《基于MATLAB的超外差式調(diào)頻接收機仿真系統(tǒng)設計》9300字（論文）

基于MATLAB的超外差式調(diào)頻接收機仿真系統(tǒng)設計目錄TOC\o"1-3"\h\u30018摘要 214731前言 312074第一章緒論 46372第1.1節(jié)研究背景與意義 431524第1.2節(jié)研究現(xiàn)狀 514474第1.3節(jié)選題意義 519605第二章基本理論原理 6431第2.1節(jié)matlab及超外差的簡介 619683第2.2節(jié)FM的調(diào)制解調(diào)原理 7125912.2.1工作原理 7251552.2.2FM調(diào)制原理 7261282.2.3FM解調(diào)原理 10170852.2.4調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能 1211500第三章調(diào)頻的仿真實現(xiàn)與分析 141132第3.1節(jié)仿真實現(xiàn) 14142573.1.1FM調(diào)制的實現(xiàn) 14155553.1.2FM解調(diào)的實現(xiàn) 1511356第3.2節(jié)結(jié)果分析 203794第四章總結(jié)與展望 202717第4.1節(jié)總結(jié) 2018660第4.2節(jié)展望 2126500參考文獻 22摘要在無線通信系統(tǒng)中，從消息轉(zhuǎn)換過來的某個原始信號所需要占據(jù)的有效頻帶通常都是具有相當于頻率比較低的信號頻譜。若將這個原始信號直接在某些信道上間接進行了傳輸，則可能會嚴重影響該信息傳輸時所需的有效性和傳輸?shù)目煽啃?，從而導致這個原始信號很難在某些信道上直接傳輸。針對超外差式收音機的教學和實訓過程中我們也會發(fā)現(xiàn)自己還是存在一些問題，因此將MATLAB軟件引入到課堂教學和實訓中來，即我們利用MATLAB軟件把超外差式收音機的主要工作流程完整地模擬了出來，包括對本機的振蕩、混頻、中周期選頻放大、帶通濾波和包絡檢波等各個過程都進行了仿真，從而切實增強了學者對于電子電路的理解能力和分析技術的能力。該論文設計以系統(tǒng)調(diào)頻仿真軟件MATLAB為主要設計工具，完成了在無線通信控制系統(tǒng)中對超外差式調(diào)頻接收機進行動態(tài)仿真，通過調(diào)頻和解調(diào)得到完整的一個仿真結(jié)果，從而總結(jié)出了利用MATLAB進行調(diào)頻仿真的基本方法和步驟。關鍵詞：MATLAB,超外差放大，混頻器，調(diào)頻前言通信的概念按照我們傳統(tǒng)的思想理解，那么它就是信息的傳遞。在當今這個高度發(fā)達和信息化的時代，信息即無線通信已經(jīng)逐漸成為了現(xiàn)代社會的基礎和生存命脈。信息作為一種資源，只能通過各種途徑進行廣泛傳播與交流，才能夠?qū)ζ洚a(chǎn)生一定的利用價值，從而促進社會各個成員之間的合作，也促進社會生產(chǎn)力的發(fā)展，最終為其創(chuàng)造出巨大的社會經(jīng)濟效益。而通信作為傳遞信息最有效的手段或方式，與傳感技術和計算機技術相結(jié)合，已經(jīng)成為了21世紀國際社會和世界經(jīng)濟發(fā)展的強大動力。由此可以預見，未來的通信將對人們的生活方式和社會的發(fā)展產(chǎn)生更加顯著和深遠的影響。本次設計主要是以Matlab為基礎平臺，對一個經(jīng)過混頻的高頻信號進行調(diào)制解調(diào)和仿真，使其得到一個仿真結(jié)果。該論文介紹了調(diào)制解調(diào)和超外差調(diào)制的基本原理，以及調(diào)制解調(diào)的仿真實現(xiàn)。