基于simulink调幅调频发射接收机的设计

1 基于基于 Simulink 的调幅调频发射接收机的设计的调幅调频发射接收机的设计 1 引言引言 大家知道 无线电广播是依靠空间的高频电磁波来传播节目的 电磁波的 频率 Hz 波长 m 和传播速度 m s 之间的关系式是 f C C f 自由空间中电磁波的传播速度为m s 显然 电磁波的频率和波长呈 8 3 10C 反比关系 波动的电信号要能够有效地从天线发射出去 或者有效地从天线将 信号接收回来 需要天线的等效长度至少达到波长的 1 4 声音转换为电信号后 其波长约在 15Km 到 15000Km 之间 实际中不可能制造出这样长度和范围的天 线进行有效信号的收发 因此需要将像声音这样的低频信号从低频率搬移到较 高频率段上去 以便于通过较短的天线发射出去 另外 广播所传送的音频信 息的频率比载波的频率低得多 在 30HZ 到 1500HZ 之间 低频信号必须与高 频载波叠加起来 才能达到远传的目的 我们称这种叠加的过程为调制 常用 的调制方式有两种 当被控制的是高频振荡的幅度时 或者说使高频振荡的幅 度随着音频信号的大小变化而变化 这种调制方式称为调幅 如果被控制的是 高频振荡的频率 或者说使高频振荡的频率随着音频信号的大小变化而变化 这种调制方式称为调频 本文分别对调幅中波广播与调幅中波收音机传输系统 以及调频立体声发射机与调频立体声接收机进行模拟仿真 2 调幅调频发射接收机的设计调幅调频发射接收机的设计 2 1 调幅中波广播与调幅中波收音机传输系统 模拟幅度调制是无线电最早期的远距离传输技术 在幅度调制中 以声音 信号控制高频率正弦信号的幅度 并将幅度变化的高频率正弦信号放大后通过 天线发射出去 成为电磁波辐射 调幅的特点是载波的频率始终不变 而载波 的幅度变化的形状与音频信号变化的形态一样 我们把幅度变化的轨迹称为包 络线 包络线的形状与音频信号是相同的 被音频信号调制后的载波 称已调 波 未调制前的载波是正弦波 而已调波不再是单一的正弦波了 它是几个正 弦波相加的结果 2 1 1 调幅发射接收机模型参数指标的设计 1 基带信号 音频 最大幅度为 1 基带测试信号频率在 100Hz 到 6000Hz 内 2 可调 2 载波 给定幅度的正弦波 为简单起见初相位设为 0 频率为 550KHz 到 1605KHz 可调 3 接收机选频滤波器带宽为 12KHz 中心频率为 1000KHz 4 调幅中波收音机的接收频率段为 550KHz 到 1605KHz 中频为 465KHz 仿真参数设计 系统工作最高频率为调幅载波频率 1605KHz 设计仿真采样频率为最高工作频 率的 10 倍左右 因此取仿真步长为 8 max 1 6 23 10 10 step ts f 相应的仿真带宽为仿真采样频率的一半 即 1 1 8025 7 2 step WKHz t 设基带测试正弦信号为 载波为 则调制度为 cos2m tAFt cos2 c c tf t 的调制输出信号为 a m s t 1cos2 cos2 ac s tmFtf t 显然 的平均功率为 s t 2 1 24 a m P 设信道无衰减 其中加入的白噪声功率谱密度为 那么仿真带宽 0 2 N 内噪声样值的方差为 W W 2 0 0 2 2 N WN W 设接收选频滤波器的功率增益为 1 带宽为 B 则选频滤波器输出噪声功率为 0 0 2 2 N NBN B 因此接收选频滤波器输出信噪比为 3 2 0 out PPP SNR NN BB W 故信道中的噪声方差为 2 out PW SNRB 2 1 2 simulink 仿真 根据以上计算进行仿真模型的参数设置 