FM調(diào)制與解調(diào)

1、FM調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)目的FM在通信系統(tǒng)中的使用非常廣泛。FM廣泛應(yīng)用于高保真音樂廣播、電視伴音信號(hào)的傳輸、衛(wèi)星通信和蜂窩電話系統(tǒng)等。本設(shè)計(jì)主要是利用MATLA集成環(huán)境下的M文件，編寫程序來實(shí)現(xiàn)FM調(diào)制與解調(diào)過程，并分別繪制出基帶信號(hào)，載波信號(hào)，已調(diào)信號(hào)的時(shí)域波形；再進(jìn)一步分別繪制出相干解調(diào)后解調(diào)基帶信號(hào)的時(shí)域波形。該設(shè)計(jì)使用系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)為WindowsXP,程序運(yùn)行平臺(tái)使用WindowsXP,程序設(shè)計(jì)語言采用MATLAB運(yùn)行程序完成對(duì)FM調(diào)制和解調(diào)結(jié)果的觀察。通過該本次設(shè)計(jì)，達(dá)到了實(shí)現(xiàn)FM信號(hào)調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)的仿真目的。二、工作原理與計(jì)算通信系統(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

2、任何個(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1所示）0圖1通信系統(tǒng)一般模型信息源的作用是把各種信息轉(zhuǎn)換成原始信號(hào)，發(fā)送設(shè)備的作用產(chǎn)生適合傳輸?shù)男盘?hào)，信息源和發(fā)送設(shè)備統(tǒng)稱為發(fā)送端。發(fā)送端將信息直接轉(zhuǎn)換得到的較低頻率的原始電信號(hào)稱為基帶信號(hào)。通常基帶信號(hào)不宜直接在信道中傳輸。因此，在通信系統(tǒng)的發(fā)送端需將基帶信號(hào)的頻譜搬移（調(diào)制）到適合信道傳輸?shù)念l率范圍內(nèi)進(jìn)行傳輸。這就是調(diào)制的過程。信號(hào)通過信道傳輸后，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)）到原來的頻率范圍，這就是解調(diào)的過程。調(diào)制過程是一個(gè)頻譜搬移的過程，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

3、的信號(hào)頻譜再搬回來，并且不失真地恢復(fù)出原始基帶信號(hào)。在本仿真的過程中我們選擇用非相干解調(diào)方法進(jìn)行解調(diào)。2.1 FM調(diào)制原理調(diào)制在通信系統(tǒng)中具有十分重要的作用。一方面，通過調(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，通過調(diào)制可以提高信號(hào)通過信道傳輸時(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?？梢姡{(diào)制方式往往決定一個(gè)通信系統(tǒng)的性能2.2 FM解調(diào)原理調(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)

4、用范圍受限；而非相干解調(diào)不需同步信號(hào)，且對(duì)于NBFM言號(hào)和WBFMB號(hào)均適用，因此是FM系統(tǒng)的主要解調(diào)方式。三、步驟3.1調(diào)制過程在本仿真的過程中我們選擇用FM調(diào)制方法進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制模型如圖2圖2調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生的M文件：dt=0.001;t=0:dt:1.5;量am=15;%號(hào)幅度J可更改fm=15;號(hào)頻率J可更改mt=am*cos(2*pi*fm*t);fc=50;J可更改FM調(diào)制模型%設(shè)定時(shí)間步長滬生時(shí)間向設(shè)定調(diào)制信%設(shè)定調(diào)制信%生成調(diào)制信號(hào)%設(shè)定載波頻率生成載波kf=10;int_mt=0;fori=1:length(t)-1int_mt(i+1)=int_mt(i)+mt(i)*dt;e

5、nd設(shè)定調(diào)頻指數(shù)%寸mt進(jìn)行積分%調(diào)制，產(chǎn)生已調(diào)sfm=am*cos(2*pi*fc*t+2*pi*kf*int_mt);信號(hào)通過M文件繪制出調(diào)制過程如圖3.3.2解調(diào)過程在本仿真的過程中我們選擇用非相干解調(diào)方法進(jìn)行解調(diào)。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4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限制帶外噪聲，使調(diào)頻信號(hào)順利通過。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)，最后通過低通濾波器取出調(diào)制信號(hào)。圖4FM解調(diào)模型微分器通過程序?qū)崿F(xiàn)，代碼如下:fori=1:length(t

