调频调制解调系统.doc

课 程 设 计 说 明 书学生姓名:学 号：学 院:信息工程学院班 级:题 目:通信系统计算机仿真设计频率调制解调系统的仿真指导教师： 职称: 2014 年 1 月 5 日通信系统计算机仿真设计 频率调制解调系统的仿真摘要：通信按照传统的理解就是信息的传输，信息的传输离不开它的传输工具，通信系统应运而生，本次课程设计是基于System view的通信系统的仿真，也就是在System view软件环境下进行频率调制解调系统的仿真设计。调制可分为模拟调制和数字调制，模拟调制。模拟调制常用的方法有AM调制、DSB调制、SSB调制；数字调制常用的方法有BFSK调制等。经过调制不仅可以进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合于信道传输或便于信道多路复用的已调信号，而且它对系统的传输有效性和传输的可靠性有着很大的影响。调制方式往往决定着一个通信系统的性能。关键词：FM调制解调原理；频率调制；FM信号产生和解调；System view。前言在模拟通信系统中，信号的频率相对于信号的幅度来说，不容易受噪声的干扰，在收信端更容易准确无误地回复所发送的信号，所以频率角度调制在模拟通信中占有非常重要的作用。角度调制与线性调制不同，已调信号频率不再是原调制信号频谱的线性搬移，而是频谱的非线性变换，会产生于频率搬移不同的新的频率成分，故又被称为非线性调制。角度调制主要包裹频率调制（FM）和相位调制（PM），他们之间可相互转换。如果载波的频率变化量与调制信号电压成正比，则称为调频（FM）；由于载波频率的变化和相位的变化都表现为载波总相角的变化，因此讲调频和调相统称为调角。由于FM用得比较多，因此这里只讨论频率调制系统。一、设计要求（1）掌握FM调制解调的基本原理。（2）掌握FM信号的产生方法和解调方法（3）掌握FM信号的波形及频谱特点。二、知识要点与原理2.1 FM信号的产生频率调制是用调制信号x（t）控制载波的频率，使已调信号xFM（t）的频率按x（t）的规律变化，载波的振幅不变。更明确一点说，瞬时角频率偏移随x（t）成正比例变化，即FM信号的振幅是不变的，调制信号x（t）的大小用FM信号与时间轴上零交点的疏密来表示，x（t）越大，则实践轴上的零交点越多。FM信号零交叉点的变化规律直接反映了x（t）的变化规律。角度调制的一般表达式为： xm(t)=Accosct+(t) （1）式中，Ac为载波振幅；wct+ (t)为信号瞬时相位。对调频波来说，有 d(t)dt=kfx(t) （2）式中，kf为调制灵敏度。所以，调频波通常表示为 XFM(t)= Accosct+-tkfx()d为简化问题，假设调试信号时单载波，即 x(t)=Acosmt,mc （3）则 XFM(t)= Accosct+-tkfx()d = Accosct+ kfAwmsinmt= Accosct+mfsinmt （4）式中，mf=kfAm，称为调频指数，也是最大相位偏移。由贝赛尔函数公式可将式（4）化简为XFM(t)=-ACJn(mf)cos2(fc+nfm) （5）对式（5）进行傅里叶变换，可得FM的频域表达式为XFM(f)=AC-Jn(mf)(f-fc-nfm)+(f+fc+nfm) （6）可见，单频调频信号的频谱是由频率位于fc的冲激和以fc为中心的无穷多个旁频分量组成的，由贝塞尔函数可以知道，离fc越远，分量的幅度越小。调频信号的带宽一般取 BFM=(mf+1)fm （7）对调制信号和调频信号的时域波形进行分析，可以算出基带信号和调频信号的频谱。对于任意信号调制的贷款也可以应用此公式，即 BFM=2(mf+1)fm=2(f+fm) （8）式中，fm是基带信号的最高频率。调频信号产生有直接调频和间接调频两种方法。图1（a）所示是采用压控振荡器（VCO）的直接调频法，因为VCO本身就是FM调制器。间接法调频框图如图1（b）所示，即调制信号积分后，对载波调相，再经n次倍频得到FM信号。