Matlab-simulink仿真FM(PM)调制

1、频率调制原理

 

 

 ①、从公式可以看出FM和PM就是是否对基带信号进行积分的区别，FM需要积分，PM不需要积分；

 ②、将基带信号(PM)或积分后的基带信号(FM)，直接放入(控制)调制信号的瞬时相位偏移；

 ③、等到FM或PM调制信号。

2、解调原理

①、相干解调

已知锁相环电路具备频率解调的功能，主要是先将调制信号进行下变频，将频率调制信号分解成低频(存储有基带信号信息)和高频信号，再使用低通滤波过滤高频信号得到含有基带信号的低频信号，再作为VCO的输入进行锁相，输出与基带信号相位一致的信号，即基带信号(此基带信号与原始基带信号具有同样的信息，但却不是原始基带信号，而是锁住基带信号相位“复制”来的)。

 

 

 PLL由鉴相器PD(乘法器)、环路滤波器(低通LPF)、压控振荡器(VCO)组成，工作原理如下

工作过程如下：

过程1：当没有基准频率输入时，经过LPF(低通滤波)输出为0，VCO按其固有频率震荡f1,fout=f1;

过程2：开始fout为f1，当fref频率输入，PD检查出参考频率和f1的相位差，输出为交流信号，经过LPF(低同滤波)变为直流信号，在输入到VCO(压控震荡器)得到f2。VCO一般通过控制电压来控制变容二极管来调节频率；

过程3：f2经过分频器(可以倍频和分频)频率变为f3，f3与fref同时输入到PD得出参考频率fref与f3之间的相位差，经过LPF(低通滤波)输出电压差在通过VCO ，从而保证输出f4；

过程4：不断重复过程2和过程3的步骤，一直到fref=fout后,PD输出端为高阻态，使PLL环路LOCK,保持输出频率为fout。

这个过程是很难理解的，其实PD就是一个乘法器，VCO有一个基本频率(即使0输入)，初始情况下基本频率会与输入信号进行下变频，下变频后又去控制VCO生成新的信号，整个反馈过程会直到VCO的输出信号与输入信号完全一致才会停止，故此解调电路是有延迟的。

②、正交解调(非相干)

 

 

 对IQ两路信号比值求反正切，便是基带信号。(因未在工程中使用此方式，这里不做过多说明)

 3、使用simulink仿真

①、打开simulink

②、使用Sine Wave产生基带信号

 使用的是DSP模块下的Sine Wave，参数设置幅度为1，频率为10

③、将信号增益

 

 

 

 

 

  使用的是Gain模块，增益150倍，幅度就变成了-150~+150

④、将信号添加直流增益

 

 

   使用的是Constant、Sum模块，幅度就变成了+150~+450

 

  经过上面几步，已经有了一个初步的基带信号(幅度调整后，主要是影响调制的一些参数如角频偏、调频指数等，这里主要学习原理，指标暂不过多考虑)

⑤、此时如果是FM调制则对基带信号进行积分，如果是PM调制则直接跳过这步

 

 

 

 

 

 使用的是Discrete-Time Integrator模块，对三角波(横大于0)积分，值肯定是横大于0的：

⑥、对信号进行增益

 

 

 使用的是Gain模块，增益2pi倍

 

 

 ⑦、将信号去控制调制信号的瞬时相位偏移

 

 

 

 使用的是Trigonometric Function模块(三角函数)，选择余弦波，调制结束，得到FM(PM)调制信号

 

 ⑧、锁相环电路(相干)解调

PD：

 

  使用的是Matrix Multiply模块(矩阵乘法)

低通滤波器：

   使用的是Analog Filter Design模块

VCO：

 

 

 

    使用的是Continuous-Time VCO模块，默认输出频率为10，与基带信号一致

整个锁相环电路：

 

 自此，解调完成。

⑨、采样时间设置为1秒，以免点太多图放不下，开始仿真

 

 ⑩、整个仿真图

 

 

 

 

 

参考：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/448512502

http://ecelabs.njit.edu/ece489v2/lab2.php