窄帶調(diào)頻與解調(diào)仿真課程設(shè)計(jì)

目錄一選題背景……………………2二原理概述……………………21調(diào)制原理……………22解調(diào)原理………………………3三SystemView仿真過(guò)程………………………41建立仿真模型…………………4１．１調(diào)制仿真…………………4１．２相干解調(diào)仿真……………5１．３積分鑒頻器………………72仿真結(jié)果分析…………8四設(shè)計(jì)體會(huì)及今后改進(jìn)意見(jiàn)…………………8參考文獻(xiàn)………………………10一選題背景常見(jiàn)的模擬調(diào)制包括角度調(diào)制(FM／PM)和幅度調(diào)制(AM／DSB)，與幅度調(diào)制不同的是角度調(diào)制是原調(diào)制信號(hào)頻譜的非線性搬移，并且產(chǎn)生了新的頻譜分量，所以又稱為非線性調(diào)制。FM(調(diào)頻)在實(shí)際通信中的應(yīng)用非常廣泛，高保真音樂(lè)廣播、電視伴音信號(hào)傳輸、蜂窩以及衛(wèi)星通信等。與幅度調(diào)制相比，F(xiàn)M可以獲得較高的抗噪聲性能。而FM中一種特殊情況——窄帶調(diào)頻，將在這里討論其調(diào)制解調(diào)原理，并應(yīng)用通信仿真軟件SystemView進(jìn)行仿真分析。二原理概述1調(diào)制原理角度調(diào)制信號(hào)的一般表達(dá)式為：（1）所謂頻率調(diào)制(FM)指瞬時(shí)頻率偏移△ω隨調(diào)制信號(hào)f(t)成比例的變化，即：（2）式中：稱調(diào)頻靈敏度。這時(shí)，相位偏移為：（3）代入式（1）得到FM信號(hào)表達(dá)式為：（4）如果FM信號(hào)的瞬時(shí)相位偏移滿足下式：（5）此時(shí)，F(xiàn)M信號(hào)的頻譜寬度比較窄，稱之為窄帶調(diào)頻。將FM表達(dá)式展開(kāi)得到：（6）當(dāng)為窄帶調(diào)頻即滿足式（5）的條件時(shí)，有：所以，式（6）可化簡(jiǎn)為：（7）至此，得到窄帶調(diào)頻的一般表達(dá)式。以式(7)作為數(shù)學(xué)模型，可直接建立窄帶調(diào)頻的原理框圖，如圖1所示。K(FM)K(FM)積分器﹣π／2相移調(diào)制信號(hào)f(t)圖1調(diào)頻原理框圖2解調(diào)原理帶通濾波器低通濾波器微分器由上面的推導(dǎo)可知，窄帶調(diào)頻可以由乘法器實(shí)現(xiàn)，因此必然可用相干解調(diào)的方法來(lái)回復(fù)原調(diào)制信號(hào)，如圖2所示，NBFM信號(hào)在接收端首先經(jīng)過(guò)帶通濾波器(BP)濾除頻帶外信道加性噪聲，然后經(jīng)過(guò)乘法器與載波(-sinω帶通濾波器低通濾波器微分器圖2窄帶調(diào)頻想干解調(diào)原理框圖另一種FM解調(diào)器就是所謂積分鑒頻器，如圖3所示。這類FM解調(diào)器已在很多單片F(xiàn)M收音機(jī)和接收機(jī)芯片中使用。圖3積分鑒頻器原理電路圖3中，調(diào)頻信號(hào)分成兩路，一路直接接到乘法器，另一路經(jīng)過(guò)一個(gè)耦合電容與一個(gè)LC并聯(lián)諧振回路組成的相移電路產(chǎn)生正交信號(hào)，作為乘法器的另一個(gè)輸入。所有相移由耦合電容產(chǎn)生的相移及諧振回路產(chǎn)生的附加相移組成。簡(jiǎn)單原理如下：為了簡(jiǎn)化問(wèn)題，將輸入的NBFM信號(hào)簡(jiǎn)單表示為一般角度調(diào)制信號(hào)的形式：（8）則通過(guò)上述相移網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的另一路信號(hào)為：（9）式中：系數(shù)C1，C2由電路參數(shù)確定。兩路信號(hào)經(jīng)過(guò)乘法器后的輸出為：（10）其中，后一個(gè)頻率分量中的和項(xiàng)可用LP(低通濾波器)濾除，故輸出可化簡(jiǎn)為：（11）式中：f(t)為調(diào)制信號(hào)。另外，要得到式(10)的近似結(jié)果，還要求系數(shù)C2足夠小。特別說(shuō)明的是，在實(shí)際計(jì)算機(jī)仿真中沒(méi)有由耦合電容和諧振回路構(gòu)成的相移網(wǎng)絡(luò)，只能用其他方法的替代來(lái)實(shí)現(xiàn)相移。一種方法是用一個(gè)希爾伯特(Hilbert)變換濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橄柌貫V波器會(huì)引起整個(gè)通幫內(nèi)信號(hào)產(chǎn)生90°相移；另一種方法是通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單延剛電路產(chǎn)生相當(dāng)于載波1／4周期的延時(shí)，從而在載波中心頻率上產(chǎn)生90°相移。當(dāng)然，這樣做是一個(gè)理想化的近似，淡化了部分會(huì)在實(shí)際相移電路中出現(xiàn)的問(wèn)題，但這樣并不影響對(duì)整個(gè)調(diào)制解調(diào)過(guò)程的分析和判斷。三SystemView仿真過(guò)程1建立仿真模型1.1調(diào)制仿真根據(jù)上述原理分析，調(diào)制信號(hào)的仿真模型圖如圖4所示：圖4調(diào)制信號(hào)的SystemView模型圖4中，圖符0為調(diào)制信號(hào)，是幅度為1V的10Hz的正弦波，圖符1,2,3,4組成了調(diào)頻器，對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，圖符5為3V的100Hz的載波信號(hào)。