通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)--基于matlab的fm通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告</p><p>　　課程名稱： 通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì) </p><p>　　設(shè)計(jì)名稱： 基于MATLAB的FM通信系統(tǒng)設(shè)計(jì) </p><p>　　姓 名： </p&g

2、t;<p>　　學(xué) 號: </p><p>　　班 級： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　起止日期：

3、 </p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書</p><p>　　設(shè)計(jì)名稱： 基于MATLAB的FM通信系統(tǒng)仿真 </p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 學(xué) 生 日 志</p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 評 語 表&l

4、t;/p><p>　　基于MATLAB的FM通信系統(tǒng)仿真</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)的題目是：基于MATLAB的FM通信系統(tǒng)仿真。設(shè)計(jì)的基本內(nèi)容分為以下幾個步驟：設(shè)計(jì)目的和意義、設(shè)計(jì)原理、詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟、設(shè)計(jì)結(jié)果及分析、設(shè)計(jì)體會、參考文獻(xiàn)。對于這次課程設(shè)計(jì)，可謂是一次練兵的好機(jī)會，畢竟這是我們專業(yè)課的項(xiàng)

5、目，而且調(diào)制解調(diào)在我們?nèi)粘Ｉ钪心藶樽畛Ｓ玫降脑碇R，因此不得 不認(rèn)真的去完成這次任務(wù)。關(guān)鍵詞：MATLAB、FM通信系統(tǒng)、系統(tǒng)仿真。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)目的和意義</b></p><p>　?。?）、掌握模擬系統(tǒng)FM調(diào)制與解調(diào)的原理。 </p><p>　　（2）、掌握模擬角度調(diào)制系統(tǒng)仿真，實(shí)現(xiàn)FM與PM調(diào)制與解

6、調(diào)的設(shè)計(jì)方法，并要求信道為AWGN信道，畫出調(diào)制信號、已調(diào)信號的波形圖與頻譜圖。</p><p>　?。?）、掌握matlab分析系統(tǒng)時域、頻域特性的方法，進(jìn)一步鍛煉應(yīng)用matlab進(jìn)行編程仿真的能力。 </p><p>　?。?）、調(diào)制與解調(diào)FM模擬系統(tǒng)，仿真實(shí)現(xiàn)其相關(guān)功能。</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)原理</b><

7、/p><p>　　在通信系統(tǒng)中一般需要將信號進(jìn)行相應(yīng)調(diào)制,以利于信號在信道上的傳輸，調(diào)制是將用原始信號去控制高頻振蕩信號的某一參數(shù)，使之隨原始信號的變化而成規(guī)律變化。調(diào)制可分為線性調(diào)制和非線性調(diào)制。線性調(diào)制有AM、DSB、SSB、VSB等，非線性調(diào)制有FM、PM等，這里主要討論FM調(diào)制通信系統(tǒng)</p><p>　　圖1 模擬通信系統(tǒng)模型</p><p>　　調(diào)制器: 使

8、信號與信道相匹配, 便于頻分復(fù)用等。發(fā)濾波器: 濾除調(diào)制器輸出的無用信號。收濾波器: 濾除信號頻帶以外的噪聲，一般設(shè)N(t)為高斯白噪聲,則Ni(t)為窄帶白噪聲。</p><p><b>　　1.FM調(diào)制原理</b></p><p>　　角調(diào)制不是線性調(diào)制，角調(diào)制中已調(diào)信號和調(diào)制信號頻譜之間不是線性關(guān)系而是產(chǎn)生出新的與頻譜搬移不同的新的頻率分量，呈現(xiàn)非線性特性，故又

9、成為非線性調(diào)制。FM調(diào)制中瞬時角頻率是關(guān)于調(diào)制信號的線性函數(shù)，</p><p><b>　　瞬時角頻率偏移量,</b></p><p>　　則瞬時角頻率為， 為頻偏指數(shù)</p><p><b>　　則調(diào)頻信號為 </b></p><p>　　當(dāng)調(diào)制信號是單頻余弦時，調(diào)制信號為 </p>

10、<p><b>　　，</b></p><p><b>　　為調(diào)頻指數(shù)，;</b></p><p>　　調(diào)制信號的信號的產(chǎn)生</p><p><b>　　圖 2</b></p><p><b>　　圖 3</b></p><

