調(diào)頻調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)

1、課 程 設(shè) 計 說 明 書學(xué)生姓名:學(xué) 號：學(xué) 院:信息工程學(xué)院班 級:題 目:通信系統(tǒng)計算機仿真設(shè)計頻率調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真指導(dǎo)教師： 職稱: 2014 年 1 月 5 日通信系統(tǒng)計算機仿真設(shè)計 頻率調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真摘要：通信按照傳統(tǒng)的理解就是信息的傳輸，信息的傳輸離不開它的傳輸工具，通信系統(tǒng)應(yīng)運而生，本次課程設(shè)計是基于System view的通信系統(tǒng)的仿真，也就是在System view軟件環(huán)境下進行頻率調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真設(shè)計。調(diào)制可分為模擬調(diào)制和數(shù)字調(diào)制，模擬調(diào)制。模擬調(diào)制常用的方法有AM調(diào)制、DSB調(diào)制、SSB調(diào)制；數(shù)字調(diào)制常用的方法有BFSK調(diào)制等。經(jīng)過調(diào)制不僅可以進行頻譜搬移，把調(diào)

2、制信號的頻譜搬移到所希望的位置上，從而將調(diào)制信號轉(zhuǎn)換成適合于信道傳輸或便于信道多路復(fù)用的已調(diào)信號，而且它對系統(tǒng)的傳輸有效性和傳輸?shù)目煽啃杂兄艽蟮挠绊?。調(diào)制方式往往決定著一個通信系統(tǒng)的性能。關(guān)鍵詞：FM調(diào)制解調(diào)原理；頻率調(diào)制；FM信號產(chǎn)生和解調(diào)；System view。前言在模擬通信系統(tǒng)中，信號的頻率相對于信號的幅度來說，不容易受噪聲的干擾，在收信端更容易準(zhǔn)確無誤地回復(fù)所發(fā)送的信號，所以頻率角度調(diào)制在模擬通信中占有非常重要的作用。角度調(diào)制與線性調(diào)制不同，已調(diào)信號頻率不再是原調(diào)制信號頻譜的線性搬移，而是頻譜的非線性變換，會產(chǎn)生于頻率搬移不同的新的頻率成分，故又被稱為非線性調(diào)制。角度調(diào)制主要包裹頻

3、率調(diào)制（FM）和相位調(diào)制（PM），他們之間可相互轉(zhuǎn)換。如果載波的頻率變化量與調(diào)制信號電壓成正比，則稱為調(diào)頻（FM）；由于載波頻率的變化和相位的變化都表現(xiàn)為載波總相角的變化，因此講調(diào)頻和調(diào)相統(tǒng)稱為調(diào)角。由于FM用得比較多，因此這里只討論頻率調(diào)制系統(tǒng)。一、設(shè)計要求（1）掌握FM調(diào)制解調(diào)的基本原理。（2）掌握FM信號的產(chǎn)生方法和解調(diào)方法（3）掌握FM信號的波形及頻譜特點。二、知識要點與原理2.1 FM信號的產(chǎn)生頻率調(diào)制是用調(diào)制信號x（t）控制載波的頻率，使已調(diào)信號xFM（t）的頻率按x（t）的規(guī)律變化，載波的振幅不變。更明確一點說，瞬時角頻率偏移隨x（t）成正比例變化，即FM信號的振幅是不變的，調(diào)制

4、信號x（t）的大小用FM信號與時間軸上零交點的疏密來表示，x（t）越大，則實踐軸上的零交點越多。FM信號零交叉點的變化規(guī)律直接反映了x（t）的變化規(guī)律。角度調(diào)制的一般表達式為： xm(t)=Accosct+(t) （1）式中，Ac為載波振幅；wct+ (t)為信號瞬時相位。對調(diào)頻波來說，有 d(t)dt=kfx(t) （2）式中，kf為調(diào)制靈敏度。所以，調(diào)頻波通常表示為 XFM(t)= Accosct+-tkfx()d為簡化問題，假設(shè)調(diào)試信號時單載波，即 x(t)=Acosmt,m<<c （3）則 XFM(t)= Accosct+-tkfx()d = Accosct+ kfAwms

