角度調(diào)制通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真——通信原理課程設(shè)計(jì)

1、課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告課程名稱 通信原理課程設(shè)計(jì) 系 別： XXXXXXXXXX 專業(yè)班級(jí)： XXXXXXXXXXXXXXX 學(xué) 號(hào)： 09XXXXXXX5 姓 名： XXXX 課程題目： XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 完成日期： 2012/6/22 指導(dǎo)老師： XXXXX 2012 年 6 月 22 日課 程 設(shè) 計(jì) 目 的通信原理課程設(shè)計(jì)的目的是使學(xué)生融會(huì)貫通通信原理課程所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識(shí)，完成一個(gè)較為完整的設(shè)計(jì)、仿真、分析及計(jì)算過(guò)程，以加深對(duì)所學(xué)理論的理解與應(yīng)用。培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用已學(xué)的基礎(chǔ)理論知識(shí)和專業(yè)知識(shí)來(lái)解決基本工程設(shè)計(jì)問(wèn)題的初步技能，全面提高學(xué)生的動(dòng)手能力

2、以及實(shí)際工程能力。課 程 設(shè) 計(jì) 要 求（1）每人選擇1個(gè)題目，闡述所選系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路與設(shè)計(jì)步驟，并采用Matlab仿真平臺(tái)驗(yàn)證你的設(shè)計(jì)，觀點(diǎn)正確、論據(jù)充分，字?jǐn)?shù)要求30005000字；（2）每人的文檔應(yīng)反映各自的觀點(diǎn)，不準(zhǔn)抄襲，若發(fā)現(xiàn)有兩人或兩人以上的雷同卷，一律退回，成績(jī)記0分；（3）不能直接從網(wǎng)上或其他資料下載；（4）按時(shí)提交。課 程 設(shè) 計(jì) 注 意 事 項(xiàng)（1）態(tài)度應(yīng)端正，思想上應(yīng)重視，并且遵守學(xué)校的一切教學(xué)規(guī)定；（2）獨(dú)立完成設(shè)計(jì)與仿真，杜絕抄襲與COPY；（3）課程設(shè)計(jì)的附件部分應(yīng)按照模板要求撰寫(xiě)。課 程 設(shè) 計(jì) 內(nèi) 容設(shè)計(jì)調(diào)頻通信系統(tǒng)，包括發(fā)送端和接收端，可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，并基于

3、Matlab7.0軟件仿真平臺(tái)進(jìn)行驗(yàn)證。課 程 設(shè) 計(jì) 簡(jiǎn) 要 操 作 步 驟（1）選題：從8個(gè)設(shè)計(jì)項(xiàng)目中選擇1個(gè)題目；（2）復(fù)習(xí)：系統(tǒng)復(fù)習(xí)通信原理的相關(guān)內(nèi)容；（3）資料檢索：根據(jù)所選題目收集資料，并且消化資料；（4）系統(tǒng)設(shè)計(jì)（5）仿真模型的建立（6）仿真結(jié)果與分析（7）撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)論文課 程 設(shè) 計(jì) 心 得 體 會(huì)通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我受益匪淺，在設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中驗(yàn)證了大信噪比時(shí)寬帶系統(tǒng)的調(diào)頻系統(tǒng)的信噪比增益是很高的，在理論上，它與調(diào)頻指數(shù)的立方成正比，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，當(dāng)加大調(diào)頻指數(shù)時(shí)mf時(shí)，可使調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能迅速改善。這使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只

