內(nèi)蒙古科技大學(xué)通信原理課程設(shè)計(jì)調(diào)頻仿真系統(tǒng)

1、內(nèi)蒙古科技大學(xué)通信原理課程設(shè)計(jì)內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生課程設(shè)計(jì)論文題 目：通信原理課程設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)：專(zhuān) 業(yè)：通信工程班 級(jí)：11-2指導(dǎo)教師：趙曉燕2014年 1 月 3 日內(nèi)蒙古科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)答辯書(shū)姓名班級(jí)11-2學(xué)號(hào)指導(dǎo)教師趙曉燕分?jǐn)?shù)設(shè)計(jì)總結(jié)：通信原理課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程，通過(guò)課程設(shè)計(jì)我們能夠比較系統(tǒng)的了解理論知識(shí)，把理論和實(shí)踐相結(jié)合，并且用到生活當(dāng)中。本次課程設(shè)計(jì)中，我們主要用到的是MATLAB的Simulink仿真平臺(tái)的應(yīng)用。因?yàn)椴捎檬荕ATLAB英文版，所以在操作時(shí)

2、遇到很多困難，尤其是在參數(shù)設(shè)置上遇到了很多問(wèn)題，在這種情況下我們都會(huì)努力尋求最佳路徑解決問(wèn)題，認(rèn)真地獨(dú)立思考，不懂的地方虛心地向老師詢問(wèn)，然后反復(fù)修改、調(diào)試，無(wú)形間提高了我們的動(dòng)手，動(dòng)腦能力，并且同學(xué)之間還能相互探討問(wèn)題，研究解決方案，增進(jìn)大家的團(tuán)隊(duì)意識(shí)。雖然結(jié)果亦不甚完美，但總體上還算比較成功。通過(guò)本次設(shè)計(jì)，我們不僅加深理解和鞏固了理論課上所學(xué)習(xí)的有關(guān)FM調(diào)頻的基本理論和基本方法，而且鍛煉了分析和解決問(wèn)題的能力。通過(guò)課程設(shè)計(jì)讓我明白，平時(shí)所學(xué)的知識(shí)如果不加以實(shí)踐就等于紙上談兵。課程設(shè)計(jì)主要是我們理論知識(shí)的延伸，它的目的主要是要在設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，并且自己要能找到解決問(wèn)題的方案，形成一種獨(dú)立的意

3、識(shí)。我們還能從設(shè)計(jì)中檢驗(yàn)我們所學(xué)的理論知識(shí)到底有多少，鞏固我們已經(jīng)學(xué)會(huì)的，不斷學(xué)習(xí)我們所遺漏的新知識(shí)，把這門(mén)課學(xué)的扎實(shí)，所以我覺(jué)得這次課程設(shè)計(jì)十分有意義。答辯記錄：目錄一、概述4二、設(shè)計(jì)要求5三、設(shè)計(jì)原理51.調(diào)頻立體聲廣播的調(diào)制62.調(diào)頻立體聲廣播的解調(diào)7四、設(shè)計(jì)方案71.調(diào)頻立體聲發(fā)射端建模與仿真72、調(diào)頻立體聲接收端建模與仿真11五、參考文獻(xiàn)18一、概述本次通信原理的課程設(shè)計(jì)我們拿到的題目是調(diào)頻立體聲系統(tǒng)，本文的主要內(nèi)容當(dāng)然也是基于MATLAB中的設(shè)計(jì)工具simulink進(jìn)行的調(diào)頻立體聲廣播系統(tǒng)的建模與仿真。調(diào)頻(FM)立體聲廣播(FM Stereo Broadcasting)系統(tǒng)是一個(gè)

4、頻分復(fù)用（Frequency-division multiplexing，F(xiàn)DM）系統(tǒng)的典型的例子。頻分多路復(fù)用，是指載波帶寬被劃分為多種不同頻帶的子信道，每個(gè)子信道可以并行傳送一路信號(hào)的一種多路復(fù)用技術(shù)。FDM常用于模擬傳輸?shù)膶拵ЬW(wǎng)絡(luò)中。在通信系統(tǒng)中，信道所能提供的帶寬通常比傳送一路信號(hào)所需的帶寬寬得多。如果一個(gè)信道只傳送一路信號(hào)是非常浪費(fèi)的，為了能夠充分利用信道的帶寬，就可以采用頻分復(fù)用的方法。在頻分復(fù)用系統(tǒng)中，信道的可用頻帶被分成若干個(gè)互不交疊的頻段，每路信號(hào)用其中一個(gè)頻段傳輸，因而可以用濾波器將它們分別濾出來(lái)，然后分別解調(diào)接收。從課本上了解到，在普通單聲道的調(diào)頻廣播中，調(diào)制信號(hào)的最高頻

