FM调制解调系统

一、目的…………………………………………………………………2 二、MATLAB的简介以及通信技术的发展………………………………2 三、 FM的调制与解调原理……………………………………………3 3.1 FM调制原理………………………………………………………3 3.2 FM解调原理………………………………………………………5 四、FM的调制与解调仿真………………………………………………6 4.1仿真程序……………………………………………………………6 4.2仿真结果……………………………………………………………8 五、结果与结论…………………………………………………………9

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FM调制解调系统

一、目的

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相干解调后解调基带信号的时域波形。该设计使用系统开发平台为Windows XP ,程序运行平台使用Windows XP,程序设计语言采用MATLAB，运行程序完成对FM调制和解调结果的观察。通过该本次设计，达到了实现FM信号调制和解调系统的仿真目的。 【关键词】： FM；调制；解调；MATLAB 7.0

二、 MATLAB的简介以及通信技术的发展

从MATLAB诞生开始，由于其高度的集成性及应用的方便性，在高校中受到了极大的欢迎。由于它使用方便，能非常快的实现科研人员的设想，极大的节约了科研人员的时间，受到了大多数科研人员的支持。 由于它使用简单，扩充方便，尤其是世界上有成千上万的不同领域的科研工作者不停的在自己的科研过程中扩充MATLAB的功能，使其成为了巨大的知识宝库。可以毫不夸张的说，哪怕是你真正理解了一个工具箱，那么就是理解了一门非常重要的科学知识。科研工作者通常可以通过MATLAB来学习某个领域的科学知识，这就是MATLAB真正在全世界推广开来的原因。可以说，MATLAB已经也很有必要成为大学生的必修课之一，掌握这门工具对学习各门学科有非常重要的推进作用。MATLAB是一种解释性执行语言，具有强大的计算、仿真、绘图等功能。基于数字处理，通信系统的用于通信系统的动态仿真软件MATLAB具有强大的功能，可以满足从底层到高层不同层次的设计、分析使用，并且提供了嵌入式的模块分析方法，形成多层系统，使系统设计更加简洁明了，便于完成复杂系统的设计。随着电子技术和计算机技术的发展，MATLAB仿真技术将得到更为广泛的应用。

通信的目的是传递消息，但对受信者有用的是消息中包含的有效内容，也即信息。通信技术，特别是数字通信技术近年来发展非常迅速，它的应用越来越广泛。通信从本质上来讲就是实现信息传递功能的一门科学技术，它要将大量有用的信息无失真，高效率地进行传输，同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息抑制掉。通信系统就是传递信息所需要的一切技术设备和传输媒质的总和，包括信息源、发送设备、信道、接收设备和信宿。通信系统可分为数字通信系统和模拟通信系统。在大多数通信系统中已代替模拟通信，成为当代通信系统的主流。随着现代电子技术的发展，通信技术正向着数字化、网络化、智能化和宽带化的方向发展。随着科学技术的进步，人们对通信的要求越来越高，各种技术会不断地应用于通信领域，各种新的通信业务将不断地被开发出来。到那时人们的生活将越来越离不开通信。

本文重点论述了FM调制解调系统的原理及仿真。 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信号是用载波频率的变化表征被传输信息状态的。

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三、 FM的调制与解调原理

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）。

发送端 信息源 发送设备 信道 信 道 接收端 接受设备 信息源 噪声源

图1 通信系统一般模型

信息源的作用是把各种信息转换成原始信号，发送设备的作用产生适合传输的信号，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。

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。

3.1 FM调制原理

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FM调制方法进行调制,调制模型如图2

图2 FM调制模型

调制信号产生的M文件：

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dt=0.001; %设定时间步长 t=0:dt:1.5; %产生时间向量

am=15; %设定调制信号幅度←可更改

fm=15; %设定调制信号频率←可更改

mt=am*cos(2*pi*fm*t); %生成调制信号

fc=50; %设定载波频率←可更改 ct=cos(2*pi*fc*t); %生成载波

kf=10; %设定调频指数 int_mt(1)=0; %对mt进行积分 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); %调制，产生已调信号

通过M文件绘制出解制过程如图3.

