AM超外差廣播系統(tǒng)設(shè)計(jì)資料

通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告摘要:為了深刻直觀的了解AM廣播電臺(tái)系統(tǒng)的通信過程，體現(xiàn)AM超外差廣播系統(tǒng)的工作原理和信號的傳輸過程，本設(shè)計(jì)使用通信系統(tǒng)與仿真專用軟件systemview對通信系統(tǒng)進(jìn)行了實(shí)時(shí)仿真分析。通過systemview對系統(tǒng)中信號的波形和頻譜進(jìn)行了直觀的觀測和分析，驗(yàn)證了頻分復(fù)用和AM超外差廣播的工作原理。關(guān)鍵詞：systemview仿真；超外差廣播；頻分復(fù)用；幅度調(diào)制第1頁共1頁通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)背景超外差式收音機(jī)是指輸入信號和本機(jī)振蕩器信號產(chǎn)生一個(gè)固定中頻信號的過程。超外差式是相對于直放式而言的一種接收方式，所謂超外差接收就是 不論接收什么頻率的信號，首先都把它變成一種特定的頻率。 為了提高穩(wěn)定性，這個(gè)頻率選的相對低一點(diǎn)，通常把它稱為： “中頻”，我國的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定 AM（調(diào)幅）收音機(jī)的中頻為 465KHz。超外差收音機(jī)能把不同頻率的電臺(tái)信號混頻后變成固定的中頻信號，再由放大器對這個(gè)固定的中頻信號 進(jìn)行放大。超外差接收技術(shù)廣泛應(yīng)用于無線通信系統(tǒng)中，通常的 AM中波收音機(jī)覆蓋的頻率范圍是540~1700KHz，中頻頻率為456KHz，商業(yè)廣播發(fā)射采用常規(guī)調(diào)幅， 調(diào)制度接近1，一般解調(diào)器采用最簡單的二極管。基本原理2.1AM調(diào)幅基本原理在連續(xù)波的模擬調(diào)制中，最簡單的形式是使單頻余弦載波的幅度在平均值處隨調(diào)制信號線性變化，或者輸出已調(diào)信號的幅度與輸入調(diào)制信號 f(t)呈線性對應(yīng)關(guān)系，這種調(diào)制稱為標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅或一般調(diào)幅，記為 AM。2.1.1調(diào)制部分標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅的調(diào)制器可用一個(gè)乘法器來實(shí)現(xiàn)。AM信號時(shí)域表達(dá)式為：sAM(t)[A0m(t)]cosctA為載波幅度，c為載波頻率，mt)為調(diào)制信號。其中：0(其頻域表示式為：SAM()A0[(c)(c)]1[M(c)M(c)]2第2頁共2頁通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告m(t) sAM(t)＋A0 cos ct圖1：AM調(diào)制原理圖 解調(diào)部分：解調(diào)有相干和非相干兩種。非相干系統(tǒng)設(shè)備簡單，但在信噪比較小時(shí)，相干系統(tǒng)的性能優(yōu)于非相干系統(tǒng)。這里采用相干解調(diào)。n(t)sm(t)＋帶通sm(t)sd(t)低通mo(t)濾波器ni(t)nd(t)濾波器no(t)cosct圖2；解調(diào)原理框圖2.2超外差廣播系統(tǒng)基本原理無線廣播的接收儀器為收音機(jī)， 在晶體管收音機(jī)中多采用磁性天線作為接收信號的天線。從天線收到的微弱高頻信號先經(jīng)過一級或幾級高頻小信號放大器（這部分往往也可以省略不用）放大。然后送至混頻器與本地振蕩器所產(chǎn)生的等幅振蕩電壓相混合，所得到的輸出電壓包絡(luò)形狀不變，仍與原來的信號波形相似，但載波頻率則轉(zhuǎn)換為兩個(gè)高頻頻率之差（或和）。這叫做中頻。中頻電壓在經(jīng)過中頻放大器放大送入檢波器，得到檢波輸出電壓。最后再經(jīng)過放大器放大，送到揚(yáng)聲器（或耳機(jī)）中轉(zhuǎn)變?yōu)槁曇粜盘?。超外差式廣播接收機(jī)原理圖如圖 3所示。第3頁共3頁通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告圖3：超外差式廣播接收機(jī)原理圖超外差式廣播接收機(jī)利用混頻電路使本機(jī)振蕩信號與接收信號收到的廣播信號進(jìn)行非線性混頻，使得二者的差值始終為 465KHz，這樣就降低了放大電路的信號頻率，可以有效克服直接放大式廣播的缺點(diǎn)，其工作原理圖如圖 4所示：圖4::超外差式廣播系統(tǒng)原理圖3.AM超外差式廣播系統(tǒng)的 systemview設(shè)計(jì)3.1軟件介紹Systemview是一種適用于通信系統(tǒng)分析的仿真軟件，可以對通信系統(tǒng)的工作過程進(jìn)行實(shí)時(shí)的仿真分析。