從而可以得知，通過調(diào)制，不僅僅是可以直接進行對頻譜的一個搬移，還可以把調(diào)制信號的頻譜直接搬移到設計要求所期望的位置上，從而使得被調(diào)制的信號能夠轉(zhuǎn)換為一種適合于該信道的傳輸或者是便于該信道的多路重新復用的已調(diào)信號，除此之外，它對于系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸有效性和傳輸可靠性都有著很大的影響。本文的章節(jié)內(nèi)容如下：第一章是緒論；主要介紹了該課題的研究背景與意義、國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀等。第二章是原理部分；主要闡述了調(diào)制、解調(diào)和超外差式的調(diào)制解調(diào)的基本原理。第三章是仿真結(jié)果和分析部分；主要是完成仿真部分及仿真結(jié)果的一個分析。第四章的主要內(nèi)容是對書面全文的內(nèi)容進行了總結(jié)，提出了本課題尚有待進一步深化研究的方向和對下一步的工作目標。緒論第1.1節(jié)研究背景與意義人類自從發(fā)現(xiàn)能利用電波傳遞信息以來，就不斷地研究設計制造和推出不同的通信手段和通信方式來增加通信的安全可靠性和通信距離、設備的功能微型化、省電化和輕巧化等。接收和聽到的語音信息所需要使用的設備是無線接收器，俗稱為無線收音機。目前的這種無線電視頻接收機不單僅僅是我們只能進行一種聲頻圖像收音，而且還可以接收影像的電視機、數(shù)字信息的電報機等。隨著廣播技術的發(fā)展，收音機也在不斷更新?lián)Q代。自1920年開發(fā)了無線電廣播的半個多世紀中，收音機經(jīng)歷了電子管收音機、晶體管收音機和集成電路收音機的三代變化，收音機功能也慢慢增多，質(zhì)量也逐漸提高。20世紀80年代開始，收音機又朝著電路集成化、顯示數(shù)字化、聲音立體化、功能電腦化和結(jié)構(gòu)小型化等方向發(fā)展。然而也會遇到一些問題，如：直接放大式收音機所遇到的主要問題是，一個高頻放大器很難適應各種不同的工作頻率，如果能想辦法使高頻放大器的工作頻率保持不變，那么許多問題就很容易解決了。超外差收音機就是根據(jù)這個指導思想設計的。在通信系統(tǒng)的發(fā)射端通常需要有調(diào)制過程，將調(diào)制信號的頻譜搬移到所希望的位置上，使之轉(zhuǎn)換成適于信道傳輸或便于信道多路復用的已調(diào)信號；而在接收端則需要有解調(diào)過程，以恢復原來有用的信號。調(diào)制解調(diào)方式常常決定了一個通信系統(tǒng)的性能。隨著數(shù)字化波形測量技術和計算機技術的發(fā)展，可以使用數(shù)字化方法實現(xiàn)調(diào)制與解調(diào)過程。第1.2節(jié)研究現(xiàn)狀我們通常用FM來指一般的無線調(diào)頻廣播（在目前階段我國的頻率為87.5-108MHz）,事實上它的FM也是一種短波調(diào)制的調(diào)頻方式，即便在一個短波頻率范圍內(nèi)的27-30MHz之間，作為業(yè)余民用廣播電臺、太空和其他各類人造衛(wèi)星通訊中應用的波段，也都會盡量選擇這種調(diào)頻方式。最基本的是在FM載波系統(tǒng)中包括了兩個載波正弦不同頻率的可調(diào)曲線載波振蕩器，其中一個就是頻率穩(wěn)定不變的可調(diào)載波頻率振蕩器；另一個就是可以調(diào)節(jié)載波頻率的曲線振蕩器。載波頻率就是一個簡單地一種帶有一個抽樣信號頻率的正弦波信號頻率，當一個點的調(diào)制器變動發(fā)生時，來自于調(diào)制振蕩器的信號帶有FM頻率的正弦波，從而直接導致了載波振蕩器的這個頻率變動進行一個向上或者向下變動。制體和載波體都同樣可以認為是一個具有特定頻率、振幅、波形的周期性或準周期性振蕩器。