11、p>　　圖2為調(diào)頻信號的直接產(chǎn)生，圖3為調(diào)頻信號的間接產(chǎn)生，在間接產(chǎn)生方法中，因?yàn)閷?shí)際調(diào)相的相位調(diào)節(jié)器的范圍在（-，），故而間接調(diào)頻只能用于相位偏移和頻率偏移不大的窄調(diào)制情況，而直接調(diào)頻則常用于寬帶調(diào)制情況。</p><p>　　窄帶角頻率調(diào)制時，最大瞬時相位偏移遠(yuǎn)小于30°即 </p><p>　　調(diào)頻信號的時域表達(dá)式 ，當(dāng)為窄帶調(diào)制時，</p>

12、<p>　　假設(shè)調(diào)制線號的頻譜為F(W),而且假設(shè)飛f（t）的平均值為零，有傅氏變換可得</p><p>　　此時調(diào)頻信號的帶寬為調(diào)制信號的兩倍。</p><p><b>　　其相應(yīng)圖形如下：</b></p><p><b>　　調(diào)制信號頻譜</b></p><p><b>　　

13、已調(diào)信號頻譜</b></p><p><b>　　2.解調(diào)原理</b></p><p><b>　　1）非相干解調(diào)</b></p><p>　　由于調(diào)頻信號的瞬時頻率正比于調(diào)制信號的幅度，因而調(diào)制信號的調(diào)節(jié)器必須產(chǎn)生正比于輸入頻率的輸出電壓，即輸入為調(diào)制信號為</p><p>　　，則

14、 解調(diào)器的輸出應(yīng)為 </p><p>　　最簡單的解調(diào)器是鑒頻器原理圖如下：</p><p>　　包絡(luò)檢波輸出為 m0(t)= ， 為鑒頻器的靈敏度，微分器和包絡(luò)檢波構(gòu)成鑒頻器。</p><p><b>　　2）相干解調(diào)</b></p><p>　　由于窄帶調(diào)頻信號可分解為同相分量和正交分量，因而可以用線性調(diào)制

15、中的相干解調(diào)來進(jìn)行解調(diào)。原理圖如下：</p><p>　　Si(t) Sp(t) So(t)</p><p>　　帶通濾波器的作用是抑制信號帶寬以外的噪聲，低通濾波器輸出 ；</p><p>　　上圖所示的相干解調(diào)法只適用與窄帶調(diào)頻</p><p>　　3.調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能</p><p>

16、;　　主要討論非相干解調(diào)的抗噪聲性能，已知輸入信號為，輸入功率 ，輸入噪聲,信噪比為,非相干解調(diào)的解調(diào)器的輸入端是調(diào)頻信號與噪聲的疊加，為，在大信噪比情況下，解調(diào)器的輸出端的信噪比為</p><p><b>　　，</b></p><p>　　考慮單頻余弦信號調(diào)制，故可得大信噪比情況下的信噪比增益為 ，</p>&l

17、t;p>　　單頻時，帶寬,所以增益可化解為 .由此可看出，性噪比增益和調(diào)頻指數(shù)的三次方成正比。加大調(diào)頻指數(shù)，可使調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能改善。</p><p><b>　　四、詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟</b></p><p>　　產(chǎn)生調(diào)制信號和載波信號,畫出相應(yīng)的時域圖和頻域圖</p><p><b>　　圖4.1</b></

18、p><p><b>　　圖4.2</b></p><p><b>　　圖4.3</b></p><p>　　利用modulate函數(shù)產(chǎn)生調(diào)制信號</p><p><b>　　圖4.4</b></p><p><b>　　圖4.5</b>

19、</p><p><b>　　對調(diào)制信號進(jìn)行解調(diào)</b></p><p><b>　　圖4.6</b></p><p><b>　　圖4.7</b></p><p>　　對信道中加入加性高斯白噪聲，繪制調(diào)頻信號的時域圖和頻域圖</p><p><b

20、>　　圖4.8</b></p><p><b>　　圖4.9</b></p><p>　　5.繪制加噪聲的調(diào)頻信號的解調(diào)時域圖和頻域圖</p><p><b>　　圖5.0</b></p><p><b>　　圖5.1</b></p><p

21、><b>　　五、設(shè)計(jì)結(jié)果及分析</b></p><p>　　1、對已調(diào)制未加噪聲的調(diào)頻信號而言，在已調(diào)制時域圖中出現(xiàn)疏密交錯的變化規(guī)律，有理論和實(shí)際都可以看到，對應(yīng)調(diào)制信號波峰處，波形最密；對應(yīng)調(diào)制信號波谷處，波形最疏.如圖4.1、圖4.2所示。..</p><p>　　2.、由圖4.5可知，輸入的調(diào)制信號通過調(diào)制之后，波形發(fā)生了明顯的變化，原本規(guī)則的正弦信號

