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： XXXXXXXXXXXXXXX 學(xué) 號： 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)生融會貫通通信原理課程所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)理論知識，完成一個(gè)較為完整的設(shè)計(jì)、仿真、分析及計(jì)算過程，以加深對所學(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)理論知識和專業(yè)知識來解決基本工程設(shè)計(jì)問題的初步技能，全面提高學(xué)生的動手能力

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。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)對點(diǎn)通信，并基于

3、Matlab7.0軟件仿真平臺進(jìn)行驗(yàn)證。課 程 設(shè) 計(jì) 簡 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）撰寫課程設(shè)計(jì)論文課 程 設(shè) 計(jì) 心 得 體 會通過這次課程設(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，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只

4、有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(dú)立思考的能力。課 程 設(shè) 計(jì) 評 語 及 成 績評 語成 績指導(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，編寫程序來實(shí)現(xiàn)FM調(diào)制與解調(diào)過程，并分別繪制出基帶信號，載波信號，已調(diào)信號的時(shí)域波形；再進(jìn)一步分別繪制出對已調(diào)信號疊加噪聲后信號，相干解調(diào)后信號和解調(diào)基帶信號的時(shí)域波形；最后繪出FM基帶信號通過上述信道和調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)后的誤碼率與信噪比的關(guān)系，并通過與理論結(jié)果波形對比來分析該仿真調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的正確性及噪聲對信號解調(diào)的影響。在

5、課程設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)開發(fā)平臺為Windows Vista，使用工具軟件為MATLAB 7.0。在該平臺運(yùn)行程序完成了對FM調(diào)制和解調(diào)以及對疊加噪聲后解調(diào)結(jié)果的觀察。通過該課程設(shè)計(jì)，達(dá)到了實(shí)現(xiàn)FM信號通過噪聲信道，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)方案及過程論述11.FM調(diào)制模型的建立22.調(diào)制過程分析23.FM解調(diào)模型的建立34.解調(diào)過程分析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，編寫程序來實(shí)現(xiàn)FM調(diào)制與解調(diào)過程，并

6、分別繪制出基帶信號，載波信號，已調(diào)信號的時(shí)域波形；再進(jìn)一步分別繪制出對已調(diào)信號疊加噪聲后信號，相干解調(diào)后信號和解調(diào)基帶信號的時(shí)域波形；最后繪出FM基帶信號通過上述信道和調(diào)制和解調(diào)系統(tǒng)后的誤碼率與信噪比的關(guān)系，并通過與理論結(jié)果波形對比來分析該仿真調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的正確性及噪聲對信號解調(diào)的影響。在課程設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)開發(fā)平臺為Windows Vista，使用工具軟件為MATLAB 7.0。在該平臺運(yùn)行程序完成了對FM調(diào)制和解調(diào)以及對疊加噪聲后解調(diào)結(jié)果的觀察。通過該課程設(shè)計(jì)，達(dá)到了實(shí)現(xiàn)FM信號通過噪聲信道，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信號調(diào)制和解調(diào)基本原理。通過仿真，加深對AM系統(tǒng)的理

7、解；鍛煉運(yùn)用所學(xué)知識，獨(dú)立分析問題、解決問題的綜合能力。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，對FM系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真（仿真用程序?qū)崿F(xiàn)），要求用程序畫出調(diào)頻信號波形，調(diào)頻信號振幅譜，解調(diào)信號。如：設(shè)輸入信號為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，畫出該調(diào)頻信號的波形，調(diào)頻信號的振幅譜，用鑒頻器解調(diào)該調(diào)頻信號，并與輸入信號比較。二、設(shè)計(jì)方案及過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，設(shè)調(diào)制信號為設(shè)正弦載波為信號傳輸信道為高斯白噪聲信道，其功率為。2.調(diào)制過程分析在調(diào)制時(shí)，調(diào)制信號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)頻信號為3.FM解調(diào)模型的建立調(diào)制信號的解調(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，且需同步信號，故應(yīng)用范圍受限；而非相干解調(diào)不需同步信號，且對于NBFM信號和WBFM信號均適用，因此是FM系統(tǒng)的主要解調(diào)方式。在本仿真的過程中我們選

