调频立体声广播系统的建模与仿真

《通信系统建模与仿真》实训报告调频立体声广播系统的建模与仿真院别：目录1概述............................................................................................................................12设计要求.....................................................................................错误!未定义书签。2.1调频立体声广播的调制...................................................错误!未定义书签。2.2调频立体声的非相干解调...............................................错误!未定义书签。3设计方案.....................................................................................错误!未定义书签。3.1发射机设计方案................................................................错误!未定义书签。3.2接收机设计方案................................................................错误!未定义书签。4总结...........................................................................................................................115致谢.........................................................................................................................1126参考文献.................................................................................................................11211概述本设计是调频广播系统是小功率无线调频广播播发系统的开路无线电广播具有效果好，成本低，使用便捷，维修方便等特点，小功率无线广播系统是由发射和接收两部分组成，发射与接收的性能优劣决定着调频广播的收听效果。由多条声音信息通道来传输声音信息，使还原时呈现空间声像的广播技术。常用的为二通道。由于立体声信号频带宽，信号质量要求高，通常采用调频方式传输。收听时也需配置两个通道，甚至采用环绕声喇叭，可获得有空间层次的立体声效果。2设计要求2.1调频立体声广播的调制在单声道传输中，接收机的每个扬声器都再生出同一个信息。虽然可以用特殊的扬声器将信息频率分开，但是不能在空间上将单声道声音分开。整个信息信号好像来自同一个方向。为了使聆听者具有身临其境的感觉，（其中包括了对声音频率和幅度的真实再现），所以我们要采用立体声广播。调频立体声广播中，声音在空间上被分成两路音频信号，一个左声道信号L，一个右声道信号R，频率都在50HZ~15KHZ，左声道和右声道相加形成和信号(L+R)，相减形成差信号（L-R）。在调制之前，差信号（L-R）先对38KHZ的副载波进行抑制载波双边带调制，然后与和信号(L+R)进行频分复用后，作为FM立体声广播的基带信号进行调制。将导频取为19KHZ而不是38KHZ的原因是：19KHZ的导频更容易从接收端的频分复用信号中分离出来。原理框图为：2图1.2.1立体声广播信号的形成2.2调频立体声广播的非相干解调接受立体声广播后先进行鉴频，得到频分复用信号。再对频分复用信号进行相应的分离，已恢复出左声道L右声道R。原理框图如下：图1.2.2立体声广播信号的解调其中，BPF的作用是抑制调频信号带宽以外的噪声；限幅器的作用是消除信道中的噪声和其他原因引起的调频波的振幅起伏；鉴频器有半波整流器和低通滤波器构成。++38KHZ振荡器19KHZ振荡器衰减+调频调制器输出R右声道左声道LL+R一+BPF及其限幅器鉴频器LPF0~15KHZBPF23KHZ~53KHZ导频滤波19KHZ2LPF0~15KHZ++LRL-R33设计方案3.1发射机设计方案我们根据MATLAB设计图纸，进行调制出图1.调频立体声发射机建模与仿真（1）仿真模型：根据立体声广播信号形成原理，可建立调频立体声发射机仿真模型如图3.1.1所示。