基于SystemView 的FM 语音通信系统设计.docx

基于SystemView 的FM 语音通信系统设计.docx

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基于SystemView的FM语音通信系统设计

基于SystemView的FM语音通信系统设计

学生姓名

朱春来

学号

2012101129

所在学院

通信工程学院

专业名称

通信工程

班级

2012级1班

指导教师

景文芳、段恒利

成绩

四川师范大学成都学院

二○一五年六月

基于SystemView的FM语音通信系统设计

内容摘要：

调频（FrequencyModulation，缩写：

FM）是一种以载波的瞬时频率变化来表示信息的调变方式。

在模拟应用中，载波的频率跟随输入信号的幅度直接成等比例变化。

调频技术通常运用在高频段VHF无线电上的高保真无线电音乐和语音的传送。

本课程设计主要是实现模拟信号的调频过程，同时对已调信号加以解调。

设计通过SystemView软件实现系统的设计和仿真，最后仿真效果与理论分析一致。

关键词：

调频解调设计SystemView

BasedontheClanguagelibrarymanagementsystemprogramdesign

Abstract：

FM（ModulationFrequency,FM）isakindofvariablefrequencymodulationmethodwhichisbasedontheinstantaneousfrequencyofthecarrier.Inthesimulation,thefrequencyofthecarrierwaveisproportionaltotheamplitudeoftheinputsignal.FMtechnologyisusuallyusedinthehighfrequencysectionofthehighfidelityradioVHFradiomusicandvoicetransmission.ThiscourseisdesignedtoachievetheanalogsignaloftheFMprocess,atthesametime,thesignalhasbeenmodulated.DesignandSimulationofthesystemthroughtheViewSystemsoftware,thesimulationresultsareconsistentwiththetheoreticalanalysis.

Keywords：

FrequencymodulationDemodulationDesignSystemView

目录

前言1

1绪论1

1.1课程设计的目的1

1.2课程设计的要求1

2设计原理1

2.1调频信号的产生——直接调频法1

2.2调频信号的解调——相干解调3

3设计步骤4

3.1设计模调频与解调系统4

3.2调制信号、调频信号、解调信号的波形分析6

4出现的问题及解决方法7

4.1设计中出现的问题7

4.2解决方法7

5结束语8

参考文献9

基于SystemView的FM语音通信系统设计

前言

信号调制的本质是频谱的搬移，把携带基带信号的频谱搬移到较高的频带上，适于信道的传输。

模拟信号的调频（FM），即已调信号瞬时角频率受基带信号的控制而改变的调制过程，调频信号的瞬时频率与基带信号呈线性关系。

已调信号频谱不会是原调制信号频谱的线性搬移，而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。

本课程设主要是设计一个模拟信号的调频以及相干解调系统的传输过程，同时运用SystemView加以实现和仿真。

1绪论

1.1课程设计的目的

首先要深入了解模拟信号调频以及解调的原理，同时掌握SystemView平台的使用，然后设计模拟系统的传输过程并仿真，观察调制信号与解调信号的波形，以及已调信号与调频信号的频谱变化。

1.2课程设计的要求

设计平台为SystemView集成环境。

在SystemView下构建调制解调电路，运行仿真后，观察解调信号与调制信号的波形并分析，要求解调后的波形与调制波形基本一致。

同时观察调制前后的信号频谱变化并分析，要求符合调频信号的频谱非线性搬移特性。

2设计原理

2.1调频信号的产生——直接调频法

图2-1通信系统的一般模型

调频就是用调制信号控制载波的频率变化[1]。

所谓频率调制（FM），是指瞬时频率偏移随限制信号吗m（t）成比例变化，即

调频信号的瞬时角频率可以表示为：

①

其中

为载波角频率，

为调制信号，

为频偏常数（调制常数），表示调频器的调制灵敏度，此时调频信号的相位为：

将上式代入①得调频信号为：

调频信号的产生这里主要介绍了直接调频法。

直接调频就是用调制信号直接去控制载波振荡器的频率，使其按调制信号的规律线性地变化。

可以由外部电压控制振荡器频率的叫做压控振荡器（VCO）。

每个压控振荡器自身就是一个FM调制器，因为它的振荡频率正比于输入控制电压，即

若用调制信号作控制电压信号，就能产生FM波，如图2-2：

图2-2调频器

若被控制的振荡器是LC振荡器，则只需控制振荡回路的某个电抗元件（L或C），使其参数随调制信号变化。

目前常用的电抗元件是变容二极管。

用变容二极管实现直接调频，由于电路简单，性能良好，已成为目前最广泛采用的调频电路之一。

在直接调频法中，振荡器与调制器合二为一。

这种方法的主要优点是在实现线性调频的要求下，可以获得较大的频偏；其主要缺点是频率稳定度不高。

2.2调频信号的解调——相干解调

由于调频信号可以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，如图2-3：

图2-3FM信号相干解调

根据公式可以设调频信号

并设相干载波

则相乘器的输出为

经过低通滤波器取出其低频分量

再经微分器，即得解调输出

可见，相干解调可以恢复原调制信号。

这种解调方法需要本地载波与调制载波同步，否则将使解调信号失真。

3设计步骤

3.1设计模调频与解调系统

利用SystemView的设计窗口，绘制出模拟信号调频与解调系统流程。

由于SystemView系统是一个离散时间系统[4]。

在每次系统运行之前，首先需要设定一个系统频率。

仿真各种系统运行时，先对信号以系统频率进行采样，然后按照系统对信号的处理计算各个采样点的值，最后在输出时，在观察窗内，按要求画出各个点的值或拟合曲线。

本次系统的时间设置为：

起始时间（StartTime）0s，停止时间（StopTime）0.537075s,时间间隔（TimeSpacing）0.0005s，样本数（No.ofSample）1024，具体在SystemView中实现如图3-1：