目前各種低音調(diào)頻式俗稱是音頻調(diào)幅式的收音機，一般的正常情況下，我們都會考慮選擇超外差式，它在結(jié)構(gòu)設計上具有音頻靈敏度高、工作穩(wěn)定、選擇性好及失真度小等一系列的重要優(yōu)點。使得控制載波的信號頻率按照經(jīng)過調(diào)制后的信號頻率進行相應改變的這種調(diào)制調(diào)頻程序叫做控制調(diào)頻；已調(diào)波頻率變化的大小是由調(diào)制信號的大小所決定的，變化的周期由調(diào)制信號的頻率決定，已調(diào)波的振幅保持不變。調(diào)頻收音機是通過采用調(diào)頻載波方式傳播無線電信號的收音機，由于采用的波長相對較短，因此傳輸?shù)男盘栆炔捎谜{(diào)幅方式傳輸信號的收音機要好很多，但因為是短波，因此傳播的距離就比較短。在超外差式收音機中，一般需要使用固定信號頻率下的中頻放大器。由于中頻是相對較低的固定頻率，對于調(diào)頻器件的性能要求低，容易實現(xiàn)達到較高的信號增益，選頻性的特點也比較優(yōu)越，從而不僅可以大大提高調(diào)頻收音機的信號靈敏度與好的選頻性。除此之外，需要一個電路將接收到的各個頻段范圍內(nèi)的高頻調(diào)制信號轉(zhuǎn)換成一個固定頻率的中頻已調(diào)制信號，能夠完成這種功能的電路就叫做變頻電路。為了產(chǎn)生變頻作用，變頻器中必須包含一個能產(chǎn)生本機振蕩的電路和一個能將接收信號與本機振蕩信號混頻的電路。一般的簡易收音機，產(chǎn)生本機振蕩和混頻的兩個任務，都由一個三極管完成。第1.3節(jié)選題意義超外差濾波接收器混頻是一種使用本地信號產(chǎn)生的射頻振蕩器與輸入信號混合并將輸入信號頻率轉(zhuǎn)換成由余弦確定的頻率的方法。超外差的原理最早是由阿姆斯特朗于1918年提出的。這種接收方式主要目的是為了能適應當前傳統(tǒng)遠程射頻通信對于高頻、弱頻等信號所需。外差方法是將一個音頻輸入信號按其頻率進行轉(zhuǎn)換后成為一個新的音頻，超外差的方法是將另一個音頻輸入信號轉(zhuǎn)換成一個新的超音頻，所以稱之為超外差。基于超外差原理設計超外差接收機的優(yōu)點是這種接收方式的性能遠遠優(yōu)于高頻放大接收方式，因此可以應用于遠程信號的接收，并使其擴展到測量技術等方面?；纠碚撛淼?.1節(jié)matlab及超外差的簡介2.1.1matlabMatlab語言是一種可以解釋式的執(zhí)行程序編寫語言，具備了強大的計算、仿真和繪圖等特點。Matlab由一系列工具和軟件所組成，其中包括Matlab桌面和命令窗口、歷史命令窗口、編輯器和調(diào)試器、路徑搜索和用于用戶瀏覽幫助、工作空間、文件的瀏覽器。Matlab是一個高級的矩陣/陣列語言，它包括控制語句、函數(shù)、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、輸入和輸出和面向?qū)ο缶幊烫攸c。2.1.2超外差超外差技術就是在目前傳統(tǒng)上的超外差音頻技術基礎上逐步創(chuàng)新發(fā)展壯大起來的，其目的主要是為了充分滿足遠程音頻通信對于高頻，弱小的音頻信號圖像采集和音頻接收器的需要。外差接收機與超外差接收機的區(qū)別在于：外差接收機是通過使用調(diào)諧器的射頻信號的方式直接應用于前端射頻信號的后續(xù)處理，而超外差接收機主要是通過使用一系列集成技術，即一個混頻器電路，一個穩(wěn)定的本地振蕩器（LO）和一種具有一個固定濾波頻率的高帶寬增益和低通放大器來產(chǎn)生穩(wěn)定的后續(xù)信號。整個設計模塊如圖2.1所示：圖2.1所謂超外差，是指所要接收到的信號在調(diào)諧信號里已經(jīng)調(diào)好以后，再經(jīng)過一個信號自身的調(diào)諧作用，從而轉(zhuǎn)換成另外一個預先設置并確定好的信號頻率，最后再對其進行一個超外差放大和檢波（在該設計中用到的是包絡檢波）。