通信原理课程设计调频仿真系统.doc

通信原理课程设计 本科生课程设计论文题 目：通信原理课程设计学生姓名： 学 号：专 业：通信工程班 级：14-2指导教师： 2017年 1 月 3 日 课程设计答辩书姓名班级 学号指导教师 分数设计总结：通信原理课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程，通过课程设计我们能够比较系统的了解理论知识，把理论和实践相结合，并且用到生活当中。本次课程设计中，我们主要用到的是MATLAB的Simulink仿真平台的应用。因为采用是MATLAB英文版，所以在操作时遇到很多困难，尤其是在参数设置上遇到了很多问题，在这种情况下我们都会努力寻求最佳路径解决问题，认真地独立思考，不懂的地方虚心地向老师询问，然后反复修改、调试，无形间提高了我们的动手，动脑能力，并且同学之间还能相互探讨问题，研究解决方案，增进大家的团队意识。虽然结果亦不甚完美，但总体上还算比较成功。通过本次设计，我们不仅加深理解和巩固了理论课上所学习的有关FM调频的基本理论和基本方法，而且锻炼了分析和解决问题的能力。通过课程设计让我明白，平时所学的知识如果不加以实践就等于纸上谈兵。课程设计主要是我们理论知识的延伸，它的目的主要是要在设计中发现问题，并且自己要能找到解决问题的方案，形成一种独立的意识。我们还能从设计中检验我们所学的理论知识到底有多少，巩固我们已经学会的，不断学习我们所遗漏的新知识，把这门课学的扎实，所以我觉得这次课程设计十分有意义。答辩记录：目录一、概述4二、设计要求5三、设计原理51.调频立体声广播的调制62.调频立体声广播的解调7四、设计方案71.调频立体声发射端建模与仿真72、调频立体声接收端建模与仿真11五、参考文献18一、概述本次通信原理的课程设计我们拿到的题目是调频立体声系统，本文的主要内容当然也是基于MATLAB中的设计工具simulink进行的调频立体声广播系统的建模与仿真。调频(FM)立体声广播(FM Stereo Broadcasting)系统是一个频分复用（Frequency-division multiplexing，FDM）系统的典型的例子。频分多路复用，是指载波带宽被划分为多种不同频带的子信道，每个子信道可以并行传送一路信号的一种多路复用技术。FDM常用于模拟传输的宽带网络中。在通信系统中，信道所能提供的带宽通常比传送一路信号所需的带宽宽得多。如果一个信道只传送一路信号是非常浪费的，为了能够充分利用信道的带宽，就可以采用频分复用的方法。在频分复用系统中，信道的可用频带被分成若干个互不交叠的频段，每路信号用其中一个频段传输，因而可以用滤波器将它们分别滤出来，然后分别解调接收。从课本上了解到，在普通单声道的调频广播中，调制信号的最高频率为15kHz，由卡森公式可算出调频信号的带宽为180kHz。由此规定各电台之间的频道间隔为200kHz。在1961年以前，所有的商用FM广播都是单声道的。也就是说，话音和音乐频谱都在50Hz15kHz的单声道内。这个单声道对高频载波进行调频，再通过州图441AM广播接收机框图宽为200kHz的信道进行传输。在单声道传输中，接收机的每个扬声器都再生出同一个信息。用特殊的扬声器可以将信息频率分开(如用于低音的低音扬声器，用于高音的高音扬声器)，但不能在空间上将单声道声音分开。整个信息信号好像都来自于同一个方向。因此若要在接收端实现立体声效果，FM信号必须分为两路传播。本文我们通过分析FM立体声调频的调制和解调的原理对其整个过程进行了simulink仿真。Simulink 是一个用于建模、仿真、分析动态系统的软件包。它支持线性和非线性系统，也可以是多速率系统，也就是该系统有着不同采样速率的部分组成。它也是一种基于模块的设计工具。Simulink的特点在于：容易用草图来搭建模块，也可对现有的模型进行添加来搭建一个新模型，可以看到仿真结果的图形，也可通过MATLAB中的所有分析工具来分析结果。Simulink的目的是通过提出一个问题，模拟它，可以用它来模拟和解决实际问题。当仿真正在运行时，可以交互的完成操作有：修改一些配置参数，包括仿真停止时间和最大仿真步长；用浮动示波器或显示模块来观察连线上传输的信号；修改模块参数，不改变参数有：状态变量，输入，输出的个数；采样时间；过零点数；任何模块参数的向量长度；外部模块工作向量的长度。Simulink 仿真在默认值0秒开始，在默认值10秒处结束。Solver 配置允许对当前的仿真定义其它的开始和结束时间。Simulink 允许输入来自于MATLAB工作空间的输入信号和状态数据，同时也允许在仿真过程中将输出信号和状态数据输出到MATLAB的工作空间。这就允许使用标准的或自定义的MATLAB函数来产生仿真系统的输入信号和绘制，分析或后续处理仿真系统的输出。