图3-1时间设置

设置系统时间之后，就利用设计窗口绘制模拟信号的调频与解调的SystemView模型，设计参数如下：

图符0：

调制信号，设置为正弦曲线，振幅为1v,，频率为10Hz，初始相位为0；

图符1：

调频器，振幅为1v，频率为100Hz，相位为0，增益为50Hz/v。

SystemView中提供的调频器实现了系统的调频过程，相当于原理中直接调频法中的压控振荡器。

图符2：

带通滤波器，滤波器类型为切比雪夫带通滤波器，滤波器阶数为5，最低频率为80Hz，最高频率为120Hz。

带通滤波器是为了让调制信号顺利通过，同时滤除带外噪声及高次谐波分量。

图标3：

乘法器，将已调信号与相干载波相乘。

图标4：

相干载波源，参数设置为幅度0.05v，频率为100Hz，相位为0。

图标5：

反相器，相干载波源提供信号，再通过反相器得到系统所需相干载波。

图标6：

低通滤波器，滤波器类型为切比雪夫，阶数为5，低通频率为25，通过低通滤波器，取出相乘器输出信号的低频分量。

图标7：

微分器，增益为1，信号的低频分量经过微分器，即可得到解调信号。

图标8,9,10：

信号接收器。

图标11：

延时器，延时0.06s，对调制信号延时，主要是使仿真后的调制波形和调制波形吻合，即信号波形重合，起始端接近。

综上所述，设计系统首先通过信号源（图标0），提供调制信号，然后信号通过调频器（图标1），对调制信号进行调制，得到调频信号。

接下来，调频信号进入相干解调部分。

调频信号经过一个带通滤波器（图标2）滤除调制信号中的外带噪音和高次谐波分量，然后加入一个相干载波与调频信号相乘。

相干载波由信号源（图标4）通过反相器（图标5）得到。

相乘后的信号经过低通滤波器（图标6），取出低频分量，在经过微分器（图标7），即得到解调输出。

具体在SystemView中实现，如图3-2所示：

图3-2模拟信号调制与相干解调的SystemView模型

3.2调制信号、调频信号、解调信号的波形分析

运行SystemsView模拟信号调频与解调模型以后，可以得到如图3-3所示的调制信号与解调信号：

图3-3调制信号与解调信号

由图3-3的调制信号与解调信号效果图可以明显的看出调制信号与解调信号基本重叠，仅是起始端有些细微的差别，这是因为解调系统在此时还未能进入状态，还未能对信号进行正确的解调，从图中可以看出经过很短的时间，相干解调系统就实现了对信号的正确解调。

因此可以证明系统的设计是成功的。

同时从调频信号的时域波形（图3-4）可以明显的看出，调制信号的频率明显增高，这完全符合引言中对于调制本质的描述，调制的本质就是把携带基带信号的频谱搬移到较高的频带上。

图3-4调制信号时域波形

综上所述，本次设计的模拟调频与相干解调系统实现了信号的调制与解调的过程，仿真波形与频谱也符合原理的描述。

4出现的问题及解决方法

4.1设计中出现的问题

（1）设计初，不熟悉本次设计的设计平台SystemView的使用。

（2）设计初，对于FM的原理了解得不够深入。

（3）设计系统传输过程时不知道应该选择非相干解调还是相干解调。

（4）在运用SystemView设计系统模型时，运行出来的波形不是很理想。

4.2解决方法

（1）仔细研读老师法给我们的辅助教材，同时请教班上已经对此软件熟悉的同学，最后基本能独立利用此软件设计实现设计系统。

（2）深入理解通信原理课本，并研读一些通信原理方面的辅助材料，加深了对模拟信号调频原理的理解。

并对FM调制有了更深一步的了解。

（3）调频信号的解调有相干解调和非相干解调两种解调方式，由于相干解调的同步信号限制，故应用范围较小，实际中一般采用非相干解调，并且非相干解调的抗噪声性能较好。

起初计划选择非相干解调，但是鉴频器的设计遇到了阻碍，微分器以及包络检波器的设计始终无法达到理想的要求，最后尝试了相干解调法，解调波形满足设计要求。

（4）系统的解调波形与调制信号不能很好的吻合，不能明显地看出解调效果，加入一个延迟器，解决了这一问题。

5结束语

经过一个星期的准备与学习，直到今天论文的结束，我的感触颇深。

从看到课程设计题目的第一天，脑袋里只有一些零碎的模拟调频概念，到上网查询，翻阅书籍，请教同学，请教老师，一步一步，我完成了自己的课题。

通过这次设计，我再一次深刻的体会到‘世上无难事，只怕有心人’。

刚刚看到课题的那一刻，我真的找不到一点头绪，对于设计系统的原理只是一知半解，对于我们要使用的SystemView完全不熟悉。

于是我一方面开始上网查询一些有于SystemView的资料，下了一些Syst