FM調(diào)制及解調(diào)系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)方案

1 題的目的 本課程設(shè)計(jì)課題主要研究 制與解調(diào)模擬系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)和軟件仿真方法。通過(guò)完成本課題的設(shè)計(jì)，擬主要達(dá)到以下幾個(gè)目的： 1) 掌握模擬系統(tǒng) 制與解調(diào)的原理。 2) 掌握模擬系統(tǒng) 制與解調(diào)的設(shè)計(jì)方法； 3) 掌握應(yīng)用 析系統(tǒng)時(shí)域、頻域特性的方法，進(jìn)一步鍛煉應(yīng)用 4) 熟悉基于 動(dòng)態(tài)建模和仿真的步驟和過(guò)程； 5) 了解基于 擬儀器的特點(diǎn)和使用方法 ，熟悉采用 程設(shè)計(jì)報(bào)告要求 (1) 設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)包括內(nèi)容：課程設(shè)計(jì)題目，設(shè)計(jì)目的和意義，設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟，設(shè)計(jì)結(jié)果（原理圖等），測(cè)試和仿真結(jié)果（圖形或數(shù)據(jù)）及其分析，結(jié)論，參考文獻(xiàn)等。 (2) 提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告時(shí)應(yīng)同時(shí)提交相關(guān)設(shè)計(jì)和仿真分析材料（電路圖、程序、結(jié)果等）的電子版。 題任務(wù) 設(shè)計(jì) 真實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。 包括 : 可實(shí)現(xiàn)單音調(diào)制的 求給出系統(tǒng)的設(shè)計(jì)框圖、源程序代碼及仿真結(jié) 果，并要求給出程序的具體解釋說(shuō)明，記錄系統(tǒng)的各個(gè)輸出點(diǎn)的波形和頻譜圖。具體內(nèi)容為： (1）設(shè)計(jì) 出系統(tǒng)的原理框圖 ,對(duì)系統(tǒng)的主要參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)說(shuō)明。 (2）采用 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，要求采用兩種方式進(jìn)行仿真，即直接采用 用 求采用兩種以上調(diào)制信號(hào)源進(jìn)行仿真，并記錄系統(tǒng)的各個(gè)輸出點(diǎn)的波形和頻譜圖。 2 (3)采用 實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能 ,要求給出系統(tǒng)的前面板 和框圖，采用兩種以上調(diào)制信號(hào)源進(jìn)行仿真，并記錄仿真結(jié)果。 (4)要求對(duì)系統(tǒng)的時(shí)域、頻域特性進(jìn)行分析，并與理論設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行比較分析。 (5)對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行綜合測(cè)試，整理數(shù)據(jù)，撰寫(xiě)設(shè)計(jì)報(bào)告。 3 般通信系統(tǒng) 通信的目的是傳輸信息。一般通信系統(tǒng)的作用就是將信息從信息源發(fā)送 到一個(gè)或多個(gè)目的地。對(duì)于任何一個(gè)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 圖 信系統(tǒng)一般模型 計(jì)方案論證 調(diào)頻（ 載波信號(hào)的頻率按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化； 調(diào)相（ 載波信號(hào)的相位按調(diào)制信號(hào)的規(guī)律變化； 兩種調(diào)制方式均表現(xiàn)為載波信號(hào)的瞬時(shí)相位收到調(diào)變。 