FM调制解调.doc

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FM调制解调
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通讯原理实验
实验名称:鉴于FM信号调制解调的
matlab仿真
实验地点:KA116
姓名:汪辉/胥译涵
学号:
纲领:FM在通讯系统中的使用特别宽泛。FM宽泛应用于高保真音乐广播、
电视伴音信号的传输、卫星通讯和蜂窝电话系统等。本设计主假如利用MATLAB集成环境下的M文件,编写程序来实现FM调制与解调过程,并分别绘制出基带信号、载波信号、已调信号的时域波形,再进一步分别绘制出对已调信号叠加噪
声后信号。相关解调后信号和解调基带信号的时域波形。最后绘出FM基带信号经过上述信道和调制和解调系统后的误码率与信噪比的关系,并经过与理论结果
波形比较来分析该仿真调制与解调系统的正确性及噪声对信号解调的影响。在课
程设计中,。在该平台运转程序达成了对FM调制和解调以及对叠加噪声后解调结果的观察。经过该课程设计,达到了实现FM信号经过噪声信道,调制和解调系统的仿真目的。
一、实验目的
经过《FM信号的MATLAB仿真设计》的课程设计,掌握通讯原理中模拟信号的调制和解调、数字基带信号的传输、数字信号的调制和解调,模拟信号的抽样、
量化和编码与信号的最正确接收等原理。应用原理设计FM调制解调系统,并对其进行仿真。
二、实验要求
1、熟****调制和解调的原理,调制的分类和解调的分类。熟****并掌握调频信
号的产生与解调。
要求能够娴熟应用MATLAB语言编写基本的通讯系统的应用程序,进行模拟
调制系统,数字基带信号的传输系统的建模、设计与仿真。全部的仿真用MATLAB
程序实现,系统经过的信道都假定为高斯白噪声信道。模拟调制要求用程序画出
调制信号,载波,已调信号、解调信号的波形,数字调制要求画出误码率随信噪
比的变化曲线。
简述理论原理;Matlab程序,重点旁注(可手写);图示波形,说明合理性;
其余重要数据、试试与思虑说明,两人一组,两机器互连,解调
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三、实验原理:
1、通讯依据传统理解就是信息传输。通讯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,且信息是多种多样的。通讯系统对信号进行两种
基本变换:第一、要把发送的信息要变换成原始电信号。第二、将原始电信号
调制到频次较高的载频上,使其频带适合信道的输。解调后的信号称为基带信
号,已调信号也称为频带信号。对于任何一个通讯系统,均可视为由发送端、
信道和接收端三大部分构成。
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发送端