此外，這個頻率是由一個差頻所產(chǎn)生的。在超外差式調(diào)頻接收機的設計過程中，應將其劃分為高頻放大、混頻、中頻放大、檢波、低頻放大五個組成部分，但在設計過程中必須全面考慮，并處理一些相互牽制的矛盾，這樣才能使接收機有較好的指標。（在該設計中，我采用的是一個經(jīng)過混頻的高頻信號，因此在程序設計中就不再使其進行混頻調(diào)制這一步驟）第2.2節(jié)FM的調(diào)制解調(diào)原理2.2.1工作原理如圖2.1所示，信號接收到一個高頻信號，經(jīng)輸入回路選頻為f1，經(jīng)過高頻放大后被轉(zhuǎn)換成混頻器，本地振蕩輸出另一高頻f2，之后轉(zhuǎn)化成混頻?；祛l器的輸出為含有f1,f2,(f1+f2),(f2-f1)等多個頻率分量的信號。經(jīng)過中頻放大后可以獲得足夠高的增益，然后通過檢波器檢出低頻信號，經(jīng)過解調(diào)器解調(diào)后，由低頻功放級放大。由于信號在接收時會將信號中的高頻信號經(jīng)過混頻后轉(zhuǎn)換成為一個固定的中頻，再對其進行放大，因此該接收機的靈敏度相對較高，選擇性相對較好，性能也比較穩(wěn)定。2.2.2FM調(diào)制原理頻率調(diào)制主要是通過利用載波的頻率變化去傳遞一個模擬信息，而幅度則保持一定的不變。也就是說，載波信號的頻率隨著基帶調(diào)制器信號的頻率和幅度發(fā)生改變。當一個調(diào)制器的信號在一定幅度內(nèi)增大或者減小時，載波的工作頻率也會隨之增大或者減小。在FM中，F(xiàn)M信號的瞬時頻偏與調(diào)制信號m(t)的頻率成正比。因此FM的信號的時域表達式定義為：（2-1）表達式2-1中：A為載波的恒定振幅；為信號的瞬時相位，記作；為相對于載波相位的瞬時相位偏移；是信號的瞬時角頻率，記作；則稱為相對于載頻的瞬時頻偏。頻率調(diào)制（FM），是指瞬時頻率偏移隨調(diào)制信號m(t)成比例變化，即表達式為：（2-2）表達式2-2中：為調(diào)頻靈敏度（rad/(s.V）)。這時的相位偏移表達式為：（2.3）因此，可由式2-3改寫成：（2-4）如果幅度頻率保持恒定不變，起始時的信號相位不變?yōu)?，而瞬時角頻率函數(shù)就是一個不變的調(diào)制信號的一個線性頻率函數(shù)，則這種調(diào)制方式就叫做頻率調(diào)制。即調(diào)頻信號表達式如下：（2-5）調(diào)頻信號為單余弦時，表達式如下：（2-6）當對一個模擬載波調(diào)頻信號同時進行多個頻率模擬調(diào)制時，可以直接計算得到一個模擬調(diào)頻載波信號的調(diào)頻信號表達式，即（2-7）（2-8）上式中稱為調(diào)頻指數(shù)，即可記作（2-9）m(t)→FM→(2-10)m(t)→→PM→(2-11)(2-10)為直接調(diào)頻，（2-11）為間接調(diào)頻。按照高頻調(diào)制后的載波瞬時頻率相位偏移的最小幅值和頻率大小，可以把角頻率分為寬帶與窄帶兩種。寬帶與窄帶的區(qū)分并無嚴格的界限，但通常認為調(diào)頻所引起的最大瞬時相位偏移遠小于時，即（2-12）稱為窄帶調(diào)頻。否則，稱為寬帶調(diào)頻。假設正弦載波的振幅A=1，則調(diào)頻信號的一般表達式為：（2-13）調(diào)制主要是把一種信號的形式變換成一種適合在各個信道中進行傳輸?shù)囊环N信息過程，調(diào)制主要可以分為基帶調(diào)制和帶通調(diào)制（也被稱為載波調(diào)制），調(diào)制在通信系統(tǒng)中占據(jù)著十分重要的地位。一方面，通過調(diào)制技術可以把基帶信號的頻譜遷移到我們所期望的位置上去，從而使被調(diào)制的信號變化成一種適合于該信道的傳輸或便于信道進行多路復用的已調(diào)信號。