在設(shè)計(jì)調(diào)頻（ 調(diào)相（ 統(tǒng)時(shí)，由于調(diào)頻（ 以看成是相位按調(diào)制信號(hào)的時(shí)間積分值規(guī)律變化的的調(diào)相信號(hào)，故可以都借助調(diào)相系統(tǒng)，只是調(diào)頻時(shí)，需先將調(diào)制信號(hào)積分以后再通過(guò)調(diào)相系統(tǒng)。設(shè)計(jì)調(diào)相系統(tǒng)時(shí)，在確定載波幅度和頻率、調(diào)制信號(hào)幅度和頻率、調(diào)頻或調(diào) 相比例常數(shù)后，將調(diào)制信號(hào)與比例常數(shù)的乘積（調(diào)相時(shí)）或 調(diào)制信號(hào)積分以后與比例常數(shù)的乘積（調(diào)頻時(shí)），即可完成調(diào)相功能。 由于等幅調(diào)頻波通過(guò)延時(shí)網(wǎng)絡(luò)以后，在限制 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 (錯(cuò)誤 !未找到引用源。為調(diào)制信號(hào)的角頻率， 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 為延時(shí)量 )的條件下，輸出調(diào)頻波與輸入時(shí)相比會(huì)產(chǎn)生附加相移，該附加相移反映了輸入調(diào)頻波的瞬時(shí)頻率變化，即輸出為調(diào)頻 將其通過(guò)鑒相器即可完成鑒頻。此即相位鑒頻器的理論設(shè)計(jì)模型。 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 4 假設(shè)調(diào)相波和載波之間的相位差為 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 ，使調(diào)相波產(chǎn)生 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 固定相移后，和載波一起通過(guò)相乘器，再通過(guò)低通濾波器后，輸出波在限制 錯(cuò)誤 !未找到引用源。 的條件下，幅度反映了輸入調(diào)相波的瞬時(shí)相位變化，即完成了鑒相功能。此即乘積型鑒相器的理論設(shè)計(jì)模型。 故在設(shè)計(jì)鑒頻（ 鑒相（ 統(tǒng)時(shí)，只需在確定系統(tǒng)參數(shù)的情況下，按上述原理完成相位鑒頻器和乘積型鑒相器的功能即可完成相應(yīng)的解調(diào)功能。 在 上述原理轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)學(xué)關(guān)系，即可完成編程； 在 據(jù)上述原理選擇合適的模型，并做合適的參數(shù) 設(shè)置，即可完成系統(tǒng)方框圖的設(shè)計(jì)； 在 據(jù)上述原理選擇合適的函數(shù)和控件，并做合適的參數(shù)設(shè)置，即可完成前面板和程序框圖的設(shè)計(jì)； 在 了解設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)上述原理給添加的按鈕或文本框添加對(duì)應(yīng)的代碼，即可實(shí)現(xiàn)圖形用戶(hù)界面。 理分析 調(diào)制在通信系統(tǒng)中具有十分重要的作用。一方面，通過(guò)調(diào)制可以把基帶信號(hào)的頻譜搬移到所希望的位置上去，從而將調(diào)制信號(hào)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(hào)。另一方面，通過(guò) 調(diào)制可以提高信號(hào)通過(guò)信道傳輸時(shí)的抗干擾能力，同時(shí)，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(hào)的帶寬不同，因此調(diào)制影響傳輸帶寬的利用率?？梢?jiàn)，調(diào)制方式往往決定一個(gè)通信系統(tǒng)的性能。在本仿真的過(guò)程中我們選擇用調(diào)頻調(diào)制方法進(jìn)行調(diào)制。 調(diào)制過(guò)程是一個(gè)頻譜搬移的過(guò)程，它是將低頻信號(hào)的頻譜搬移到載頻位置。而解調(diào)是將位于載頻的信號(hào)頻譜再搬回來(lái)，并且不失真地恢復(fù)出原始基帶信號(hào)。