电子与通信工程学院。
通信系统**实验报告。
2013 ~ 2014 学年第1学期。
调频(fm)系统调制解调**。
专业: 通信工程。
班级: 通信111 班。
学号: 姓名:
指导教师姓名陈多瑜。
2023年 11 月日。
1.频率调制或调频(fm)
1)设调制信号为m(t),调频信号的数学表达式为。
例如:m(t)的时域波形为。m(t)
fm调频波如下:
fm信号 图1 fm调制模型。
其中,为基带调制信号,设调制信号为。
设正弦载波为。
可得到已调调频信号为
3)原理。所谓频率调制(fm),是指瞬时频率偏移随调制信号m(t)成比例变化,即
式中kf 为调频灵敏度(rad/(s·v))。
这时相位偏移为。
则可得到公式。
假设信号传输信道为高斯白噪声信道,其功率为。
fm信号的**。
下面给出一个用matlab**fm信号的示例。
已知:消息信号是[-3,3]均匀分布的随机整数,产生的时间间隔为1/10s,用fm方法调制载波。假设调频器灵敏度,,,消息信号的带宽w=50hz,试求:
1)画出消息信号和解调信号;
2)已调信号的功率、消息信号的功率、调制指数及调制信号的带宽;
3)用鉴频法解调该信号,画出原始信号和解调信号;
4)假设调制信号通过awgn信道,信噪比为20db,显示解调后的信号与原始信号。
fm调制simulink系统**。
simulink中提供了调频模块(fm modulator passband),它位于“communication blockset→modulation→analog passband modulation”模块库中。它的参数设置对话框如图所示。
对话框中有如下两个参数:
1)carrier frequency(hz):调频信号的载波频率;
2)initial phanse(rad):信号载波的初始相位。
3)frequency deviation(hz):调频信号的频偏。
用simulink重新**上例,系统模型如文件给出,系统模型框图如图所示。
1)随机整数产生器模块(random integer generator),用它来产生消息信号,它的参数设置:m-ary number设为7,initial seed设为1234,sample time设为1/10,fram-based outputs不选中。
2)减法器模块(subtract、subtract1),因为消息信号产生的信号范围是[0,6],所以用subtract减去3,将信号范围转换为[-3,3]。与subtract减法端口相连的常数模块(constant)位于“simulink→commonly used blocks”模块库中,其值设为3。subtract1用来求已调信号中的消息信号功率,与subtract1减法端口相连的常数模块(constant1)设为8(载波功率)。
3)调幅模块(fm modulator passband),它的参数设置为frequency deviation设为50,其他参数采用默认值。
4)量化器模块(quantizer、quantizer1)。量化器模块位于“simulink→commonly used blocks”模块库中。因为要观察消息信号和已调信号的频谱,而频谱分析器要求的输入是离散量,所以需要量化器把连续信号转换为离散信号。
两个量化器的参数设置是相同的,其中quantization interval设为0.001,sample time设为0.001.
5)频谱分析器(msg signal spectrum、modulated signal specturm)位于“signal processing blockset→dsp sinks”模块中,原始名字为spctrum scope。他们的参数设置分别是:在“scopes properties”选项中,buffer input选中,buffer size设为512,buffer overlap设为256;spectify fft length选中,fft length设为512。
在“axis properties”选项中,frequency range选为[-fs/2…fs/2]。minimum y-limit设为-50,maximum y-limit设为50。
6)数学函数模块(math function),用它来计算已调信号振幅的平方。在它的参数设置中,function要选为magnitude^2。
7)求均值模块(mean),它位于“signal processing blockset→statistics”模块库中,它用来求已调信号的均值。在它的参数设置中要选中running mean,这样它输出的是整个**时间内得到的功率均值。
8)除法器模块(divide),它用来计算调制效率。在参数设置中,把number of inputs设为/*。
9)显示模块,包括显示消息信号时域波形(scope1),已调信号时域波形(scope),已调信号功率值(display),消息信号在已调信号中的功率(display1)和调制效率(display2)。
模型建好后,设置好各个模块的参数,在**参数设置中把max step size设为0.001,stop time设为10。
调制模块的**波形如下:
原信号波形。
已调信号。源信号频谱图。
已调信号频谱图。
fm信号的解调。
simulink模型如所示。
1)在random integer generator模块中,把sample time设为1/2,在两个调幅信号解调模块中把offset factor设为4,其他采用默认值。
2)由于要根据调制信号的功率添加高斯白噪声,因此需要计算调制信号的功率,计算出调制信号的功率后,根据信噪比计算出噪声的功率,把噪声的功率输入awgn信道模块中,在awgn信道模块参数设置中,mode要设为variance from port。
3)在解调出信号后,需要进行低通滤波滤除信号的高斯噪声分量,这里采用bessel低通滤波器,在参数设置中,把design method设为bessel,filter type设为lowpass,filter order设为8,passband edge frequency(rad/sec)设为2*pi*100。
4)4个示波器分别观察各点波形,模型建好后,各个模块参数设置好后,在**参数设置中把max step size设为0.001,stop time设为5。
解调模块的**波形如下:
原信号波形。
已调信号。解调后的信号。
2.结论。通过这次通信原理课程设计,可得调制在通信系统中的重要性,还有懂得了为什么现有的收音机要用am调制而不用其它的调制类型。
由此也可得调幅波在波形上,幅度随基带信号的规律而呈正比的变化;在频谱结构上,它的频谱完全是基带信号频谱在频域内的简单搬移(精确到常数因子)由于这种搬移是线性的,因此,幅度调制通常又称为线性调制。
在**的过程中由于没有学过相关的**软件,所以一切都是自学,从头开始,所以这其中遇到了许多困难。但同时也感受到了学习的快乐。在此过程中能把学到的东西运用到实践中来变成自己的实验结果,即验证了课本知识的正确性,又巩固了所学知识。
所以这是一次有意义的课程设计。我将在以后的学习中继续努力,学习matlab软件知识,提高自己的水平,同时也感谢老师的栽培,同学的帮助。
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