角度调制系统设计与仿真课程设计

1、物理与电子工程学院2011级本科课程设计物理与电子工程学院通信原理课程设计报告书 设计题目： 角度调制系统仿真设计 专 业： 电子信息科学与技术 班 级： 2011级1班 学生姓名: 张俞 学 号: 2011171115 指导教师： 冯国瑞 2104年 12 月31 日物理与电子工程学院课程设计任务书 专业： 电子信息科学与技术 班级： 11级1班 学生姓名张俞学号2011171115课程名称通信原理设计题目角度调制系统仿真设计设计目的、主要内容（参数、方法）及要求掌握FM信号调制和解调基本原理。通过MATLAB仿真，加深对FM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。运

2、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5HV，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。工作量2周时间，每天3学时，共计42学时进度安排第1日：选题，查阅资料；第2-4日：方案总体设计及论证，撰写报告相关部分； 第5-10日：系统设计、元件参数计算分析、系统仿真分析、撰写设计报告相关部分； 第11-13日：根据实验结果，修改前期设计方案，进行各单元系

3、统的整合调试和测试，系统整合调试，要题目设计要求完成相关功能及指标，完成设计报告； 第14日：上交设计报告，答辩并评定成绩。主要参考资料1 高峰.单片微型计算机原理与接口技术.科学出版社，20072 樊昌信.通信原理（第六版）.北京：国防工业出版社，20063 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，20054 刘卫国.MATLAB程序设计教程.北京：中国水利水电出版社，2010指导教师签字教研室主任签字物理与电子工程学院2011级本科课程设计摘 要FM在通信系统中广泛应用于高保真音乐广播、电视伴音信号的传输、卫星通信和蜂窝电话系统等。 本设计主要是利用MATL

4、AB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，相干解调后信号和解调基带信号的时域波形；最后绘出FM基带信号通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，并通过与理论结果波形对比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。通过该课程设计，达到了实现FM信号通过噪声信道，调制和解调系统的仿真目的。关键词： FM；调制；解调；噪声4目 录1设计原理42设计方案及过程论述42.1 FM调制模型的建立52.2调制过程分析52.3调制过程仿真52.4FM解调模型的建立62.5解

5、调过程分析72.6解调过程仿真73 调频系统的抗噪声性能分析74 心得体会10参考文献11附录1241设计原理调制在通信系统中具有十分重要的作用。一方面，通过调制可以把基带信号的频谱搬移到所希望的位置上去，从而将调制信号转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，通过调制可以提高信号通过信道传输时的抗干扰能力，同时，它还和传输效率有关。具体地讲，不同的调制方式产生的已调信号的带宽不同，因此调制影响传输带宽的利用率。角度调制是用调制信号去控制载波信号角度(频率或相位)变化的一种信号变换方式,可以分为频率调制(FM)和相位调制(PM)。信号经过角度调制后,频谱结构将发生变化。调制过

6、程是一个频谱搬移的过程，它是将低频信号的频谱搬移到载频位置。而解调是将位于载频的信号频谱再搬回来，并且不失真地恢复出原始基带信号。在本仿真的过程中我们选择用非相干解调方法进行解调。信号在信道中传输的过程总会受到噪声的干扰。在本仿真的过程中我们假设信道为高斯白噪声信道。2设计方案及过程论述信息源发送设备信 道接受设备信息源噪声源发送端接收端信道图2-1 通信系统一般模型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2-1所示）。2.1 FM调制模型的建立图2-2 FM调制模型其中，为基带调制信号，设调制信号为 （2-

7、1） 设正弦载波为 （2-2） 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 （2-3）式中，为调频灵敏度（）。这时相位偏移为 （2-4）则可得到调频信号为 （2-5）2.3调制过程仿真图2-3 仿真时域图 图2-4 仿真频谱图2.4FM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。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。 图2-5解调模型框图非相干解调器由限幅器、鉴频器和低通滤

8、波器等组成，如图所示。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。2.5解调过程分析设输入调频信号为 （2-6）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 （2-7）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 （2-8）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 （2-9）2.6解调过程仿真图2-6解调仿真图