在本仿真的過(guò)程中我們選擇用非相干解調(diào)方法進(jìn)行解調(diào)。 而頻率（ 制的名稱(chēng)源于 m(t)與已調(diào)信號(hào)的頻率呈線(xiàn)性關(guān)系。 制就是將調(diào)制 信號(hào)的變化映射到已調(diào)信號(hào)的頻率大小。 設(shè)調(diào)制信號(hào)為 m(t)，調(diào)頻信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為 5 )(22c o s )( 例如： m（ t）的時(shí)域波形為 m（ t） 1 0 1 t 圖 調(diào)頻波的頻譜包含無(wú)窮多個(gè)分量。由于調(diào)頻波的頻譜 包含分量有無(wú)窮多個(gè)，因此，理論上調(diào)頻波的頻帶寬度為無(wú)限寬。然而實(shí)際上邊頻幅度隨著 此，只要取適合的 邊頻分量小到可以忽略，調(diào)頻信號(hào)可近似認(rèn)為具有有限頻譜。所以，根據(jù)這個(gè)原則，調(diào)頻波的帶寬為 B=2（ +1） W。 （ 1） 以載頻 中心，由無(wú)窮多對(duì)以調(diào)制信號(hào)頻率 分 量幅值取決于 數(shù)，且以 稱(chēng)分布； （ 2）載波分量并不總是最大，有時(shí)為零； （ 3） （ 4）頻譜結(jié)構(gòu)與 6 要內(nèi)容設(shè)計(jì) 選部分 (1) 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 出系統(tǒng)的原理框圖 ,對(duì) 系統(tǒng)的主要參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)說(shuō)明 ,具體參數(shù)包括：載波頻率、調(diào)制信號(hào)頻率、載波大小、調(diào)制信號(hào)大小、調(diào)制系數(shù)等參數(shù)。并對(duì)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)進(jìn)行理論分析計(jì)算。 (2) 根據(jù)所設(shè)計(jì)的 行基于 現(xiàn)單音調(diào)制的 求給出系統(tǒng)的 要求寫(xiě)出程序的具體解釋說(shuō)明，記錄系統(tǒng)的各個(gè)輸出點(diǎn)的波形和頻譜圖。要求調(diào)制信號(hào)分別采用不同類(lèi)型的信號(hào)進(jìn)行仿真，至少給出兩種以上調(diào)制信號(hào)源，具體參數(shù)自定。載波信號(hào)頻率根據(jù)設(shè)計(jì)情況設(shè)定。 (3) 根 據(jù)所設(shè)計(jì)的 解調(diào)的模擬系統(tǒng)，采用 別實(shí)現(xiàn)單音調(diào)制的 求包括調(diào)制和解調(diào)的部分，并給出采用 時(shí)記錄系統(tǒng)的各個(gè)輸出點(diǎn)的波形和頻譜圖。要求采用兩種以上調(diào)制信號(hào)源進(jìn)行仿真，具體參數(shù)自定。載波信號(hào)頻率根據(jù)設(shè)計(jì)情況設(shè)定。 (4) 根據(jù)仿真結(jié)果 ,對(duì)系統(tǒng)的時(shí)域、頻域特性進(jìn)行分析，并與理論設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行比較分析。 展部分 (1) 根據(jù)所設(shè)計(jì)的 制與解調(diào)的模擬系統(tǒng)，說(shuō)明具體的參 數(shù)，進(jìn)行基于 別實(shí)現(xiàn)單音調(diào)制的 求包括調(diào)制和解調(diào)的部分，給出系統(tǒng)的前面板和框圖，并記錄仿真結(jié)果。 (2) 要求調(diào)制信號(hào)采用不同類(lèi)型的信號(hào)源，進(jìn)行進(jìn)一步的仿真，給出系統(tǒng)的前面板和框圖，并記錄仿真結(jié)果，觀(guān)察分析頻譜的變化情況。 (3) 比較分析采用以上兩種軟件環(huán)境： 行仿真的各自的特點(diǎn)，分析說(shuō)明不同語(yǔ)言環(huán)境的各自?xún)?yōu)勢(shì)。 