nbfm传输系统[技术学习].doc

苏州科技大学天平学院通信原理课程设计报告题目： NBFM 传输系统设计 班级： 通信1621 学号： 姓名： 成绩： 2019年 6月23日互联网络一、课题背景调制与解调在整个数字通信系统中起着很重要的作用。调制包含调节或调整的意义。调制的主要目的是使经过编码的信号特性与信道的特性相适应，使信号经过调制后能够顺利通过信道传输。通过调制，不仅可以进行频谱搬移，把调制信号的频谱搬移到所需要的位置上，从而将调制信号转换成适合于传播的已调信号，而且它对系统的传输有效性和传输可靠性有着很大的影响。调制方式往往决定了一个通信系统的性能。调制方式分模拟调制系统和数字调制系统。在模拟调制系统中又可分为线性调制和非线性调制两种，而这里将对非线性调制中的调频调制，即FM中窄带的调制解调做一个深入研究。FM在当今通信系统中用途非常广泛，可用于高保真音乐广播、电视伴音信号的传输、卫星通信和蜂窝电话系统等等方面。二、原理介绍（1）FM调制原理FM角度调制信号的一般表达式为： Smt=Acosct+(t) （1-1）式中，A为载波的恒定振幅；ct+(t)为载波的瞬时相位；(t)为相对载波相位ct的瞬时相位偏移；dct+t/dt是信号的瞬时角频率，记为(t)；而dt/dt称为相对于载频c的瞬时频偏。所谓频率调制（FM），是指瞬时频率偏移随调制信号m(t)成比例变化，即： d(t)dt=Kfm(t) （1-2）式中：Kf为调频灵敏度。这时相位偏移为 t=Kfm()d （1-3）带入式（1-1），则可得调频信号为 SFMt=Acosct+Kfm()d （1-4）如果FM信号的最大瞬时相位偏移满足以下条件 Kfm()d6(或0.5) （1-5）时，FM信号的频谱宽度比较窄，称为窄带调频（NBFM）。将FM信号一般表示式（1-4）展开得到SFMt=Acosct+Kfmd=AcosctcosKfmd- AsinctsinKfmd （1-6）当满足式子（1-5）的条件时，有 cosKfmd1 （1-7） sinKfmdKfmd （1-8）故式（1-6）可以简化为 SNBFMtAcosct-AKfmdsinct （1-9）利用傅里叶变换对 m(t)M() (1-10) cosct+c+(-c) (1-11) sinctj+c+(-c) (1-12) m(t)dtM()j (设m(t)的均值为0) (1-13) m(t)dtsinct12M(-c)-c-M(+c)+c (1-14)可得NBFM信号的频域表达式 sNBFM=A+c+(-c+AKf2M(-c)-c-M(+c)+c (1-15)2）相干解调由于NBFM信号可分解成同相分量与正交分量之和，因而可以采用线性调制中的相干解调法来进行解调。设窄带调频信号为 SNBFMtAcosct-AKfmdsinct (2-1)并设相干载波 ct=-sinct (2-2)相乘器的输出为 SPt=-A2sin2ct+A2AKfmd(1-cos2ct) (2-3)再经微分器，即得解调输出 m0t=AKf2m(t) (2-4)可见，相干解调可以恢复原调制信号。这种解调方法与线性调制中的相干解调一样，要求本地载波与调制载波同步，否则将使解调信号失真。三、设计方案本次设计基带信号为sin10t，载波频率 100Hz；解调方式为相干解调。所以基带频率为5Hz。实验使用了间接调频，即先对调制信号积分再调相。最后使用相干解调法还原信号，即输出解调信号。NBFM信号可看成由正交分量与同相分量合成即：由式（1-9）可得SNBFMtAcosct-AKfmdsinct。因此采用图一的方框图可实现NBFM。图1 窄带调频原理框图图2 相干解调原理图利用Matlab仿真中的simulink模块搭建NBFM调制模块如图3图3 NBFM调制模块图中Sine Wave分别输出基带信号sin10t，其他参数如图4。