4、有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。課 程 設(shè) 計(jì) 評(píng) 語(yǔ) 及 成 績(jī)?cè)u(píng) 語(yǔ)成 績(jī)指導(dǎo)教師（簽 名）年 月 日角度調(diào)制通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真摘要本設(shè)計(jì)主要是利用MATLAB集成環(huán)境下的M文件，編寫(xiě)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)FM調(diào)制與解調(diào)過(guò)程，并分別繪制出基帶信號(hào)，載波信號(hào)，已調(diào)信號(hào)的時(shí)域波形；再進(jìn)一步分別繪制出對(duì)已調(diào)信號(hào)疊加噪聲后信號(hào)，相干解調(diào)后信號(hào)和解調(diào)基帶信號(hào)的時(shí)域波形；最后繪出FM基帶信號(hào)通過(guò)上述信道和調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)后的誤碼率與信噪比的關(guān)系，并通過(guò)與理論結(jié)果波形對(duì)比來(lái)分析該仿真調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的正確性及噪聲對(duì)信號(hào)解調(diào)的影響。在

5、課程設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)為Windows Vista，使用工具軟件為MATLAB 7.0。在該平臺(tái)運(yùn)行程序完成了對(duì)FM調(diào)制和解調(diào)以及對(duì)疊加噪聲后解調(diào)結(jié)果的觀察。通過(guò)該課程設(shè)計(jì)，達(dá)到了實(shí)現(xiàn)FM信號(hào)通過(guò)噪聲信道，調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)的仿真目的。關(guān)鍵字：角度調(diào)制，通信原理，matlab目 錄一、緒論11.、設(shè)計(jì)目的12.、設(shè)計(jì)要求1二、設(shè)計(jì)方案及過(guò)程論述11.FM調(diào)制模型的建立22.調(diào)制過(guò)程分析23.FM解調(diào)模型的建立34.解調(diào)過(guò)程分析35.高斯白噪聲信道特性4三、仿真結(jié)果及分析5四、結(jié)論6致謝8參考文獻(xiàn)9附錄10一、緒論本設(shè)計(jì)主要是利用MATLAB集成環(huán)境下的M文件，編寫(xiě)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)FM調(diào)制與解調(diào)過(guò)程，并

6、分別繪制出基帶信號(hào)，載波信號(hào)，已調(diào)信號(hào)的時(shí)域波形；再進(jìn)一步分別繪制出對(duì)已調(diào)信號(hào)疊加噪聲后信號(hào)，相干解調(diào)后信號(hào)和解調(diào)基帶信號(hào)的時(shí)域波形；最后繪出FM基帶信號(hào)通過(guò)上述信道和調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)后的誤碼率與信噪比的關(guān)系，并通過(guò)與理論結(jié)果波形對(duì)比來(lái)分析該仿真調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的正確性及噪聲對(duì)信號(hào)解調(diào)的影響。在課程設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)開(kāi)發(fā)平臺(tái)為Windows Vista，使用工具軟件為MATLAB 7.0。在該平臺(tái)運(yùn)行程序完成了對(duì)FM調(diào)制和解調(diào)以及對(duì)疊加噪聲后解調(diào)結(jié)果的觀察。通過(guò)該課程設(shè)計(jì)，達(dá)到了實(shí)現(xiàn)FM信號(hào)通過(guò)噪聲信道，調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)的仿真目的。1.、設(shè)計(jì)目的掌握FM信號(hào)調(diào)制和解調(diào)基本原理。通過(guò)仿真，加深對(duì)AM系統(tǒng)的理

7、解；鍛煉運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的綜合能力。2.、設(shè)計(jì)要求運(yùn)用通信原理的基本理論和專業(yè)知識(shí)，對(duì)FM系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真（仿真用程序?qū)崿F(xiàn)），要求用程序畫(huà)出調(diào)頻信號(hào)波形，調(diào)頻信號(hào)振幅譜，解調(diào)信號(hào)。如：設(shè)輸入信號(hào)為m(t)=cos2*pi*t,載波中心頻率fc=10Hz,調(diào)頻器的壓控震蕩系數(shù)為5HV，載波平均功率為1W，畫(huà)出該調(diào)頻信號(hào)的波形，調(diào)頻信號(hào)的振幅譜，用鑒頻器解調(diào)該調(diào)頻信號(hào)，并與輸入信號(hào)比較。二、設(shè)計(jì)方案及過(guò)程論述通信的目的是傳輸信息。通信系統(tǒng)的作用就是將信息從信息源發(fā)送到一個(gè)或多個(gè)目的地。對(duì)于任何一個(gè)通信系統(tǒng)，均可視為由發(fā)送端、信道和接收端三大部分組成（如圖1所示）。信息源發(fā)送設(shè)