另一方面，通過這種調(diào)制技術可以大幅度地增強信號經(jīng)由信道進行傳輸時的抗御干擾能力，同時，它還與其傳輸?shù)男视嘘P。具體來講，不同的調(diào)制模式所產(chǎn)生的已調(diào)信號的帶寬各不相同，因此調(diào)制會直接影響傳輸帶寬的利用率。由此可見，調(diào)制的方式常常會決定了一個通信系統(tǒng)的性能。大多數(shù)待傳輸?shù)男盘柧哂休^低的頻率成分，即為基帶信號。若將一段位于基帶的射頻信號直接向上進行信號傳輸，即為一段基帶的信號傳輸。但是，很多放在基帶上的信道信號并非特別適合在基帶信號中進行傳輸，又或者說，如果一個新的基帶信號在該信道中傳輸，便很有可能會直接導致整個信號產(chǎn)生很大的頻率衰減和信號失真。因此，需要把一個新的基帶載波信號調(diào)制轉(zhuǎn)換器作為一個載波信道進行調(diào)制，變換后生成一個適合于信道傳輸?shù)男问健Ｕ{(diào)制是讓基帶信號m（t）去控制載波的某些參數(shù)，使該參數(shù)按照信號m（t）的規(guī)律變化的過程。載波可以是一個正弦波，也可以是一個脈沖序列，以一個稱為正弦波的信號作為載波的脈沖調(diào)制方式叫連續(xù)波（CW）脈沖調(diào)制。2.2.3FM解調(diào)原理調(diào)頻信號的解調(diào)也可以分為相干解調(diào)和非相干解調(diào)。相干解調(diào)只能廣泛適用于處理NBFM信號，而非相干解調(diào)對NBFM信號和WBFM信號均適用。在該設計過程中，我所需要采用的解調(diào)方式為非相干解調(diào)，也就是包絡檢波。包絡檢波器通常由一個半波或者一個全波整流器和低通濾波器兩個部分組成，它屬于非相干解調(diào)，因此不必在考慮需要一個相干的解調(diào)載波。在無線廣播接收機中會多次采用此方法。（1）非相干解調(diào)最簡單的解調(diào)器是鑒頻器，理想的鑒頻器可以被看成是由一個微分器和一個低通包絡檢波器直接組成的一個級聯(lián)，帶通濾波器的作用是為了能夠讓調(diào)頻信號順利地進行通過，同時我們還要注意濾除一些用于帶外的調(diào)頻噪聲和一些用于高次調(diào)頻諧波的噪聲分量。由于調(diào)頻信號的瞬時頻率與調(diào)制信號的幅度呈正比，因而調(diào)頻信號的解調(diào)器必須能產(chǎn)生正比于輸入頻率的輸出電壓，設輸入調(diào)頻信號的表達式如下：（2.14）則解調(diào)輸出為：（2.15）圖2.2調(diào)頻信號的非相干解調(diào)微分器的作用就是將一個幅度恒定的調(diào)頻波轉(zhuǎn)換成一個幅度和頻率均可以隨著原始信號m（t）而發(fā)生變化的調(diào)幅調(diào)頻。即微分器的輸出為：（2-16）微分器的輸出是一個調(diào)幅調(diào)頻的信號，如果只取其中一個包絡信息，則與調(diào)制信號f（t）呈正比，除去濾波后，包絡檢波的輸出表達式為：（2-17）稱為鑒頻靈敏度（V/Hz），是已調(diào)信號單位頻偏對應的調(diào)制信號的幅度，經(jīng)低通濾波器后加隔直流電容，割除了無用的直流，從而該表達式為：（2-18）上述的解調(diào)方式就稱為包絡檢波，不過還有一個缺點是：包絡檢波器對于信道中產(chǎn)生的噪聲和其他原因?qū)е乱鸬念l率幅度發(fā)生起伏也會對此有所響應，因此我們在開始使用微分器之前需要添加一個限幅器或者一個帶通濾波器。由此可以看出，包絡檢波器就是直接從被調(diào)制波的幅度中提取原調(diào)制信號，且該解調(diào)輸出是相干解調(diào)的兩倍。相干解調(diào)圖2.3窄帶調(diào)頻信號的相干解調(diào)由于窄帶帶頻信號可分解為同相分量和正交分量之和，從而我們就完全可以直接通過采取線性調(diào)制中的相干解調(diào)的方法來對其進行相干解調(diào)。