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基于Matlab的FM信号剖析.pdf
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武汉理工大学 MATLAB 课程设计说明书
目 录
摘 要 ................................................... II
1 课程设计的任务与说明 ...................................... 1
2 FM 信号的 MATLAB 仿真设计方案制定 .......................... 2
3 FM 信号的 MATLAB 仿真设计方案的设计 ........................ 3
3.1 调制过程............................................... 3
3.2 解调过程............................................... 4
3.3 噪声................................................... 4
4 FM 信号调制解调模型的建立与分析 ........................... 5
4.1 调制模型的建立与分析 ................................. 5
4.1.1 FM 调制模型 ........................................ 5
4.1.2 调制过程分析 ...................................... 5
4.1.3 调制程序 .......................................... 6
4.1.4 FM 调制仿真波形图 .................................. 7
4.2 解调模型的建立与分析 ................................ 10
4.2.1 FM 解调模型 ....................................... 10
4.2.2 解调过程分析 ..................................... 11
4.2.3 解调程序 ......................................... 12
4.2.4 FM 解调仿真波形图 ................................. 13
4.3 高斯白噪声信道特性及 FM 系统抗噪声性能分析 ............ 16
5.心得体会 ................................................ 21
6.参考文献 ................................................ 22
附录 ...................................................... 23
I
武汉理工大学 MATLAB 课程设计说明书
摘 要
调制在通信系统中的作用至关重要。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。 FM 信号的调制属于频谱的非线性搬移,它的解调也有相干和非相干
解调两种方式。
本次课程设计使用的仿真软件为 MATLAB,利用 MATLAB 集成环境下的 M 文件,编写程
序来实现 FM 信号的仿真分析,并分别绘制出基带信号、载波信号、已调信号的时域波形
和频域波形;再进一步分别绘制出对已调信号叠加噪声后信号、同步解调前信号和解调后
基带信号的时域波形;最后绘出 FM 基带信号调制和解调系统后的输入输出信噪比的关系,
并通过与理论结果波形对比来分析该仿真调制与解调过程的正确性及噪声对 FM 信号解调
的影响,完成对 FM 调制和解调以及对叠加噪声后解调结果的观察和分析。
关键词: FM 调制与解调 MATLAB 噪声
II
武汉理工大学 MATLAB 课程设计说明书
Abstract
Modulation in a communication system has extremely important role. Through the
modulation, not only can frequency shift, the modulation signal spectrum is moved to want, thus
will position modulation signal is converted into suitable for transmission of the signal, and it
has attune to the transmission effectiveness and reliability of transferring having very big effect,
modulation method often determines a communication system performance. FM signals
modulation of nonlinear shift, belong to the spectrum of its demodulation also have coherent and
incoherent demodulation in two ways.
This course is designed to use simulation software for MATLAB, use of MATLAB
integration environment of M files, write a program to realize FM signals of the simulation
analysis, and draw the baseband signal respectively, carrier signal, already adjustable signal and
the time domain waveform frequency domain waveform; Further respectively to map out already
adjustable signal after adding noise signal, synchronous demodulation signal demodulation
before and after baseband signal temporal profile, Finally draw FM baseband signal modulation
and demodulation system after the input/output SNR, and the relationship with the theoretical
results wave contrast to analyze the simulation modulation and demodulation process accuracy
and noise on FM signal demodulation of the influence,then finish to FM modulation and
demodulation of adding noise and after the observation and analysis results demodulation.
Keywords :FM Modulation and Demodulation MATLAB noise
III
武汉理工大学 MATLAB 课程设计说明书
1 课程设计的任务与说明
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 7 使用工具软件为 MATLAB 2013。
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。
本次课程设计要求熟悉调制和解调的原理,调制的分类和解调的分类。熟悉并掌握调
频信号的产生与解调。
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,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。
在数字信号处理平台上进行软件仿真设计,并进行调试和数据分析。本次任务是进行
FM 信号的仿真分析。要求如下:
调制信号:分别为 300Hz 正弦信号和三角波信号;载波频率:30kHz;解调方式:同
步解调;
要求:画出以下三种情况下调制信号、已调信号、解调信号的波形、频谱以及解调器
输入、输出信噪比的关系曲线;(1、调制指数=0.5;2、调制指数=1;3、调制指数=3)
1
武汉理工大学 MATLAB 课程设计说明书
2. FM 信号的 MATLAB 仿真设计方案制定
通信按照传统理解就是信息传输。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,且信息是多种多样的。通信系统对信号进行两种基本变换:第一、要把发送
的消息要变换成原始电信号。第二、将原始电信号调制到频率较高的载频上,使其频带适
合信道的输。解调后的信号称为基带信号,已调信号也称为频带信号。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。
噪声源
信息源 发送设备 信 道 接受设备 信息源
发送端
信道
接收端
图 2-1 通信系统组成
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。
2
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