9、3 调频系统的抗噪声性能分析调频信号的解调有相干解调和非相干解调两种。相干解调仅适用于窄带调频信号，且需同步信号；而非相干解调适用于窄带和宽带调频信号，而且不需同步信号，因而是FM系统的主要解调方式，所以这里仅仅讨论非相干解调系统的抗噪声性能，其分析模型如图3-1所示。 图3-1 调频系统抗噪声性能分析模型图中带通滤波器的作用是抑制信号带宽以外的噪声。是均值为零，单边功率谱密度为的高斯白噪声，经过带通滤波器后变为窄带高斯噪声 。限幅器是为了消除接收信号在幅度上可能出现的畸变。设调频信号为 （3-1）故其输入功率为 （3-2）输入噪声功率为 （3-3）因此输入信噪比为 （3-4）在大信噪比条件下

10、，信号和噪声的相互作用可以忽略，这时可以把信号和噪声分开来算，这里，我们可以得到解调器的输出信噪比 （3-5）上式中，为载波的振幅，为调频器灵敏度，为调制信号的最高频率，为噪声单边功率谱密度。我们如若考虑为单一频率余弦波时的情况，可得到解调器的制度增益为 （3-6）考虑在宽带调频时，信号带宽为 （3-7）则可以得到 （3-8）可以看出，大信噪比时宽带调频系统的信噪比增益是很高的，它与调频指数的立方成正比。可见，加大调频指数，可使调频系统的抗噪声性能迅速改善。4 心得体会回顾此次通信原理课程设计，至今我仍感慨颇多，通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只

11、有把所学的理论知识与实践相结合起来，从实践中得出结论，才能真正学有所用，通过本次的设计提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中发现了自己的不足之处，深深体会到自己对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。以后有时间一定把以前所学过的知识重新温故。 参 考 文 献1 高峰.单片微型计算机原理与接口技术.科学出版社，20072 樊昌信.通信原理（第六版）.北京：国防工业出版社，20063 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，20054 刘卫国.MATLAB程序设计教程.北京：中国水利水电出版社，2010附录程序清单：clearclcp=1;

12、%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,

13、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 for i=1:length(t)-1 int_mt(i+1)=int_mt(i)+mt(i)*dt; endsfm=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

14、(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;subp

15、lot(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(2,1,1);plot(sfm);%绘制调频信号的时域图Xlabel('时间t');title('调频信号时域图');for i=1:length(t)-1 %接受信号通过微分器处理 diff_nsfm(i)=(nsfm(i+1)-nsfm(i)./dt;enddiff_nsfmn = abs(hilber

16、t(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(2,1,2); %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');课程设计成绩评定表院系：物理与电子工程学院 班级： 11级电科本 姓名： 张俞 学号： 2011171115 项目分值优秀(x90%)良好(90%>x80%)中等(

17、80%>x70%)及格(70%>x60%)不及格(x<60%)评分参考标准参考标准参考标准参考标准参考标准平时考核20学习态度认真，科学作风严谨，严格保证设计时间并按任务书中规定的进度开展各项工作。学习态度比较认真，科学作风良好，能按期圆满完成任务书规定的任务。学习态度尚好，遵守组织纪律，基本保证设计时间，按期完成各项工作。学习态度尚可，能遵守组织纪律，能按期完成任务。学习马虎，纪律涣散，工作作风不严谨,不能保证设计时间和进度。课程设计报告报告内容组织书写20结构严谨，逻辑性强，层次清晰，语言准确，文字流畅，完全符合规范化要求，书写工整或用计算机打印成文；图纸非常工整、清晰。结构合理，符合逻辑，文章层次分明，语言准确，文字流畅，符合规范化要求，书写工整或用计算机打印成文；图纸工整、清晰。结构合理，层次较为分明，文理通顺，基本达到规范化要求，书写比较工整；图纸比较工整、清晰。结构基本合理，逻辑基本清楚，文字尚通顺，勉强达到规范化要求；图纸比较工整。内容空泛，结构混乱，文字表达不清，错别字较多，达不到规范化要求；图纸不工整或不清晰。技术水平20设计