22、變成了不規(guī)則的上下起伏波動的圖形，而且調(diào)制后的圖形也沒有原本正弦信號般圓滑，出現(xiàn)了十分尖銳的突起。說明正弦信號通過FM調(diào)制之后波形發(fā)生了明顯的改變。通過頻譜圖的對照比較我們可以看出FM調(diào)制并不是使原正弦信號的頻譜在原來位置上通過移動得到調(diào)制波形，調(diào)制后的波形與調(diào)制前的完全不同，這證明FM調(diào)制并不是線性調(diào)制的，而是非線性的.</p><p>　　3、 改變抽樣頻率，可以看到當(dāng)抽樣頻率低于調(diào)制信號的時，無法得出信號波

23、形，由奈奎斯特定義可以知道，當(dāng)抽樣頻率低于兩倍的調(diào)制信號頻率時，信號會混疊失真.</p><p>　　4、加入噪聲后時域波形與原來的時域波形相比，波形明顯失真，波形不僅不如原本波形般規(guī)則，而且曲線之間還出現(xiàn)了未鏈接在一起的斷裂，但隨著信噪比的增大，與原有的波形的相似度也增大了，說信噪比越大，噪聲對信號的影響也變小了。從加入噪聲的圖形與未加入噪聲的對比中我們還可以看出噪聲對時域圖的變化明顯比頻域圖的變化更為突出，白

24、噪聲在整個頻譜內(nèi)每個頻點(diǎn)的能量為常數(shù)，且基本恒定，所以他對于時域的影響更大。</p><p><b>　　六、總結(jié)</b></p><p>　　在課程設(shè)計(jì)的這段時間內(nèi)主要遇到了以下問題：</p><p>　　1）、對MATLAB中的函數(shù)的理解不夠，對MATLAB的使用不夠熟練，因此單學(xué)習(xí)MATLAB的基礎(chǔ)知識就花了不少時間。在信號的調(diào)制時，一開

25、始并不知道要用到modulate函數(shù)來對未調(diào)制信號進(jìn)行調(diào)制，還很辛苦的在在網(wǎng)上找了一大堆程序來完成調(diào)制過程，后來經(jīng)過和同學(xué)的交流，簡化了程序，順利地完成了對信號的調(diào)制。</p><p>　　2）、在做時域到頻域的變化步驟時，由于要利用傅立葉函數(shù)進(jìn)行變化，剛開始完全不知如何下手，很多書籍上有DFT，IFFT函數(shù)，不能明白其意思，后來問了同學(xué)，使用FFT可以使時域直接到頻域進(jìn)行變化，從而完成時域到頻域的轉(zhuǎn)換。<

26、/p><p>　　3）、在此次課程設(shè)計(jì)中遇到的棘手問題只要在MATLAB軟件語言上的使用，雖然對FM調(diào)制有了一定理解，但卻不能將其用相應(yīng)的語言來表示出FM調(diào)制過程，在程序方面主要還是通過網(wǎng)絡(luò)方面收集，并對其進(jìn)行整理和分析，綜合成相關(guān)的程序要求，順利地完成了這次的課程設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　七、體會</b></p><p>　　這次課程設(shè)

27、計(jì)不僅讓自己讓學(xué)到很多東西，而且加了自己對FM調(diào)制及MATLAB軟件了解，雖然設(shè)計(jì)時遇到許多難題，但通過自己努力，以及與同學(xué)一起探討，逐步對自己的課題有了更加深入的了解。剛開始對自己所要做的FM調(diào)制原理沒有搞清楚，書籍知識也只理解到皮毛而且對MATLAB軟件的使用和其語言的使用也不是很會，雖然在數(shù)字信號處理過程中用過學(xué)過，但僅僅停留在表面上，只會簡單的調(diào)試，對其未進(jìn)行深入學(xué)習(xí)，這也增加了此次設(shè)計(jì)的對自己的難度，但通過相關(guān)書籍的閱讀和與老

28、師的交流，在老師，同學(xué)的幫助下，完成了課程設(shè)計(jì)的基本要求。</p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]曹志剛、錢亞生 《現(xiàn)代通信原理》清華大學(xué)出版社</p><p>　　[2]程培青《數(shù)字信號處理》清華大學(xué)出版社 </p><p>　　[3]梁虹、梁潔、陳躍翹 《信號與系統(tǒng)