圖3中帶通濾波器用來限制信道所引入的噪聲，但調(diào)制信號應該能正常通過。圖中所示的相干解調(diào)器的輸出與調(diào)制信號f（t）呈正比,相干解調(diào)法僅在高頻窄帶信號調(diào)頻中廣泛使用。2.2.4調(diào)頻系統(tǒng)的抗噪聲性能（1）高斯白噪聲信道特性設一個正弦波經(jīng)過高斯白噪聲信道后的一個信號表達式為：（2-19）其中，白噪聲n(t)的取值的概率分布服從高斯分布。采用了matlab本身所使用自帶的一個專用標準高斯白噪聲函數(shù)為awgn，再加上調(diào)頻信號就可以得到加噪聲的信號。正弦波通過加性高斯白噪聲信道后的信號的表達式為：（2-20）有用信號功率的表達式為（2-21）噪聲功率的表達式為（2-22）信噪比S/N滿足其公式（2-23）即可得到該表達式為（2-24）（2）調(diào)頻系統(tǒng)抗噪聲性能調(diào)頻系統(tǒng)抗噪聲性能分析模型如下圖所示：圖2.4調(diào)頻系統(tǒng)抗噪聲性能分析模型上圖中，帶通濾波器的主要作用是用來抑制帶寬信號以外的噪聲，n(t)指的是一個頻率均值為0，即單邊功率譜密度為的的高斯白噪聲，經(jīng)過帶通濾波器之后變成一個窄帶的高斯白噪聲即ni(t)。而限幅器的作用是為了消除接收信號在幅度上可能會出現(xiàn)的畸變。在一個較大頻率信噪比的高頻條件下，信號和系統(tǒng)噪聲之間的頻率交換和相互作用這個問題我們完全可以忽略不計，我們就是通過將高頻信號和系統(tǒng)噪聲之間分開來計算。因此我們可以通過調(diào)制解調(diào)器中輸入端的信號給調(diào)制解調(diào)器信號輸出一個信噪比，其表達式為：（2-25）其中：A為載波的振幅，為調(diào)頻器靈敏度，為調(diào)制信號m(t)的最高頻率，為噪聲單邊功率譜密度。解調(diào)器的制度增益表達式為：（2-26）信號帶寬表達式為：（2-27）即可以得到：（2-28）從以上表達式中我們可知，大信噪比時的帶寬調(diào)頻系統(tǒng)的信噪比增益是比較高的，它與調(diào)頻指數(shù)的立方呈一個正比的關系。由此可以看出，只要我們加大調(diào)頻指數(shù)，就可以讓調(diào)頻器和控制單元的抗噪聲性能得到改善。調(diào)頻的仿真實現(xiàn)與分析第3.1節(jié)仿真實現(xiàn)3.1.1FM調(diào)制的實現(xiàn)調(diào)頻主要可以分兩種工作方式：直接調(diào)頻或者間接調(diào)頻。調(diào)頻是用調(diào)制信號控制載波的頻率變化。直接調(diào)頻就是用調(diào)制信號直接去控制載波振蕩器的頻率，使其按調(diào)制信號的規(guī)律線性的變化。振蕩頻率可由外部電壓控制的振蕩器叫做壓控振蕩器。每個壓控振蕩器本身就是一個調(diào)頻調(diào)制器，因為它的振蕩頻率與輸入控制電壓呈正比，即表達式為（3-1）在該程序設計中，采用了直接調(diào)頻的方法來控制調(diào)諧器，利用matlab直接獲取調(diào)頻信號的表達式。并要求繪出調(diào)制信號m(t)的時域和頻域的波形曲線，從而我們就可以根據(jù)表達式m(t)利用函數(shù)畫出時域波形，再將m(t)進行傅立葉變換得到M(f)，根據(jù)表達式M(f)利用這個函數(shù)畫出頻域波形。要求我們得到一個調(diào)頻信號sfm的時域和頻域的波形曲線。我們根據(jù)調(diào)頻信號的一般表達式：（3-2）由綜上所訴可知，想要求出調(diào)頻信號sfm的表達式，我們必須要先求出(t)的積分，然后再求出調(diào)頻信號的表達式。之后再根據(jù)調(diào)頻信號sfm的表達式利用plot函數(shù)畫出它的時域波形，最后再將調(diào)頻信號sfm進行一個傅里葉變換，然后利用plot函數(shù)畫出一個頻率波形。