它為用戶提供了一個(gè)完整的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的可視化環(huán)境，能進(jìn)行模擬，數(shù)字，數(shù)?；旌舷到y(tǒng)，線性和非線性系統(tǒng)的仿真，也可對線性系統(tǒng)進(jìn)行拉氏變換和 Z變換分析。此軟件在設(shè)計(jì)和研發(fā)通信系統(tǒng)的過程中發(fā)揮很大的作用。在通信硬件設(shè)備的研發(fā)過程中，很大程度上都要在 systemview軟件第4頁共4頁通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告環(huán)境中進(jìn)行仿真，以觀察它的系統(tǒng)可靠性，參數(shù)設(shè)置的合理性等。SystemView的環(huán)境包括一套可選的用于增加核心庫功能以滿足特殊應(yīng)用的庫，包括通信庫、DSP庫、射頻/模擬庫和邏輯庫，以及可通過用戶代碼庫來加載的其他一些擴(kuò)展庫。在SystemView系統(tǒng)窗口中完成系統(tǒng)或子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的過程便是在系統(tǒng)窗口中從不同的元件庫中選擇Token，并在設(shè)計(jì)區(qū)域中連接、搭建基本系統(tǒng)，設(shè)置每一個(gè)Token的參數(shù)，控制系統(tǒng)的起始時(shí)間、中止時(shí)間、采樣頻率，最后從分析窗中分析結(jié)果，從而達(dá)到系統(tǒng)設(shè)計(jì)和分析的目的。3.2systemviewAM差外差廣播系統(tǒng)仿真基于對原理的認(rèn)識(shí)和了解， AM超外差廣播系統(tǒng) systemview仿真原理圖如下圖5:所示，其中各個(gè)模塊的具體參數(shù)見附錄： AM超外差廣播系統(tǒng)參數(shù)。圖5：AM超外差廣播系統(tǒng)systemview仿真原理圖本超外差廣播系統(tǒng)采用 20KHz來做為f（if），故取采樣頻率為 200KHz。如第5頁共5頁通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告圖所示，采用了 30kHz，40kHz，50kHz三個(gè)載波頻率發(fā)射信號來模擬三個(gè)廣播單臺(tái)，模擬調(diào)制的帶寬為 5kHz以下。如果以頻率為 40kHz的廣播信號為接收頻率，那么接收機(jī)使用高邊調(diào)諧，本振應(yīng)為40+20=60kHz。調(diào)制信號采用了三個(gè)掃頻信號（模塊4,20,23）和三個(gè)正弦載波（模塊 0,3,21）信號相乘得到 AM信號，三個(gè)信號分別采用了不同的掃頻帶寬和不同的調(diào)制度。三個(gè)加法器（模塊 7，8，9）輸出服用信息。中頻濾波器采用 5極點(diǎn)，3dB帶寬為10kHz的切比雪夫?yàn)V波器（模塊17）。通過該濾波器后僅剩第二個(gè)頻率的音頻信號，其他被屏蔽。作為包絡(luò)解調(diào)器的低通濾波器（模塊 22）帶寬設(shè)置為 5kHz，比第二個(gè)廣播信號的帶寬略大，從而保證了低頻信號的通過，完全屏蔽高頻信號。仿真時(shí)在系統(tǒng)的系統(tǒng)時(shí)間設(shè)置可以取采樣點(diǎn)數(shù) 8192，采樣頻率為200kHz，以便可以直觀看到 AM調(diào)制廣播系統(tǒng)的功能作用。3.3仿真過程及結(jié)果分析原理圖確定好之后，設(shè)定時(shí)間參數(shù)。然后運(yùn)行時(shí) systemview軟件，等待運(yùn)行結(jié)束后點(diǎn)擊工具欄中分析窗圖標(biāo)。 分析窗中首先出現(xiàn)的是信號波形圖。 如下圖四出現(xiàn)的是第三個(gè)射頻信號輸出波形圖。 單擊接收分析窗口下端的接收計(jì)算器按鍵，選擇“Spectrum”便會(huì)生成相應(yīng)頻譜圖如圖 6。圖6:單個(gè)射頻（RF）信號頻譜圖三個(gè)廣播信號的復(fù)用信號（RF）波形圖如圖7所示。相應(yīng)復(fù)用信號的頻譜圖如圖所示。從圖中可以看出三個(gè)廣播信號的中心頻率分別為各自的載波頻率30kHz，40kHz，50kHz。帶寬為各自音頻信號帶寬的兩倍， 即6kHZ，8kHz，第6頁共6頁通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告10kHz。從圖中可以看出三個(gè)廣播信號的頻譜完全不重疊，從而保證了三個(gè)廣播信號可以在同一個(gè)信道當(dāng)中傳輸而不會(huì)相互干擾。