图3 FM解制过程图

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3.2 FM解调原理

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。

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4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。

图4 FM解调模型

微分器通过程序实现，代码如下：

for i=1:length(t)-1 %接受信号通过微分器处理 diff_sfm(i)=(nsfm(i+1)-sfm(i))./dt; end

diff_sfmn = abs(hilbert(diff_sfm)); %hilbert变换，求绝对值得到

瞬时幅度（包络检波）

通过M文件绘制出解调的过程如图5：

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图5 FM解调过程

四、FM的调制与解调仿真

4.1仿真程序

%FM调制解调系统MATLAB源代码

%*****************初始化****************** echo off close all clear all clc

%****************FM调制*******************

dt=0.001; %设定时间步长 t=0:dt:2; %产生时间向量 am=4; %设定调制信号幅度 fm=2; %设定调制信号频率 mt=am*cos(2*pi*fm*t); %生成调制信号 fc=50; %设定载波频率 ct=cos(2*pi*fc*t); %生成载波 kf=10; %设定调频指数

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int_mt(1)=0;

for i=1:length(t)-1

int_mt(i+1)=int_mt(i)+mt(i)*dt; %求信号m(t)的积分 end %调制，产生已调信号 sfm=am*cos(2*pi*fc*t+2*pi*kf*int_mt); %调制信号 %****************FM解调******************

for i=1:length(t)-1 %接受信号通过微分器处理

diff_sfm(i)=(sfm(i+1)-sfm(i))./dt; end

diff_sfmn = abs(hilbert(diff_sfm)); %hilbert值得到瞬时幅度（包络检波）

zero=(max(diff_sfmn)-min(diff_sfmn))/2; diff_sfmn1=diff_sfmn-zero;

%***************显示程序***************** %**************figure(1)***************** figure(1)

subplot(3,1,1);plot(t,mt); %xlabel('时间t');grid on; title('调制信号的时域图');

subplot(3,1,2);plot(t,ct); %xlabel('时间t');grid on; title('载波的时域图');

subplot(3,1,3);plot(t,sfm); %xlabel('时间t');grid on; title('已调信号的时域图');

%**************figure(2)****************** figure(2)

subplot(3,1,1);plot(t,mt); %xlabel('时间t');grid on; title('调制信号的时域图');

subplot(3,1,2);plot(t,sfm); %xlabel('时间t');grid on; title('已调信号的时域图');

nsfm=sfm;

for i=1:length(t)-1 %理

diff_sfm(i)=(sfm(i+1)-sfm(i))./dt; end

diff_sfmn = abs(hilbert(diff_sfm)); %hilbert值得到瞬时幅度（包络检波）

zero=(max(diff_sfmn)-min(diff_sfmn))/2; diff_sfmn1=diff_sfmn-zero;

subplot(3,1,3); %

变换，求绝对绘制调制信号的时域图 绘制载波的时域图 绘制已调信号的时域图 绘制调制信号的时域图 绘制已调信号的时域图 接受信号通过微分器处变换，求绝对绘制解调信号的时域图

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plot((1:length(diff_sfmn1))./1000,diff_sfmn1./400); xlabel('时间t');grid on; title('解调信号的时域图');

4.2仿真结果

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五、结果与结论

本次设计达到了实现FM信号调制和解调系统的仿真目的。在这里使用正弦信号作为基带信号进行调制，正弦信号形式简单，便于产生及接收。输入的调制信号通过FM调制之后，正弦信号波形发生了明显的变化,与调制前的完全不同，这证明FM调制并不是线性的，而是非线性的。解调后基本恢复了原调制信号波形，通过本次仿真，我对FM调制解调的概念又有了更深的了解，加强了我们对原来的通信知识的巩固，而且也熟悉了MATLAB这个工具如何进行通信仿真有了更进一步的了解，为以后用MATLAB做诸如此类的学习与研究打下了基础。在这次设计中，我学到了很多在书本上所没有学到过的知识，懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 在此非常感谢老师的指导，使我在设计和论文过程中非常顺利的完成。由于个人能力有限，论文中可能存在种种的不足之处，希望老师予以指出，谢谢！

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