基于MATLABSIMULINK的FM调制解调

1 FM调制与解调原理 1.1模拟通信系统的简介 通信的目的是传输信息。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。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传输。 调制前和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(如图2-1所示)。 信息源 发送设备 信 道 接受设备 信息源 噪声源 发送端 接收端 信道 图1-1 通信系统一般模型 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。 模拟系统框图如下图1-2所示： 图1-2 模拟系统框图 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。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调频调制方法进行调制。在本仿真的过程中我们选择用同步解调方法进行解调。 1.2 FM调制模型的建立 为基带调制信号，设调制信号为 m(t)=cos(2*pi*fm*t) 公式(1-1) 设正弦载波为 c(t)=cos(2*pi*fc*t) 公式(1-2) 信号传输信道为高斯白噪声信道，其功率为。 在调制时，调制信号的频率去控制载波的频率的变化，载波的瞬时频偏随调制信号成正比例变化，即: 公式(1-3) 式中，为调频灵敏度。 这时相位偏移为 公式(1-4) 公式(1-5) 则可得到调频信号为 公式(1-6) FM 的频谱的计算： 公式(1-7) 公式(1-8) 公式(1-9) 可以看出FM 的频谱与的值有关。 其信号带宽为 公式(1-10) FM 的频谱理论值无穷大，但可根据调频指数分为宽带调频和窄带调频。 1.3 FM解调模型的建立 调制信号的解调分为相干解调和非相干解调两种。相干解调即同步解调，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。但在本仿真的过程中我们对窄带信号进行调制与解调，选择用同步解调方法进行解调。 图2-1 FM同步解调解调模型 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。鉴频器中的乘法器把调频信号与相干载波相乘，然后由低通滤波器和微分器取出调制信号。 解调过程分析 由上述公式(2-6)知道输入调频信号为 设相干载波为 c(t)=cos(2*pi*fc*t) 公式(1-11) 乘法器的作用是把调频信号变成有多种频率的波的混合，乘法器输出为 公式(1-12) 经低通滤波器后取出器低频分量为 公式(1-13) 在经过微分器，即得出解调出的基带信号： 公式(1-14) 相干解调可以恢复出原来的基带信号，而且要求本地载波与调制载波同步，否则会使解调信号失真。 2 2 FM调制解调系统方案 2.1调制模块设计 根据FM调制的原理，了解MATLAB软件中的仿真工具Smulink中各个模块的功能后，根据调制的原理框图，使用Sine Wave产生调制信号，用幅度为3 ，频率为100Hz，直接用FM Modulator Passband进行调制，设置载波频率为 300Hz，频率偏移为50Hz。在Smulink文件中调用相关模块，连线后对信号进行调制产生FM调制信号。 2.2解调模块设计 利用FM Demodulator Passband对调制的FM信号进行解调。根据解调的原理框图，经调制后的信号经信道中加高斯白噪声和不加噪声的信号进行解调，并把两个解调出来的波形进行对比。在Smulink中调用相应的模块，连接各个模块