输入来自MATLAB工作空间的输入数据，输入数据采用的形式：数组、MATLAB时间表达式、结构体。二、设计要求题目：调频立体声系统要求：建模仿真一调频立体声系统（包括收发两端）见樊昌信的通信原理提示：调频立体声采用的左右声道信号可以是同频单音频信号，但幅度，相位不同。不同的幅度代表不同位置的信号到达输入端的衰减不同，不同相位代表不同位置的信号到达接收端延时不同。三、设计原理FM立体声广播中，声音在空间上被分成两路音频信号，一个左声道信号L，一个右声道信号R，频率都在50Hz15kHz之间。左声道与右声道相加形成和信号(L+R)，相减形成差信号(L-R)。在调频之前，差信号(L-R)先对38kHz的副载波进行抑制载波双边带(DSB-SC)调制，然后与和信号(L+R)进行频分复用后，作为FM立体声广播的基带信号，其形成过程如图3.1.1所示，频谱结构如图3.1.2所示。图3.1.2中，015kHz用于传送(L+R)信号，23kHz53kHz用于传送(L-R)信号，59kHz75kHz则用作辅助通道。(L-R)信号的载波频率为38kHz，在38kHz处发送一个单频信号(导频)，用于接收端提取相干载波和立体声指示。在普通调频广播中，只发送015kHz的(L+R)信号。由于调频立体声采用的左右声道信号可以是同频单音频信号，只是幅度和相位不同。因此我们分别采用不同相位和幅度的正弦波来模拟该系统的左声道和右声道的输入信号。1. 调频立体声广播的调制调制原理框图：+右声道R图3.1.1 立体声广播信号的形成去调摄发射机+L+R+L-R+衰减238kHz振荡器左声道L调制信号频谱原理图： 载频导频DSB-SCL+RL-R下边带L+R下边带0 15 19 23 38 53 59 75 f/kHz图3.1.2 立体声广播信号的频谱辅助通信通道2.调频立体声广播的解调接收立体声广播后先进行鉴频，得到频分复用信号。对频分复用信号进行相应的分离，以便恢复出左声道信号L和的右声道信号R。BPF的作用是抑制调频信号带宽以外的噪声；限幅器的作用是消除信道中的噪声和其他原因引起的调频波的振幅起伏；鉴频器有半波整流器和低通滤波器构成。解调原理框图： 来自鉴频器LPF015kHzBPF2353kHz导频滤波19kHz2LPF015KhZ立体声指示+1/2（L+R）+1/2（L-R）+RL图1-2-3.立体声广播信号的解调四、设计方案 1.调频立体声发射端建模与仿真 （1）仿真模型：根据立体声广播信号形成原理，可建立调频立体声发射端仿真模型如图所示。用Sine Wave模块产生相同频率、不同相位、不同幅度的正弦信号和余弦信号作为音源。两路信号经过相互加减、平衡调制和导频叠加之后得出立体声基带信号，最后通过Zero-Order Hold和Spectrum Scope模块将其频谱显示出来。图4.1.1 调制系统模型图（2）参数设置：图中各模块参数设置如下：信号发生器：Sine Wave产生振幅为1、频率为1kHz的正弦波；Sine Wave1产生振幅为2、频率为1kHz的余弦波；Sine wave2产生振幅为1、频率为38kHz的载波。频谱示波器：缓存长度1024、显示位置get(0,defaultfigureposition)、谱平均点数2、频率单位Hertz、频率范围0Fs/2、幅度刻度Magnitude-squared、输入信号采样时间Inherit sample increment from input、Y轴最小刻度0、Y轴最大刻度50。图4.1.2 左声道信号输入端参数图4.1.3右声道信号输入端参数图4.1.4 38kHz载波信号参数图4.1.5 频谱示波器参数（3) 仿真结果图4.1.6 FM基带信号频谱 2、调频立体声接收端建模与仿真 （1）仿真模型：根据立体声广播信号形成原理和立体声广播信号解调原理，可建立调频立体声接收端仿真模型如图4.2.1所示。图中子系统发射端就是对图4.1.1的封装，左右声道测试信号的产生与发射端相同，为了进行比较，在此用示波器显示出原始左右声道信号。图4.2.1 FM立体声调频系统模型图（2）参数设置： 图中都采用16阶滤波器，包括：0-15KHz低通滤波器、 37.8-38.2kHz带阻滤波器参数、23-53kHz带通滤波器参数、导频滤波器参数；频谱示波器：显示位置get(0,defaultfigureposition)、缓存长度1024、谱平均点数2、频率单位Hertz、频率范围0Fs/2、幅度刻度Magnitude-squared、输入信号采样时间Inherit sample increment from input、Y轴最小刻度0、Y轴最大刻度50。图4.2.2 0-15KHz低通滤波器参数图4.2.3 37.8-38.2kHz带阻滤波器参数图4.2.4 2