基于MATLABSimulink的模拟通信系统的仿真(非线性调制)

1基于MATLAB/Simulink的模拟通信系统的仿真（非线性调制）白雨轩（陕西理工学院物理与电信工程学院通信1104班，陕西汉中723003）指导老师：侯宝生【摘要】模拟通信系统的非线性调制，包括调频和调相，即角度调制。角度调制与线性调制不同，已调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬移，而是频谱的非线性变换，会产生与频谱搬移不同的新的频率成分。FM广泛应用于高保真音乐广播、电视伴音信号的传输、卫星通信和蜂窝电话系统等.PM除直接用于传输外，也常用做间接产生调频信号的过渡。调频和调相之间关系密切。本设计利用MATLAB，在其中利用simulink工具箱和M文件编写程序的功能来实现FM和PM的调制与解调过程，并分别绘制出基带信号，载波信号，已调信号的时域波形；再进一步分别绘制出对已调信号叠加噪声后信号，相干解调后信号和解调基带信号的时域波形；并通过与理论结果波形对比来分析该仿真调制与解调系统的正确性及噪声对信号解调的影响。在MATLANB7.8.0中完成了对FM和PM的调制和解调以及对叠加噪声后解调结果的观察。通过该课程设计，达到了实现FM和PM信号通过信道，调制和解调系统的仿真目的。【关键字】通信系统FMPM调制解调M文件simulink2FMsignalmodulationanddemodulation[Abstract]Thenonlinearmodulationanalogcommunicationsystem,includingthefrequencymodulationandphasemodulation,anglemodulation.Anglemodulationandlinearmodulation,themodulatedsignalspectrumisnolongerlinearmovementoftheoriginalmodulationsignalspectrum,nonlineartransformationbutthespectrum,canproducenewcomponentsofdifferentfrequenciesandfrequencyspectrumshift.FMiswidelyusedinhighfidelitymusicbroadcasting,televisionsoundsignaltransmission,satellitecommunicationandcellulartelephonesystemfor.PMinadditiontothedirecttransmission,alsousedastransitionindirectFMsignal.CloserelationshipbetweenFMandpm.ThisdesignusingMATLAB,inwhichtheprogramusingSimulinktoolboxandMfiletorealizethefunctionofmodulationanddemodulationprocessofFMandPMrespectively,anddrawthebasebandsignal,thecarriersignal,themodulatedwaveformsignal;furtherweredrawnonthemodulatedsignalissuperimposednoisesignal,thetimedomainwaveformcoherentdemodulationafterthesignalanddemodulationofbasebandsignal;andthroughthetheoreticalresultsandwaveformcomparisontoanalyzetheimpactofthesimulationaccuracyandnoisemodulationanddemodulationsystemforsignaldemodulation.ThemodulationanddemodulationofFMandPMandobservedafteraddingnoisedemodulationresultsinMATLANB7.8.0.Throughthecurriculumdesign,toachievetheFMandPMsignalsisrealizedthroughthechannel,modulationanddemodulationsystemsimulationpurpose.[keyword]communicationsystemofFMmodulationanddemodulationofPMMfilesimulink3目录摘要........................................................................................................1绪论........................................................................................................41FM调制与解调原理........................................................................................42方案.............................................................................................................81FM的调制模块设置.........................................................................252FM解调器的设计与仿真..................................................................263调制与解调的完整过程...................................................................27结论..............................................................................................................30致谢..............................................................................................................31参考文献..................................................................................................324绪论使高频载波的频率或相位按调制信号的规律变化而振幅保持恒定的调制方式，称为频率调制（FM）和相位调制（PM），与幅度调制技术相比，角度调制最突出的优势是其较高的抗噪声性能。这种优势的代价是占用比调幅信号更宽的带宽。信号的调制与解调在通信系统中具有重要的作用。调制过程是一个频谱搬移的过程，它是将低频信号的频谱搬移到载频位置。解调是调制的逆过程，即是将已调制的信号还原成原始基带信号的过程。信号的接收端就是通过解调来还原已调制信号从而读取发送端发送的信息。因此信号的解调对系统的传输有效性和传输可靠性有着很大的影响。调制与解调方式往往决定了一个通信系统的性能。本次设计主要设计思想是利用MATLAB这个强大的数学软件工具，其中的通信仿真模块通信工具箱以及M文件等，方便快捷灵活的功能实现仿真通信的调制解调设计。还借助MATLAB可视化交互式的操作，对调制解调处理，降低噪声干扰，提高仿真的准确度和可靠性。要求基于MATLAB的模拟调制与解调仿真，主要设计思想是利用MATLAB、simulink文件、M文件等，方便快捷的实现模拟通信的多种调制解调设计。基于simulink对数字通信系统的调制和解调建模。并编写相应的m文件，得出调试及仿真结果并进行分析。本文经过对FM和PM信号的调制和解调，加深了对FM和PM信号的理解和认识，也对世界通信科技有一个更前沿的认识。做此课程设计不仅加强了我们对原来的通信原理知识的巩固和了解，同时，此次仿真也可以让同学能更深刻的认识和理解模拟信号的FM调制和解调和语音信号的FM的调制解调，更加对利用MATLAB这个工具如何进行通信仿真有了更进一步的了解，为以后用MATLAB做诸如此类的学习与研究打下了基础。1FM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：5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（如下图所示）。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。信息源发送设备信道接受设备信息源噪声源发送端接收端信道6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。1.2模拟通信系统模型框图如下图所示：图1-2模拟系统框图信号源调制器信道解调器受信者基带信号频带信号噪声源7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。1.3数字通信系统模型信源编码/译码：主要完成A/D变换、数据压缩、加密等三部分功能；信道编码/译码：数据扩张，增加保镖，提高抗干扰能力等；基带脉冲生成器/抽样判决器：数字基带传输系统的重要部分；数字调制器/解调器：(1)将数字基带信号的频谱搬移到信道的频带之内，以便于在信道中传输；(2)便于对信道进行频分复用，从而有效地利用信道的频率资源。数字解调是数字调制的反过程。模拟通信的主要特点：简单、易于实现信道编码器基带脉冲生成器数字调制器信道数字解调器采样判决器信道译码器信源译码器受信者图1-3数字通信系统噪声源信源编码器信息源8抗干扰能力差不易于保密通信设备不易于大规模集成不适应飞速发展的计算机通信的要求2方案在本次设计中，我负责的是FM的调制与解调，接下来，就将其所属的方案进行介绍。2.1方案一在Matlanb系统环境中的Simulink工具箱中有专属的FM调制与解调的模块，即如下图所示：调制模块解调模