5、率為15kHz，由卡森公式可算出調(diào)頻信號(hào)的帶寬為180kHz。由此規(guī)定各電臺(tái)之間的頻道間隔為200kHz。在1961年以前，所有的商用FM廣播都是單聲道的。也就是說(shuō)，話音和音樂(lè)頻譜都在50Hz15kHz的單聲道內(nèi)。這個(gè)單聲道對(duì)高頻載波進(jìn)行調(diào)頻，再通過(guò)州圖441AM廣播接收機(jī)框圖寬為200kHz的信道進(jìn)行傳輸。在單聲道傳輸中，接收機(jī)的每個(gè)揚(yáng)聲器都再生出同一個(gè)信息。用特殊的揚(yáng)聲器可以將信息頻率分開(kāi)(如用于低音的低音揚(yáng)聲器，用于高音的高音揚(yáng)聲器)，但不能在空間上將單聲道聲音分開(kāi)。整個(gè)信息信號(hào)好像都來(lái)自于同一個(gè)方向。因此若要在接收端實(shí)現(xiàn)立體聲效果，F(xiàn)M信號(hào)必須分為兩路傳播。本文我們通過(guò)分析FM立體聲調(diào)

6、頻的調(diào)制和解調(diào)的原理對(duì)其整個(gè)過(guò)程進(jìn)行了simulink仿真。Simulink 是一個(gè)用于建模、仿真、分析動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的軟件包。它支持線性和非線性系統(tǒng)，也可以是多速率系統(tǒng)，也就是該系統(tǒng)有著不同采樣速率的部分組成。它也是一種基于模塊的設(shè)計(jì)工具。Simulink的特點(diǎn)在于：容易用草圖來(lái)搭建模塊，也可對(duì)現(xiàn)有的模型進(jìn)行添加來(lái)搭建一個(gè)新模型，可以看到仿真結(jié)果的圖形，也可通過(guò)MATLAB中的所有分析工具來(lái)分析結(jié)果。Simulink的目的是通過(guò)提出一個(gè)問(wèn)題，模擬它，可以用它來(lái)模擬和解決實(shí)際問(wèn)題。當(dāng)仿真正在運(yùn)行時(shí)，可以交互的完成操作有：修改一些配置參數(shù)，包括仿真停止時(shí)間和最大仿真步長(zhǎng)；用浮動(dòng)示波器或顯示模塊來(lái)觀察連

7、線上傳輸?shù)男盘?hào)；修改模塊參數(shù)，不改變參數(shù)有：狀態(tài)變量，輸入，輸出的個(gè)數(shù)；采樣時(shí)間；過(guò)零點(diǎn)數(shù)；任何模塊參數(shù)的向量長(zhǎng)度；外部模塊工作向量的長(zhǎng)度。Simulink 仿真在默認(rèn)值0秒開(kāi)始，在默認(rèn)值10秒處結(jié)束。Solver 配置允許對(duì)當(dāng)前的仿真定義其它的開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間。Simulink 允許輸入來(lái)自于MATLAB工作空間的輸入信號(hào)和狀態(tài)數(shù)據(jù)，同時(shí)也允許在仿真過(guò)程中將輸出信號(hào)和狀態(tài)數(shù)據(jù)輸出到MATLAB的工作空間。這就允許使用標(biāo)準(zhǔn)的或自定義的MATLAB函數(shù)來(lái)產(chǎn)生仿真系統(tǒng)的輸入信號(hào)和繪制，分析或后續(xù)處理仿真系統(tǒng)的輸出。輸入來(lái)自MATLAB工作空間的輸入數(shù)據(jù)，輸入數(shù)據(jù)采用的形式：數(shù)組、MATLAB時(shí)間表達(dá)

8、式、結(jié)構(gòu)體。二、設(shè)計(jì)要求題目：調(diào)頻立體聲系統(tǒng)要求：建模仿真一調(diào)頻立體聲系統(tǒng)（包括收發(fā)兩端）見(jiàn)樊昌信的通信原理提示：調(diào)頻立體聲采用的左右聲道信號(hào)可以是同頻單音頻信號(hào)，但幅度，相位不同。不同的幅度代表不同位置的信號(hào)到達(dá)輸入端的衰減不同，不同相位代表不同位置的信號(hào)到達(dá)接收端延時(shí)不同。三、設(shè)計(jì)原理FM立體聲廣播中，聲音在空間上被分成兩路音頻信號(hào)，一個(gè)左聲道信號(hào)L，一個(gè)右聲道信號(hào)R，頻率都在50Hz15kHz之間。左聲道與右聲道相加形成和信號(hào)(L+R)，相減形成差信號(hào)(L-R)。在調(diào)頻之前，差信號(hào)(L-R)先對(duì)38kHz的副載波進(jìn)行抑制載波雙邊帶(DSB-SC)調(diào)制，然后與和信號(hào)(L+R)進(jìn)行頻分復(fù)用后

9、，作為FM立體聲廣播的基帶信號(hào)，其形成過(guò)程如圖3.1.1所示，頻譜結(jié)構(gòu)如圖3.1.2所示。圖3.1.2中，015kHz用于傳送(L+R)信號(hào)，23kHz53kHz用于傳送(L-R)信號(hào)，59kHz75kHz則用作輔助通道。(L-R)信號(hào)的載波頻率為38kHz，在38kHz處發(fā)送一個(gè)單頻信號(hào)(導(dǎo)頻)，用于接收端提取相干載波和立體聲指示。在普通調(diào)頻廣播中，只發(fā)送015kHz的(L+R)信號(hào)。由于調(diào)頻立體聲采用的左右聲道信號(hào)可以是同頻單音頻信號(hào)，只是幅度和相位不同。因此我們分別采用不同相位和幅度的正弦波來(lái)模擬該系統(tǒng)的左聲道和右聲道的輸入信號(hào)。1. 調(diào)頻立體聲廣播的調(diào)制調(diào)制原理框圖：+右聲道R圖3.1