7 件簡(jiǎn)介 視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線(xiàn)性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言（如 C、 編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。 以矩陣為基本數(shù)據(jù)單位，在數(shù)學(xué)類(lèi)科技應(yīng)用軟件中在數(shù)值計(jì)算方面首屈一指。 制函數(shù)和數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)算法、創(chuàng)建用戶(hù)界面、連 接其他編程語(yǔ)言的程序等，主要應(yīng)用于工程計(jì)算、控制設(shè)計(jì)、信號(hào)處理與通訊、圖像處理、信號(hào)檢測(cè)、金融建模設(shè)計(jì)與分析等領(lǐng)域。 是一種基于 是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和分析的一個(gè)軟件包，被廣泛應(yīng)用于線(xiàn)性系統(tǒng)、非線(xiàn)性系統(tǒng)、數(shù)字控制及數(shù)字信號(hào)處理的建模和仿真中。 對(duì)各種時(shí)變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號(hào)處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)， 真、執(zhí)行和測(cè)試。 . 構(gòu)架在 領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計(jì)、執(zhí)行、驗(yàn)證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。 密集成，可以直接訪(fǎng)問(wèn) 量的工具來(lái)進(jìn)行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)的定義。其特點(diǎn)為： （ 1）豐富的可擴(kuò)充的預(yù)定義 模塊庫(kù)。 （ 2）交互式的圖形編輯器來(lái)組合和管理直觀(guān)的模塊圖。 （ 3）以設(shè)計(jì)功能的層次性來(lái)分割模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜設(shè)計(jì)的管理。 （ 4）通過(guò) 航、創(chuàng)建、配置、搜索模型中的任意信號(hào)、參數(shù)、屬 性，生成模型代碼。 8 （ 5）提供 （ 6）使用 模塊在 嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行中調(diào)用 法。 （ 7）使用定步長(zhǎng)或變步長(zhǎng)運(yùn)行仿真，根據(jù)仿真模 式 ( 決定以解釋性的方式運(yùn)行或以編譯 （ 8）圖形化的調(diào)試器和剖析器來(lái)檢查仿真結(jié)果，診斷設(shè)計(jì)的性能和異常行為。 （ 9） 可訪(fǎng)問(wèn) 制建模環(huán)境，定義信號(hào)參數(shù) 和測(cè)試數(shù)據(jù)模型分析和診斷工具來(lái)保證模型的一致性，確定模型中的錯(cuò)誤。 9 M 調(diào)制模型的建立 實(shí)現(xiàn) 圖 間接調(diào)頻原理框圖 圖 相位鑒頻器原理框圖 設(shè)調(diào)制信號(hào)為 ( ) c o s ( 2 )mm t A f t 設(shè)正弦載波為 ( ) c o s ( 2 )cc t f t 可得到已調(diào)調(diào)頻信號(hào)為 )(22c o s )( 假設(shè)信號(hào)傳輸信道為高斯白噪聲信道，其功率為 2 。 調(diào)制過(guò)程分析 由于頻率與相位間存在微分與積分的關(guān)系，故調(diào)頻與調(diào)相之間存在著密切的關(guān)系，即調(diào)頻必調(diào)相，調(diào)相必調(diào)頻。因此，調(diào)頻和調(diào)相統(tǒng)稱(chēng)為角（度）調(diào)（制）。若只給一個(gè)波 形或表達(dá)式是無(wú)法確定調(diào)制方式是調(diào)頻還是調(diào)相的。 