29、分析及MATLAB實(shí)現(xiàn)》 電子工業(yè)出版社 </p><p>　　[4]聶翔飛、王海寶 《MATLAB程序設(shè)計(jì)及其在信號處理中的應(yīng)用》 西南交通 </p><p><b>　　大學(xué)出版社 </b></p><p>　　[5] 鄒傳云《高頻電子線路》 清華大學(xué)出版社</p><p>　　[6]

30、百度文庫等網(wǎng)上資源.</p><p><b>　　仿真代碼</b></p><p>　　echo off </p><p>　　close all</p><p>　　clear all</p><p><b>　　clc</b></p>&

31、lt;p>　　.........%調(diào)制信號的產(chǎn)生.............</p><p><b>　　dt=0.001</b></p><p>　　t=-1.5:dt:1.5; %產(chǎn)生時間向量</p><p>　　Am=3;

32、 %設(shè)定調(diào)制信號幅度</p><p>　　fm=5; %設(shè)定調(diào)制信號頻率</p><p>　　Mt=Am*cos(2*pi*fm*t); %生成調(diào)制信號</p><p><b>　　figure(1)</b></p><p>

33、　　plot(t,Mt);</p><p>　　xlabel('t');</p><p>　　title('調(diào)制信號時域圖M(t)');</p><p>　　fc=50; %設(shè)定載波頻率</p><p>　　Ct=10*cos(2*pi*

34、fc*t); %生成載波</p><p><b>　　figure(2)</b></p><p>　　plot(t,Ct) ; %設(shè)定調(diào)頻指數(shù)</p><p>　　xlabel('t')</p>&

35、lt;p>　　title('載波信號時域圖C(t)');</p><p>　　fs=1000; </p><p>　　Sfm=modulate(Mt,fc,fs,'FM'); %產(chǎn)生已調(diào)信號 </p><p>　　%*****對調(diào)

36、制信號m(t)求傅里葉變換**** </p><p>　　ts=0.001; %抽樣間隔</p><p>　　fs=1/ts; %抽樣頻率</p><p>　　df=0.25; %

37、所需的頻率分辨率，用在求傅里葉變換</p><p>　　%時，它表示FFT的最小頻率間隔</p><p>　　Mt=Am*cos(2*pi*fm*t); %原調(diào)信號</p><p><b>　　fs=1/ts;</b></p><p>　　if nargin==2

38、 %用nargin獲取輸入?yún)?shù)個</p><p><b>　　n1=0;</b></p><p><b>　　else</b></p><p><b>　　n1=fs/df;</b></p><p><b>　　end</b></p>

39、<p>　　n2=length(Mt);</p><p>　　n=2^(max(nextpow2(n1),nextpow2(n2)));</p><p>　　M=fft(Mt,n);</p><p>　　Mt=[Mt,zeros(1,n-n2)];</p><p>　　df1=fs/n;

40、 %以上程序是對調(diào)制后的信號求傅里變換</p><p>　　M=M/fs; %縮放，便于在頻鋪圖上整體觀察</p><p>　　f=[0:df1:df1*(length(Mt)-1)]-fs/2; %時間向量對應(yīng)的頻率向量</p><p>　　figure(11

41、)</p><p>　　plot(f,abs(fftshift(M))) %fftshift:將FFT中的DC分量移到頻譜中心</p><p>　　xlabel('頻率f')</p><p>　　title('調(diào)制信號的頻譜圖');</p><p><b>　　figure(3)

42、</b></p><p>　　plot(t,Sfm);</p><p>　　xlabel('t')</p><p>　　title('調(diào)頻信號的時域圖');</p><p>　　axis([0 1.5 -2 2]);</p><p>　　b=fft(Sfm,1024);

43、 %N=1024數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù) </p><p>　　f=(0:length(b)-1)*fs/length(b)-fs/2;</p><p><b>　　figure(4)</b></p><p>　　plot(f,abs(fftshift(b))); %FM信號頻譜圖</p><

44、;p>　　xlabel('頻率分量(Hz)'); %頻率分量</p><p>　　ylabel('頻率譜能量(y)'); %頻率譜能量</p><p>　　title('調(diào)頻信號的頻譜圖');</p><p>　　......%調(diào)頻信號的解調(diào).........</p>

