1203030413 FM系统仿真
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沈阳理工大学通信系统课程设计报告
成 绩 评 定 表
学生姓名 谭骏朗 班级学号 1203030413
专 业 电子信息工程 课程设计题目 FM系统仿真
评
语
组长签字:
成绩
日期
2015 年 3月 20日
沈阳理工大学通信系统课程设计报告
课程设计任务书
学 院 信息科学与工程 专 业 电子信息工程
学生姓名 谭骏朗 班级学号 1203030413
课程设计题目 FM系统仿真
实践教学要求与任务:
利用MATLAB/Simulink进行编程和仿真,仿真的内容可以是关于信源、信源编码、模拟调制、数字调制、多元调制、差错控制、多址技术、信道仿真及具体通信电路的仿真实现。也可以用MATLAB编程对通信的某一具体环节进行仿真。
工作计划与进度安排:
2015年 03月09 日 选题目查阅资料
2015年 03月10 日 编写软件源程序或建立仿真模块图
2015年 03月11 日 调试程序或仿真模型
2015年 03月12 日 性能分析及验收
2015年 03月13 日 撰写课程设计报告、答辩
指导教师:
2015年 3月9日 专业负责人:
2015年 3月9日 学院教学副院长:
2015年 3月9日
沈阳理工大学通信系统课程设计报告
摘 要
FM在通信系统中的使用非常广泛。FM广泛应用于高保真音乐广播、电视伴音信号的传输、卫星通信和蜂窝电话系统等。
本设计主要是利用MATLAB集成环境下的M文件,编写程序来实现FM调制与解调过程,并分别绘制出基带信号,载波信号,已调信号的时域波形;再进一步分别绘制出对已调信号叠加噪声后信号,相干解调后信号和解调基带信号的时域波形;最后绘出FM基带信号通过上述信道和调制和解调系统后的误码率与信噪比的关系,并通过与理论结果波形对比来分析该仿真调制与解调系统的正确性及噪声对信号解调的影响。在课程设计中,系统开发平台为Windows Vista,使用工具软件为MATLAB 7.1。在该平台运行程序完成了对FM调制和解调以及对叠加噪声后解调结果的观察。通过该课程设计,达到了实现FM信号通过噪声信道,调制和解调系统的仿真目的。
关键词: FM;调制;解调;MATLAB 7.1;噪声 沈阳理工大学通信系统课程设计报告
目 录
1 课程设计目的…………………………………………………………1
2 课程设计要求…………………………………………………………2
3 相关知识………………………………………………………………3
4 课程设计分析…………………………………………………………4
5 仿真……………………………………………………………………9
6结果分析 …………………………………………………………… 13
7 参考文献 ……………………………………………………………16
沈阳理工大学通信系统课程设计报告
1 FM系统仿真
1.课程设计目的
通过《FM调制解调系统设计与仿真》的课程设计,掌握通信原理中模拟信号的调制和解调、数字基带信号的传输、数字信号的调制和解调,模拟信号的抽样、量化和编码与信号的最佳接收等原理。应用原理设计FM调制解调系统,并对其进行防真。
2.课程设计要求
要求能够熟练应用MATLAB语言编写基本的通信系统的应用程序,进行模拟调制系统,数字基带信号的传输系统的建模、设计与仿真。所有的仿真用MATLAB程序实现(即只能用代码的形式,不能用SIMULINK实现),系统经过的信道都假设为高斯白噪声信道。模拟调制要求用程序画出调制信号,载波,已调信号、解调信号的波形,数字调制要求画出误码率随信噪比的变化曲线。
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2 3.相关知识
3.1通信系统
通信的目的是传输信息。通信系统的作用就是将信息从信息源发送到一个或多个目的地。对于任何一个通信系统,均可视为由发送端、信道和接收端三大部分组成(如图1所示)。
图3.1.1 通信系统一般模型
信息源(简称信源)的作用是把各种信息转换成原始信号。根据消息的种类不同信源分为模拟信源和数字信源。发送设备的作用产生适合传输的信号,即使发送信号的特性和信道特性相匹配,具有抗噪声的能力,并且具有足够的功率满足原距离传输的需求。
信息源和发送设备统称为发送端。
发送端将信息直接转换得到的较低频率的原始电信号称为基带信号。通常基带信号不宜直接在信道中传输。因此,在通信系统的发送端需将基带信号的频谱搬移(调制)到适合信道传输的频率范围内进行传输。这就是调制的过程。
信号通过信道传输后,具有将信号放大和反变换功能的接收端将已调制的信号搬移(解调)到原来的频率范围,这就是解调的过程。
