模拟调制系统中FM的调制与解调教材Word文档格式.docx

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1）传输的信号是连续的，叠加噪声干扰后不易消除，即抗干扰能力较差;

2）不易保密通信;

3）设备不易大规模集成;

4）不适应飞速发展的计算机通信的要求

1.2模拟信号调制解调

模拟通信系统中，调制与解调是通信系统中的重要环节，它使信号发生本质性的变化。

本文主要对线性调制（AM,DSB,SSB）与非线性调制（FM,NBFM）的信号产生（调制）与接受（解调）的基本原理，方法技术加以讨论，并通过SystemView仿真验证常规双边带调幅（AM），双边带调幅（DSB），单边带调幅（SSB），频率调制（FM），窄带频率调制（NBFM）。

通过此软件观察信号的调制与解调过程，并对输出波形进行分析。

模拟调制和解调是实现是实现模拟通信系统的重要组成部分。

调制是将原始电信号变换成其频带适合信道传输的信号；

解调是在接收端将信道中传输的信号还原成原始的电信号；

经过调制后的信号成为已调信号;

发送端调制前和接收端解调后的信号成为基带信号。

因此，原始电信号又称为基带信号，而已调信号又称为频带信号。

模拟信号的调制与解调是通信原理课程的经典内容，也是模拟通信时代的核心技术。

虽然当代技术已发展为数字通信新时代，但模拟信号的调制与解调理论仍然是通信技术中的基础内容之一。

1.3仿真软件简介

1.3.1SystemView软件介绍

1）SystemView是美国ELANIX公司推出的，基于Windows环境的用于系统仿真分析的可视化软件工具。

它界面友好，使用方便。

2）SystemView是一个信号级的系统仿真软件，主要用于电路与通信系统的设计、仿真，是一个强有力的动态系统分析工具盒，能满足从数字信号处理、滤波器设计、直到复杂的通信系统等不同层次的设计，仿真要求。

它可以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合及多速率系统，可用于各种线性、非线性控制系统的设计和仿真。

3）SystemView以模块化和交互式的界面，在大家熟悉的Windows窗口环境下，为用户提供了一个嵌入式的分析引擎。

使用SystemView你只需要关心项目的设计思想和过程，而不必花费大量的时间去编程建立系统仿真模型。

用户只需要使用鼠标器点击图标即可完成复杂系统的建模、设计和测试，而不必学习复杂的计算机程序编制，也不必担心程序中是否存在编程错误。

1.3.2SystemView仿真系统的特点

1）能仿真大量的应用系统

2）快速方便的动态系统设计与仿真

3）在报告中方便地加入SystemView的结论

4）提供基于组织结构图方式的设计

5）多速率系统和并行系统

6）完备的滤波器和线性系统设计

7）先进的信号分析和数据块处理

8）可扩展性

9）完善的自我诊断功能。

SystemView是一个用于电路与通信系统设计、仿真的动态分析工具,它实现了功能的软件化,避开了复杂的硬件搭建,在不具备先进仪器的条件下同样也能完成复杂的通信系统设计与仿真.本文利用SystemView软件设计模拟调制和解调电路,通过分析其输入输出。

1.3.3Multisim简介

Multisim软件是一个专门用于电子线路仿真与设计的EDA工具软件。

作为Windows下运行的个人桌面电子设计工具，Multisim是一个完整的集成化设计环境。

Multisim计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。

学生可以很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来，并且可以用虚拟仪器技术创造出真正属于自己的仪表。

1.3.4Multisim软件特点

（1）直观的图形界面：

整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的一样。

（2）丰富的元器件库：

Multisim大大扩充了EWB的元器件库，包括基本元件、半导体器件、运算放大器、TTL和CMOS数字IC、DAC、ADC及其他各种部件，且用户可通过元件编辑器自行创建或修改所需元件模型，还可通过liT公司网站或其代理商获得元件模型的扩充和更新服务。

（3）丰富的测试仪器：

除EWB具备的数字万用表、函数信号发生器、双通道示波器、扫频仪、字信号发生器、逻辑分析仪和逻辑转换仪外，Multisim新增了瓦特表、失真分析仪、频谱分析仪和网络分析仪。

尤其与EWB不同的是：

所有仪器均可多台同时调用。

（4）完备的分析手段：

除了EWB提供的直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声分析、失真分析、参数扫描分析、温度扫描分析、极点一零点分析、传输函数分析、灵敏度分析、最坏情况分析和蒙特卡罗分析外，Multisim新增了直流扫描分析、批处理分析、用户定义分析、噪声图形分析和射频分析等，基本上能满足一般电子电路的分析设计要求。

（5）强大的仿真能力：

Multisim既可对模拟电路或数字电路分别进行仿真，也可进行数模混合仿真，尤其是新增了射频（RF）电路的仿真功能。

仿真失败时会显示出错信息、提示可能出错的原因，仿真结果可随时储存和打印。

2.设计题目

2.1模拟调制系统中FM的调制与解调

要求：

实现系统级和电路级的仿真结果并同时给出过程分析和说明，并按照学校要求撰写课程设计说明书，提交电子版和纸质的说明书及源程序代码或文件。

备注：

此题为传统的广播，电视通信系统中主要通信技术的原理的验证及仿真，除了进行MATLAB或SystemView环境下的系统仿真，还要进行Multsim、Pspice环境下的电路级仿真。

