內蒙古科技大學通信原理課程設計調頻仿真系統(tǒng)

1、內蒙古科技大學通信原理課程設計內蒙古科技大學本科生課程設計論文題 目：通信原理課程設計學生姓名： 學 號：專 業(yè)：通信工程班 級：11-2指導教師：趙曉燕2014年 1 月 3 日內蒙古科技大學課程設計答辯書姓名班級11-2學號指導教師趙曉燕分數設計總結：通信原理課程設計是培養(yǎng)學生綜合運用所學知識,發(fā)現,提出,分析和解決實際問題,鍛煉實踐能力的重要環(huán)節(jié),是對學生實際工作能力的具體訓練和考察過程，通過課程設計我們能夠比較系統(tǒng)的了解理論知識，把理論和實踐相結合，并且用到生活當中。本次課程設計中，我們主要用到的是MATLAB的Simulink仿真平臺的應用。因為采用是MATLAB英文版，所以在操作時

2、遇到很多困難，尤其是在參數設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，然后反復修改、調試，無形間提高了我們的動手，動腦能力，并且同學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。雖然結果亦不甚完美，但總體上還算比較成功。通過本次設計，我們不僅加深理解和鞏固了理論課上所學習的有關FM調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。通過課程設計讓我明白，平時所學的知識如果不加以實踐就等于紙上談兵。課程設計主要是我們理論知識的延伸，它的目的主要是要在設計中發(fā)現問題，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。我們還能從設計中檢驗我們所學的理論知識到底有多少，鞏固我們已經學會的，不斷學習我們所遺漏的新知識，把這門課學的扎實，所以我覺得這次課程設計十分有意義。答辯記錄：目錄一、概述4二、設計要求5三、設計原理51.調頻立體聲廣播的調制62.調頻立體聲廣播的解調7四、設計方案71.調頻立體聲發(fā)射端建模與仿真72、調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計我們拿到的題目是調頻立體聲系統(tǒng)，本文的主要內容當然也是基于MATLAB中的設計工具simulink進行的調頻立體聲廣播系統(tǒng)的建模與仿真。調頻(FM)立體聲廣播(FM Stereo Broadcasting)系統(tǒng)是一個

4、頻分復用（Frequency-division multiplexing，FDM）系統(tǒng)的典型的例子。頻分多路復用，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用技術。FDM常用于模擬傳輸的寬帶網絡中。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，就可以采用頻分復用的方法。在頻分復用系統(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，然后分別解調接收。從課本上了解到，在普通單聲道的調頻廣播中，調制信號的最高頻

5、率為15kHz，由卡森公式可算出調頻信號的帶寬為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。這個單聲道對高頻載波進行調頻，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立體聲效果，FM信號必須分為兩路傳播。本文我們通過分析FM立體聲調

6、頻的調制和解調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計工具。Simulink的特點在于：容易用草圖來搭建模塊，也可對現有的模型進行添加來搭建一個新模型，可以看到仿真結果的圖形，也可通過MATLAB中的所有分析工具來分析結果。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，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、線上傳輸的信號；修改模塊參數，不改變參數有：狀態(tài)變量，輸入，輸出的個數；采樣時間；過零點數；任何模塊參數的向量長度；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秒處結束。Solver 配置允許對當前的仿真定義其它的開始和結束時間。Simulink 允許輸入來自于MATLAB工作空間的輸入信號和狀態(tài)數據，同時也允許在仿真過程中將輸出信號和狀態(tài)數據輸出到MATLAB的工作空間。這就允許使用標準的或自定義的MATLAB函數來產生仿真系統(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工作空間的輸入數據，輸入數據采用的形式：數組、MATLAB時間表達

8、式、結構體。二、設計要求題目：調頻立體聲系統(tǒng)要求：建模仿真一調頻立體聲系統(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)調制，然后與和信號(L+R)進行頻分復用后

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，頻譜結構如圖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(導頻)，用于接收端提取相干載波和立體聲指示。在普通調頻廣播中，只發(fā)送015kHz的(L+R)信號。由于調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. 調頻立體聲廣播的調制調制原理框圖：+右聲道R圖3.1

10、.1 立體聲廣播信號的形成去調攝發(fā)射機+L+R+L-R+衰減238kHz振蕩器左聲道L調制信號頻譜原理圖： 載頻導頻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.調頻立體聲廣播的解調接收立體聲廣播后先進行鑒頻，得到頻分復用信號。對頻分復用信號進行相應的分離，以便恢復出左聲道信號L和的右聲道信號R。BPF的作用是抑制調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頻波的振幅起伏；鑒頻器有半波整流器和低通濾波器構成。解調原理框圖： 來自鑒頻器LPF015kHzBPF2353

11、kHz導頻濾波19kHz2LPF015KhZ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四、設計方案 1.調頻立體聲發(fā)射端建模與仿真 （1）仿真模型：根據立體聲廣播信號形成原理，可建立調頻立體聲發(fā)射端仿真模型如圖所示。用Sine Wave模塊產生相同頻率、不同相位、不同幅度的正弦信號和余弦信號作為音源。兩路信號經過相互加減、平衡調制和導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 調制系統(tǒng)模型圖（2）參數設置：圖中各模塊參數設置如下：信號發(fā)生器：Sine Wave產

12、生振幅為1、頻率為1kHz的正弦波；Sine Wave1產生振幅為2、頻率為1kHz的余弦波；Sine wave2產生振幅為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圖4.1.3右聲道信號輸入端參數圖4.1.4 38kHz載波信號參數圖4.1.5 頻譜示波器參數（

13、3) 仿真結果圖4.1.6 FM基帶信號頻譜 2、調頻立體聲接收端建模與仿真 （1）仿真模型：根據立體聲廣播信號形成原理和立體聲廣播信號解調原理，可建立調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立體聲調頻系統(tǒng)模型圖（2）參數設置： 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、23-53kHz帶通濾波器參數、導頻濾波器參數；頻譜示波器：顯示位置get(0,defaultfigureposition)、緩存長度1024、譜平均點數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低通濾波器參數圖4.2.3 37.8-38.2kHz帶阻濾波器參數圖4.2.4