圖 8說明了頻分復(fù)用的原理。圖7:三個(gè)廣播信號的復(fù)用信號（ RF）波形圖圖8:三個(gè)廣播信號的復(fù)用信號（ RF）頻譜圖圖9所示的是RF信號與本振混頻后的信號波形圖，圖 10為相對頻譜圖。三個(gè)廣播信號的差頻項(xiàng)與和頻項(xiàng)的頻譜與前面分析一致， 從而驗(yàn)證了超外差廣播系統(tǒng)的原理。第7頁共7頁通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告圖9:RF信號與本振混頻后的信號波形圖圖10:RF信號與本振混頻后的信號頻譜圖圖11為圖10中的混頻信號通過中頻濾波器后的信號頻譜圖?？梢钥闯鲱l譜較為集中，僅剩下第二個(gè)廣播的差頻項(xiàng)被留下。圖10中頻濾波器頻譜圖第8頁共8頁通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告圖11:輸出的還原信號波形圖圖12:輸入信號原始的掃頻信號波形圖10輸出的還原信號波形圖與輸入信號原始的掃頻信號波形圖11相比較，可以看出還原的信號波形與原始掃頻信號相一致。以上驗(yàn)證了此AM差分式廣播系統(tǒng)仿真的正確性。第9頁共9頁通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告設(shè)計(jì)結(jié)論在這次對 AM 超外差廣播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，不僅掌握了對通信仿真軟件systemview的應(yīng)用能力，驗(yàn)證了頻分復(fù)用的過程，加深對于相關(guān) AM超外差接收機(jī)理論的了解和學(xué)習(xí)。通過對仿真模塊的使用，仿真參數(shù)的合理設(shè)置，頻譜數(shù)據(jù)分析等過程讓我們可以直觀的了解了生活中廣播系統(tǒng)。 此次設(shè)計(jì)過程讓我了解到對于基于systemview的通信仿真系統(tǒng)搭建的一般過程。相信這項(xiàng)的體驗(yàn)和經(jīng)歷對我們以后的工作和學(xué)習(xí)都會(huì)有很大的幫助。 而正是這樣不斷學(xué)習(xí)和了解的過程讓我們在以后的學(xué)習(xí)中能夠吸取更多的養(yǎng)分， 更好的提高自己的學(xué)習(xí)能力和對所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用能力。故在這次的仿真實(shí)驗(yàn)過程中，不僅讓我收獲到的是對于以往所學(xué)知識(shí)的運(yùn)用和總結(jié)，更難得可貴的是在這個(gè)過程中， 通過體會(huì)整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程，讓我們對于應(yīng)用軟件和學(xué)習(xí)能力有著真切的感知。 當(dāng)面對一個(gè)新的課題的時(shí)候，也不會(huì)再無從下手，沉下心來，才能發(fā)現(xiàn)規(guī)律，才能在所學(xué)知識(shí)當(dāng)中沉淀出知識(shí)的精華，以達(dá)到真正的熟練運(yùn)用和掌握。第10頁共10頁通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告參考文獻(xiàn)]樊昌信,曹麗娜.通信原理教程(第3版)[M].北京：國防工業(yè)出版社,2006,9.張肅文高頻電子線路（第五版）高等教育出版社樊昌信.通信原理（第6版）[M].北京：電子工業(yè)出版社,2012,12.周文安,付秀花無線通信原理與應(yīng)用(第二版)電子工業(yè)出版社,2012,8systemview通信仿真開發(fā)手冊北京：國防工業(yè)出版社第11頁共11頁通信原理課程設(shè)計(jì)報(bào)告附錄：AM超外差廣播系統(tǒng)各模塊參數(shù)圖符編號庫/圖符名稱參數(shù)23Rource:Amp=750e3VStartFre=0HzStopFreqsweepFreq=3e3HzPeriod=40.955e-3secPhase=0deg1256Multiplier3Rource:Amp=1VFreq=30e3HzPhase=0degSinusoid78910Adder11Rource:Amp=1VFreq=60e3HzPhase=0degSinusoid12131415Sink：Analysis17Operator：ChebyshevbandpassIIR5PoleslowFc=15e3HzLinearsysHiFc=25e3Hz18Function:ZeroPoint=0VHalfRctfy4Rource:Amp=1VStartFre=0HzStopFreq=4e3HzFreqsweepPeriod=40.955e-3secPhase=0deg0Rourc