窄帶調(diào)頻與解調(diào)仿真課程設(shè)計

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)計體會及今后改進意見…………………8參考文獻………………………10一選題背景常見的模擬調(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)在實際通信中的應(yīng)用非常廣泛，高保真音樂廣播、電視伴音信號傳輸、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進行仿真分析。二原理概述1調(diào)制原理角度調(diào)制信號的一般表達式為：（1）所謂頻率調(diào)制(FM)指瞬時頻率偏移△ω隨調(diào)制信號f(t)成比例的變化，即：（2）式中：稱調(diào)頻靈敏度。這時，相位偏移為：（3）代入式（1）得到FM信號表達式為：（4）如果FM信號的瞬時相位偏移滿足下式：（5）此時，F(xiàn)M信號的頻譜寬度比較窄，稱之為窄帶調(diào)頻。將FM表達式展開得到：（6）當(dāng)為窄帶調(diào)頻即滿足式（5）的條件時，有：所以，式（6）可化簡為：（7）至此，得到窄帶調(diào)頻的一般表達式。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)頻可以由乘法器實現(xiàn)，因此必然可用相干解調(diào)的方法來回復(fù)原調(diào)制信號，如圖2所示，NBFM信號在接收端首先經(jīng)過帶通濾波器(BP)濾除頻帶外信道加性噪聲，然后經(jīng)過乘法器與載波(-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收音機和接收機芯片中使用。圖3積分鑒頻器原理電路圖3中，調(diào)頻信號分成兩路，一路直接接到乘法器，另一路經(jīng)過一個耦合電容與一個LC并聯(lián)諧振回路組成的相移電路產(chǎn)生正交信號，作為乘法器的另一個輸入。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。簡單原理如下：為了簡化問題，將輸入的NBFM信號簡單表示為一般角度調(diào)制信號的形式：（8）則通過上述相移網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的另一路信號為：（9）式中：系數(shù)C1，C2由電路參數(shù)確定。兩路信號經(jīng)過乘法器后的輸出為：（10）其中，后一個頻率分量中的和項可用LP(低通濾波器)濾除，故輸出可化簡為：（11）式中：f(t)為調(diào)制信號。另外，要得到式(10)的近似結(jié)果，還要求系數(shù)C2足夠小。特別說明的是，在實際計算機仿真中沒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實現(xiàn)相移。一種方法是用一個希爾伯特(Hilbert)變換濾波器來實現(xiàn)，因為希爾伯特濾波器會引起整個通幫內(nèi)信號產(chǎn)生90°相移；另一種方法是通過一個簡單延剛電路產(chǎn)生相當(dāng)于載波1／4周期的延時，從而在載波中心頻率上產(chǎn)生90°相移。當(dāng)然，這樣做是一個理想化的近似，淡化了部分會在實際相移電路中出現(xiàn)的問題，但這樣并不影響對整個調(diào)制解調(diào)過程的分析和判斷。三SystemView仿真過程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)制信號的仿真模型圖如圖4所示：圖4調(diào)制信號的SystemView模型圖4中，圖符0為調(diào)制信號，是幅度為1V的10Hz的正弦波，圖符1,2,3,4組成了調(diào)頻器，對調(diào)制信號進行調(diào)制，圖符5為3V的100Hz的載波信號。調(diào)制信號經(jīng)過積分器和放大器后與載波信號經(jīng)過乘法器，再經(jīng)過反向和加法器，得到的就是調(diào)制后的信號。運行后，得到各個波形如下：圖5調(diào)制信號波形圖6調(diào)頻信號波形1.2相干解調(diào)仿真對調(diào)制信號進行調(diào)制后，我們就可以把已調(diào)信號解調(diào)回去。解調(diào)也就是調(diào)制的逆行式，通過解調(diào)原理，可以得到解調(diào)的仿真圖。如圖7:圖7解調(diào)信號的SystemView模型圖中的圖符0到圖符6是發(fā)送端，完成信號的調(diào)制，其余是接受端，完成解調(diào)功能。圖符11為一介竊比雪夫濾波器，用作環(huán)路濾波。得到的已調(diào)信號經(jīng)過解調(diào)電路就可以恢復(fù)調(diào)制信號。運行后，得到的各個波形如圖：圖8調(diào)頻信號波形圖9解調(diào)信號波形1.3積分鑒頻器仿真上述是用相干方式進行解調(diào)，接下來，將用積分鑒頻器方式進行解調(diào)，其仿真圖如下：圖１０積分鑒頻器的SystemView模型運行后得到解調(diào)后的輸出波形：圖１１解調(diào)后的輸出波形圖１２解調(diào)信號的頻譜圖2仿真結(jié)果分析本次設(shè)計中利用了兩種方式相干解調(diào)和積分鑒頻器進行解調(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，信號失真要小。從解調(diào)出來的信號幅度上來看，相干解調(diào)的信號幅度大約是鑒頻器解調(diào)的50倍(調(diào)制信號的初始幅度設(shè)為1)。這與NBFM信號的產(chǎn)生過程有關(guān)，因為窄帶調(diào)頻是由乘法器實現(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題的思路，即推導(dǎo)分析原理一畫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)，運行仿真一分析仿真結(jié)果，得到結(jié)論。根據(jù)這個思路，我們可以在以后的學(xué)習(xí)設(shè)計中更好的掌握知識。四設(shè)計體會及今后意見通過對本次的設(shè)計，讓我對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，很少在實踐中得到應(yīng)用，現(xiàn)在通過這次的課程設(shè)計，讓我有了動手方面的研究，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)計的過程中遇到很多的問題。剛看到題目時覺得不是很難，因為對信號的調(diào)制與解調(diào)我們學(xué)了很多了，而且一直圍繞著這個進行學(xué)習(xí)，我剛開始做時，按照老師講的理論建立模型，但由于對SystemView軟件不是很了解，所以建立起來還是比較慢的。后來在做的過程中，通過查閱書籍資料和尋找同學(xué)的幫助，終于慢慢的把模型建好了，這讓我在建立的過程中又了解了很多關(guān)于這個軟件的知識。當(dāng)對這個軟件了解掌握了之后，就覺得它并不是太難，雖然都是英文，但查查單詞也都能了解意思。不過有一點就是，運行之后，對結(jié)果的運算我還是不會，我還需要好好學(xué)習(xí)這個軟件的知識才能更好的完成設(shè)計。本次設(shè)計讓我了解了對通信原理的知識應(yīng)用，同時也學(xué)會了利用通信仿真軟件分析問題的思路，即先要分析問題的原理，明白這到底是怎么一回事，然后畫出原理框圖，這時很重要的，只有有了原理框圖，在仿真時才知道該怎么做，出現(xiàn)了問題也才知道在哪里，好進行解決，然后按照原理框圖在軟件中進行仿真模擬，調(diào)整每個模塊的參數(shù)設(shè)置，再進行運行仿真，得到結(jié)果波形，根據(jù)結(jié)果分析出結(jié)論。這次的設(shè)計有很大的改進空間，我會繼續(xù)努力學(xué)好這門課的基礎(chǔ)