nbfm傳輸系統(tǒng)

1、蘇州科技大學(xué)天平學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目： nbfm 傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì) 班級(jí)： 通信1621 學(xué)號(hào)： 姓名： 成績(jī)： 2019年 6月23日一、課題背景調(diào)制與解調(diào)在整個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)中起著很重要的作用。調(diào)制包含調(diào)節(jié)或調(diào)整的意義。調(diào)制的主要目的是使經(jīng)過(guò)編碼的信號(hào)特性與信道的特性相適應(yīng)，使信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)制后能夠順利通過(guò)信道傳輸。通過(guò)調(diào)制，不僅可以進(jìn)行頻譜搬移，把調(diào)制信號(hào)的頻譜搬移到所需要的位置上，從而將調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成適合于傳播的已調(diào)信號(hào)，而且它對(duì)系統(tǒng)的傳輸有效性和傳輸可靠性有著很大的影響。調(diào)制方式往往決定了一個(gè)通信系統(tǒng)的性能。調(diào)制方式分模擬調(diào)制系統(tǒng)和數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)。在模擬調(diào)制系統(tǒng)中又可分為線性調(diào)制和非線性

2、調(diào)制兩種，而這里將對(duì)非線性調(diào)制中的調(diào)頻調(diào)制，即fm中窄帶的調(diào)制解調(diào)做一個(gè)深入研究。fm在當(dāng)今通信系統(tǒng)中用途非常廣泛，可用于高保真音樂(lè)廣播、電視伴音信號(hào)的傳輸、衛(wèi)星通信和蜂窩電話系統(tǒng)等等方面。二、原理介紹（1）fm調(diào)制原理fm角度調(diào)制信號(hào)的一般表達(dá)式為： smt=acosct+(t) （1-1）式中，a為載波的恒定振幅；ct+(t)為載波的瞬時(shí)相位；(t)為相對(duì)載波相位ct的瞬時(shí)相位偏移；dct+t/dt是信號(hào)的瞬時(shí)角頻率，記為(t)；而dt/dt稱為相對(duì)于載頻c的瞬時(shí)頻偏。所謂頻率調(diào)制（fm），是指瞬時(shí)頻率偏移隨調(diào)制信號(hào)m(t)成比例變化，即： d(t)dt=kfm(t) （1-2）式中：kf

3、為調(diào)頻靈敏度。這時(shí)相位偏移為 t=kfm()d （1-3）帶入式（1-1），則可得調(diào)頻信號(hào)為 sfmt=acosct+kfm()d （1-4）如果fm信號(hào)的最大瞬時(shí)相位偏移滿足以下條件 kfm()d6(或0.5) （1-5）時(shí)，fm信號(hào)的頻譜寬度比較窄，稱為窄帶調(diào)頻（nbfm）。將fm信號(hào)一般表示式（1-4）展開(kāi)得到sfmt=acosct+kfmd=acosctcoskfmd- asinctsinkfmd （1-6）當(dāng)滿足式子（1-5）的條件時(shí)，有 coskfmd1 （1-7） sinkfmdkfmd （1-8）故式（1-6）可以簡(jiǎn)化為 snbfmtacosct-akfmdsinct （1-9

4、）利用傅里葉變換對(duì) m(t)m() (1-10) cosct+c+(-c) (1-11) sinctj+c+(-c) (1-12) m(t)dtm()j (設(shè)m(t)的均值為0) (1-13) m(t)dtsinct12m(-c)-c-m(+c)+c (1-14)可得nbfm信號(hào)的頻域表達(dá)式 snbfm=a+c+(-c+akf2m(-c)-c-m(+c)+c (1-15)2）相干解調(diào)由于nbfm信號(hào)可分解成同相分量與正交分量之和，因而可以采用線性調(diào)制中的相干解調(diào)法來(lái)進(jìn)行解調(diào)。設(shè)窄帶調(diào)頻信號(hào)為 snbfmtacosct-akfmdsinct (2-1)并設(shè)相干載波 ct=-sinct (2-2)

5、相乘器的輸出為 spt=-a2sin2ct+a2akfmd(1-cos2ct) (2-3)再經(jīng)微分器，即得解調(diào)輸出 m0t=akf2m(t) (2-4)可見(jiàn)，相干解調(diào)可以恢復(fù)原調(diào)制信號(hào)。這種解調(diào)方法與線性調(diào)制中的相干解調(diào)一樣，要求本地載波與調(diào)制載波同步，否則將使解調(diào)信號(hào)失真。三、設(shè)計(jì)方案本次設(shè)計(jì)基帶信號(hào)為sin10t，載波頻率 100hz；解調(diào)方式為相干解調(diào)。所以基帶頻率為5hz。實(shí)驗(yàn)使用了間接調(diào)頻，即先對(duì)調(diào)制信號(hào)積分再調(diào)相。最后使用相干解調(diào)法還原信號(hào)，即輸出解調(diào)信號(hào)。nbfm信號(hào)可看成由正交分量與同相分量合成即：由式（1-9）可得snbfmtacosct-akfmdsinct。因此采用圖一的

