华北电力大学通信系统仿真综合实验报告

1、 综合实验报告( 2015-2016 年度 第 一 学期)名 称： 通信系统仿真 题 目： FM的调制与解调 院 系： 信息工程系 班 级： 学 号： 学生姓名： 指导教师： 孙景芳、王雅宁 设计周数： 1 成 绩： 日期： 2015 年 11 月 10 日华 北 电 力 大 学 科 技 学 院 实 验 报 告实验名称实验一：1-7实验环境Matlab仿真平台实 验 目 的1、能够熟练掌握和综合运用通信领域中的基本理论和专业知识；2、能够完成通信基本理论的仿真；3、锻炼运用知识，独立分析问题、解决问题的综合能力。设 计 要 求 采用直接法实现FM的调制与解调，参数自行设定，要求绘出调制前后的时

2、域和频域图，并讨论噪声对系统的影响。设 计 方 案（包括简单介绍原理，设计参数和方案原理框图）信道中传输模拟信号的系统统称为模拟通信系统。模拟通信系统的组成可由一般通信系统模型略加改变而成，在这里一般通信系统模型中的发送设备和接收设备分别为调制器、解调器所替换。对于模拟通信系统，它主要包含两种重要变换。一是把连续消息变换成电信号（发送端信息源完成）和把电信号恢复成最初的连续消息（接收端信宿完成）。由信源输出的电信号（基带信号），由于它具有频率较低的频谱分量，一般不能直接作为传输信号而送到信道中进行远距离传输。因此，模拟通信系统里常有第二种变换，即将基带信号转换成其适合信道传输的信号，这一变换由

3、调制器完成；在收端同样需经相反的变换，它由解调器完成。经过调制后的信号通常称为已调信号。已调信号有三个基本特性：一是携带有消息，二是适合在信道中传输，三是频谱具有带通形式，且中心频率远离零点频率。因而已调信号又常称为频带信号。 （图为模拟通信系统模型） FM调制与解调原理频率调制又称调频（FM），它是高频振荡信号的频率按调制信号的规律变化，而振幅保持恒定的一种调制方式。 相位调制或调相（PM）是使高频振荡的相位按调制信号的规律变化，而振幅保持不变的一种调制方式。由于频率与相位间存在微分与积分的关系，故调频与调相之间存在着密切的关系，即调频必调相，调相必调频。因此，调频和调相统称为角度调制。若只

4、给一个波形或表达式是无法确定调制方式是调频还是调相的。从频率调制的相位与频率关系可以看出，调频信号可通过直接调频和间接调频两种方法得到，所谓间接调频就是先对调制信号积分再调相而得到。由于实际相位调制器的调节范围不可能超出(-，) ，因而间接调频的方法仅适用于相位偏移和频率偏移不大的窄带调制情形。因为题目要求通过间接法进行所以编写程序代码时在设定参数定义调频波后需要对调频波进行积分再进行傅里叶变换得到已调波。 设定的参数如下：设t0=0.2; 设定时间步长tz=0.0001 设定抽样频率fz=1/tz; 产生时间向量t=-t0:tz:t0; 设定调频指数kf=100; 设定载波频率fc=1000

5、; 设定鉴频增益/鉴频器灵敏度kd=0.5; 设定分辨率df=0.05; 设计方案 设载波信号为 调制信号为 调频信号的一般表达式为 调相信号的一般表达式为 以单音调制为例，对于调频信号而言，它的瞬时角频率、瞬时相位分别为： 式中为调频指数。因而，调频波的表达式为 为等幅疏密波，疏密的变化与调制信号有关，调制信号寄托于等幅波的疏密之中或单位时间内过零点的数目之中。 调频信号的参数主要有： （1）最大角频偏 它是瞬时角频率的最大值；最大频偏是瞬时频偏的最大值。或反映了频率受调制的程度，是衡量调频质量的重要指标。或与和成正比，与调制信号频率无关。FM波瞬时频率变化范围为，最大变化量为。设计方案（2

6、）调制系数（调制灵敏度） 它表示对瞬时（角）频率的控制能力，是产生FM信号电路的重要参数。 （3）调频指数 它是单音调制信号引起的最大瞬时相角偏移量。 但与F成反比。可以大于1，而且常常远远大于1。FM信号的频谱有如下特点：（1）以载频为中心，由无穷多对以调制信号频率F为间隔的边频分量组成，各分量幅值取决于Bessel函数，且以对称分布； （2）载波分量并不总是最大，有时为零； （3）FM信号的功率大部分集中在载频附近； （4）频谱结构与F密切相关； 调频波解调又称鉴频，其中一种方法为将输入调频信号进行特定波形变换，使变换后波形包含反映瞬时频率变化的平均分量。然后通过低通滤波器就能输出所需的解

