基于MATLAB的模拟信号频率调制(FM)与解调分析

课程设计任务书学生姓名：杨刚专业班级：电信1302指导教师：工作单位：武汉理工大学题目：信号分析处理课程设计－基于MATLAB的模拟信号频率调制（FM）与解调分析初始条件：1.Matlab6.5以上版本软件；2.先修课程：通信原理等；要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、利用MATLAB中的simulink工具箱中的模块进行模拟频率（FM）调制与解调，观察波形变化2、画出程序设计框图，编写程序代码，上机运行调试程序，记录实验结果（含计算结果和图表等），并对实验结果进行分析和总结；3、课程设计说明书按学校统一规范来撰写，具体包括：⑴目录；⑵理论分析；⑶程序设计；⑷程序运行结果及图表分析和总结；⑸课程设计的心得体会（至少800字，必须手写。）；⑹参考文献（不少于5篇）。时间安排：周一、周二查阅资料，了解设计内容；周三、周四程序设计，上机调试程序；周五、整理实验结果，撰写课程设计说明书。指导教师签名：2013年7月2日系主任（或责任教师）签名：2013年7月2日武汉理工大学《信号分析处理》课程设计说明书目录1Simulink简介··················································································11.1Matlab简介························································错误!未定义书签。1.2Simulink介绍·····················································错误!未定义书签。2原理分析·······························································错误!未定义书签。2.1通信系统···························································错误!未定义书签。2.1.1通信系统的一般模型·····································错误!未定义书签。2.1.2模拟通信系统·····································································32.2FM调制与解调原理·············································错误!未定义书签。3基于Matlab方案设计·······································································63.1Matlab代码················································································63.2Matlab仿真················································································84基于Simulink方案设计···································································124.1使用Simulink建模和仿真的过程·················································124.1.1Simulink模块库简介··························································124.1.2调制解调模块库简介·························································134.2FM调制与解调电路及仿真··························································144.3仿真结果分析··········································································175心得体会·······························································错误!未定义书签。6参考文献·····················································································20本科生课程设计评定表武汉理工大学《信号分析处理》课程设计说明书11Simulink简介Simulink是Mathworks公司推出的基于Matlab平台的著名仿真环境Simulink作为一种专业和功能强大且操作简单的仿真工具，目前已被越来越多的工程技术人员所青睐，它搭建积木式的建模仿真方式既简单又直观，而且已经在各个领域得到了广泛的应用。本课题主要是以simulink为基础平台，对FM信号的调制与解调进行分析。1.1Matlab简介Matlab是MatrixLaboratory的缩写，意为矩阵实验室。它具有强大的矩阵处理功能和绘图功能，进还能进行文字处理，绘图，建模仿真等功能。Matlab是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括Matlab和Simulink两大部分。Matlab已经发展成为多学科、多种工作平台的功能强大的大型软件。