测试仿真模型如下图所示 该测试仿真模型中有两个调幅发射机 载波分别为 1000KHz 和 1200KHz 被调基带信号分别为 1000Hz 正弦波和 500Hz 的方波 幅度为 0 3V 另外 模 拟了超外差式中波收音机的信号处理过程 其中以不同载波频率同时传输了两 路不同的调幅信号 以模拟频分复用方式传输多路信号的原理 接收机可通过 设置不同的本机振荡频率来选择其中某一路信号 模型中用 Slider Gain 作为 滑块增益调整 在仿真中双击该模块可 实时 地调整设置的接收频率 以观 察接收机输出变化 2 1 3 仿真结果 下图为示波器显示的对两发射信号的接收仿真波形 4 图 1 超外差接收机对 1000KHz 载波的调幅电台信号的中频输出波形的解调结果 图 2 超外差接收机对 1200KHz 载波的调幅电台信号的中频输出波形的解调结果 5 2 2 调频立体声发射机与调频立体声接收机 2 2 1 调频立体声广播发射系统原理框图 相减DSB调制 倍频 导频振荡器 相加调频 相加 L t R t L t R t f 38KHz 19KHz L t R t m t 为了与普通单声道调频广播信号兼容 首先将左右声信道号和进 L t R t 行相加 相减运算 得到与单声道调频广播信号兼容的主信号以及立 L tR t 体声副信号 然后对副信号进行抑制载波的双边带调幅 载波频率为 L tR t 38KHz 调频立体声广播传输的音频信号最高频率为 15KHz 因此平衡调制输 出信号的频带为 23KHz 到 53KHz 显然 15KHz 到 23KHz 频带为空白频段 为了便于简化接收机结构 调频立体声广播标准中就在发送信号空白频段中加 入 19KHz 正弦波作为导频信号 这样接收机只要对导频信号倍频即可恢复平衡 调制相干解调所需的同步载波 主信号 导频以及平衡调制输出的副信号相加 得出立体声基带信号 其最高频率为 随后对之进行调频 调 m t53 m fKHz 频最大频偏为 立体声基带信号的数学表达式为75fKHz 33 cos2 19 10 cos2 38 10m tL tR ttL tR tt 2 2 2 调频立体声解调原理方框图 6 鉴频 带通 带通 低通 相加 相干解调 倍频 相减 0 5 M t L t R t 恢复载波 导频 15KHz 23KHz 0 15KHz L t R t 2 2 3 simulink 仿真 设左右声道的信号分别为 1000Hz 和 2000Hz 的单频测试信号 对立体声基 带信号产生模型以及相应的立体声解码过程进行建模和仿真 仿真模型如下图 7 2 2 4 仿真结果 3 结语结语 实际中 在收听中波调幅广播时 其高音成分感到欠缺 尤其是播送音乐 8 节目时 更是明显 这是调幅广播的一大弱点 此外 调幅广播的另一不足就 是抗干扰能力差 因为各种工业干扰和天电干扰会以调幅的形势叠加在载波上 称为干扰和杂音 影响收听效果 调频波的频谱要比调幅波复杂得多 它的边 频是由许多谐波组成 调频的特点是载波的幅度始终不变 而它的频率则随着 音频信号大小在变化 当音频信号增强的时候 频率变高 波形就密 当音频 信号减弱的时候 频率就低 波形就疏 这种波形疏密的变化即频率的宽度在 变化 我们把频率变化的宽度称为频率偏移 简称频偏 调频广播就是通过频 偏来传送信息的 调频广播的另一个特点就是抗干扰能力强 因为干扰主要影 响载波的幅度 对载波的频率几乎没有影响 调幅与调频各有优缺点 谁也不 能替代谁 因此既有调幅中 短波 又有调频超短波广播 它们将 和平共处 长期同存 参考文献参考文献 1 邵玉斌 Matlab simulink 通信系统建模与仿真实例分析 M 北京 清