通信系统课程设计之基于MATLAB的FM通信系统

西南科技大学

课程设计报告

课程名称：通信系统课程设计

设计名称：基于MATLAB的FM通信系统设计

姓名：容晓庆

学号: 20096025 班级：通信0901班

指导教师：侯宝林

起止日期： 2012.6.17-2012.6.25

西南科技大学信息工程学院

课程设计任务书

学生班级：通信0901班学生姓名：容晓庆学号：

设计名称：基于MATLAB的FM通信系统仿真

起止日期：2012.06.10-2012.06.25 指导教师：侯宝林

课程设计学生日志

课程设计评语表

基于MATLAB 的FM 通信系统仿真

一、设计目的和意义

（1）熟悉MATLAB 文件中M 文件的使用方法，包括函数、原理和方法的应用。 （2）加深对FM 信号调制原理的理解。

（3）增强在通信原理仿真方面的动手能力与自学能力。

（4）在做完FM 调制仿真之后，在今后遇到类似的问题，学会对所面对的问题进行系

统的分析，并能从多个层面进行比较。 二、设计原理

图1 模拟通信系统模型

调制器: 使信号与信道相匹配, 便于频分复用等。发滤波器: 滤除调制器输出的无用信号。收滤波器: 滤除信号频带以外的噪声，一般设N(t)为高斯白噪声,则Ni(t)为窄带白噪声。

在通信系统中一般需要将信号进行相应调制,以利于信号在信道上的传输，调制是将用原始信号去控制高频振荡信号的某一参数，使之随原始信号的变化而成规律变化。调制可分为线性调制和非线性调制。线性调制有AM 、DSB 等，非线性调制有FM 、PM 等，这里主要讨论FM 调制通信系统 1.FM 调制原理

角调制不是线性调制，角调制中已调信号和调制信号频谱之间不是线性关系而是产生出新的与频谱搬移不同的新的频率分量，呈现非线性特性，故又成为非线性调制。FM 调制中瞬时角频率是关于调制信号的线性函数， 瞬时角频率偏移量 )(t f k w FM =∆,

则， 瞬时角频率为 )(t f k w w FM c += FM k 为频偏指数 则， 调频信号为 ))(cos()(dt t f k t w S FM c t FM ⎰+= 当调制信号是单频余弦时，调制信号为

)sin cos()cos cos()(t w t w A dt t w A k t w A S m FM c m m FM c t FM β+=⎰=+ ，

FM β为调频指数，m m FM FM w A k /=β; 调制信号的信号的产生

m

图 2

()()()FM m t dt PM S t →•→→⎰ 图 3

图2为调频信号的直接产生，图3为调频信号的间接产生，在间接产生方法中，因为实际调相的相位调节器的范围在（-π，π），故而间接调频只能用于相位偏移和频率偏移不大的窄调制情况，而直接调频则常用于宽带调制情况。

窄带角频率调制时，最大瞬时相位偏移远小于30°即 6/max )(π<<⎰dt t f FM k

调频信号的时域表达式 ))(cos()(dt t f k t w S FM c t FM ⎰+=，当为窄带调制时，

t

w dt t f Ak t w A S c FM c t FM sin ])([cos )(⎰-=

假设调制线号的频谱为F(W),而且假设飞f （t ）的平均值为零，有傅氏变换可得

)]/()()/()([)]()([2/)(c c c c FM c c w NBFM w w w w F w w w w F Ak w w w w A S ++---+++-=σσπ

此时调频信号的带宽为调制信号的两倍。 其相应图形如下：

调制信号频谱

调频信号频谱

2.解调原理 1）非相干解调

由于调频信号的瞬时频率正比于调制信号的幅度，因而调制信号的调节器必须产生正比于输入频率的输出电压，即输入为调制信号为

])(cos[)(⎰+=dt t f k t w A t S FM c i ，则 解调器的输出应为 )()(t f k t S FM O ∝

最简单的解调器是鉴频器 原理图如下：

包络检波输出为 So(t)= FM k d k )(t f ， d k 为鉴频器的灵敏度，微分器和包络检波构成鉴频器。

2）相干解调

带通滤波器的作用是抑制信号带宽以外的噪声，低通滤波器输出 2/)()(t f Ak t S FM O =； 上图所示的相干解调法只适用与窄带调频

3.调频系统的抗噪声性能

主要讨论非相干解调的抗噪声性能，已知输入信号为))(cos()(dt t f k t w S FM c t FM ⎰+=，输

入功率 2

2

i A S =，输入噪声FM o i B n N =,信噪比为FM B n A A Ni Si 02/*/=,非相干解调的

解调器的输入端是调频信号与噪声的叠加，为)()()()(t n t S t n t S i FM i i +=+，在大信噪比情况下，解调器的输出端的信噪比为

222

23

3()8o

f

o

o m

A K m t S N n f π=，

考虑单频余弦信号调制，故可得大信噪比情况下的信噪比增益为

2

2

232A o

o

FM

f

i o m

i S N G m S n f N ==，

单频时，带宽)(2m FM f f B +∆=,所以增益可化解为 )1(3+=FM FM FM G ββ.由此可看出，性噪比增益和调频指数的三次方成正比。加大调频指数FM β，可使调频系统的抗噪声性能迅速改善。

二． 详细设计步骤

1. 产生调制信号和载波信号,画出相应的时域图和频域图