Sine Wave1和Sine Wave2为载波输出分别为sin200t和cos200，其它参数如图5和图6所示。Constant1的值为AM的直流分量A0，它们的采样时间根据奈奎斯特采样定律 fS2fm 。其中fS为采样频率，fm为信号中的最高频率。图4 Sine Wave的参数设置图5 Sine Wave1的参数设置 图6 Sine Wave2的参数设置在Spectrum Analyzer的前面加一个Zero Order Hold它是是零阶保持器的意思以保证数据的完整性，其参数设置如图7图7 Zero Order Hold的参数设置图8 Spectrum Analyzer的参数设置利用Matlab仿真中的simulink模块搭建NBFM解调模块如图9，此模块为NBFM的相干解调部分。图9 NBFM的解调部分图中的Analog Filter Design为带通滤波器，作用是让调频信号顺利通过，同时滤除除带外噪声及高次谐波分量，其参数设置如图10。Sine Wave3为相干载波-sinct。其参数如图11。Analog Filter Design1为低通滤波器，作用是取出乘法器输出的低频分量，其参数如图12。图10 Analog Filter Design的参数设置图11 Sine Wave3的参数设置图12 Analog Filter Design1的参数设置以上两个模块放在一起就是NBFM 传输系统设计如图13图13 NBFM 传输系统设计四、仿真结果及分析图14 基带信号波形FM的输入信号是正弦波。图15 已调信号波形图16 已调信号频谱由此频谱的两个肩峰可以看出是载波为100Hz基带信号为5Hz的信号的叠加。两个肩峰分别为95Hz和105Hz，由于我设置的kf为5，它的相位偏移远小于0.5。FM角度调制出来的波形特征为：频率周期性地稀疏变化，所以波形调制成功。图17 解调信号和基带信号波形的对比由此看出解调信号和基带信号的波形图像完全一致所以此相干解调没有失真。幅度高是因为m0=0.5*A*Kfm(t)我设置的Kf为5所以提高了幅度也是为了便于清晰的观察。图18 解调信号的频谱由此频谱也能看出解调信号的频率为5Hz更能验证没有失真。结论：通过这次课程设计，让我更深刻的理解通信原理这门课，并且把所学的理论与实践相联系，同时，这对于课程原理的掌握起到了深化的作用。这次课程设计做的是NBFM调制解调系统的仿真模型设计。这次实验使用的是matlab的simulink模块，我按照老师给我们的思路，在查找很多资料之后终于有了眉目，我在自己搭了框架图之后发现还是得不到波形，最终只能选择向老师求助，老师对我非常的耐心，不断告诉我那些数据的理论知识，慢慢给我讲解原理，从那以后，我就对自己的实验非常有信心，因为大部分疑惑都得到解决之后，我对自己的NBFM越来越清晰。我深刻体会到了通信原理设计是一门实践性很强的东西，不仅要学好书本知识，还必须随时把所学知识投入实际应用之中，只有这样，才能达到学习的目的。这次实践中，我感觉到自己掌握的还是太匮乏了，当用到某个知识点时，经常是概念不清。所以，我还是觉得必须很熟练的掌握专业知识，这样才能很顺畅的设计应用、提高效率，考虑问题也会更全面。最重要的是不能完全看框架图也要从公式出发，比如NBFM的正交分量和同相分量的合成公式中往往不能忽略kf的大小，调频灵敏度往往决定了波形的采样精度，总之这次课程设计让我受益匪浅学的很多。五、参考文献1 通信原理基于Matlab的计算机仿真.郭文彬,桑林.北京邮电大学出版社.20062 Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析学习辅导和习题详解.邵玉斌.清华大学出版社.20103 现代通信系统（MATLAB版）. John G. Proakis著,刘树棠译.电子工业出版社.20054 通信原理（第六版）.樊昌信,曹丽娜.国防工业出版社.2006