8、備信 道接受設(shè)備信息源噪聲源發(fā)送端接收端信道圖1 通信系統(tǒng)一般模型1.FM調(diào)制模型的建立 圖2 FM調(diào)制模型其中，為基帶調(diào)制信號(hào)，設(shè)調(diào)制信號(hào)為設(shè)正弦載波為信號(hào)傳輸信道為高斯白噪聲信道，其功率為。2.調(diào)制過(guò)程分析在調(diào)制時(shí)，調(diào)制信號(hào)的頻率去控制載波的頻率的變化，載波的瞬時(shí)頻偏隨調(diào)制信號(hào)成正比例變化，即式中，為調(diào)頻靈敏度（）。這時(shí)相位偏移為則可得到調(diào)頻信號(hào)為3.FM解調(diào)模型的建立調(diào)制信號(hào)的解調(diào)分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種。相干解調(diào)僅僅適用于窄帶調(diào)頻信號(hào)，且需同步信號(hào)，故應(yīng)用范圍受限；而非相干解調(diào)不需同步信號(hào)，且對(duì)于NBFM信號(hào)和WBFM信號(hào)均適用，因此是FM系統(tǒng)的主要解調(diào)方式。在本仿真的過(guò)程中我們選

9、擇用非相干解調(diào)方法進(jìn)行解調(diào)。非相干解調(diào)器由限幅器、鑒頻器和低通濾波器等組成，其方框圖如圖5所示。限幅器輸入為已調(diào)頻信號(hào)和噪聲，限幅器是為了消除接收信號(hào)在幅度上可能出現(xiàn)的畸變；帶通濾波器的作用是用來(lái)限制帶外噪聲，使調(diào)頻信號(hào)順利通過(guò)。鑒頻器中的微分器把調(diào)頻信號(hào)變成調(diào)幅調(diào)頻波，然后由包絡(luò)檢波器檢出包絡(luò)，最后通過(guò)低通濾波器取出調(diào)制信號(hào)。4.解調(diào)過(guò)程分析設(shè)輸入調(diào)頻信號(hào)為微分器的作用是把調(diào)頻信號(hào)變成調(diào)幅調(diào)頻波。微分器輸出為包絡(luò)檢波的作用是從輸出信號(hào)的幅度變化中檢出調(diào)制信號(hào)。包絡(luò)檢波器輸出為稱為鑒頻靈敏度（），是已調(diào)信號(hào)單位頻偏對(duì)應(yīng)的調(diào)制信號(hào)的幅度，經(jīng)低通濾波器后加隔直流電容，隔除無(wú)用的直流，得5.高斯白噪

10、聲信道特性設(shè)正弦波通過(guò)加性高斯白噪聲信道后的信號(hào)為其中，白噪聲的取值的概率分布服從高斯分布。MATLAB本身自帶了標(biāo)準(zhǔn)高斯分布的內(nèi)部函數(shù)。函數(shù)產(chǎn)生的隨機(jī)序列服從均值為，方差的高斯分布。正弦波通過(guò)加性高斯白噪聲信道后的信號(hào)為故其有用信號(hào)功率為噪聲功率為信噪比滿足公式則可得到公式我們可以通過(guò)這個(gè)公式方便的設(shè)置高斯白噪聲的方差。三、仿真結(jié)果及分析分析：調(diào)頻（FM）指的是使載波的瞬時(shí)頻率隨著調(diào)制信號(hào)的大小而變，而幅度保持不變的調(diào)制方式。由Figure1圖可以得出當(dāng)調(diào)制信號(hào)變小時(shí)載波的瞬時(shí)頻率減小，從而得到的調(diào)頻信號(hào)的頻率變小，周期變大。由Figure2圖可以得出調(diào)頻信號(hào)的頻譜是對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行的頻譜搬移

