淮南师范学院电气信息工程学院2014届电子信息工程专业课程设计报告
mi(t) 模拟信源 调制器 发滤波器 信道 收滤波器 ni(t)mo(t) 噪声n(t) 解调器 信宿 (s/n)ono(t)(s/n)i图3 模拟通信系统模型设计
3.2 FM通信系统各部分的功能
调制器: 使信号与信道相匹配, 有利于信号在信道中传输。发滤波器: 滤除调制器输出的无用信号。收滤波器: 滤除信号频带以外的噪声。一般设N(t)为高斯白噪声,则Ni(t)为窄带白噪声。
在通信系统中一般需要将信号进行相应调制,以利于信号在信道上的传输，调制是将用原始信号去控制高频振荡信号的某一参数，使之随原始信号的变化而成规律变化。调制可分为线性调制和非线性调制。线性调制有AM、DSB等，非线性调制有FM、PM等，这里主要讨论FM调制通信系统
3.3 FM通信系统参数的计算及原理 （1）FM调制原理
角调制不是线性调制，角调制中已调信号和调制信号频谱之间不是线性关系而是产生出新的与频谱搬移不同的新的频率分量，呈现非线性特性，故又成为非线性调制。FM调制中瞬时角频率是关于调制信号的线性函数，
瞬时角频率偏移量?w?KFMf(t) 则， 瞬时角频率为:w?wc?KFMf(t);KFM为频偏指数,则调频信号为:SFM(t)?cos(wt?KFM?f(t)dt; 当调制信号是单频余弦时,调制信号为:SFM(t)?Acos(wct?KFMAm?coswmtfdt)?Acos(wct??FMsinwmt);
?FM为调频指数，?FM?KFMAm/Wm; 调制信号的信号的产生
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m(t) FM SFM(t)
图4 调频信号的直接产生
m(t)?(?)dt PMSFM(t)
图5 调频信号的间接产生
如上两图，在间接产生方法中，因为实际调相的相位调节器的范围在(??,?)，故而间接调频只能用于相位偏移和频率偏移不大的窄带调制情况，而直接调频则常用于宽带调制情况。窄带角频率调制时，最大瞬时相位偏移远小于30°即KFM?f(tdt)max???/6,调频信号的时域表达式SFM(t)?cos(wct?KFM?f(t)dt)，当为窄带调制时，
SFM(t)?Acoswct?[AFM?f(t)dt]sinwd,假设调制信号的频谱为F(w),而且假设f(t)的
平均值为零,由傅氏变换可得:
SNBFM(w)??A[?(w?wc)??(w?wc)]?AKFM/2[F(w?wc)/(w?wc)?F(w?wc)/(w?wc)],
此时调频信号的带宽为调制信号的两倍。 其相应图形如下：
m(w)?wm0
wm
w
图6 调制信号频谱
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SNBFM(w)
?wc?wm-wc?wm
wc?wm0
-
wc
wc wc?wm
w
图7 调频信号频谱
（2）解调原理 ①非相干解调
由于调频信号的瞬时频率正比于调制信号的幅度，因而调制信号的调节器必须产生正比于输入频率的输出电压，即输入为调制信号为:Si(t)?Acos[wct?KFM?f(t)dt]，则解调器的输出应为:So(t)?KFMf(t)最简单的解调器是鉴频器 , 原理图如下：
限幅器及带通 微分器 包络检波 低通滤波器 Si(t)图8非相干解调原理图
So(t) 包络检波输出为So(t)?KFMkd, kd为鉴频器的灵敏度，微分器和包络检波构成鉴频器。
②相干解调
由于窄带调频信号可分解为同相分量和正交分量，因而可以用线性调制中的相干解调来进行解调。原理图如下：
SNBFM(t) 带通滤波 si(t) ni(t) 相乘器 sp(t)微分器 低通滤波 so(t)
图9相干解调原理图
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带通滤波器的作用是抑制信号带宽以外的噪声，低通滤波器输出So(t)?AKFMf(t)/2；相干解调不仅要恢复基带调制信号，还要恢复相干载波，上图所示的相干解调法只适用于窄带调频。
（3）调频系统的抗噪声性能
主要讨论非相干解调的抗噪声性能，输入信号SFM(t)?cos(wct?KFMf?f(t)dt)，
输入功率Si?A2/2，输入噪声Ni?noBFM,信噪比为Si/Ni?A?A/2n0BFM,非相干解调的解调器的输入端是调频信号与噪声的叠加，为 Si(t)?ni(t)?SFM(t)?ni(t)，在大信噪比情况下，解调器的输出端的信噪比为 So/NO?[3A2Kfm2(t)]/8?2nofm， 考虑单频余弦信号调制，故可得大信噪比情况下的信噪比增益为
23GFM?(SO/NO)/(Si?Ni)?(3/2)(mf)[(A2/2)/(nofo)]，单频时，带宽BFM?2(?f?fm)所以增益可化解为GFM?3?FM(?FM?1).由此可看出，性噪比增益和调频指数的三次方成正比。加大调频指数?FM，可使调频系统的抗噪声性能迅速改善。 4 FM通信系统的仿真
4.1 FM通信系统仿真软件 MATLAB的介绍
MATLAB是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB和mathematica、maple并称为三大数学软件。它以矩阵为基本数据单位，在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域
4.2 FM通信系统仿真实现
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