信道

接收端
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信息源

发送设施

信道

接受设施

信息源
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噪声源
图1通讯系统构成
信息源(简称信源)的作用是把各样信息变换成原始信号。依据信息的种类不一样信源分为模拟信源和数字信源。发送设施的作用产生适合传输的信号,即使发送信号的特征和信道特征相般配,拥有抗噪声的能力,并且拥有足够的功率满足原距离传输的需求。信息源和发送设施统称为发送端。发送端将信息直接变换获取的较低频次的原始电信号称为基带信号。平常基带信号不宜直接在信道中传输。所以,在通讯系统的发送端需将基带信号的频谱搬移(调制)到适合信道
传输的频次范围内进行传输。这就是调制的过程。信号经过信道传输后,拥有将信号放大和反变换功能的接收端将已调制的信号搬移(解调)到本来的频次范围,这就是解调的过程。信号在信道中传输的过程总会遇到噪声的搅乱,通讯系统中没有传输信号时也有噪声,噪声永久存在于通讯系统中。因为这样的噪声是叠加在信号上的,所以有时将其称为加性噪声。噪声对于信号的传输是有害的,它能使模拟信号失真。在本仿真的过程中我们假定信道为高斯白噪声信道。
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图2信号传输
调制在通讯系统中拥有十分重要的作用。一方面,经过调制能够把基带信号的频谱搬移到所希望的地点上去,从而将调制信号变换成适合于信道传输或便于信道多路复用的已调信号。另一方面,经过调制能够提升信号经过信道传输时的抗搅乱能力,同时,它还和传输效率有关。不一样的调制方式产生的已调信号的带宽不一样,所以调制影响传输带宽的利用率。可见,调制方式常常决定一个通讯系统的性能。在本仿真的过程中我们选择用调频调制方法进行调制。在本仿真的过程中我们选择用同步解调方法进行解调
2、调制过程
调制在通讯系统中的作用至关重要。所谓调制,就是把信号变换成适合在信道中传输的形式的一种过程。广义的调制分为基带调制和带通调制。在无线通讯中和其余大部分场合下,调制一词均指载波调制。
载波调制,就是用调制信号去控制载波的参数过程,是载波的某一个或某几个参数依据调制信号的规律而变化。调制信号是指来自信源的信息信号,这些信号能够是模拟的,也能够是数字的。未受调制的周期性振荡信号称为载波,它能够是正弦波,也能够是非正弦波
为何要进行载波调制呢?基带信号对载波的调制是为了实现以下一个或
多个目标:第一,在无线传输中,信号是以电磁波的形式经过天线辐射到空间的。为了获取较高的辐射效率,天线的尺寸一定与发射信号波长想比较。而基带信号包括的较低频次较长,以致天线过长而难以实现。第二,把多个基带信号分别搬移到不一样的载波处,以实现信道的多路复用,提升信道利用率。第三,扩展信号带宽,提升系统抗搅乱,抗衰败能力,还可实现传输带宽与信噪比之间的交换。
所以,调制对通讯系统的有效性和靠谱性有着很大的作用和影响。采纳什么样的调制方式将直接影响着通讯系统的性能。
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信息源(简称信源)的作用是把各样信息变换成原始信号。信息源和发送设
备统称为发送端。在通讯系统的发送端将基带信号的频谱搬移(调制)到适合信
道传输的频次范围内进行传输。调频的方法主要由两种:直接调频和间接调频,
本设计使用直接调频。调频就是用调制信号控制载波的频次变化,直接调频就是
用调制信号直接去控制载波振荡器的频次,使其按调制信号的规律线性地变化。
这类方法的主要长处是在实现线性调频的要求下,能够获取较大的频偏;主要缺
点是频次稳固度不高。
3、解调过程
解调是调制的逆过程,其作用是从接收的已调信号中恢还原基带信号。
信号经过信道传输后,拥有将信号放大和反变换功能的接收端将已调制的信号搬移(解调)到本来的频次范围。调频信号的解调有相关解调解非相关解调两种。相关解调也叫同步检波。解调与调制的实质相同,军事频谱搬移。调制是把基带信号的频谱搬到了载波地点,这一过程能够经过一个相乘器与载波相乘来实现。解调则是调制的反过程,即把在载频地点的已调信号的频谱搬回到原始基带地点,所以相同能够用相乘器与载波相乘来实现。相关解调仅合用于窄带调频信
号,且需同步信号,故应用范围受限;而非相关解调不需要同步信号,是FM系统的主要解调方式,本设计采纳非相关解调。
4、噪声
我们将信道中存在的不需要的电信号统称为噪声。通讯系统中的噪声是叠加在信号上的,没有传输信号时通讯系统中也有噪声,噪声永久存在于通讯系统中。噪声能够看作是信道中的一种搅乱,也称为加性搅乱,因为它是叠加在信号之上的。噪声对于信号的传输是有害的,它能使模拟信号失真,是数字信号发生错码,并限制着信息的传输速率。
依据根源分类,噪声能够分为人为噪声和自然噪声两大类。人为噪声是有人类的活动产生的,自然噪声是自然界中存在的各样电磁波辐射,其余还有一种很重要的自然噪声,即热噪声。热噪声来自全部电子型元器件中电子的热运动。因为在一般的通讯系统的工作频次范围内热噪声的频谱是均匀分布的,忧如白光的频谱在可见光的频谱范围内均匀分布那样,所以热噪声又常称为白噪声。因为热噪声是由大批自由电子的运动产生的,其统计特征遵从高斯分布,故常将热噪声
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称为高斯白噪声。在本仿真的过程中我们假定信道为高斯白噪声信道。
四、FM信号调制解调模型的建立与分析
1、FM调制模型
m(t)Sfm(t)
FM调制器
图3FM调制模型
此中,m(t)为基带调制信号,设调制信号为
mtAcos2fmt
设正弦载波为
ctcos2fct
信号传输信道为高斯白噪声信道,其功率为2。
2、调制过程分析
在调制时,调制信号的频次去控制载波的频次的变化,载波的刹时频偏随调制信号m(t)成正比率变化,即
d
t
dt
Kfmt
式中,Kf为调频敏捷度(rad
)。
s
V
这时相位偏移为
tKfmd
则可获取调频信号为
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SFM(t)AcostKfmd
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3、FM解调模型
在本仿真的过程中我们选择用非相关解调方法进行解调。
解调过程分析
输入调频信号为
图6解调模型
t
uFMtUccos0tkf0utdt
设相关载波为
ctcos2pifct
乘法器的作用是把调频信号变为有多种频次的波的混淆,乘法器输出为
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sp

t

1sin2
2

ct

1
2

Kf

mtdt

1cos2

ct
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经低通滤波器后拿出器低频重量为
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sd

t

1Kf
2

mtdt
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在经过微分器,即得出解调出的基带信号:
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m0

t

1

Kfmt
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相关解调能够恢复出本来的基带信号,并且要求当地载波与调制载波同步,否
则会使解调信号失真。
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1、调制程序:
%产生调制信号
functionmyfun()
dt=1/44100;%采样间隔,即采样频次取为44100HZ
t=0:dt:1;
am=input('模拟信号的幅度=');
fm=input('模拟信号的频次=');
mt=am*cos(2*pi*fm*t);%模拟信号生成
fc=input('模拟信号的载波频次=');
ct=cos(2*pi*fc*t);%载波生成
subplot(1,2,1);
plot(t,mt);%绘图
xlabel('t');
ylabel('模拟信号m(t)');
Kfm=input('频偏常数=');
Sfm=am*cos(2*pi*fc*t+am*sin(2*pi*fm*t)*Kfm/fm);%产生已调信号
subplot(1,2,2);
plot(*t,Sfm);
xlabel('t');
ylabel('调制信号Sfm(t)');
sound(Sfm,44100);%经过身卡发送声音信号Smt
2、在没音频线传输时,模拟信道噪声程序(若用音频线传输则此步
骤应略去):
SNR=30;%模拟信道的信噪比(可依据设计的需要改正良行测试)
y1=awgn(Sfm,SNR);%加入模拟信道的高斯白噪声
3、解调程序(先经过在工作窗口调用函数fdatool设计滤波器BPF
和LPF):
%解调接收到的信号
functionmyfun()
y2=wavrecord(44101,44100);%接收声音信号
Sfm=conv(y2,BPF);%让收到的信号经过已经设计好的带通滤波器
fori=1:length(t)-1
diff_Sfm(i)=(Sfm(i+1)-Sfm(i))./dt;%让信号经过微分器
end
S=conv(Sfm,LPF);%让收到的信号经过已经设计好的低通滤波器
S=abs(hilbert(S));%用希尔伯特变换实现包络检波
plot(S);%绘图
xlabel('t');
ylabel('解调后的信号S(t)');
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结果:图1:带通滤波器的设计图
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图2:带通滤波器的时域图
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