xFM(t)x(t)x(t)xFM(t)xFM(t)倍频器PM调制器积分器VCO（a）直接调频 （b）间接调频 图1 调频原理框图由此可得FM的信号产生框图，如图2所示。x(t)积分器-xWBFM(t)+Accosct-90o相移图2 FM信号的产生原理框图2.2、FM信号的解调调频信号的解调是通过鉴频器来实现的，常用方法主要有限幅鉴频、锁相鉴频和相干解调。调频信号的鉴频器解调方框图如图3所示，接限幅器的目的是为了消除接收信号在幅度上可能出现的畸变。xo(t)xFM(t)LPF鉴频器BPF及限幅器图3 调频信号的鉴频器解调调频信号的鉴相解调方框图如图4所示。VCOxFM(t)LFPD解调LPF解调输出图4 调频信号的鉴相解调调频信号的相干解调方框图如图5所示。xNBFM(t)xi(t)xo(t)xp(t)c(t)相干解调xd(t)微分LPFBPF图5 调频信号的相干解调在图5中，相干载波c(t)=-sinct，乘法器输出为xp(t)=-Ac2sin2ct+Ac2kf-tx()d(1-cos2ct) （9）经低通滤波器滤除高频分量，得 xd=Ac2kf-tx()d （10）再经微分，得输出信号为 x0(t)=A2kfx(t) （11）三、仿真设计及显示图利用System View提供的调频信号图符号产生调频信号，以锁相鉴频法建立调频信号解条的仿真模型，如图6所示。图6 调频信号的System View 仿真模型在这个系统中，图符0为调制信号，图符1为系统提供的调频器，图符3在这里做VCO。系统的时间设置：采样频率（Sample Rate）1kHZ，采样点数（No.of Samples）4000。系统各图符的参数设置见下表。FM锁相鉴频法调制解调仿真模型各图符参数图符编号图库、图符名称参数设置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-系统运行后可以得到调制信号、调频信号和解调信号的时域波形，如图7（a）调制信号（b）调频信号（c）解调信号图7信号的时域波形根据调制信号和调频信号的功率谱，调频信号的频谱的频谱离fc越远，分量的幅度越小。根据FM调制解调原理，采用相干解调方式，建立System View 仿真模型，如图8所示。图8 FM调制解调模型系统的时间设置：采样频率20kHz，采样点数1024。系统各图符的参数见下表FM锁相鉴频法调制解调仿真模型各图符参数图符编号库/图符名称参数0Source：SinusoidAmp=1V.Freq=10Hz,Phase=0deg2Operator：Gain/Scale:GainGain Units=Linear,Gain=503、4Multiplier-5、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=512Operator:DerivativeGain=101316Sink:Analysis-系统运行后可以得到调制信号、调频信号和解调信号的时域波形，如图9所示。（a）调制信号（b）调频信号（c）解调信号图9 FM信号的时域波形四、总结本次设计叙述了利用System View仿真FM频率调制解调的基本原理及方法，通过这次的学习，发现了自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，让我认识到自己知识运用上的欠缺，实践能力较差，不断熟悉课本知识，体会从理论到实践的思想，提高分析问题解决问题的能力。通过本次课程设计，让我熟悉掌握了System View仿真软件，使我更加深刻的理解了FM频率调制解调的原理以及Syetem View软件的工作原理与相关知识，扩展了知识面，增强了能力。通过这段时间的课程设计，自己确实学到了不少东西，能将课本知识运用到实践中，真正做到学以致用，受益匪浅。另外，在设计过程中，更加学会了对学习资源的利用，；例如在图书馆和网上查阅相关资料，自己动手解决不懂得难题，自学能力也得到相应提高。此外还要特别感谢老师的指导，在此，请允许我们对您表示崇高的敬意。五、