設(shè)載波信號(hào)為 10 )c o s ()(c o s ()(0 4 調(diào)制信號(hào)為 )co s()( （ 4 調(diào)頻信號(hào)的一般表達(dá)式為 )(co s ()(00 4 調(diào)相信號(hào)的一般表達(dá)式為 )(co s ()(0 4 以單音調(diào)制為例，對(duì)于調(diào)頻信號(hào)而言，它的瞬時(shí)角頻率、瞬時(shí)相位分別為： )co s (co s)( （ 4 00 s 4 式中而，調(diào)頻波的表達(dá)式為 )s in(co s)( 0 （ 4 密的變化與調(diào)制信號(hào)有關(guān)，調(diào)制信號(hào)寄托于等幅波的疏密之中或單位時(shí)間內(nèi)過(guò)零點(diǎn)的數(shù)目之中。 調(diào)頻信號(hào)的參數(shù)主要有： （ 1）最大角頻偏 m 它是瞬時(shí)角頻率 )(t 的最大值；最大頻偏 是瞬時(shí)頻偏 )(的最大值。 m 或反映了頻率受調(diào)制的程度，是衡量調(diào)頻質(zhì)量的重要指標(biāo)。 m 或 與 和 正比，與調(diào)制信號(hào)頻率 F 無(wú)關(guān)。 瞬時(shí)頻率變化范圍為 mc mc ，最大變化量為 。 （ 2）調(diào)制系數(shù)（調(diào)制靈敏度）fk(ra d /s V ) （ 4 它表示瞬時(shí)（角）頻率的控制能力，是產(chǎn)生 （ 3）調(diào)頻指數(shù)1 （ 4 它是單音調(diào)制信號(hào)引起的最大瞬時(shí)相角偏移量。 但成反比。，而且常常遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 1。 調(diào)模型的建立 調(diào)制信號(hào)的解調(diào)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(hào)，且需同步信號(hào)，故應(yīng)用范圍受限；而非相干解調(diào)不需同步信號(hào)，且對(duì)于 號(hào)和此是 本仿真的過(guò)程中我們選擇用非相干解調(diào)方法進(jìn)行解調(diào)。 圖 4 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 5所示。限幅器輸入為已調(diào)頻信號(hào)和噪聲，限幅器是為了消除接收信號(hào)在幅度上可能出現(xiàn)的畸變；帶通濾波器的作用是用來(lái)限制帶外噪聲，使調(diào)頻信號(hào)順利通過(guò)。鑒頻器中的微分器把調(diào)頻信號(hào)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(guò)低通濾波器取出調(diào)制信號(hào)。 解調(diào)過(guò)程分析 解調(diào)是調(diào)制的逆過(guò)程，其作用是從接收的已調(diào)信號(hào)中恢復(fù)原基帶信號(hào)。 信號(hào)通過(guò)信道傳輸后，具有將信號(hào)放大和反變換功能的接收端將已調(diào) 制的信號(hào)搬移（解調(diào)）到原來(lái)的頻率范圍。調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)有相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種。相干解調(diào)也叫同步檢波。解調(diào)與調(diào)制的實(shí)質(zhì)一樣，軍事頻譜搬移。調(diào)制是把基帶信號(hào)的頻譜搬到了載波位置，這一過(guò)程可以通過(guò)一個(gè)相乘器與載波相乘來(lái)實(shí)現(xiàn)。解調(diào)則是調(diào)制的反過(guò)程，即把在載頻位置的已調(diào)信號(hào)的頻譜搬回到原始基帶位置，因此同樣可以用相乘器與載波相乘來(lái)實(shí)現(xiàn)。相干解調(diào)僅適用于窄帶調(diào)頻信號(hào)，且需同步信號(hào)，故應(yīng)用范圍受限；而非相干解調(diào)不需要同步信號(hào)，是 設(shè)計(jì)采用非相干解調(diào)。 設(shè)輸入調(diào)頻信號(hào)為 12 ( ) ( ) c o s ( ( ) ) M c fS t S t A t K m d 微分器的作用是把調(diào)頻信號(hào)變成調(diào)幅調(diào)頻波。