5、inmt= Accosct+mfsinmt （4）式中，mf=kfAm，稱為調(diào)頻指數(shù)，也是最大相位偏移。由貝賽爾函數(shù)公式可將式（4）化簡為XFM(t)=-ACJn(mf)cos2(fc+nfm) （5）對式（5）進行傅里葉變換，可得FM的頻域表達式為XFM(f)=AC-Jn(mf)(f-fc-nfm)+(f+fc+nfm) （6）可見，單頻調(diào)頻信號的頻譜是由頻率位于fc的沖激和以fc為中心的無窮多個旁頻分量組成的，由貝塞爾函數(shù)可以知道，離fc越遠，分量的幅度越小。調(diào)頻信號的帶寬一般取 BFM=(mf+1)fm （7）對調(diào)制信號和調(diào)頻信號的時域波形進行分析，可以算出基帶信號和調(diào)頻信號的頻譜。對于

6、任意信號調(diào)制的貸款也可以應(yīng)用此公式，即 BFM=2(mf+1)fm=2(f+fm) （8）式中，fm是基帶信號的最高頻率。調(diào)頻信號產(chǎn)生有直接調(diào)頻和間接調(diào)頻兩種方法。圖1（a）所示是采用壓控振蕩器（VCO）的直接調(diào)頻法，因為VCO本身就是FM調(diào)制器。間接法調(diào)頻框圖如圖1（b）所示，即調(diào)制信號積分后，對載波調(diào)相，再經(jīng)n次倍頻得到FM信號。xFM(t)x(t)x(t)xFM(t)xFM(t)倍頻器PM調(diào)制器積分器VCO（a）直接調(diào)頻 （b）間接調(diào)頻 圖1 調(diào)頻原理框圖由此可得FM的信號產(chǎn)生框圖，如圖2所示。x(t)積分器-xWBFM(t)+Accosct-90o相移圖2 FM信號的產(chǎn)生原理框圖2.2

7、、FM信號的解調(diào)調(diào)頻信號的解調(diào)是通過鑒頻器來實現(xiàn)的，常用方法主要有限幅鑒頻、鎖相鑒頻和相干解調(diào)。調(diào)頻信號的鑒頻器解調(diào)方框圖如圖3所示，接限幅器的目的是為了消除接收信號在幅度上可能出現(xiàn)的畸變。xo(t)xFM(t)LPF鑒頻器BPF及限幅器圖3 調(diào)頻信號的鑒頻器解調(diào)調(diào)頻信號的鑒相解調(diào)方框圖如圖4所示。VCOxFM(t)LFPD解調(diào)LPF解調(diào)輸出圖4 調(diào)頻信號的鑒相解調(diào)調(diào)頻信號的相干解調(diào)方框圖如圖5所示。xNBFM(t)xi(t)xo(t)xp(t)c(t)相干解調(diào)xd(t)微分LPFBPF圖5 調(diào)頻信號的相干解調(diào)在圖5中，相干載波c(t)=-sinct，乘法器輸出為xp(t)=-Ac2sin2c

8、t+Ac2kf-tx()d(1-cos2ct) （9）經(jīng)低通濾波器濾除高頻分量，得 xd=Ac2kf-tx()d （10）再經(jīng)微分，得輸出信號為 x0(t)=A2kfx(t) （11）三、仿真設(shè)計及顯示圖利用System View提供的調(diào)頻信號圖符號產(chǎn)生調(diào)頻信號，以鎖相鑒頻法建立調(diào)頻信號解條的仿真模型，如圖6所示。圖6 調(diào)頻信號的System View 仿真模型在這個系統(tǒng)中，圖符0為調(diào)制信號，圖符1為系統(tǒng)提供的調(diào)頻器，圖符3在這里做VCO。系統(tǒng)的時間設(shè)置：采樣頻率（Sample Rate）1kHZ，采樣點數(shù)（No.of Samples）4000。系統(tǒng)各圖符的參數(shù)設(shè)置見下表。FM鎖相鑒頻法調(diào)制解