6、方框圖可實(shí)現(xiàn)nbfm。圖1 窄帶調(diào)頻原理框圖圖2 相干解調(diào)原理圖利用matlab仿真中的simulink模塊搭建nbfm調(diào)制模塊如圖3圖3 nbfm調(diào)制模塊圖中sine wave分別輸出基帶信號(hào)sin10t，其他參數(shù)如圖4。sine wave1和sine wave2為載波輸出分別為sin200t和cos200，其它參數(shù)如圖5和圖6所示。constant1的值為am的直流分量a0，它們的采樣時(shí)間根據(jù)奈奎斯特采樣定律 fs2fm 。其中fs為采樣頻率，fm為信號(hào)中的最高頻率。圖4 sine wave的參數(shù)設(shè)置圖5 sine wave1的參數(shù)設(shè)置 圖6 sine wave2的參數(shù)設(shè)置在spectru

7、m analyzer的前面加一個(gè)zero order hold它是是零階保持器的意思以保證數(shù)據(jù)的完整性，其參數(shù)設(shè)置如圖7圖7 zero order hold的參數(shù)設(shè)置圖8 spectrum analyzer的參數(shù)設(shè)置利用matlab仿真中的simulink模塊搭建nbfm解調(diào)模塊如圖9，此模塊為nbfm的相干解調(diào)部分。圖9 nbfm的解調(diào)部分圖中的analog filter design為帶通濾波器，作用是讓調(diào)頻信號(hào)順利通過(guò)，同時(shí)濾除除帶外噪聲及高次諧波分量，其參數(shù)設(shè)置如圖10。sine wave3為相干載波-sinct。其參數(shù)如圖11。analog filter design1為低通濾波器，

8、作用是取出乘法器輸出的低頻分量，其參數(shù)如圖12。圖10 analog filter design的參數(shù)設(shè)置圖11 sine wave3的參數(shù)設(shè)置圖12 analog filter design1的參數(shù)設(shè)置以上兩個(gè)模塊放在一起就是nbfm 傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)如圖13圖13 nbfm 傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)四、仿真結(jié)果及分析圖14 基帶信號(hào)波形fm的輸入信號(hào)是正弦波。圖15 已調(diào)信號(hào)波形圖16 已調(diào)信號(hào)頻譜由此頻譜的兩個(gè)肩峰可以看出是載波為100hz基帶信號(hào)為5hz的信號(hào)的疊加。兩個(gè)肩峰分別為95hz和105hz，由于我設(shè)置的kf為5，它的相位偏移遠(yuǎn)小于0.5。fm角度調(diào)制出來(lái)的波形特征為：頻率周期性地稀疏變化，

9、所以波形調(diào)制成功。圖17 解調(diào)信號(hào)和基帶信號(hào)波形的對(duì)比由此看出解調(diào)信號(hào)和基帶信號(hào)的波形圖像完全一致所以此相干解調(diào)沒(méi)有失真。幅度高是因?yàn)閙0=0.5*a*kfm(t)我設(shè)置的kf為5所以提高了幅度也是為了便于清晰的觀察。圖18 解調(diào)信號(hào)的頻譜由此頻譜也能看出解調(diào)信號(hào)的頻率為5hz更能驗(yàn)證沒(méi)有失真。結(jié)論：通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，讓我更深刻的理解通信原理這門課，并且把所學(xué)的理論與實(shí)踐相聯(lián)系，同時(shí)，這對(duì)于課程原理的掌握起到了深化的作用。這次課程設(shè)計(jì)做的是nbfm調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的仿真模型設(shè)計(jì)。這次實(shí)驗(yàn)使用的是matlab的simulink模塊，我按照老師給我們的思路，在查找很多資料之后終于有了眉目，我在自己搭了

10、框架圖之后發(fā)現(xiàn)還是得不到波形，最終只能選擇向老師求助，老師對(duì)我非常的耐心，不斷告訴我那些數(shù)據(jù)的理論知識(shí)，慢慢給我講解原理，從那以后，我就對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)非常有信心，因?yàn)榇蟛糠忠苫蠖嫉玫浇鉀Q之后，我對(duì)自己的nbfm越來(lái)越清晰。我深刻體會(huì)到了通信原理設(shè)計(jì)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的東西，不僅要學(xué)好書本知識(shí)，還必須隨時(shí)把所學(xué)知識(shí)投入實(shí)際應(yīng)用之中，只有這樣，才能達(dá)到學(xué)習(xí)的目的。這次實(shí)踐中，我感覺(jué)到自己掌握的還是太匱乏了，當(dāng)用到某個(gè)知識(shí)點(diǎn)時(shí)，經(jīng)常是概念不清。所以，我還是覺(jué)得必須很熟練的掌握專業(yè)知識(shí)，這樣才能很順暢的設(shè)計(jì)應(yīng)用、提高效率，考慮問(wèn)題也會(huì)更全面。最重要的是不能完全看框架圖也要從公式出發(fā)，比如nbfm的正交分量和同相分量的合成公式中往往不能忽略kf的大小，調(diào)頻靈敏度往往決定了波形的采樣精度，總之這次課程設(shè)計(jì)讓我受益匪淺學(xué)的很多。五、參考文獻(xiàn)1 通信原理基于matlab的計(jì)算機(jī)仿真.