10、.1 立體聲廣播信號(hào)的形成去調(diào)攝發(fā)射機(jī)+L+R+L-R+衰減÷238kHz振蕩器左聲道L調(diào)制信號(hào)頻譜原理圖： 載頻導(dǎo)頻DSB-SCL+RL-R下邊帶L+R下邊帶0 15 19 23 38 53 59 75 f/kHz圖3.1.2 立體聲廣播信號(hào)的頻譜輔助通信通道2.調(diào)頻立體聲廣播的解調(diào)接收立體聲廣播后先進(jìn)行鑒頻，得到頻分復(fù)用信號(hào)。對(duì)頻分復(fù)用信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的分離，以便恢復(fù)出左聲道信號(hào)L和的右聲道信號(hào)R。BPF的作用是抑制調(diào)頻信號(hào)帶寬以外的噪聲；限幅器的作用是消除信道中的噪聲和其他原因引起的調(diào)頻波的振幅起伏；鑒頻器有半波整流器和低通濾波器構(gòu)成。解調(diào)原理框圖： 來(lái)自鑒頻器LPF015kHzB

11、PF2353kHz導(dǎo)頻濾波19kHz×2LPF015KhZ立體聲指示+1/2（L+R）+1/2（L-R）+RL圖1-2-3.立體聲廣播信號(hào)的解調(diào)四、設(shè)計(jì)方案 1.調(diào)頻立體聲發(fā)射端建模與仿真 （1）仿真模型：根據(jù)立體聲廣播信號(hào)形成原理，可建立調(diào)頻立體聲發(fā)射端仿真模型如圖所示。用Sine Wave模塊產(chǎn)生相同頻率、不同相位、不同幅度的正弦信號(hào)和余弦信號(hào)作為音源。兩路信號(hào)經(jīng)過(guò)相互加減、平衡調(diào)制和導(dǎo)頻疊加之后得出立體聲基帶信號(hào)，最后通過(guò)Zero-Order Hold和Spectrum Scope模塊將其頻譜顯示出來(lái)。圖4.1.1 調(diào)制系統(tǒng)模型圖（2）參數(shù)設(shè)置：圖中各模塊參數(shù)設(shè)置如下：信號(hào)發(fā)生

12、器：Sine Wave產(chǎn)生振幅為1、頻率為1kHz的正弦波；Sine Wave1產(chǎn)生振幅為2、頻率為1kHz的余弦波；Sine wave2產(chǎn)生振幅為1、頻率為38kHz的載波。頻譜示波器：緩存長(zhǎng)度1024、顯示位置get(0,'defaultfigureposition')、譜平均點(diǎn)數(shù)2、頻率單位Hertz、頻率范圍0Fs/2、幅度刻度Magnitude-squared、輸入信號(hào)采樣時(shí)間Inherit sample increment from input、Y軸最小刻度0、Y軸最大刻度50。圖4.1.2 左聲道信號(hào)輸入端參數(shù)圖4.1.3右聲道信號(hào)輸入端參數(shù)圖4.1.4 38kH

13、z載波信號(hào)參數(shù)圖4.1.5 頻譜示波器參數(shù)（3) 仿真結(jié)果圖4.1.6 FM基帶信號(hào)頻譜 2、調(diào)頻立體聲接收端建模與仿真 （1）仿真模型：根據(jù)立體聲廣播信號(hào)形成原理和立體聲廣播信號(hào)解調(diào)原理，可建立調(diào)頻立體聲接收端仿真模型如圖4.2.1所示。圖中子系統(tǒng)發(fā)射端就是對(duì)圖4.1.1的封裝，左右聲道測(cè)試信號(hào)的產(chǎn)生與發(fā)射端相同，為了進(jìn)行比較，在此用示波器顯示出原始左右聲道信號(hào)。圖4.2.1 FM立體聲調(diào)頻系統(tǒng)模型圖（2）參數(shù)設(shè)置： 圖中都采用16階濾波器，包括：0-15KHz低通濾波器、 37.8-38.2kHz帶阻濾波器參數(shù)、23-53kHz帶通濾波器參數(shù)、導(dǎo)頻濾波器參數(shù)；頻譜示波器：顯示位置get(0,'defaultfigureposition')、緩存長(zhǎng)度1024、譜平均點(diǎn)數(shù)2、頻率單位Hertz、頻率范圍0Fs/2、幅度刻度Magnitude-squared、輸入信號(hào)采樣時(shí)間Inherit sample increment from input、Y軸最小刻度0、Y軸最大刻度50。圖4.2.2 0-15KHz低通濾波器參數(shù)圖4.2.3 37.8-38.2kHz帶阻濾波器參數(shù)圖4.2.