西南科技大學
課程設計報告
課程名稱： 通訊系統課程設計
設計名稱： 基於matlab的fm通訊系統設計
姓名： 張尾
學號: 20103396
班級： 通訊1002班
指導教師： 張琦
起止日期： 2013.6.20-2013.7.6
西南科技大學資訊工程學院
課程設計任務書
學生班級： 通訊1002班學生姓名： 張尾學號： 20103396
設計名稱： 基於matlab的fm通訊系統**
起止日期： 2013.06.20-2013.07.06指導教師： 張琦
課程設計學生日誌
課程設計評語表
基於matlab的fm通訊系統**
1、摘要
本次課程設計的題目是：基於matlab的fm通訊系統**。設計的基本內容分為以下幾個步驟：
設計目的和意義、設計原理、詳細設計步驟、設計結果及分析、設計體會、參考文獻。對於這次課程設計，可謂是一次練兵的好機會，畢竟這是我們專業課的專案，而且調製解調在我們日常生活中乃為最常用到的原理知識，因此不得不認真的去完成這次任務。關鍵詞：
matlab、fm通訊系統、系統**。
二、設計目的和意義
（1）、掌握模擬系統fm調製與解調的原理。
（2）、掌握模擬角度調製系統**，實現fm與pm調製與解調的設計方法，並要求通道為awgn通道，畫出調製訊號、已調訊號的波形圖與頻譜圖。
（3）、掌握matlab分析系統時域、頻域特性的方法，進一步鍛鍊應用matlab進行程式設計**的能力。
（4）、調製與解調fm模擬系統，**實現其相關功能。
三、設計原理
在通訊系統中一般需要將訊號進行相應調製,以利於訊號在通道上的傳輸，調製是將用原始訊號去控制高頻振盪訊號的某一引數，使之隨原始訊號的變化而成規律變化。調製可分為線性調製和非線性調製。線性調製有am、dsb、ssb、vsb等，非線性調製有fm、pm等，這裡主要討論fm調製通訊系統
圖1 模擬通訊系統模型
調製器: 使訊號與通道相匹配, 便於頻分復用等。發濾波器:
濾除調製器輸出的無用訊號。收濾波器: 濾除訊號頻帶以外的雜訊，一般設n(t)為高斯白雜訊,則ni(t)為窄帶白雜訊。
調製原理
角調製不是線性調製，角調製中已調訊號和調製訊號頻譜之間不是線性關係而是產生出新的與頻譜搬移不同的新的頻率分量，呈現非線性特性，故又成為非線性調製。fm調製中瞬時角頻率是關於調製訊號的線性函式，
瞬時角頻率偏移量,
則瞬時角頻率為，為頻偏指數
則調頻訊號為
當調製訊號是單頻余弦時，調製訊號為
，為調頻指數，;
調製訊號的訊號的產生
圖 2 圖 3
圖2為調頻訊號的直接產生，圖3為調頻訊號的間接產生，在間接產生方法中，因為實際調相的相位調節器的範圍在（-，），故而間接調頻只能用於相位偏移和頻率偏移不大的窄調製情況，而直接調頻則常用於寬頻調製情況。
窄帶角頻率調製時，最大瞬時相位偏移遠小於30°即
調頻訊號的時域表示式 ，當為窄帶調製時，
假設調製線號的頻譜為f(w),而且假設飛f（t）的平均值為零，有傅氏變換可得
此時調頻訊號的頻寬為調製訊號的兩倍。
其相應圖形如下：
調製訊號頻譜
已調訊號頻譜
2.解調原理
1）非相干解調
由於調頻訊號的瞬時頻率正比於調製訊號的幅度，因而調製訊號的調節器必須產生正比於輸入頻率的輸出電壓，即輸入為調製訊號為
，則解調器的輸出應為
最簡單的解調器是鑒頻器原理圖如下：
包絡檢波輸出為 m0(t)= ， 為鑒頻器的靈敏度，微分器和包絡檢波構成鑒頻器。
2）相干解調
由於窄帶調頻訊號可分解為同相分量和正交分量，因而可以用線性調製中的相干解調來進行解調。原理圖如下：
