【正文】 . Keywords : FM Modulation Demodulation MATLAB Noise 《武漢理工大學(xué) MATLAB 課程設(shè)計(jì)報(bào)告》 1 一 ． 通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介 通信的目的是傳輸信息。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 1 所示）。 圖 1 通信系統(tǒng)一般模型 信息源（簡(jiǎn)稱信源）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)，即使發(fā)送信號(hào)的特性和信道特性相匹配，具有抗噪聲的能力，并且具有足夠的功率滿足原距離傳輸?shù)男枨蟆? 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。 信號(hào)在信道中傳輸?shù)倪^程總會(huì)受到噪聲的干擾，通信系統(tǒng)中沒有傳輸信號(hào)時(shí)也有噪聲，噪聲永遠(yuǎn)存在于通信系統(tǒng)中。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。在本仿真的過程中我們假設(shè)信道為高斯白噪聲信道。 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?，調(diào)制方式往往決定一個(gè)通信系統(tǒng)的性能。在本仿真的過程中我們選擇用調(diào)頻調(diào)制方法進(jìn)行調(diào)制。 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 《武漢理工大學(xué) MATLAB 課程設(shè)計(jì)報(bào)告》 2 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相干解調(diào)方法進(jìn)行解調(diào)。 角度調(diào)制及解調(diào)電路不同于頻譜線性搬移電路。它是用低頻信號(hào)去調(diào)制高頻振蕩的相角，或是從已調(diào)波中解出調(diào)制信號(hào)所進(jìn)行的頻譜變換，這種變換不是線性變換，而是非線性變換。因此，我們把角度調(diào)制及調(diào)角波的解調(diào)電路稱為頻譜非線性變換電路。 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。本次課設(shè)中使用功能強(qiáng)大的 MATLAB 仿真軟件對(duì) FM 信號(hào)進(jìn)行仿真分析。 《武漢理工大學(xué) MATLAB 課程設(shè)計(jì)報(bào)告》 3 6m a x)(K ???? dttmf二． FM 調(diào)制 解調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì) MATBLAB 簡(jiǎn)介 MATLAB 的名稱源自 Matrix Laboratory，它的首創(chuàng)者是在數(shù)值線性代數(shù)領(lǐng)域頗有影響的 Cleve Moler 博士，他也是生產(chǎn)經(jīng)營 MATLAB 產(chǎn)品的美國 Mathworks 公司的創(chuàng)始人之一。 MATLAB 是一種科學(xué)計(jì)算軟件，專門以矩陣的形式處理數(shù)據(jù)。 MATLAB 將高性能的數(shù)值計(jì)算和可視化集成在一起，并提供了大量的內(nèi)置函數(shù)，從而使其被廣泛地應(yīng)用于科學(xué)計(jì)算、控制系統(tǒng)、信息處理等領(lǐng)域的分析、仿真和設(shè)計(jì)工作中。 MATLAB 與其它計(jì)算機(jī)高級(jí)語言如C， C++等相比， MATLAB 語言編程要簡(jiǎn)潔得多，編程語句更加接近數(shù)學(xué)描述，可讀性好，其強(qiáng)大的圖形功能和可視化數(shù)據(jù)處理能力也是其它高級(jí)語言望塵莫及的。對(duì)于具有任何一門高級(jí)語言基礎(chǔ)的學(xué)生來說，學(xué)習(xí) MATLAB 十分容易。 MATLAB 使得人們擺脫了常規(guī)計(jì)算機(jī)編程的繁瑣，讓人們能夠?qū)⒋蟛糠志ν度氲窖芯繂栴}的數(shù)學(xué)建模上?？梢哉f，應(yīng)用 MATLAB 這一數(shù)學(xué)計(jì)算和系統(tǒng)仿真的強(qiáng)大工具，可以使科學(xué)研究的效率得以成百倍的提高。 FM 調(diào)制模型的建立 從頻率調(diào)制的相位與頻率關(guān)系可以看出，調(diào)頻信號(hào)可通過直接調(diào)頻和間接調(diào)頻兩種方法得到，所 謂間接調(diào)頻就是先對(duì)調(diào)制信號(hào)積分再調(diào)相而得到。同樣，調(diào)相信號(hào)也可以通過直接調(diào)相和間接調(diào)相兩種方法得到，間接調(diào)相就是先對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行微分再進(jìn)行頻率調(diào)制。 根據(jù)調(diào)制后已調(diào)信號(hào)的瞬時(shí)相位偏移的大小，可將角度調(diào)制分為寬帶調(diào)制 (寬帶調(diào)頻和寬帶調(diào)相 )和窄帶調(diào)制 (窄帶調(diào)頻和窄帶調(diào)相 )。如果調(diào)頻信號(hào)或調(diào)相信號(hào)的最大瞬時(shí)相位偏移保持在很小的范圍內(nèi)，一般小于 30176。 即滿足條件 ： 時(shí)，則稱為窄帶調(diào)頻或窄帶調(diào)相。當(dāng)上述條件 不滿足時(shí)，就稱為寬帶調(diào)頻或?qū)拵д{(diào)相。 《武漢理工大學(xué) MATLAB 課程設(shè)計(jì)報(bào)告》 4 圖 2 FM 間接調(diào)制模型 其中， m(t)為基帶調(diào)制信號(hào)，設(shè)調(diào)制信號(hào)為 m(t)=cos(2*pi*fm*t) 設(shè)正弦載波為 c(t)=cos(2*pi*fc*t) 在調(diào)制時(shí)，調(diào)制信號(hào)的頻率去控制載波的頻率的變化，載波的瞬時(shí)頻偏隨調(diào)制信號(hào) m(t)成正比例變化，即 : dttmktt tf ??? 00 )()( ?? 式中， fK 為調(diào)頻靈敏度。 這時(shí)相位偏移為 dttmktt tf )()( 00 ??? ?? 則可得到調(diào)頻信號(hào)為 ))(c os ()(u00FM dttmktUt tfc ??? ? FM 的頻譜的計(jì)算： 可以看出 FM 的頻譜與 )( fn mJ 的值有關(guān)。 mmfm ????∑ ∞1204202c o s)(2)(4c o s)(22c o s)(2)()s i nc o s (????????????nfnffffftnmJmJtmJtmJmJtm ?∑ ∞0)12(531)12s i n ()(25s i n)(23s i n)(2s i n)(2)s i ns i n (??? ???????????nfnfffftnmJtmJtmJtmJtm ?tnmJAtVktAtcnfnfcFM)(c o s)(s i nc o s)(U_???????????????????? 《武漢理工大學(xué) MATLAB 課程設(shè)計(jì)報(bào)告》 5 其信號(hào)帶寬為 ??? )1(2 fmB 調(diào)制信號(hào)產(chǎn)生的部分 M 文件如下： fc=30000。 %載波頻率 ct=cos(2*pi*fc*t)。 %載波信號(hào) am=1。 %調(diào)制信號(hào)幅度 fm=300。 %調(diào)制信號(hào)頻率 mt_sin=am*cos(2*pi*fm*t)。 %正弦波 mt_tri=sawtooth(2*pi*fm*t,)。 %三角波 mf=1。 %調(diào)制指數(shù) ，可調(diào) in