得分与仿真的数量的质量成正比。

2.2PCM编译码。

PCM编译码原理和基带信号的形成过程

此为传统PSTN电话网中语音模拟信号数字化后的基带数字信号格式，比较编译码前后信号的差异，并和增量调制信号做比较。

3.频率调制系统部分

3.1角度调制基本概念

角度调制与线性调制不同，已调信号频谱不再是原调制信号频谱的线性搬移，而是频谱的非线性变换，会产生与频谱搬移不同的新的频率成分，故又称为非线性调制。

角度调制可分为频率调制（FM）和相位调制（PM）,即载波的幅度保持不变，而载波的频率或相位随基带信号变化的调制方式。

如果载波的频率变化量与调制信号电压成正比，则称为调频（FM）；

如果载波的相位变化量与调制信号电压成正比，则称为调相（PM）。

由于载波频率的变化和相位的变化都表现为载波总相角的变化，因此将调频和调相统称为调角。

本节将介绍频率调制（FM）。

3.2频率调制（FM）

3.2.1FM的调制与解调原理

1）调制原理:

角度调制是用调制信号去控制载波信号角度（频率或相位）变化的一种信号变换方式，信号经过角度调制后，频率结构将发生变化。

也就是说，比如在调频信号中，载波信号的频率随着基带调制信号的幅度变化而变化。

调制信号幅度变大时，载波信号的频率也变大（或变小），调制信号幅度变小时，载波信号的频率也变小（或变大）；

在角度调制中，载波的幅度保持不变。

在模拟调制中，一个连续波有三个参数可以用来携带信息而构成已调信号。

当幅度和相位保持不变时，改变载波的频率使之随未调信号的大小而改变，这就是调频的概念。

①角度调制的一般原理:

其中:

为已调信号的瞬时相位（rad）

为已调信号的瞬时相位偏移（rad）

为已调信号的瞬时角频率（rad/s）

为已调信号的瞬时角频率偏移（rad/s）

频率调制（FM）即已调信号的瞬时角频率偏移随原始基带信号线性变化，亦即：

，其中为调频灵敏度或有

其中，A是载波的振幅，是角度调制信号的瞬时相位，而是瞬时相位偏移;

为信号的瞬时频率，而称为瞬时频率偏移，即相对于的瞬时频率偏移。

其框图如下图所示：

图3-1频率调制系统框图

2）解调原理:

①频率调制的非相干解调（鉴频法）

鉴频器的作用是输出一个与输入信号频率成线性关系的信号，包括斜率鉴频器、锁相环鉴频器、频率负反馈解调器等类型，理想鉴频器可以等效成带微分器的包络检波器。

图3-2频率调制鉴频法原理图

r过微分器：

解调输出：

其中：

为鉴频器灵敏度

鉴频器的缺点是对信道噪声以及其他因素引起的已调信号幅度畸变有反应，故常在鉴频器前加限幅器和带通滤波器。

在小信噪比情况下，由于鉴频器的非线性解调作用，FM信号的解调存在门限效应。

FM解调器就是所谓的积分鉴频器或积分检波器。

如下图所示，

图3-3FM解调器原理图

输入的调频信号被连接到乘法器的一个输入端。

经过一个耦合电容与一个LC并联谐振回路组成的移相电路产生正交信号，作为乘法器的另一个输入。

电容及谐振回路的相移可以用简单的延迟电路来产生。

该延迟电路可以产生相当于载波信号四分之一周期的延迟。

4.仿真模型

4.1系统级仿真

本模型是将一个声音文件（.WAV）表示的信号通过FM调制，再经过一个具有高斯噪声的信道传输，然后用延迟积分鉴频器将声音解调出来。

4.1.1仿真电路原理图

图4-1设计模型图

4.1.2模块说明及参数设置：

（1）模块0：

SourceLibrary

说明：

该模块是一个信号源，通过外部文件输入一个.wav的音频信号，然后被系统重新采样3倍后输出。

WAV1ch：

WindowsXP电话拨入声.wav

16-bitWAV1channel16位的1声道wav文件

AudioRate=22050Hz音频22050Hz

AudioPlayer=Off关闭播放器

Pad=3samples每节拍3倍采样频率

Padwithlastvalue

Startsample=1

Token=0

（2）模块5：

OperatorLibrary

该模块是一个巴特沃思低通滤波器，截止频率为5000Hz，将输入的波形滤掉高频部分后输出。

LinearSysButterworthLowpassIIR3Ploes

Fc=5000Hz截止频率为5000Hz

Quantbits=none

Initcndtn=Transient

Dspmodedisabled数字调制

Toke5

（3）模块1：

FunctionLibrary

该模块是一个FM调制器，将输入的信号进行频率调制，从而获得10倍的增益输出。

Freqmod

Amp=1v振幅为1v

Freq=5000Hz频率为5000Hz

Phase=0deg

ModGain=10Hz/v调制增益为10Hz/V

Output0=quadrature（sin）t6

Output1=In-Phase（Cos）

Token1

（4）模块7：

GaussNoise

该模块是一个加噪模块，给