基于System View的FM系统设计 - 图文

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基于System View的FM系统设计

学生姓名： 指导老师：

摘 要 调频（Frequency Modulation，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System View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；设计和仿真；System View

1引言

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System View加以实现和仿真。

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System View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，最后加入噪声，分析系统的抗噪声性能。

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1.2 课程设计的要求

设计平台为System View集成环境。

在System View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。

在调制解调电路上加入噪声源（高斯白噪声）后，观察解调信号的失真情况并加以分析，要求系统在一定范围内具有良好的抗噪声性能。

独立完成所有的设计。

2 设计原理

2.1 调频信号的产生——直接调频法

通信系统的一般模型 信息源 发送设备 信道 接收设备 受信者 噪声源

调频就是用调制信号控制载波的频率变化。

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

[1]

d?(t)?Kfm(t) dt调频信号的瞬时角频率可以表示为：

?FM(t)??c?Kfm(t) ①

其中?c为载波角频率，m(t)为调制信号，Kf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：

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?FM(t)???FM(t)dt??ct?Kf?m(?)d?

将上式代入①得调频信号为：

SFM(t)?Acos[?ct?Kf?m(?)d?]

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

?i(t)??o?Kfm(t)

若用调制信号作控制电压信号，就能产生FM波，如图2.1：

m(t)VOC图2.1 调频器

sFM(t)

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2.2：

SFM（t）BPFc(t)

Si(t)Sp(t)LPFSd(t)微分mo(t)图2.2 FM信号相干解调

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根据公式可以设调频信号

sFM(t)?Acos?ct?A[Kf?m(?)d?]?(1?cos2?ct)

并设相干载波

c(t)??sin?ct

则相乘器的输出为

AAsp(t)??sin2?ct?[Kf?m(?)d(?)]?(1?cos2?ct)

22经过低通滤波器取出其低频分量

Asd(t)?Kf?m(?)d?

2再经微分器，即得解调输出

mo(t)?AKf2m(t)

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 设计模拟调频与解调系统

利用System View的设计窗口，绘制出模拟信号调频与解调系统流程。由于System View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（Start Time）0 s，停止时间（Stop Time）0.537075 s,时间间隔（Time Spacing）0.0005 s，样本数（No. of Sample）1024，