基于Matlab的FM信号分析

武汉理工大学MATLAB课程设计说明书I目录摘要...................................................II1课程设计的任务与说明......................................12FM信号的MATLAB仿真设计方案制定..........................23FM信号的MATLAB仿真设计方案的设计........................33.1调制过程...............................................33.2解调过程...............................................43.3噪声...................................................44FM信号调制解调模型的建立与分析...........................54.1调制模型的建立与分析.................................54.1.1FM调制模型........................................54.1.2调制过程分析......................................54.1.3调制程序..........................................64.1.4FM调制仿真波形图..................................74.2解调模型的建立与分析................................104.2.1FM解调模型.......................................104.2.2解调过程分析.....................................114.2.3解调程序.........................................124.2.4FM解调仿真波形图.................................134.3高斯白噪声信道特性及FM系统抗噪声性能分析............165.心得体会................................................216.参考文献................................................22附录......................................................23武汉理工大学MATLAB课程设计说明书II摘要调制在通信系统中的作用至关重要。通过调制，不仅可以进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合于传播的已调信号，而且它对系统的传输有效性和传输的可靠性有着很大的影响，调制方式往往决定了一个通信系统的性能。FM信号的调制属于频谱的非线性搬移，它的解调也有相干和非相干解调两种方式。本次课程设计使用的仿真软件为MATLAB，利用MATLAB集成环境下的M文件，编写程序来实现FM信号的仿真分析，并分别绘制出基带信号、载波信号、已调信号的时域波形和频域波形；再进一步分别绘制出对已调信号叠加噪声后信号、同步解调前信号和解调后基带信号的时域波形；最后绘出FM基带信号调制和解调系统后的输入输出信噪比的关系，并通过与理论结果波形对比来分析该仿真调制与解调过程的正确性及噪声对FM信号解调的影响，完成对FM调制和解调以及对叠加噪声后解调结果的观察和分析。关键词:FM调制与解调MATLAB噪声武汉理工大学MATLAB课程设计说明书IIIAbstractModulationinacommunicationsystemhasextremelyimportantrole.Throughthemodulation,notonlycanfrequencyshift,themodulationsignalspectrumismovedtowant,thuswillpositionmodulationsignalisconvertedintosuitablefortransmissionofthesignal,andithasattunetothetransmissioneffectivenessandreliabilityoftransferringhavingverybigeffect,modulationmethodoftendeterminesacommunicationsystemperformance.FMsignalsmodulationofnonlinearshift,belongtothespectrumofitsdemodulationalsohavecoherentandincoherentdemodulationintwoways.ThiscourseisdesignedtousesimulationsoftwareforMATLAB,useofMATLABintegrationenvironmentofMfiles,writeaprogramtorealizeFMsignalsofthesimulationanalysis,anddrawthebasebandsignalrespectively,carriersignal,alreadyadjustablesignalandthetimedomainwaveformfrequencydomainwaveform;Furtherrespectivelytomapoutalreadyadjustablesignalafteraddingnoisesignal,synchronousdemodulationsignaldemodulationbeforeandafterbasebandsignaltemporalprofile,FinallydrawFMbasebandsignalmodulationanddemodulationsystemaftertheinput/outputSNR,andtherelationshipwiththetheoreticalresultswavecontrasttoanalyzethesimulationmodulationanddemodulationprocessaccuracyandnoiseonFMsignaldemodulationoftheinfluence,thenfinishtoFMmodulationanddemodulationofaddingnoiseandaftertheobservationandanalysisresultsdemodulation.Keywords：FMModulationandDemodulationMATLABnoise武汉理工大学MATLAB课程设计说明书11课程设计的任务与说明FM在通信系统中的使用非常广泛。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。本设计主要是利用MATLAB集成环境下的M文件，编写程序来实现FM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。最后绘出FM基带信号通过上述信道和调制和解调系统后的误码率与信噪比的关系，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。在课程设计中，系统开发平台为Windows7使用工具软件为MATLAB2013。在该平台运行程序完成了对FM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信号通过噪声信道，调制和解调系统的仿真目的。本次课程设计要求熟悉调制和解调的原理，调制的分类和解调的分类。熟悉并掌握调频信号的产生与解调。要求能够熟练应用MATLAB语言编写基本的通信系统的应用程序，进行模拟调制系统，数字基带信号的传输系统的建模、设计与仿真。所有的仿真用MATLAB程序实现，系统经过的信道都假设为高斯白噪声信道。模拟调制要求用程序画出调制信号，载波，已调信号、解调信号的波形，数字调制要求画出误码率随信噪比的变化曲线。在数字信号处理平台上进行软件仿真设计，并进行调试和数据分析。本次任务是进行FM信号的仿真分析。要求如下：调制信号：分别为300Hz正弦信号和三角波信号；载波频率：30kHz；解调方式：同步解调；要求：画出以下三种情况下调制信号、已调信号、解调信号的波形、频谱以及解调器输入、输出信噪比的关系曲线；（1、调制指数=0.5；2、调制指数=1；3、调制指数=3）武汉理工大学MATLAB课程设计说明书22.FM信号的MATLAB仿真设计方案制定通信按照传统理解就是信息传输。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，且信息是多种多样的。通信系统对信号进行两种基本变换：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输。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。图2-1通信系统组成信息源（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。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武汉理工大学MATLAB课程设计说明书3图2-2信号传输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。在本仿真的过程中我们选择用调频调制方法进行调制。在本仿真的过程中我们选择用同步解调方法进行解调。3FM信号的MATLAB仿真设计方案的设计3.1调制过程调制在通信系统中的作用至关重要。所谓调制，就是把信号转换成适合在信道中传输的形式的一种过程。广义的调制分为基带调制和带通调制。在无线通信中和其他大多数场合下，调制一词均指载波调制。载波调制，就是用调制信号去控制载波的参数过程，是载波的某一个或某几个参数按照调制信号的规律而变化。调制信号是指来自信源的消息信号，这些信号可以是模拟的，也可以是数字的。未受调制的周期性振荡信号称为载波，它可以是正弦波，也可以是非正弦波为什么要进行载波调制呢？基带信号对载波的调制是为了实现下列一个或多个目标：第一，在无线传输中，信号是以电磁波的形式通过天线辐射到空间的。为了获得较高的辐射效率，天线的尺寸必须与发射信号波长想比拟。而基带信号包含的较低频率较长，致使天线过长而难以实现。第二，把多个基带信号分别搬移到不同的载波处，以实现信