9、調(diào)仿真模型各圖符參數(shù)圖符編號圖庫、圖符名稱參數(shù)設(shè)置0Source:simusoidFreq=100HZ，Amp=1V1Function:Freq ModAmp=0.5VMod Gain=400HZ/VStio Freq=2000HZ2Multiplier-3Function:Freq ModAmp=4VMod Gain=800HZ/VStio Freq=2000HZ4Operator:Linear SysButterworth Lowpass IIR 1 poles,Fc=100HZ5、6、7Sink:Analysis-系統(tǒng)運行后可以得到調(diào)制信號、調(diào)頻信號和解調(diào)信號的時域波形，如圖7（a）調(diào)制

10、信號（b）調(diào)頻信號（c）解調(diào)信號圖7信號的時域波形根據(jù)調(diào)制信號和調(diào)頻信號的功率譜，調(diào)頻信號的頻譜的頻譜離fc越遠，分量的幅度越小。根據(jù)FM調(diào)制解調(diào)原理，采用相干解調(diào)方式，建立System View 仿真模型，如圖8所示。圖8 FM調(diào)制解調(diào)模型系統(tǒng)的時間設(shè)置：采樣頻率20kHz，采樣點數(shù)1024。系統(tǒng)各圖符的參數(shù)見下表FM鎖相鑒頻法調(diào)制解調(diào)仿真模型各圖符參數(shù)圖符編號庫/圖符名稱參數(shù)0Source：SinusoidAmp=1V.Freq=10Hz,Phase=0deg2Operator：Gain/Scale:GainGain Units=Linear,Gain=503、4Multiplier-5、

11、6Source：SinusoidAmp=1V,Freq=100Hz,Phase=0deg7、8Operator:Negate-9Adder-10Operator:Filter/Systems:Linear Sys FiltersDesign:Analog;Bandpass,Chebyshev,Low Cuttoff=80Hz,Hi Cuttoff=120Hz,No.of Poles=511Operator:Filter/Systems: Linear Sys FiltersDesign:Analog;Lowpass,Chebyshev,Low Cuttoff=25Hz, No.of Poles

12、=512Operator:DerivativeGain=101316Sink:Analysis-系統(tǒng)運行后可以得到調(diào)制信號、調(diào)頻信號和解調(diào)信號的時域波形，如圖9所示。（a）調(diào)制信號（b）調(diào)頻信號（c）解調(diào)信號圖9 FM信號的時域波形四、總結(jié)本次設(shè)計敘述了利用System View仿真FM頻率調(diào)制解調(diào)的基本原理及方法，通過這次的學(xué)習(xí)，發(fā)現(xiàn)了自己的很多不足，自己知識的很多漏洞，讓我認(rèn)識到自己知識運用上的欠缺，實踐能力較差，不斷熟悉課本知識，體會從理論到實踐的思想，提高分析問題解決問題的能力。通過本次課程設(shè)計，讓我熟悉掌握了System View仿真軟件，使我更加深刻的理解了FM頻率調(diào)制解調(diào)的原理以及Syetem View軟件的工作原理與相關(guān)知識，擴展了知識面，增強了能力。通過這段時間的課程設(shè)計，自己確實學(xué)到了不少東西，能將課本知識運用到實踐中，真正做到學(xué)以致用，受益匪淺。另外，在設(shè)計過程中，更加學(xué)會了對學(xué)習(xí)資源的利用，；例如在圖書館和網(wǎng)上查閱相關(guān)資料，自己動手解決不懂得難題，自學(xué)能力也得到相應(yīng)提高。此外還要特別感謝老師的指導(dǎo)，在此，請允許我們對您表示崇高的敬意。五