信号在信道中传输的过程总会受到噪声的干扰,通信系统中没有传输信号时也有噪声,噪声永远存在于通信系统中。由于这样的噪声是叠加在信号上的,所以有时将其称为加性噪声。噪声对于信号的传输是有害的,它能使模拟信号失真。在本仿真的过程中我们假设信道为高斯白噪声信道。
调制在通信系统中具有十分重要的作用。一方面,通过调制可以把基带信号的频谱搬移到所希望的位置上去,从而将调制信号转换成适合于信道传输或便于信息源 发送设备 信 道 接受设备 信息源
噪声源 发送端 接收端 信道 沈阳理工大学通信系统课程设计报告
3 信道多路复用的已调信号。另一方面,通过调制可以提高信号通过信道传输时的抗干扰能力,同时,它还和传输效率有关。具体地讲,不同的调制方式产生的已调信号的带宽不同,因此调制影响传输带宽的利用率。可见,调制方式往往决定一个通信系统的性能。在本仿真的过程中我们选择用调频调制方法进行调制。
调制过程是一个频谱搬移的过程,它是将低频信号的频谱搬移到载频位置。而解调是将位于载频的信号频谱再搬回来,并且不失真地恢复出原始基带信号。在本仿真的过程中我们选择用非相干解调方法进行解调。
3.2 FM系统
FM属于角度调制,角度调制与线性调制不同,已调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬移,而是频谱的非线性变换,会产生与频谱搬移不同的新的频率成分,故又称为非线性调制。FM调制又称为频率调制,与幅度调制相比,角度调制的最突出的优势在于其较高的抗噪声性能,但获得这种优势的代价是角度调制占用比幅度调制信号更宽的带宽。调制在通信系统中有十分重要的作用,通过调制不仅可以进行频谱搬移,把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上,从而将调制信号转换成适合于传播的已调信号,而且它对系统的传输有效性和传输的可靠性有着很大的影响,调制方式往往决定了一个通信系统的性能。
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4 4.课程设计分析
4.1 FM调制
4.1.1调制模型的建立
图4.1.1 FM调制模型
其中,()mt为基带调制信号,设调制信号为
()cos(2)mmtAft
设正弦载波为
()cos(2)cctft
信号传输信道为高斯白噪声信道,其功率为2。
4.1.2调制过程分析
在调制时,调制信号的频率去控制载波的频率的变化,载波的瞬时频偏随调制信号()mt成正比例变化,即
()()fdtKmtdt
式中,fK为调频灵敏度(()radsV)。
这时相位偏移为
()()ftKmd
则可得到调频信号为
()cos()FMcfstAtKmd FM m(t) SFM (t) 沈阳理工大学通信系统课程设计报告
5 4.2 FM解调
4.2.1解调模型的建立
调制信号的解调分为相干解调和非相干解调两种。相干解调仅仅适用于窄带调频信号,且需同步信号,故应用范围受限;而非相干解调不需同步信号,且对于NBFM信号和WBFM信号均适用,因此是FM系统的主要解调方式。在本仿真的过程中我们选择用非相干解调方法进行解调。
图4.3.1 FM解调模型
非相干解调器由限幅器、鉴频器和低通滤波器等组成,其方框图如图5所示。限幅器输入为已调频信号和噪声,限幅器是为了消除接收信号在幅度上可能出现的畸变;带通滤波器的作用是用来限制带外噪声,使调频信号顺利通过。鉴频器中的微分器把调频信号变成调幅调频波,然后由包络检波器检出包络,最后通过低通滤波器取出调制信号。
4.2.2解调过程分析
设输入调频信号为
()()cos(())ttFMcfStStAtKmd
微分器的作用是把调频信号变成调幅调频波。微分器输出为
()()()()sin(())iFMdtcfcfdStdStStdtdtKmttKmd
包络检波的作用是从输出信号的幅度变化中检出调制信号。包络检波器输出沈阳理工大学通信系统课程设计报告
6 为
()()()odcfdcdfStKKmtKKKmt
dK称为鉴频灵敏度(VHz),是已调信号单位频偏对应的调制信号的幅度,经低通滤波器后加隔直流电容,隔除无用的直流,得
()()odfmtKKmt
4.3高斯白噪声信道特性
设正弦波通过加性高斯白噪声信道后的信号为
()cos()()crtAtnt
其中,白噪声()nt的取值的概率分布服从高斯分布。
MATLAB本身自带了标准高斯分布的内部函数randn。randn函数产生的随机序列服从均值为0m,方差21的高斯分布。
正弦波通过加性高斯白噪声信道后的信号为
()cos()()crtAtnt
故其有用信号功率为
22AS
噪声功率为
2N
信噪比SN满足公式
1010log()SBN
则可得到公式
2210210BA
我们可以通过这个公式方便的设置高斯白噪声的方差。