窄带调频与解调仿真课程设计

目录一选题背景……………………2二原理概述……………………21调制原理……………22解调原理………………………3三SystemView仿真过程………………………41建立仿真模型…………………4１．１调制仿真…………………4１．２相干解调仿真……………5１．３积分鉴频器………………72仿真结果分析…………8四设计体会及今后改进意见…………………8参考文献………………………10一选题背景常见的模拟调制包括角度调制(FM／PM)和幅度调制(AM／DSB)，与幅度调制不同的是角度调制是原调制信号频谱的非线性搬移，并且产生了新的频谱分量，所以又称为非线性调制。FM(调频)在实际通信中的应用非常广泛，高保真音乐广播、电视伴音信号传输、蜂窝以及卫星通信等。与幅度调制相比，FM可以获得较高的抗噪声性能。而FM中一种特殊情况——窄带调频，将在这里讨论其调制解调原理，并应用通信仿真软件SystemView进行仿真分析。二原理概述1调制原理角度调制信号的一般表达式为：（1）所谓频率调制(FM)指瞬时频率偏移△ω随调制信号f(t)成比例的变化，即：（2）式中：称调频灵敏度。这时，相位偏移为：（3）代入式（1）得到FM信号表达式为：（4）如果FM信号的瞬时相位偏移满足下式：（5）此时，FM信号的频谱宽度比较窄，称之为窄带调频。将FM表达式展开得到：（6）当为窄带调频即满足式（5）的条件时，有：所以，式（6）可化简为：（7）至此，得到窄带调频的一般表达式。以式(7)作为数学模型，可直接建立窄带调频的原理框图，如图1所示。K(FM)K(FM)积分器﹣π／2相移调制信号f(t)图1调频原理框图2解调原理带通滤波器低通滤波器微分器由上面的推导可知，窄带调频可以由乘法器实现，因此必然可用相干解调的方法来回复原调制信号，如图2所示，NBFM信号在接收端首先经过带通滤波器(BP)滤除频带外信道加性噪声，然后经过乘法器与载波(-sinω带通滤波器低通滤波器微分器图2窄带调频想干解调原理框图另一种FM解调器就是所谓积分鉴频器，如图3所示。这类FM解调器已在很多单片FM收音机和接收机芯片中使用。图3积分鉴频器原理电路图3中，调频信号分成两路，一路直接接到乘法器，另一路经过一个耦合电容与一个LC并联谐振回路组成的相移电路产生正交信号，作为乘法器的另一个输入。所有相移由耦合电容产生的相移及谐振回路产生的附加相移组成。简单原理如下：为了简化问题，将输入的NBFM信号简单表示为一般角度调制信号的形式：（8）则通过上述相移网络产生的另一路信号为：（9）式中：系数C1，C2由电路参数确定。两路信号经过乘法器后的输出为：（10）其中，后一个频率分量中的和项可用LP(低通滤波器)滤除，故输出可化简为：（11）式中：f(t)为调制信号。另外，要得到式(10)的近似结果，还要求系数C2足够小。特别说明的是，在实际计算机仿真中没有由耦合电容和谐振回路构成的相移网络，只能用其他方法的替代来实现相移。一种方法是用一个希尔伯特(Hilbert)变换滤波器来实现，因为希尔伯特滤波器会引起整个通帮内信号产生90°相移；另一种方法是通过一个简单延刚电路产生相当于载波1／4周期的延时，从而在载波中心频率上产生90°相移。当然，这样做是一个理想化的近似，淡化了部分会在实际相移电路中出现的问题，但这样并不影响对整个调制解调过程的分析和判断。三SystemView仿真过程1建立仿真模型1.1调制仿真根据上述原理分析，调制信号的仿真模型图如图4所示：图4调制信号的SystemView模型图4中，图符0为调制信号，是幅度为1V的10Hz的正弦波，图符1,2,3,4组成了调频器，对调制信号进行调制，图符5为3V的100Hz的载波信号。调制信号经过积分器和放大器后与载波信号经过乘法器，再经过反向和加法器，得到的就是调制后的信号。运行后，得到各个波形如下：图5调制信号波形图6调频信号波形1.2相干解调仿真对调制信号进行调制后，我们就可以把已调信号解调回去。解调也就是调制的逆行式，通过解调原理，可以得到解调的仿真图。如图7:图7解调信号的SystemView模型图中的图符0到图符6是发送端，完成信号的调制，其余是接受端，完成解调功能。图符11为一介窃比雪夫滤波器，用作环路滤波。得到的已调信号经过解调电路就可以恢复调制信号。运行后，得到的各个波形如图：图8调频信号波形图9解调信号波形1.3积分鉴频器仿真上述是用相干方式进行解调，接下来，将用积分鉴频器方式进行解调，其仿真图如下：图１０积分鉴频器的SystemView模型运行后得到解调后的输出波形：图１１解调后的输出波形图１２解调信号的频谱图2仿真结果分析本次设计中利用了两种方式相干解调和积分鉴频器进行解调，显然可以从解调后的波形看出，相干解调的方式比积分鉴频器解调方式要好，信号失真要小。从解调出来的信号幅度上来看，相干解调的信号幅度大约是鉴频器解调的50倍(调制信号的初始幅度设为1)。这与NBFM信号的产生过程有关，因为窄带调频是由乘法器实现的，所以用相干解调是最为直接的，也是误差最小的方法。分析介绍了模拟调制中常见的窄带调频基本原理，并在最后建立了SystemView系统仿真模型。基本给出了利用通信仿真软件分析问题的思路，即推导分析原理一画出原理框图一按照原理框图在SystemView中建立仿真模型一调整参数，运行仿真一分析仿真结果，得到结论。根据这个思路，我们可以在以后的学习设计中更好的掌握知识。四设计体会及今后意见通过对本次的设计，让我对通信原理有了新的了解，之前上课老师一直都是讲的理论知识，很少在实践中得到应用，现在通过这次的课程设计，让我有了动手方面的研究，学到了很多新的东西。但是，由于之前的基础不是很好，所以在设计的过程中遇到很多的问题。刚看到题目时觉得不是很难，因为对信号的调制与解调我们学了很多了，而且一直围绕着这个进行学习，我刚开始做时，按照老师讲的理论建立模型，但由于对SystemView软件不是很了解，所以建立起来还是比较慢的。后来在做的过程中，通过查阅书籍资料和寻找同学的帮助，终于慢慢的把模型建好了，这让我在建立的过程中又了解了很多关于这个软件的知识。当对这个软件了解掌握了之后，就觉得它并不是太难，虽然都是英文，但查查单词也都能了解意思。不过有一点就是，运行之后，对结果的运算我还是不会，我还需要好好学习这个软件的知识才能更好的完成设计。本次设计让我了解了对通信原理的知识应用，同时也学会了利用通信仿真软件分析问题的思路，即先要分析问题的原理，明白这到底是怎么一回事，然后画出原理框图，这时很重要的，只有有了原理框图，在仿真时才知道该怎么做，出现了问题也才知道在哪里，好进行解决，然后按照原理框图在软件中进行仿真模拟，调整每个模块的参数设置，再进行运行仿真，得到结果波形，根据结果分析出结论。这次的设计有很大的改进空间，我会继续努力学好这门课的基础