參數(shù)設置：fs=8000；fc=1000；是對信號頻率參數(shù)的基本設置，采樣頻率為8000Hz，載波頻率為1000Hz，通常在此參數(shù)設置中遵循一個規(guī)律，即fs≥2fc，而8000Hz與1000Hz的選擇也正是遵循了此規(guī)律。已調(diào)信號（無噪聲條件下）的時域圖如圖3.1所示：圖3.13.1.2FM解調(diào)的實現(xiàn)解調(diào)主要分為兩種方式：相干解調(diào)或者非相干解調(diào)。在此次設計中，我用到的是非相干解調(diào)。在該設計過程中，要求畫出一個解調(diào)信號在時域及頻域上的曲線。由于非相干解調(diào)均可以適用于NBFM信號和WBFM信號，但相干解調(diào)只能用于NBFM信號，根據(jù)設計所需求，我采用的是非相干解調(diào)方法。解調(diào)器的輸出表達式為：。根據(jù)輸出表達式y(tǒng)(t)可以利用plot函數(shù)畫出時域波形，再將y(t)也進行一個傅里葉變換，最后再次利用plot函數(shù)畫出它的頻域波形。（1）無噪聲條件下解調(diào)信號的時域曲線由于非相干解調(diào)對NBFM信號和WBFM信號均可以適用，所以我采用非相干解調(diào)的方法。即時域仿真圖如圖3.2所示：圖3.2在該步驟中，我采用了demod函數(shù)進行了一個解調(diào)，其作用是為了與公式解調(diào)出的波形有一個對比，即波形如圖3.3所示：圖3.3（2）加入小信噪比高斯白噪聲之后的調(diào)頻、解調(diào)時域仿真圖如圖3.4所示：圖3.4加入大信噪比高斯白噪聲之后的調(diào)頻、解調(diào)時域仿真圖如圖3.5所示：圖3.5原調(diào)制信號、調(diào)頻信號、解調(diào)信號的頻譜圖在該過程中，對FM調(diào)制前后的各個時域波形采用FET函數(shù)對其進行傅里葉變換，再通過利用傅里葉變換分別計算得到調(diào)制信號與調(diào)制之后的FM信號以及解調(diào)信號的頻譜仿真圖，最后再通過利用plot函數(shù)畫出我們所需要的各個頻域波形。頻譜仿真圖如圖3.6所示：圖3.6刪除原有的模擬調(diào)制信號，加入小信噪比高斯白噪聲后的調(diào)頻信號、解調(diào)信號的頻譜圖。頻譜仿真圖如圖3.7所示：圖3.7原調(diào)制信號，加入大信噪比高斯白噪聲后的調(diào)頻信號、解調(diào)信號的頻譜圖。頻譜仿真圖如圖3.8所示：圖3.8第3.2節(jié)結(jié)果分析從調(diào)頻信號的時域波形中可以看出，調(diào)頻信號的頻率隨著調(diào)制信號所變化而變化，從而產(chǎn)生頻偏，成為一個疏密波形。調(diào)制信號電平最高處對應的瞬時正頻偏最大，也使得波形最密；在調(diào)制信號電平最低處對應的瞬時頻偏最小時，波形卻是最疏；因此，我們可以得知瞬時正頻偏與波形疏密呈一個反比的關系。除此之外，在沒有任何噪聲干擾的情況下，解調(diào)得到的波形與原調(diào)制信號波形一樣，只是幅度有所區(qū)別。在加入噪聲之后，出現(xiàn)了以下的情況：（1）當我在調(diào)頻信號中加入小信噪比高斯噪聲之后，調(diào)頻信號并不是很光滑，解調(diào)后輸出的信號波形也就出現(xiàn)了低噪聲或失真的情況；（2）當我加入大信噪比高斯白噪聲后，噪聲干擾相對比較小，調(diào)頻信號波形比較光滑，但也會發(fā)生一定的失真，不過這個波形和原來的調(diào)制信噪比波形差不多，因此大信噪比時的寬帶信噪比增益是比較高的，而且還和調(diào)頻指數(shù)的立方呈一個正比的關系。從上述的頻譜圖中可以看出，調(diào)頻信號的頻譜主要是有載頻和很多的上下變頻兩部分組成，這個過程就是一個非線性頻率變換的過程。但從這個頻譜圖中可以清楚的看出還是具有較大振幅的頻率分量存在于載頻附近，而且使得上下變頻在振幅上是對稱的。