微分器輸出為 ( ) ( )()( ) s i n ( ( ) )i F f c t d S t d tK m t t K m d 包絡(luò)檢波的作用是從輸出信號(hào)的幅度變化中檢出調(diào)制信號(hào)。包絡(luò)檢波器輸出為 ( ) ( ) ( )o d c f d c d fS t K K m t K K K m t 為鑒頻靈敏度（ ，是已調(diào)信號(hào)單位頻偏對(duì)應(yīng)的調(diào)制信號(hào)的幅度，經(jīng)低通濾波器后加隔直流電容，隔除無(wú)用的直流，得 ( ) ( )o d fm t K K m t 微分器通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)，代碼如下： %解調(diào)接收到的信號(hào) y2=4101,44100);%接收聲音信號(hào) %讓收到的信號(hào)通過(guò)已經(jīng)設(shè)計(jì)好的帶通濾波器 i=1:t) i)=(i+1)i)./讓信號(hào)通過(guò)微分器 S=%讓收到的信號(hào)通過(guò)已經(jīng)設(shè)計(jì)好的低通濾波器 S=);%用希爾伯特變換實(shí)現(xiàn)包絡(luò)檢波 );%畫(huà)圖 t); 解調(diào)后的信號(hào) S（ t） ); 通過(guò) 13 圖 制信號(hào)的時(shí)域圖 圖 噪聲條件下已調(diào)信號(hào)時(shí)域圖 圖 噪聲條件下解調(diào)信號(hào)時(shí)域圖 斯白噪聲信道特性 我們將信道中存在的不需要 的電信號(hào)統(tǒng)稱(chēng)為噪聲。通信系統(tǒng)中的噪聲是疊加在信號(hào)上的，沒(méi)有傳輸信號(hào)時(shí)通信系統(tǒng)中也有噪聲，噪聲永遠(yuǎn)存在于通信系統(tǒng)中。噪聲可以看成是信道中的一種干擾，也稱(chēng)為加性干擾，因?yàn)樗钳B加在信號(hào)之上的。噪聲對(duì)于信號(hào)的傳輸是有害的，它能使模擬信號(hào)失真，是數(shù)字信號(hào)發(fā)生錯(cuò)碼，并限制著信息的傳輸速率。 按照來(lái)源分類(lèi)，噪聲可以分為人為噪聲和自然噪聲兩大類(lèi)。人為噪聲是有人類(lèi)的活動(dòng)產(chǎn)生的，自然噪聲是自然界中存在的各種電磁波輻射，此外還有一種很重要的自然噪聲，即熱噪聲。熱噪聲來(lái)自一切電子型元器件中電子的熱運(yùn)動(dòng)。由于在一般的通信系統(tǒng)的工 作頻率范圍內(nèi)熱噪聲的頻譜是均勻分布的，好像白光的頻譜在可見(jiàn)光的頻譜范圍內(nèi)均勻分布那樣，所以熱噪聲又常稱(chēng)為白噪聲。由于熱噪聲是由大量自由電子的運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，其統(tǒng)計(jì)特性服從高斯分布，故常將熱噪聲稱(chēng)為高斯白噪聲。在本仿真的過(guò)程中我們假設(shè)信道為高斯白噪聲信道。 設(shè)正弦波通過(guò)加性高斯白噪聲信道后的信號(hào)為 ( ) c o s ( ) ( )cr t A t n t 其中，白噪聲 ()取值的概率分布服從高斯分布。 14 數(shù)產(chǎn)生的隨 機(jī)序列服從均值為 0m ，方差 2 1 的高斯分布。 正弦波通過(guò)加性高斯白噪聲信道后的信號(hào)為 ( ) c o s ( ) ( )cr t A t n t 故其有用信號(hào)功率為 22 噪聲功率為 2N 信噪比 足公式 101 0 lo g ( ) 則可得到公式 22102 1 0 我們可以通過(guò)這個(gè)公式方便的設(shè)置高斯白噪聲的方差。 調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能分析 圖 調(diào)頻系統(tǒng)抗噪聲性能分析模型 圖中帶通濾波器的作用是抑制信號(hào)帶寬以外的噪聲。 ()均值為零，單邊功率譜密度為 0n 的高 斯白噪聲，經(jīng)過(guò)帶通濾波器后變?yōu)檎瓗Ц咚乖肼?()限幅器是為了消除接 15 收信號(hào)在幅度上可能出現(xiàn)的畸變。 