用SignalGenerator和Voltage-ControlledOscillator模块产生的500Hz~15kHz之间的扫频信号作为音源，并通过两个参数不同的滤波器来模拟不同的传输路径特性。得出的左右两路信号经过相互加减、平衡调制和导频叠加之后得出立体声基带信号，最后通过Zero-OrderHold和SpectrumScope模块将其频谱显示出来。图3.1.1调频立体声发射机仿真模型（2）参数设置：图中各模块参数设置如下：信号发生器：产生振幅为1、频率为10Hz的正弦波。压控振荡器：输出振幅为1、静态频率为500Hz和15kHz的中间点、输入灵敏度为(15kHz-500Hz)/2。带通滤波器：通带为1.5kHz~15kHz的1阶Butterworth带通滤波器。低通滤波器：截止频率为5kHz的1阶Butterworth低通滤波器。4频谱示波器：缓存长度1024、缓存交叠512、FFT长度512、谱平均点数2、显示器位置get(0,'defaultfigureposition')、频率单位Hertz、频率范围[0…Fs/2]、幅度刻度Magnitude-squared、输入信号采样时间Inheritsampleincrementfrominput、Y轴最小刻度-5、Y轴最大刻度150。图3.1.2信号发生器图3.1.2发射机压控震荡器5图3.1.3带通滤波器图3.1.4低通滤波器6图3.1.5频谱示波器（a）图3.1.6频谱示波器（b）图3.1.7频谱示波器（c）7图3.1.8二倍锁相环电路（3）仿真结果：仿真步长设置为1/1e6，仿真运行结果如图所示。图1.1.2仿真运行结果3.2调频立体声接收机建模与仿真（1）仿真模型：根据立体声广播信号形成原理和立体声广播信号解调原理，可建立调频立体声发射机、接收机仿真模型如图3.2.1所示。图中子系统“发射机”就是对图3.1.1中虚线所围部分的封装，左右声道测试信号的产生与发射机相同，为了进行比较，在此用示波器显示出原始左右声道信号。立体声副信号解调的载波是通过对导频的二倍频锁相环电路来提取的（图3.1.8），模型8中设置了一手动切换开关来模拟锁相环失锁情况。图3.2.1调频立体声接收机仿真模型（2）参数设置：发射机模块内部及之前各模块参数设置与调频立体声发射机相同；接收机部分各滤波器的通带设置请参照图3.2.2；压控振荡器：输出振幅为1、静态频率为38kHz、输入灵敏度为500；计数器：最大计数值和原始值分别设成1和0，以便对振荡器输出的38kHz波形进行2分频得到19kHz波形，与提取的导频进行相位比较。图3.2.2接收机压控振荡器9图3.2.3计数器模块（3）仿真结果：仿真步长设置为1/1e6。把手动开关打到下面，系统运行在同步方式下，仿真运行结果如图1.1.4（a）和１.1.4(b)所示。由图可知，接收信号与发送信号波形一样，即实现正确解码。当把手动开关打到上面时，系统运行在失步状态下，仿真运行结果如图1.1.5所示。通过比较发送信号和接收信号波形，可发现解码后的信号与原信号差别很大，即解码错误（4）开关向下连接时：图3.2.4（1）示波器110图3.2.4（2）示波器2开关向上连接时:图3.2.5（3）示波器23.2.6同步时调频立体声解码测试结果11（a）示波器1显示的发送信号（b）同步时示波器2显示的输出信号3.2.7失步时调频立体声解码测试结果4总结我们学习了MATLAB，通过MATLAB我们做了一系列的仿真设计，通过这些设计我们学习到了一些关于通信方面的知识，根据此软件我们做了一个调频立体声广播系统的通信设备，利用MATLAB通过画图，自己编写程序，通过软件进行调试然后调试成功出结果，通过此结果做出相应的论文进行教学答辩得到一些相应的知识，进行了自我提高对我们有很大帮助！在实习的过程中我学到了做任何事情所要有的态度和心态，首先我明白了做学问要一丝不苟，对出现的任何问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决，在做事情的过程中要有耐心和毅力，只要坚持做就可以找到思路去解决问题。通过这次课程设计，提高了我的主动学习的能力。因为我们这次实验的完成，必须自己学会如何使用这个软件，其实还要学习所做的实验的理论和原理，在此基础上还有可能对实验进行扩展。通过这次课程设计，学到的理论知识得到了证实，是我对于这门课的学习有的更深的认识和更浓厚的学习兴趣。125致谢感谢老师多次以来的帮助跟指导，感谢学校对我们的信任跟培养为我们提供了优质的教学器材，谢谢！6参考文献[1]邵玉斌.Matlab/simulink通信系统建模与仿真实例分析[M].北京:清华大学出版社,2009.[2]陈建国.调频立体声收音机[M].河南:河南科学技术出版社,1998.[3]鲁廉.调频立体声收音机——原理、维修与测试[M].北京:电子工业出版社[4]罗兵卫.《SystemView动态系统分析与通信系统仿真设计》[M].西安电子出版社，2001.