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：专业班级：电信指导教师：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2.1通信系统2.1.1通信系统的一般模型实现信息传递所需的一切技术设备和传输媒质的总和称为通信系统。以基本的点对点通信为例，通信系统的组成，通常也称为一般模型。如图2-1所示。图2-1通信系统的一般模型发送设备的基本功能是将信源和信道结合匹配起来，即将信源产生的原始电信号（基带信号）变换成适合在信道中传输的信号。变换方式是多种多样的，在需要频谱搬移的场合，调制是最常见的变换方式；对传输数字信号来说，发送设备又常常包含信源编码和信道编码等等信息。在接收端，接收设备的功能与发送设备相反，即进行解调、译码、解码等。它的任务是从信道中接收的带有干扰的接收信号中恢复出相应的原始电信号。2.1.2模拟通信系统我们把信道中传输模拟信号的系统统称为模拟通信系统。模拟通信系统的组成可由一般通信系统模型略加改变而成，如图2-2所示。在这里一般通信系统模型中的发送设备和接收设备分别为调制器、解调器所替换。对于模拟通信系统，它主要包含两种重要变换。一是把连续消息变换成电信号（发送端信息源完成）和把电信号恢复成最初的连续消息（接收端信宿完成）。由信源输出的电信号（基带信号），由于它具有频率较低的频谱分量，一般不能直接作为传输信号而送到信道中进行远距离传输。因此，模拟通信系统里常有第二种变换，即将基带信号转换成其适合信道传输的信号，这一变换由调制器完成；在收端同样需经相反的变换，它由解调器完成。经过调制后的信号通常称为已调信号。已调信号有三个基本特性：一是携带有消息，二是适合在信道中传输，三是频谱具有带通形式，且中心频率远离零点频率。因而已调信武汉理工大学《信号分析处理》课程设计说明书4号又常称为频带信号。图2-2模拟通信系统模型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，调频波的表达式为武汉理工大学《信号分析处理》课程设计说明书5)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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