11、將頻譜搬移到所需較高頻帶fc上，從而滿足信號(hào)的傳輸需要。由Figure3圖可以得出解調(diào)即調(diào)制的逆過(guò)程，從已調(diào)信號(hào)中不失真地恢復(fù)出原始基帶信號(hào)，信號(hào)在信道中傳輸時(shí)會(huì)有噪聲影響，在解調(diào)含有大信噪比高斯白噪聲的已調(diào)信號(hào)比含有小信噪比高斯白噪聲號(hào)的已調(diào)信號(hào)時(shí)的抗噪聲性能比較好，恢復(fù)出的信號(hào)失真較小。四、結(jié)論通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我受益匪淺，在設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中驗(yàn)證了大信噪比時(shí)寬帶系統(tǒng)的調(diào)頻系統(tǒng)的信噪比增益是很高的，在理論上，它與調(diào)頻指數(shù)的立方成正比，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，當(dāng)加大調(diào)頻指數(shù)時(shí)mf時(shí)，可使調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能迅速改善。這使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)

12、與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。12致謝本論文是在我的指導(dǎo)老師黃文準(zhǔn)博士老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。感謝黃老師對(duì)本論文從選題、構(gòu)思、資料收集到最后定稿的各個(gè)環(huán)節(jié)給予細(xì)心的指引和教導(dǎo)，使我對(duì)于通信原理的角度調(diào)制通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真有較好的認(rèn)識(shí)，并最終得以完成畢業(yè)論文。對(duì)此我表示衷心的感謝。黃老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、淵博的知識(shí)、敏銳的學(xué)術(shù)思維、精益求精的工作態(tài)度、積極進(jìn)取的科研精神以及誨人不倦的師者風(fēng)范是我學(xué)習(xí)的楷模，此外還得到其他眾多老師的關(guān)心支持和幫助，在此，謹(jǐn)向老師們致以衷心的感謝和崇高的敬意!在大學(xué)四年生活中，得到各位老

13、師、同學(xué)的關(guān)心與幫助，特別要感謝我的好友和同學(xué)對(duì)我的幫助。我在學(xué)習(xí)和生活中不斷得到友誼的溫暖與關(guān)懷，最重要的是一種精神上的激勵(lì)，讓我非常感動(dòng)。最后，我要向在百忙之中抽時(shí)間對(duì)本文進(jìn)行審閱、評(píng)議的各位老師表示衷心的感謝！參考文獻(xiàn)1 高峰.單片微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù).科學(xué)出版社，20072 樊昌信.通信原理（第六版）.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，20063 羅軍輝.MATLAB7.0在數(shù)字信號(hào)處理中的應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20054 劉衛(wèi)國(guó).MATLAB程序設(shè)計(jì)教程.北京：中國(guó)水利水電出版社，2010附錄程序清單：clearclcp=1;%載波平均功率為1W,調(diào)頻信號(hào)的平均功率等于未調(diào)載波的功率A

14、=sqrt(2*p);%載波振幅fc=10;%載波頻率wc=2*pi*fc;%載波角頻率Kf=20;%調(diào)頻指數(shù)wm=2*pi;%調(diào)制信號(hào)的角頻率Am=1;%調(diào)制信號(hào)的幅度t0=2;t=(-t0/2):0.01:(t0/2);dt=0.01;mt=Am*cos(wm*t);%調(diào)制信號(hào)表達(dá)式figure(1)subplot(3,1,1);plot(t,mt);%繪制調(diào)制信號(hào)的時(shí)域圖Xlabel('時(shí)間t');title('調(diào)制信號(hào)時(shí)域圖');ct=A*cos(wc*t);%載波表達(dá)式subplot(3,1,2);plot(t,ct);%繪制載波信號(hào)的時(shí)域圖xlabe

