內(nèi)蒙古科技大學(xué)通信原理課程設(shè)計調(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)計內(nèi)蒙古科技大學(xué)本科生課程設(shè)計論文題 目：通信原理課程設(shè)計學(xué)生姓名： 學(xué) 號：專 業(yè)：通信工程班 級：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)計答辯書姓名班級11-2學(xué)號指導(dǎo)教師趙曉燕分數(shù)設(shè)計總結(jié)：通信原理課程設(shè)計是培養(yǎng)學(xué)生綜合運用所學(xué)知識,發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學(xué)生實際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過程，通過課程設(shè)計我們能夠比較系統(tǒng)的了解理論知識，把理論和實踐相結(jié)合，并且用到生活當(dāng)中。本次課程設(shè)計中，我們主要用到的是MATLAB的Simulink仿真平臺的應(yīng)用。因為采用是MATLAB英文版，所以在操作時

2、遇到很多困難，尤其是在參數(shù)設(shè)置上遇到了很多問題，在這種情況下我們都會努力尋求最佳路徑解決問題，認真地獨立思考，不懂的地方虛心地向老師詢問，然后反復(fù)修改、調(diào)試，無形間提高了我們的動手，動腦能力，并且同學(xué)之間還能相互探討問題，研究解決方案，增進大家的團隊意識。雖然結(jié)果亦不甚完美，但總體上還算比較成功。通過本次設(shè)計，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題的能力。通過課程設(shè)計讓我明白，平時所學(xué)的知識如果不加以實踐就等于紙上談兵。課程設(shè)計主要是我們理論知識的延伸，它的目的主要是要在設(shè)計中發(fā)現(xiàn)問題，并且自己要能找到解決問題的方案，形成一種獨立的意

3、識。我們還能從設(shè)計中檢驗我們所學(xué)的理論知識到底有多少，鞏固我們已經(jīng)學(xué)會的，不斷學(xué)習(xí)我們所遺漏的新知識，把這門課學(xué)的扎實，所以我覺得這次課程設(shè)計十分有意義。答辯記錄：目錄一、概述4二、設(shè)計要求5三、設(shè)計原理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18一、概述本次通信原理的課程設(shè)計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)計工具simulink進行的調(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

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，每個子信道可以并行傳送一路信號的一種多路復(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所需的帶寬寬得多。如果一個信道只傳送一路信號是非常浪費的，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互不交疊的頻段，每路信號用其中一個頻段傳輸，因而可以用濾波器將它們分別濾出來，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)制信號的最高頻

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

6、頻的調(diào)制和解調(diào)的原理對其整個過程進行了simulink仿真。Simulink 是一個用于建模、仿真、分析動態(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)計工具。Simulink的特點在于：容易用草圖來搭建模塊，也可對現(xiàn)有的模型進行添加來搭建一個新模型，可以看到仿真結(jié)果的圖形，也可通過MATLAB中的所有分析工具來分析結(jié)果。Simulink的目的是通過提出一個問題，模擬它，可以用它來模擬和解決實際問題。當(dāng)仿真正在運行時，可以交互的完成操作有：修改一些配置參數(shù)，包括仿真停止時間和最大仿真步長；用浮動示波器或顯示模塊來觀察連

7、線上傳輸?shù)男盘?；修改模塊參數(shù)，不改變參數(shù)有：狀態(tài)變量，輸入，輸出的個數(shù)；采樣時間；過零點數(shù)；任何模塊參數(shù)的向量長度；外部模塊工作向量的長度。Simulink 仿真在默認值0秒開始，在默認值10秒處結(jié)束。Solver 配置允許對當(dāng)前的仿真定義其它的開始和結(jié)束時間。Simulink 允許輸入來自于MATLAB工作空間的輸入信號和狀態(tài)數(shù)據(jù)，同時也允許在仿真過程中將輸出信號和狀態(tài)數(shù)據(jù)輸出到MATLAB的工作空間。這就允許使用標準的或自定義的MATLAB函數(shù)來產(chǎn)生仿真系統(tǒng)的輸入信號和繪制，分析或后續(xù)處理仿真系統(tǒng)的輸出。輸入來自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時間表達

8、式、結(jié)構(gòu)體。二、設(shè)計要求題目：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可以是同頻單音頻信號，但幅度，相位不同。不同的幅度代表不同位置的信號到達輸入端的衰減不同，不同相位代表不同位置的信號到達接收端延時不同。三、設(shè)計原理FM立體聲廣播中，聲音在空間上被分成兩路音頻信號，一個左聲道信號L，一個右聲道信號R，頻率都在50Hz15kHz之間。左聲道與右聲道相加形成和信號(L+R)，相減形成差信號(L-R)。在調(diào)頻之前，差信號(L-R)先對38kHz的副載波進行抑制載波雙邊帶(DSB-SC)調(diào)制，然后與和信號(L+R)進行頻分復(fù)用后

9、，作為FM立體聲廣播的基帶信號，其形成過程如圖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，23kHz53kHz用于傳送(L-R)信號，59kHz75kHz則用作輔助通道。(L-R)信號的載波頻率為38kHz，在38kHz處發(fā)送一個單頻信號(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。由于調(diào)頻立體聲采用的左右聲道信號可以是同頻單音頻信號，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模擬該系統(tǒng)的左聲道和右聲道的輸入信號。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 立體聲廣播信號的形成去調(diào)攝發(fā)射機+L+R+L-R+衰減÷238kHz振蕩器左聲道L調(diào)制信號頻譜原理圖： 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行鑒頻，得到頻分復(fù)用信號。對頻分復(fù)用信號進行相應(yīng)的分離，以便恢復(fù)出左聲道信號L和的右聲道信號R。BPF的作用是抑制調(diào)頻信號帶寬以外的噪聲；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.立體聲廣播信號的解調(diào)四、設(shè)計方案 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和余弦信號作為音源。兩路信號經(jīng)過相互加減、平衡調(diào)制和導(dǎo)頻疊加之后得出立體聲基帶信號，最后通過Zero-Order Hold和Spectrum Scope模塊將其頻譜顯示出來。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：緩存長度1024、顯示位置get(0,'defaultfigureposition')、譜平均點數(shù)2、頻率單位Hertz、頻率范圍0Fs/2、幅度刻度Magnitude-squared、輸入信號采樣時間Inherit sample increment from input、Y軸最小刻度0、Y軸最大刻度50。圖4.1.2 左聲道信號輸入端參數(shù)圖4.1.3右聲道信號輸入端參數(shù)圖4.1.4 38kH

13、z載波信號參數(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)立體聲廣播信號形成原理和立體聲廣播信號解調(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)射端就是對圖4.1.1的封裝，左右聲道測試信號的產(chǎn)生與發(fā)射端相同，為了進行比較，在此用示波器顯示出原始左右聲道信號。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')、緩存長度1024、譜平均點數(shù)2、頻率單位Hertz、頻率范圍0Fs/2、幅度刻度Magnitude-squared、輸入信號采樣時間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.