Matlab的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用Matlab来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且Matlab也吸收了像Maple等软件的优点，使Matlab成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JAVA的支持。可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导入到Matlab函数库中方便自己以后调用，此外许多的Matlab爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。Matlab的帮助功能很强大，自带有详细的帮助手册，基于HTML的完整的帮助功能，也可以用help命令来得到帮助信息。程序语法与C语言类似，设计自由度大，方便我们编程。Matlab有高级的程序环境，但程序环境很简单易用。Matlab源程序具有很大的开放性。Matlab有强大的的图形绘制功能。Matlab还拥有功能强大的各种工具箱。这些工具箱都是由该领域内学术水平很高的专家编写的，所以用户无需编写自己学科范围内的基础程序，而直接进行高，精，尖的研究，能极大地促进我们的学习研究工作。1.2Simulink介绍Simulink是MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要通过简单直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。武汉理工大学《信号分析处理》课程设计说明书2Simulink框图提供了交互性很强的仿真环境，既可以通过下拉菜单执行仿真，也可以通过命令行进行仿真。菜单方式对于交互工作非常方便，而命令行方式对于运行一大类仿真如蒙特卡罗仿真非常有用。Simulink的开放式结构允许用户扩展仿真环境的功能：采用Matlab、FORTRAN和C代码生成自定义模块库，并拥有自己的图标和界面。因此用户可以将使用FORTRAN或C编写的代码链接进来，或者购买使用第三方开发提供的模块库进行更高级的系统设计、仿真与分析。从理论上对通信系统进行深入细致的研究是非常必要的，通过系统的仿真与分析可以看出Simulink在系统建模和仿真中的巨大优势，是学习、研究和设计通信系统强有力的工具。Simulink可以直接利用Matlab的诸多资源与功能，Simulink具有以下特点：基于矩阵的数值计算，高级编程语言，图形与可视化。利用可视化仿真工具Simulink对通信系统进行了仿真分析的技术路线分为:对仿真数学模型的有效性验证；对通信系统仿真模型（程序）的验证；对仿真算法的验证；对仿真结果置信度分析。武汉理工大学《信号分析处理》课程设计说明书32原理分析2.2FM调制与解调原理频率调制又称调频（FM），它是高频振荡信号的频率按调制信号的规律变化，而振幅保持恒定的一种调制方式。相位调制或调相（PM）是使高频振荡的相位按调制信号的规律变化，而振幅保持不变的一种调制方式。由于频率与相位间存在微分与积分的关系，故调频与调相之间存在着密切的关系，即调频必调相，调相必调频。因此，调频和调相统称为角（度）调（制）。若只给一个波形或表达式是无法确定调制方式是调频还是调相的。设载波信号为)cos())(cos()(0tVtVtvcmmc调制信号为)cos()(tVtvm调频信号的一般表达式为))(cos()(00dttvktVtvtfcm调相信号的一般表达式为))(cos()(0tvktVtvpcm以单音调制为例，对于调频信号而言，它的瞬时角频率、瞬时相位分别为：)cos(cos)(ttVktmcmfc00sinsin)(tMttVkttfcmfc式中fM为调频指数。因而，调频波的表达式为)sin(cos)(0tMtVtvfcmFMFMu为等幅疏密波，疏密的变化与调制信号有关，调制信号寄托于等幅波的疏密之中或单位时间内过零点的数目之中。调频信号的参数主要有：（1）最大角频偏m武汉理工大学《信号分析处理》课程设计说明书4它是瞬时角频率)(t的最大值；最大频偏mf是瞬时频偏)(tf的最大值。m或mf反映了频率受调制的程度，是衡量调频质量的重要指标。m或mf与mV和fk成正比，与调制信号频率F无关。FM波瞬时频率变化范围为mcff～mcff，最大变化量为mf2。（2）调制系数（调制灵敏度）fk(rad/sV)mfmkU它表示mV对瞬时（角）频率的控制能力，是产生FM信号电路的重要参数。（3）调频指数fMmmmfFfM它是单音调制信号引起的最大瞬时相角偏移量。但fM与F成反比。fM可以大于1，而且常常远远大于1。FM信号的频谱有如下特点：（1）以载频cf为中心，由无穷多对以调制信号频率F为间隔的边频分量组成，各分量幅值取决于Bessel函数，且以cf对称分布；（2）载波分量并不总是最大，有时为零；（3）FM信号的功率大部分集中在载频附近；（4）频谱结构与F密切相关；调频波解调又称鉴频，其中一种方法为将输入调频信号进行特定波形变换，使变换后波形包含反映瞬时频率变化的平均分量。然后通过低通滤波器就能输出所需的解调电压。3基于Matlab方案设计3.1Matlab代码t0=0.2;tz=0.0001;%设定时间步长fz=1/tz;%设定抽样频率武汉理工大学《信号分析处理》课程设计说明书5t=[-t0:tz:t0];%产生时间向量kf=100;%设定调频指数fc=1000;%设定载波频率%kd=0.5;%设定鉴频增益/鉴频器灵敏度df=0.05;%设定分辨率m_fun=cos(400*pi*t);int_m(1)=0;%对m_fun积分fori=1:length(t)-1int_m(i+1)=int_m(i)+m_fun(i)*tz;endx=cos(2*pi*fc*t+2*pi*kf*int_m);%调制