6、)-1%接受信號(hào)通過微分器處理diff_sfm(i)=(nsfm(i+1)-sfm(i)/dt;enddiff_Sfmn=abs(hilbert(difLSfm);%hilbert變換，通過M文件繪制出解調(diào)的過程如圖5：圖5FM解調(diào)過程四、問題解決方法4.1 仿真程序%FM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)MATLA源代碼41 初始化echoOffcloseallclearallcicO/*/oFM*調(diào)制dt=O.OO1;設(shè)定時(shí)間步長t=0:dt:2;%am=4;%度fm=2;%率mt=am*cos(2*pi*fm*t);fc=50;%Ct=COS(2*pi*fc*t);kf=10;%int_mt=0;fori=1

7、:length(t)-1int_mt(i+1)=int_mt(i)+mt(i)*dt;的積分end%產(chǎn)生時(shí)間向量設(shè)定調(diào)制信號(hào)幅設(shè)定調(diào)制信號(hào)頻%生成調(diào)制信號(hào)設(shè)定載波頻率%生成載波設(shè)定調(diào)頻指數(shù)%求信號(hào)m(t)調(diào)制，產(chǎn)生已調(diào)信sfm=am*cos(2*pi*fc*t+2*pi*kf*int_mt);%調(diào)制信號(hào)o/*FM解調(diào)*fori=1:length(t)-1接受信號(hào)通過微分器處理diff_sfm(i)=(sfm(i+1)-sfm(i)./dt;enddiff_Sfmn=abs(hilbert(difLSfm);%hilbert變換，求絕對(duì)值得到瞬時(shí)幅度(包絡(luò)檢波)zero=(max(diff_sf

8、mn)-min(diff_Sfmn)/2;diff_Sfmn1=diff_Sfmn-!*5*/o顯示程序figure(1)figure(1)SubPlot(3,1,1);plot(t,mt);%號(hào)的時(shí)域圖xlabel。時(shí)間tgridon;title('調(diào)制信號(hào)的時(shí)域圖')；SUbPlot(3,1,2);plot(t,ct);%的時(shí)域圖xlabel。時(shí)間tgridon;title('載波的時(shí)域圖')；SUbPlot(3,1,3);plot(t,sfm);%號(hào)的時(shí)域圖繪制調(diào)制信繪制載波繪制已調(diào)信xlabel(時(shí)間t);gridon;title(已調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖

9、9;)；*figure(2)figureSUbPlot(3,1,1);plot(t,mt);%繪制調(diào)制信號(hào)的時(shí)域圖繪制已調(diào)信接受信號(hào)通繪制解調(diào)信號(hào)Xlabe1('時(shí)間t);gridon;title('調(diào)制信號(hào)的時(shí)域圖')；SubPlot(3,1,2);plot(t5sfm);%號(hào)的時(shí)域圖xlabel。時(shí)間tgridon;title('已調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖')；nSfm=Sfm;fori=1:length(t)-1%過微分器處理diff_sfm(i)=(sfm(i+1)-sfm(i)./dt;enddiff_Sfmn=abs(hilbert(diff_sfm)

10、;%hilbert換，求絕對(duì)值得到瞬時(shí)幅度(包絡(luò)檢波)zero=(max(diff_Sfmn)-min(diff_sfmn)/2;diffSfmn1=diffSfmn-zero;subplot(3,1,3);%的時(shí)域圖plot(1:length(diff_sfmn1)71000,diff_sfmn1/400);xlabel。時(shí)間f）；gridon;title（1解調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖'）;4.2 仿真結(jié)果圖六調(diào)制信號(hào)仿真圖圖七解調(diào)信號(hào)仿真五、結(jié)果（數(shù)據(jù)）與分析本次設(shè)計(jì)達(dá)到了實(shí)現(xiàn)FM信號(hào)調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)的仿真目的。在這里使用正弦信號(hào)作為基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，正弦信號(hào)形式簡單，便于產(chǎn)生及接收。輸入的調(diào)制信號(hào)通過FM調(diào)制之后，正弦信號(hào)波形發(fā)生了明顯的變化，與調(diào)制前的完全不同，這證明FM調(diào)制并不是線性的，而是非線性的。解調(diào)后基本恢復(fù)了原調(diào)制信號(hào)波形，通過本次仿真，我對(duì)FM調(diào)制解調(diào)的概念又有了更深的了解，加強(qiáng)了我們對(duì)原來的通信知識(shí)的鞏固，而且也熟悉了MATLA這個(gè)工具如何進(jìn)行通信仿真有了更進(jìn)一步的了解，為以后用MATLA做諸如此類的學(xué)習(xí)與研究打下了基礎(chǔ)。在這次設(shè)計(jì)中，我