FM調(diào)制與解調(diào)

1、FM調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng) 一、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(lè)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MATLAB集成環(huán)境下的M文件，編寫程序來(lái)實(shí)現(xiàn)FM調(diào)制與解調(diào)過(guò)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Windows XP ,程序運(yùn)行平臺(tái)使用Windows XP,程序設(shè)計(jì)語(yǔ)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(guò)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

2、個(gè)或多個(gè)目的地。對(duì)于任何個(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）。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?；鶐盘?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(guò)程。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，這就是解調(diào)的過(guò)程。調(diào)制過(guò)

3、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)。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(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?，調(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)

4、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NBFM信號(hào)和WBFM信號(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(guò)程在本仿真的過(guò)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 FM調(diào)制模型調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生的M文件：dt=0.001; %設(shè)定時(shí)間步長(zhǎng)t=0:dt:1.5; %產(chǎn)生時(shí)間向量am=15; %設(shè)定調(diào)制信號(hào)幅度可更改fm=15; %設(shè)定調(diào)制信號(hào)頻率可更改mt=am*cos(2*pi*fm*t); %生成調(diào)制信號(hào)fc=50; %設(shè)定載波頻率可更改ct=cos(2*pi*fc*t); %生成載波

5、kf=10; %設(shè)定調(diào)頻指數(shù)int_mt(1)=0; %對(duì)mt進(jìn)行積分for i=1:length(t)-1 int_mt(i+1)=int_mt(i)+mt(i)*dt;end sfm=am*cos(2*pi*fc*t+2*pi*kf*int_mt); %調(diào)制，產(chǎn)生已調(diào)信號(hào)通過(guò)M文件繪制出調(diào)制過(guò)程如圖3. 3.2解調(diào)過(guò)程在本仿真的過(guò)程中我們選擇用非相干解調(diào)方法進(jìn)行解調(diào)。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(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

6、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)。 圖4 FM解調(diào)模型 微分器通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)，代碼如下：for i=1:length(t)-1 %接受信號(hào)通過(guò)微分器處理 diff_sfm(i)=(nsfm(i+1)-sfm(i)./dt;enddiff_sfmn = abs(hilbert(diff_sfm); %hilbert變換， 通過(guò)M文件繪制出解調(diào)的過(guò)程如圖5：圖5 FM解調(diào)過(guò)程四、問(wèn)題解決方法4.1仿真程序%FM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)MATLAB源代碼%*初始化*echo off close allclear allclc%*FM調(diào)制*dt=0.001; %設(shè)定時(shí)間步長(zhǎng)

7、t=0:dt:2; %產(chǎn)生時(shí)間向量am=4; %設(shè)定調(diào)制信號(hào)幅度f(wàn)m=2; %設(shè)定調(diào)制信號(hào)頻率mt=am*cos(2*pi*fm*t); %生成調(diào)制信號(hào)fc=50; %設(shè)定載波頻率ct=cos(2*pi*fc*t); %生成載波kf=10; %設(shè)定調(diào)頻指數(shù)int_mt(1)=0;for i=1:length(t)-1 int_mt(i+1)=int_mt(i)+mt(i)*dt; %求信號(hào)m(t)的積分end %調(diào)制，產(chǎn)生已調(diào)信號(hào)sfm=am*cos(2*pi*fc*t+2*pi*kf*int_mt); %調(diào)制信號(hào)%*FM解調(diào)*for i=1:length(t)-1 %接受信號(hào)通過(guò)微分器處理

8、diff_sfm(i)=(sfm(i+1)-sfm(i)./dt;enddiff_sfmn = abs(hilbert(diff_sfm); %hilbert變換，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;diff_sfmn1=diff_sfmn-zero;%*顯示程序*%*figure(1)*figure(1)subplot(3,1,1);plot(t,mt); %繪制調(diào)制信號(hào)的時(shí)域圖xlabel(時(shí)間t);grid on;title(調(diào)制信號(hào)的時(shí)域圖);subplot(3,1,2);plot(t,ct); %繪制載波的時(shí)域圖

9、xlabel(時(shí)間t);grid on;title(載波的時(shí)域圖);subplot(3,1,3);plot(t,sfm); %繪制已調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖xlabel(時(shí)間t);grid on;title(已調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖);%*figure(2)*figure(2)subplot(3,1,1);plot(t,mt); %繪制調(diào)制信號(hào)的時(shí)域圖xlabel(時(shí)間t);grid on;title(調(diào)制信號(hào)的時(shí)域圖);subplot(3,1,2);plot(t,sfm); %繪制已調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖xlabel(時(shí)間t);grid on;title(已調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖);nsfm=sfm; for i=1:len

10、gth(t)-1 %接受信號(hào)通過(guò)微分器處理 diff_sfm(i)=(sfm(i+1)-sfm(i)./dt;enddiff_sfmn = abs(hilbert(diff_sfm); %hilbert變換，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;diff_sfmn1=diff_sfmn-zero;subplot(3,1,3); %繪制解調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖plot(1:length(diff_sfmn1)./1000,diff_sfmn1./400);xlabel(時(shí)間t);grid on; title(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)仿真圖五、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(jiǎn)單，便于產(chǎn)生及接收。輸入的調(diào)制信號(hào)通過(guò)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(guò)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(lái)的通信知識(shí)的鞏固，而且也熟悉了MATLAB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MATLAB做諸如此類的學(xué)習(xí)與研究打下了基礎(chǔ)。在這次