7、调电压。加入高斯白噪声后的已调波会随输入噪声信噪比的不同呈现不同的情况。 当信噪比比较大时，频率调制系统的调制制度增益很高，即抗噪性能好。 当信噪比较小时，频率调制系统的调制制度增益较低，当（S/N）低于一定数值时，解调器的输出信噪比就会急剧恶化，这种现象称为解调信号解调的门限效应。实 验 步 骤function=jietiao() t0=0.2;tz=0.0001; %设定时间步长 fz=1/tz; %设定抽样频率 t=-t0:tz:t0; %产生时间向量 kf=100; %设定调频指数 fc=1000; %设定载波频率 kd=0.5; %设定鉴频增益/鉴频器灵敏度 df=0.05; %设定

8、分辨率 m_fun=cos(400*pi*t);int_m=zeros(1,length(t)-1);int_m(1)=0; %对m_fun 积分 for i=1:length(t)-1 int_m(i+1)=int_m(i)+m_fun(i)*tz; end x=sin(2*pi*fc*t+2*pi*kf*int_m); %调制信号 noisycode=awgn(x,2);%加入噪声u9=m_fun+noisycode;y=u9.*kf; %解调信号 M,m_fun,df1=fftseq(m_fun,tz,df); %对原始信号快速傅里叶变换 M=M/fz; f=0:df1:df1*(len

9、gth(m_fun)-1)-fz/2; X,x,df1=fftseq(x,tz,df); %对已调信号快速傅里叶变换 X=X/fz; Y,y,df1=fftseq(y,tz,df); %对解调信号快速傅里叶变换 Y=Y/fz; figure(1); %生成原始信号的时域图形 plot(t,m_fun(1:length(t),'linewidth',3); axis(-0.01 0.01 -1.5 1.5); title('原始信号的时域图形'); xlabel('时间');legend('m(t)')figure(2); %生成原

10、始信号的频域图形 plot(f,abs(fftshift(M),'linewidth',3); axis(-400 400 -0.01 0.1); title('原始信号的频域图形');xlabel('频率'); legend('M(f)'); figure(3); %生成已调信号的时域图形 plot(t,x(1:length(t),'linewidth',3); axis(-0.015 0.015 -1.5 1.5); title('已调信号的时域图形'); xlabel('时间'

11、); legend('x(t)'); 实验步骤figure(4); %生成已调信号的频域图形 plot(f,abs(fftshift(X),'linewidth',3); axis(-1500 1500 0 0.1); title('已调信号的频域图形'); xlabel('频率');legend('X(f)'); figure(5); %生成解调信号的时域图形 plot(t,y(1:length(t),'linewidth',3); axis(-0.01 0.01 -100 100); title

12、('解调信号的时域图形'); xlabel('时间'); legend('y(t)'); figure(6); %生成解调信号的频域图形 plot(f,abs(fftshift(Y),'linewidth',3); axis(-600 600 -0.0001 5); title('解调信号的频域图形'); xlabel('频率'); legend('Y(f)');figure(7); %生成加噪声解调信号的时域图形 plot(t,y(1:length(t),'linewidt

13、h',3); axis(-0.01 0.01 -400 400); title('加噪声解调信号的时域图形'); xlabel('时间'); legend('y(t)'); figure(8);%生成加噪声解调信号的频域图形 plot(f,abs(fftshift(Y),'linewidth',3); axis(-600 600 -0.0001 5); title('加噪声解调信号的频域图形'); xlabel('频率'); legend('Y(f)');end实验结果及分析

14、图（1）图（2） 图（3）实验结果及分析图（4）图（5）图（6）实 验 结 果 及 分 析图（7）图（8）结果分析： 因为原始基带信号定义的是一个余弦波，所以不难从原始信号的时域及频域图（即图1,2）上看出信号是一个幅度为1，频率为200HZ的余弦波。 通过频率为1000HZ的载波后，得到已调波的时域和频域图（即图3,4)，调制后的调频波频率为800HZ。 未加噪声的解调频率波解调出来的波形及频率与原始基带信号基本符合（如图5,6）。 而加了噪声后的解调频率波的时域及频率如图（7,8）所示。实 验 总 结 课程设计是培养学生综合运用所学知识，分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节。回想起此次MATLAB课程设计，从理论到实践，翻阅了许多书籍和资料，体会到了MATLAB在实际应用中的强大功能，在短短一个星期时间里，设计，修改，仿真，再修改，学到很多很多的的东西，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。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， 只有把