設(shè)調(diào)頻信號(hào)為 ( ) c o s ( ( ) ) c fS t A t K m d 故其輸入功率為 22 輸入噪聲功率為 i o n B 因此輸入信噪比為 22大信噪比條件下，信號(hào)和噪聲的相互作用可以忽略，這時(shí)可以把信號(hào)和噪聲分開(kāi)來(lái)算，這里，我們可以得到解調(diào)器的輸出信噪比 2 2 2233 ( )8o m n f上式中， A 為載波的振幅， 調(diào)頻器靈敏度， 調(diào)制信號(hào) () 我們?nèi)缛艨紤] ()得到解調(diào)器的制度增益為 22232fi 考慮在寬帶調(diào)頻時(shí)，信號(hào)帶寬為 （ 12 16 則可以得到 m a (/t3 m （ 可以看出，大信噪比時(shí)寬帶調(diào)頻系統(tǒng)的信噪比增益是很高的，它與調(diào)頻指數(shù)的立方成正比。可見(jiàn)，加大調(diào)頻指數(shù) 可使調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能迅速改善。但加大調(diào)頻指數(shù) 又會(huì)增大信號(hào)占用帶寬 所以說(shuō) 制的大信噪比是用帶寬來(lái)?yè)Q取的。 各 種調(diào)制解調(diào)方式的傳輸增益和所占帶寬各有不同，我們可根據(jù)實(shí)際情況選用比較合適的調(diào)制解調(diào)方式，下表列出了幾種方式的各項(xiàng)指標(biāo)（表 ： 調(diào)制 方式 傳輸帶寬 ba se ba ()( 實(shí)現(xiàn)的難易 線(xiàn) 性 調(diào) 制 B )（最簡(jiǎn)單 B 1 復(fù)雜 1 最復(fù)雜 1 中等 非 線(xiàn) 性 調(diào) 制 （ 12 2m a (/t3 m （ 簡(jiǎn)單 （ 12 2m a (/tm （ 復(fù)雜 表 模擬調(diào)制系統(tǒng)的帶寬與噪聲性能 17 5 仿真實(shí)現(xiàn) M 和 程序流程圖： 圖 程序流程圖 編程仿真程序代碼 參數(shù)設(shè)置為： 調(diào)制信號(hào)頻率： 10制信號(hào)幅度： 1V；載波信號(hào)頻率： 100波信號(hào)幅度： 1V；調(diào)頻比例常數(shù) 2000；調(diào)相比例常數(shù) 100；采樣頻率 500 正弦波： T=采樣間隔 ;%采樣頻率 N=256;%采樣點(diǎn)數(shù) n=0:t=n*T; vx=*0*t);%調(diào)制信號(hào) 確定系統(tǒng)的主要參數(shù) 構(gòu)建調(diào)制信號(hào)和載波信號(hào) 調(diào)頻 相 對(duì)調(diào)制信號(hào)積分 與相應(yīng)的比例常數(shù)相乘 加到載波的相位上 得到調(diào)頻或調(diào)相信號(hào) 調(diào)頻 調(diào)相 18 )=0; i=1:(t)i+1)=i)+vx(i)*T; vc=*00*t);%載波信號(hào) 000;%調(diào)頻比例常數(shù) vf=*00*t+2*pi*kf*%調(diào)頻信號(hào) VX=); VC=); VF=); f=n*; ) ,2,1) 時(shí)域調(diào)制信號(hào) ) on ,2,2) f(1:N/2),X(1:N/2);頻域調(diào)制信號(hào) ) on ,2,3) 時(shí)域載波信號(hào) ) on ,2,4) f(1:N/2),C(1:N/2);頻域載波信號(hào) ) on ,2,5) 時(shí)域調(diào)頻信號(hào) ) on ,2,6) 19 f(1:N/2),F(1:N/2);頻域調(diào)頻信號(hào) ) on 00;%調(diào)相比例常數(shù) vp=*00*t+kp*%調(diào)相信號(hào) VP=); ) ,2,1) 時(shí)域調(diào)制信號(hào) ) on ,2,2) f(1:N/2),X(1:N/2);頻域調(diào)制信號(hào) ) on ,2,3) 時(shí)域載波信號(hào) ) on ,2,4) f(1:N/2),C(1:N/2);頻域載波信號(hào) ) on ,2,5) 時(shí)域調(diào)相信號(hào) ) on ,2,6) f(1:N/2),P(1:N/2);頻域調(diào)相信號(hào) ) 方波： T=采樣間隔 20 ;%采樣頻率 N=256;%采樣點(diǎn)數(shù) n=0:t=n*T; vx=*0*t,50);%調(diào)制信號(hào) )=0; i=1:(t)i+1)=i)+vx(i)*T; vc=*00*t);%載波信號(hào) 000;%調(diào)頻比例常數(shù) vf=*00*t+kf*%調(diào)頻信號(hào) VX=); VC=); VF=); f=n*; ) ,2,1) 