45、<p>　　nsfm=Sfm; </p><p>　　for i=1:length(t)-1 %接受信號通過微分器處理</p><p>　　dift_nsfm(i)=(nsfm(i+1)-nsfm(i))./dt;</p><p><b&g

46、t;　　end</b></p><p>　　dift_nsfmn = abs(hilbert(dift_nsfm)); %hilbert變換，求絕對值得到瞬時幅度（包絡(luò)檢波）</p><p>　　zero=(max(dift_nsfmn)-min(dift_nsfmn))/2;</p><p>　　dift_nsfmn1=dift_nsfmn-z

47、ero;</p><p><b>　　figure(5)</b></p><p>　　..... %繪制無噪聲條件下解調(diào)信號的時域圖</p><p>　　plot((1:length(dift_nsfmn1))./1000,dift_nsfmn1./400,'r');</p><p>　　xlabel(&

48、#39;時間t'); </p><p>　　title('無噪聲條件下解調(diào)信號的時域圖');</p><p>　　%對已解調(diào)信號進(jìn)行傅氏變換</p><p>　　x=fft(dift_nsfmn1,1024);</p><p>　　f=(0:length(x)-1)*f

49、s/length(x)-fs/2;</p><p><b>　　x=x/1000;</b></p><p><b>　　figure(6)</b></p><p>　　plot(f,abs(fftshift(x)), 'r');</p><p>　　xlabel('頻率f&#

50、39;)</p><p>　　title('已解調(diào)信號的頻譜圖')</p><p>　　%有噪聲情況下的調(diào)頻信號</p><p><b>　　am=3;</b></p><p><b>　　fm=5;</b></p><p>　　fc = 50;

51、 %載波頻率</p><p>　　fs = 1000; %采樣頻率</p><p>　　t = (0 :0.001:0.15); %時間區(qū)域</p><p>　　mt=am*cos(2*pi*fm*t) %輸入信號</p><p

52、>　　sfm = modulate(mt,fc,fs,'FM'); %調(diào)制信號</p><p>　　y1 = sfm + awgn(sfm,10,0); % FM信號加入噪聲</p><p><b>　　figure(7)</b></p><p>　　plot(t,y1);

53、 %FM信號時域圖</p><p>　　xlabel('t(s)');ylabel('sfm');</p><p>　　title('加噪聲之后的調(diào)頻信號時域圖,性噪比為SNR=10')</p><p>　　axis([0 0.15 -2.5 2.5]);</p><

54、p>　　b=fft(y1,1024); </p><p>　　f=(0:length(b)-1)*fs/length(b) -fs/2;</p><p><b>　　figure(8)</b></p><p>　　plot(f,abs(fftshift(b))); %FM信號頻譜圖</p>

55、;<p>　　xlabel('頻率分量(Hz)'); %頻率分量</p><p>　　ylabel('頻率譜能量(y)'); %頻率譜能量</p><p>　　title('加噪聲后的調(diào)頻信號頻譜圖');</p><p>　　%對加性噪聲調(diào)頻信號進(jìn)行解調(diào)</p>

56、<p>　　ny1=y1; </p><p>　　for i=1:length(t)-1 %接受信號通過微分器處理</p><p>　　dift_ny1(i)=(ny1(i+1)-ny1(i))./dt;</p><p><b>　　

57、end</b></p><p>　　dift_ny1n = abs(hilbert(dift_ny1)); %hilbert變換，求絕對值得到瞬時幅度（包絡(luò)檢波）</p><p>　　zero=(max(dift_ny1n)-min(dift_ny1n))/2;</p><p>　　dift_ny1n1=dift_ny1n-zero;</p>

58、;<p><b>　　figure(9)</b></p><p>　　..... %繪制無噪聲條件下解調(diào)信號的時域圖</p><p>　　plot((1:length(dift_ny1n1))./1000,dift_ny1n1./400,'r');</p><p>　　xlabel('時間t');

59、 </p><p>　　title('加性噪聲條件下解調(diào)信號的時域圖');</p><p>　　%對已解調(diào)信號進(jìn)行傅氏變換</p><p>　　x=fft(dift_ny1n1,1024);</p><p>　　f=(0:length(x)-1)*fs/length(x) -fs

60、/2;</p><p><b>　　x=x/1000;</b></p><p>　　figure(10)</p><p>　　plot(f,abs(fftshift(x)));</p><p>　　xlabel('頻率f');</p><p>　　title('加噪聲的已解