si(tsp(t) so(t)
帶通濾波器的作用是抑制訊號頻寬以外的雜訊，低通濾波器輸出 ；
上圖所示的相干解調法只適用與窄帶調頻
3.調頻系統的抗雜訊效能
主要討論非相干解調的抗雜訊效能，已知輸入訊號為，輸入功率，輸入雜訊,訊雜比為,非相干解調的解調器的輸入端是調頻訊號與雜訊的疊加，為，在大訊雜比情況下，解調器的輸出端的訊雜比為
，考慮單頻余弦訊號調製，故可得大訊雜比情況下的訊雜比增益為
單頻時，頻寬,所以增益可化解為.由此可看出，性噪比增益和調頻指數的三次方成正比。加大調頻指數，可使調頻系統的抗雜訊效能改善。
四、詳細設計步驟
1. 產生調製訊號和載波訊號,畫出相應的時域圖和頻域圖
圖4.1
圖4.2
圖4.3
2. 利用modulate函式產生調製訊號
圖4.4
圖4.5
3. 對調製訊號進行解調
圖4.6
圖4.7
4. 對通道中加入加性高斯白雜訊，繪製調頻訊號的時域圖和頻域圖
圖4.8
圖4.9
5.繪製加雜訊的調頻訊號的解調時域圖和頻域圖
圖5.0
圖5.1
五、設計結果及分析
1、對已調製未加雜訊的調頻訊號而言，在已調製時域圖**現疏密交錯的變化規律，有理論和實際都可以看到，對應調製訊號波峰處，波形最密；對應調製訊號波谷處，波形最疏.如圖4.1、圖4.
2所示。..
2.、由圖4.5可知，輸入的調製訊號通過調製之後，波形發生了明顯的變化，原本規則的正弦訊號變成了不規則的上下起伏波動的圖形，而且調製後的圖形也沒有原本正弦訊號般圓滑，出現了十分尖銳的突起。
說明正弦訊號通過fm調製之後波形發生了明顯的改變。通過頻譜圖的對照比較我們可以看出fm調製並不是使原正弦訊號的頻譜在原來位置上通過移動得到調製波形，調製後的波形與調製前的完全不同，這證明fm調製並不是線性調製的，而是非線性的.
3、 改變抽樣頻率，可以看到當抽樣頻率低於調製訊號的時，無法得出訊號波形，由奈奎斯特定義可以知道，當抽樣頻率低於兩倍的調製訊號頻率時，訊號會混疊失真.
4、加入雜訊後時域波形與原來的時域波形相比，波形明顯失真，波形不僅不如原本波形般規則，而且曲線之間還出現了未鏈結在一起的斷裂，但隨著訊雜比的增大，與原有的波形的相似度也增大了，說訊雜比越大，雜訊對訊號的影響也變小了。從加入雜訊的圖形與未加入雜訊的對比中我們還可以看出雜訊對時域圖的變化明顯比頻域圖的變化更為突出，白雜訊在整個頻譜內每個頻點的能量為常數，且基本恆定，所以他對於時域的影響更大。
六、總結
在課程設計的這段時間內主要遇到了以下問題：
1）、對matlab中的函式的理解不夠，對matlab的使用不夠熟練，因此單學習matlab的基礎知識就花了不少時間。在訊號的調製時，一開始並不知道要用到modulate函式來對未調製訊號進行調製，還很辛苦的在在網上找了一大堆程式來完成調製過程，後來經過和同學的交流，簡化了程式，順利地完成了對訊號的調製。
2）、在做時域到頻域的變化步驟時，由於要利用傅利葉函式進行變化，剛開始完全不知如何下手，很多書籍上有dft，ifft函式，不能明白其意思，後來問了同學，使用fft可以使時域直接到頻域進行變化，從而完成時域到頻域的轉換。
3）、在此次課程設計中遇到的棘手問題只要在matlab軟體語言上的使用，雖然對fm調製有了一定理解，但卻不能將其用相應的語言來表示出fm調製過程，在程式方面主要還是通過網路方面收集，並對其進行整理和分析，綜合成相關的程式要求，順利地完成了這次的課程設計。
七、體會
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