域圖plot(1:length(diff_sfmn1)./1000,diff_sfmn1./400);xlabel(時間t);grid on; title(解調(diào)信號的時域圖);4.2仿真結(jié)果圖六調(diào)制信號仿真圖圖七解調(diào)信號仿真圖五、結(jié)果（數(shù)據(jù)）與分析本次設(shè)計達(dá)到了實現(xiàn)FM信號調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)的仿真目的。在這里使用正弦信號作為基帶信號進(jìn)行調(diào)制，正弦信號形式簡單，便于產(chǎn)生及接收。輸入的調(diào)制信號通過FM調(diào)制之后，正弦信號波形發(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)制信號波形，通過本次仿真，我對FM調(diào)制解調(diào)的概念又有了更深的了解，加強了我們對原來的通信知識的鞏固，而且也熟悉了MATLAB這個工具如何進(jìn)行通信仿真有了更進(jìn)一步的了解，為以后用MATLAB做諸如此類的學(xué)習(xí)與研究打下了基礎(chǔ)。在這次