調(diào)制信號(hào)經(jīng)過(guò)積分器和放大器后與載波信號(hào)經(jīng)過(guò)乘法器，再經(jīng)過(guò)反向和加法器，得到的就是調(diào)制后的信號(hào)。運(yùn)行后，得到各個(gè)波形如下：圖5調(diào)制信號(hào)波形圖6調(diào)頻信號(hào)波形1.2相干解調(diào)仿真對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后，我們就可以把已調(diào)信號(hào)解調(diào)回去。解調(diào)也就是調(diào)制的逆行式，通過(guò)解調(diào)原理，可以得到解調(diào)的仿真圖。如圖7:圖7解調(diào)信號(hào)的SystemView模型圖中的圖符0到圖符6是發(fā)送端，完成信號(hào)的調(diào)制，其余是接受端，完成解調(diào)功能。圖符11為一介竊比雪夫?yàn)V波器，用作環(huán)路濾波。得到的已調(diào)信號(hào)經(jīng)過(guò)解調(diào)電路就可以恢復(fù)調(diào)制信號(hào)。運(yùn)行后，得到的各個(gè)波形如圖：圖8調(diào)頻信號(hào)波形圖9解調(diào)信號(hào)波形1.3積分鑒頻器仿真上述是用相干方式進(jìn)行解調(diào)，接下來(lái)，將用積分鑒頻器方式進(jìn)行解調(diào)，其仿真圖如下：圖１０積分鑒頻器的SystemView模型運(yùn)行后得到解調(diào)后的輸出波形：圖１１解調(diào)后的輸出波形圖１２解調(diào)信號(hào)的頻譜圖2仿真結(jié)果分析本次設(shè)計(jì)中利用了兩種方式相干解調(diào)和積分鑒頻器進(jìn)行解調(diào)，顯然可以從解調(diào)后的波形看出，相干解調(diào)的方式比積分鑒頻器解調(diào)方式要好，信號(hào)失真要小。從解調(diào)出來(lái)的信號(hào)幅度上來(lái)看，相干解調(diào)的信號(hào)幅度大約是鑒頻器解調(diào)的50倍(調(diào)制信號(hào)的初始幅度設(shè)為1)。這與NBFM信號(hào)的產(chǎn)生過(guò)程有關(guān)，因?yàn)檎瓗д{(diào)頻是由乘法器實(shí)現(xiàn)的，所以用相干解調(diào)是最為直接的，也是誤差最小的方法。分析介紹了模擬調(diào)制中常見(jiàn)的窄帶調(diào)頻基本原理，并在最后建立了SystemView系統(tǒng)仿真模型?；窘o出了利用通信仿真軟件分析問(wèn)題的思路，即推導(dǎo)分析原理一畫(huà)出原理框圖一按照原理框圖在SystemView中建立仿真模型一調(diào)整參數(shù)，運(yùn)行仿真一分析仿真結(jié)果，得到結(jié)論。根據(jù)這個(gè)思路，我們可以在以后的學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)中更好的掌握知識(shí)。四設(shè)計(jì)體會(huì)及今后意見(jiàn)通過(guò)對(duì)本次的設(shè)計(jì)，讓我對(duì)通信原理有了新的了解，之前上課老師一直都是講的理論知識(shí)，很少在實(shí)踐中得到應(yīng)用，現(xiàn)在通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，讓我有了動(dòng)手方面的研究，學(xué)到了很多新的東西。但是，由于之前的基礎(chǔ)不是很好，所以在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到很多的問(wèn)題。剛看到題目時(shí)覺(jué)得不是很難，因?yàn)閷?duì)信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)我們學(xué)了很多了，而且一直圍繞著這個(gè)進(jìn)行學(xué)習(xí)，我剛開(kāi)始做時(shí)，按照老師講的理論建立模型，但由于對(duì)SystemView軟件不是很了解，所以建立起來(lái)還是比較慢的。后來(lái)在做的過(guò)程中，通過(guò)查閱書(shū)籍資料和尋找同學(xué)的幫助，終于慢慢的把模型建好了，這讓我在建立的過(guò)程中又了解了很多關(guān)于這個(gè)軟件的知識(shí)。當(dāng)對(duì)這個(gè)軟件了解掌握了之后，就覺(jué)得它并不是太難，雖然都是英文，但查查單詞也都能了解意思。不過(guò)有一點(diǎn)就是，運(yùn)行之后，對(duì)結(jié)果的運(yùn)算我還是不會(huì)，我還需要好好學(xué)習(xí)這個(gè)軟件的知識(shí)才能更好的完成設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)讓我了解了對(duì)通信原理的知識(shí)應(yīng)用，同時(shí)也學(xué)會(huì)了利用通信仿真軟件分析問(wèn)題的思路，即先要分析問(wèn)題的原理，明白這到底是怎么一回事，然后畫(huà)出原理框圖，這時(shí)很重要的，只有有了原理框圖，在仿真時(shí)才知道該怎么做，出現(xiàn)了問(wèn)題也才知道在哪里，好進(jìn)行解決，然后按照原理框圖在軟件中進(jìn)行仿真模擬，調(diào)整每個(gè)模塊的參數(shù)設(shè)置，再進(jìn)行運(yùn)行仿真，得到結(jié)果波形，根據(jù)結(jié)果分析出結(jié)論。這次的設(shè)計(jì)有很大的改進(jìn)空間，我會(huì)繼續(xù)努力學(xué)好這門課的基礎(chǔ)