時(shí)域調(diào)制信號(hào) ) 0,300, on ,2,2) f(1:N/2),X(1:N/2);頻域調(diào)制信 號(hào) ) on ,2,3) 時(shí)域載波信號(hào) ) on ,2,4) f(1:N/2),C(1:N/2);頻域載波信號(hào) ) 21 on ,2,5) 時(shí)域調(diào)頻信號(hào) ) on ,2,6) f(1:N/2),F(1:N/2);頻 域調(diào)頻信號(hào) ) on 00;%調(diào)相比例常數(shù) vp=*00*t+kp*%調(diào)相信號(hào) VP=); ) ,2,1) 時(shí)域調(diào)制信號(hào) ) 0,300, on ,2,2) f(1:N/2),X(1:N/2);頻域調(diào)制信號(hào) ) on ,2,3) 時(shí)域載波信號(hào) ) on ,2,4) f(1:N/2),C(1:N/2);頻域載波信號(hào) ) on ,2,5) 時(shí)域調(diào)相信號(hào) ) 22 ,2,6) f(1:N/2),P(1:N/2);頻域調(diào)相信號(hào) ) 3）運(yùn)行結(jié)果： 1）正弦波 : 圖 23 圖 ）方波： 圖 24 圖 M 和 程序流程圖： 圖 編程仿真程序代碼 參數(shù)設(shè)置如下： 調(diào)制信號(hào)頻率： 10制信號(hào)幅度： 1V；載波信號(hào)頻率： 100波信號(hào)幅度： 1V； 調(diào)頻比例常數(shù) ；調(diào)相比例常數(shù) 0；采樣頻率 500通濾波器參數(shù)：正弦波： 0,方波 ： 0, 正弦波： T=采樣間隔 ;%采樣頻率 N=256;%采樣點(diǎn)數(shù) n=0:t=n*T; 確定系統(tǒng)參數(shù) 構(gòu)建調(diào)制信號(hào)、載波信號(hào)和調(diào)角信號(hào) 鑒頻 相 將調(diào)頻信號(hào)延時(shí)，得調(diào)頻 鑒頻 鑒相 給調(diào)角信號(hào)加上固定相移 載波信號(hào) 通過(guò)相乘器 得到解調(diào)信號(hào) 25 kf=;%調(diào)頻比例常數(shù) kp=0;%調(diào)相比例常數(shù) vx=*0*t);%調(diào)制信號(hào) 0*pi*t)/(20*%對(duì)調(diào)制信號(hào)積分 vc=*00*t);%載波信號(hào) vf=*00*(2*pi*0*(20*);%對(duì)調(diào)頻 相位變化中含 0.4*00*(2*pi*0*(20*0);%對(duì)調(diào)頻 加上 0的固定相移 *00*t+kp*);%給調(diào)相信號(hào)加上 的固定相移 通過(guò)相乘器 通過(guò)相乘器 b=0, b,1, b,1, ); ); f=n*; ) ,2,1) 時(shí)域調(diào)制信號(hào) ) X=); ,2,2) f(1:N/2),X(1:N/2);頻域調(diào)制信號(hào) ) on ,2,3) 時(shí)域解調(diào) ) 26 on ,2,4) f(1:N/2),:N/2);頻域調(diào)制 ) on ) ,2,1) 時(shí)域調(diào)制信號(hào) ) X=); ,2,2) f(1:N/2),X(1:N/2);頻域調(diào)制信號(hào) ) on ,2,3) 時(shí)域解調(diào) ) on ,2,4) f(1:N/2),:N/2);頻域調(diào)制 ) 方波： T=采樣間隔 ;%采樣頻率 N=256;%采樣點(diǎn)數(shù) n=0:t=n*T; kf=;%調(diào)頻比例常數(shù) kp=0;%調(diào)相比例常數(shù) vx=*0*t,50);%調(diào)制信號(hào) 27 5*pi*t*10,%調(diào)制信號(hào) vc=*00*t);%載波信號(hào) vf=*00*(2*pi*5*10,;%對(duì)調(diào)頻相位變化中含 0.4*00*(2*pi*5*10,0);%對(duì)調(diào)頻 加上 0的固定相移。 *00*t+kp*);%給調(diào)相信號(hào)加上 的固定相移 通過(guò)相乘器 通過(guò)相乘器 b=0, b1=0, , b,1, ); ); f=n*; ) ,2,1) 時(shí)域調(diào)制信號(hào) ) 0,300, X=); ,2,2) f(1:N/2),X(1:N/2);頻域