15、l('時(shí)間t');title('載波的時(shí)域圖')int_mt(1)=0 %FM調(diào)制 for i=1:length(t)-1 int_mt(i+1)=int_mt(i)+mt(i)*dt; endsfm=A*cos(wc*t+Kf*Am*int_mt);%FM信號(hào)表達(dá)式subplot(3,1,3);plot(t,sfm);%繪制調(diào)頻信號(hào)的時(shí)域圖Xlabel('時(shí)間t');title('調(diào)頻信號(hào)時(shí)域圖');%*已調(diào)信號(hào)的頻譜*figure(2)mt1=fftshift(fft(mt); %fftshift:將FFT中的DC分量移到頻譜

16、中心mt2=abs(mt1);Mt=mt2.2;df=1/2;L=length(mt1);f=-L/2*df:df:L/2*df-df;subplot(2,1,1)plot(f,Mt) ; xlabel('頻率f');title('原調(diào)制信號(hào)的頻譜圖'); sfm1=fftshift(fft(sfm); %fftshift:將FFT中的DC分量移到頻譜中心sfm2=abs(sfm1);Smf=sfm2.2;df=1/2;L=length(sfm1);f=-L/2*df:df:L/2*df-df;subplot(2,1,2)plot(f,Smf);xlabel(&

17、#39;頻率f');title('已調(diào)信號(hào)的頻譜圖');%*FM非線性解調(diào)*figure(3)%*無(wú)噪聲條件下解調(diào)過(guò)程*nsfm=sfm; %無(wú)噪聲輸入解調(diào)時(shí) subplot(3,2,1);plot(sfm);%繪制調(diào)頻信號(hào)的時(shí)域圖Xlabel('時(shí)間t');title('調(diào)頻信號(hào)時(shí)域圖');for i=1:length(t)-1 %接受信號(hào)通過(guò)微分器處理 diff_nsfm(i)=(nsfm(i+1)-nsfm(i)./dt;enddiff_nsfmn = abs(hilbert(diff_nsfm); %hilbert變換，求絕對(duì)值得

18、到瞬時(shí)幅度（包絡(luò)檢波）zero=(max(diff_nsfmn)-min(diff_nsfmn)/2;diff_nsfmn1=diff_nsfmn-zero;subplot(3,2,2); %繪制無(wú)噪聲條件下解調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖plot(diff_nsfmn1);xlabel('時(shí)間t'); title('無(wú)噪聲條件下解調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖');%*含小信噪比高斯白噪聲解調(diào)過(guò)程*sn1=10; %輸入小信噪比(dB)snr=10(sn1/10); fangcha=(A2)/(2*snr); %由信躁比求方差ni=sqrt(fangcha).*randn(size(t);%

19、產(chǎn)生輸入高斯白噪聲nsfm1=ni+sfm; %解調(diào)時(shí)輸入信號(hào)subplot(3,2,3);plot(nsfm1);Xlabel('時(shí)間t');title('含小信噪比高斯白噪聲已調(diào)信號(hào)的時(shí)域圖');%FM非線性解調(diào)nsfm1=ni+sfm; %生成含高斯白躁聲的已調(diào)信號(hào)（信號(hào)通過(guò)信道傳輸)for i=1:length(nsfm1)-1 diff_nsmf(i)=(nsfm1(i+1)-nsfm1(i)./dt;end diff_nsmfn=abs(hilbert(diff_nsmf) ;%hilbert變換，求絕對(duì)值得到瞬時(shí)幅度（包絡(luò)檢波）zero=(max(diff_nsmfn)-min(diff_nsmfn)/2;diff_nsmfn1=diff_nsmfn-zero;subplot(3,2,4);plot(diff_nsmfn1);%繪制解調(diào)后信號(hào)輸出幅度譜