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)頻信號和噪聲，限幅器是為了消除接收信號在幅度上可能出現(xiàn)的畸變；帶通濾波器的作用是用來限制帶外噪聲，使調(diào)頻信號順利通過。鑒頻器中的微分器把調(diào)頻信號變成調(diào)幅調(diào)頻波，然后由包絡(luò)檢波器檢出包絡(luò)，最后通過低通濾波器取出調(diào)制信號。4.解調(diào)過程分析設(shè)輸入調(diào)頻信號為微分器的作用是把調(diào)頻信號變成調(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的幅度變化中檢出調(diào)制信號。包絡(luò)檢波器輸出為稱為鑒頻靈敏度（），是已調(diào)信號單位頻偏對應(yīng)的調(diào)制信號的幅度，經(jīng)低通濾波器后加隔直流電容，隔除無用的直流，得5.高斯白噪

10、聲信道特性設(shè)正弦波通過加性高斯白噪聲信道后的信號為其中，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。正弦波通過加性高斯白噪聲信道后的信號為故其有用信號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)制信號變小時(shí)載波的瞬時(shí)頻率減小，從而得到的調(diào)頻信號的頻率變小，周期變大。由Figure2圖可以得出調(diào)頻信號的頻譜是對調(diào)制信號進(jìn)行的頻譜搬移

11、將頻譜搬移到所需較高頻帶fc上，從而滿足信號的傳輸需要。由Figure3圖可以得出解調(diào)即調(diào)制的逆過程，從已調(diào)信號中不失真地恢復(fù)出原始基帶信號，信號在信道中傳輸時(shí)會有噪聲影響，在解調(diào)含有大信噪比高斯白噪聲的已調(diào)信號比含有小信噪比高斯白噪聲號的已調(diào)信號時(shí)的抗噪聲性能比較好，恢復(fù)出的信號失真較小。四、結(jié)論通過這次課程設(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，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識

12、與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動手能力和獨(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，并最終得以完成畢業(yè)論文。對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、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。最后，我要向在百忙之中抽時(shí)間對本文進(jìn)行審閱、評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：國防工業(yè)出版社，20063 羅軍輝.MATLAB7.0在數(shù)字信號處理中的應(yīng)用.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，20054 劉衛(wèi)國.MATLAB程序設(shè)計(jì)教程.北京：中國水利水電出版社，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)制信號的角頻率Am=1;%調(diào)制信號的幅度t0=2;t=(-t0/2):0.01:(t0/2);dt=0.01;mt=Am*cos(wm*t);%調(diào)制信號表達(dá)式figure(1)subplot(3,1,1);plot(t,mt);%繪制調(diào)制信號的時(shí)域圖Xlabel('時(shí)間t');title('調(diào)制信號時(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信號表達(dá)式subplot(3,1,3);plot(t,sfm);%繪制調(diào)頻信號的時(shí)域圖Xlabel('時(shí)間t');title('調(diào)頻信號時(shí)域圖');%*已調(diào)信號的頻譜*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)信號的頻譜圖');%*FM非線性解調(diào)*figure(3)%*無噪聲條件下解調(diào)過程*nsfm=sfm; %無噪聲輸入解調(diào)時(shí) subplot(3,2,1);plot(sfm);%繪制調(diào)頻信號的時(shí)域圖Xlabel('時(shí)間t');title('調(diào)頻信號時(shí)域圖');for i=1:length(t)-1 %接受信號通過微分器處理 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); %繪制無噪聲條件下解調(diào)信號的時(shí)域圖plot(diff_nsfmn1);xlabel('時(shí)間t'); title('無噪聲條件下解調(diào)信號的時(shí)域圖');%*含小信噪比高斯白噪聲解調(diào)過程*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（信號通過信道傳輸)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)后信號輸出幅度譜