1、调频波的调制与解调

实验一、调频波的调制与解调

一、实验内容

1．调频波的调制

2．调频波的解调

二、实验目的和要求

1．熟悉MATLAB系统的基本使用方法

2．掌握调制原理和调频波的调制方法

3．掌握解调原理和调频波的解调方法

三、预习要求

1．熟悉有关调频的调制和解调原理

2．熟悉鉴频器解调的方法并了解锁相环解调

四、实验设备（软、硬件）

1．MATLAB软件通信工具箱，SIMULINK

2．电脑

五、实验注意事项

通信仿真的过程可以分为仿真建模、实验和分析三个步骤。应该注意的是，通信系统仿真是循环往复的发展过程。也就是说，其中的三个步骤需要往复的执行几次之后，以仿真结果的成功与否判断仿真的结束。

六、实验原理

1调频波的调制方法

1.1 调制信号的产生

产生调频信号有两种方法，直接调频法和间接调频法。间接调频法就是可以通过调相间接实现调频的方法。但电路较复杂，频移小，且寄生调幅较大，通常需多次倍频使频移增加。对调频器的基本要求是调频频移大，调频特性好，寄生调幅小。所以本实验中所用的方法为直接调频法。通过一振荡器，使它的振荡

f的正弦波；频率随输入电压变化。当输入电压为零时，振荡器产生一频率为

当输入基带信号的电压变化时，该振荡频率也作相应的变化。

1.2 调频波的调制原理与表达式

此振荡器可通过VCO（压控振荡器）来实现。压控振荡器是一个电压——频率转化装置，振荡频率随输入控制电压线性变化。在实际应用中有限的线性控

制范围体现了压控的控制特性。同时，压控振荡器的输出反馈在鉴相器上，而鉴相器反应的是相位不是频率，而这是压控相位和角频率积分关系固有的，所以需要压控的积分作用，压控输出信号的频率随输入信号幅度的变化而变化，确切的说输出信号频率域输入信号幅度成正比，若输入信号幅度大于零，输出信号频率高于中心频率；若小于零，则输出信号频率低于中心频率。从而产生所需的调频信号。

利用压控振荡器作为调频器产生调频信号，模型框图如图1所示：

图1 利用压控振荡器作为调制器

在本章的调频仿真中，用到的调制信号为单音正弦波信号。因此，这里讨论调制信号为单频余弦波的情况。

在连续波的调制中，调制载波的表达式为

()cos()C C t A t ωφ=+ (1)

如果幅度不变，起始相位为零时，而瞬时角频率时调制信号的线性函数，则这种调制方式为频率调制。此时瞬时角频率偏移为

()FM K f t ω∆= (2)

瞬时角频率为

()C FM K f t ωω=+ (3)

其中()f t 为调制信号，FM K 为频偏常数。

由于瞬时角频率与瞬时相位之间互为微分或积分关系，即

()()C FM d t K f t dt

φωω==+ ...........................（4） ()()C FM t dt t K f t dt φωω==+⎰⎰ (5)

故调频信号可表达为

()cos[()]FM C FM S t A t K f t dt ω=+⎰ (6)

在本章的调频仿真中，用到的调制信号为单音正弦波信号。因此，这里讨论

调制信号为单频余弦波的情况。调制信号为

()cos m m f t A t ω= (7)

如果进行频率调制，则由公式（6）可得调频信号表达式为

（8）

调制指数………………………………（9） 其中、

取具体数值：

采样频率fs=10000Hz

振荡器的振荡频率（即调频波的调制信号的频率）实验要求800Hz ——17KHz

初始相位

信号灵敏度Kc=0.1

2 调频波的解调原理和解调方法

解调主要方法：

调频收音机的核心部件是调频解调器，其中调频解调器有三种：普通鉴频器、调频负反馈解调器和利用锁相环的调频解调器。

2.1普通鉴频器的原理

图2 普通鉴频器原理框图 普通鉴频器是先将调频信号变换为调幅调频信号，使该调幅调频信号幅度与调频信号的瞬时频率成比例，然后再利用调幅解调器提取其包络，恢复出原基带信号。

2.2调频负反馈解调器原理

]sin cos[)(S ϕωω++=t A K t A t m m FM c FM c fm

K 2K π=c f πω2c =0=

ϕ

图3 调频负反馈解调框图

在调频解调器中引入负反馈，使得加于鉴频器输入端的调频信号的调制指数很小，这样使得鉴频器前的带通滤波器的带宽是窄的，它对抑制鉴频前的加性噪声有益处。带通滤波器输出的调频信号，其调制指数远远小于接收输入调频信号的调制指数，因此带通滤波器输出的调频信号是窄带调频信号，所以调频负反馈接收机的带通滤波器及鉴频器的带宽均是窄带，低通滤波器的限制于基带信号的带宽，输出即是所需的原基带信号。调频负反馈解调器可降低门限信噪比大约3dB。

2.3利用锁相环作调频解调器原理

图4 利用锁相环作调频解调器

锁相环解调器一种低门限的解调电路，与调频负反馈不同之处在于该锁相环在锁定时，VCO输出的调频信号与接收输入的调频信号是同频且几乎是同相的，两者的相位差甚小。环路滤波器频率相应的带宽与基带信号的带宽相同，因而对在环路滤波器输出端的噪声也进行了限带，而VCO的输出是宽带调频信号，它的瞬时频率跟随接收频率信号的瞬时频率而变。

2.4 利用锁相环解调器解调调频信号

原理：在锁相环中，PFD鉴相器检测参考信号与反馈信号之间的误差信号，是一个具有抽样性质的电路。当PFD（鉴相器）检测到两个信号均有一次下降沿是，PFD（鉴相器）输出一次相位误差，随后相位误差被送到低通滤波器，低通