通信原理_FM广播接收_gnuradio+USRP N320

一、原理简介

1、调频广播

调频广播是将音频信号信息调制到高频率的无线电频率上，高频无线电的频率随着音频信号的变化而发生变化；再利用无线电波在空中进行远距离传播的特性进行无线广播；接收端进行频率解调恢复原始音频信号。我国调频广播的范围是87~108MHz。
为了将音频信号利用电磁波进行广播发射，首先对音频信号进行信号采集，然后再变成数字音频信号。再将数字音频信号进行调频处理，最后通过口袋实验室设备将调频后的信号从空中无线发射出去。

2、FM调制解调
频率调制是一种使受调波瞬时频率随调制信号而变的调制方法，这种方法产生的无线电波叫调频波,其基本特征是载波的振荡幅度保持不变，振荡频率随调制信号而变。已调信号的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，即非线性调制，与幅度调制相比突出的优点是其较高的抗噪声性能。

FM调制分为窄带FM调制和宽带FM调制。在长距离高质量的通信系统中，如微波或卫星通信、调频立体声广播、超短波电台等多采用宽带调制。
本次实验中直接使用了gnuradio中的宽带FM发射机与接收机模块：
①宽带FM发射机（WBFM Transmit）由三部分组成：FM解调、FIR抽取滤波器、FM去加重。

②宽带FM接收机（WBFM Receive）也由三部分组成：FIR插值滤波器、FM预加重、FM调制。

3、预加重和去加重
预加重：随着信号速率的增加，信号在传输过程中受损很大，为了在接收终端能得到比较好的信号波形，就需要对受损的信号进行补偿，预加重技术的思想就是在传输线的始端增强信号的高频成分，以补偿高频分量在传输过程中的过大衰减。而预加重对噪声并没有影响，因此有效地提高了输出信噪比。
去加重：去加重是相对于预加重而言的。预加重后的信号在分析处理之后需要进行去加重处理，即加上-6dB/倍频程下降的频率特性来还原成原来的特性。

预加重和去加重是在数字音频处理中常用的信号处理技术。预加重是在信号处理前增强高频信号的技术，而去加重是在信号处理后减弱高频信号的技术。

在录制或传输音频信号时，信号中的高频成分会因传输介质（如空气、磁带等）的特性而被衰减。这会导致原始信号的高频部分相对于低频部分变得更加弱化，从而降低了信号的质量和清晰度。预加重和去加重的目的是通过调整信号的高频部分，使得信号在传输过程中能够保持更好的质量和清晰度。

预加重是在信号处理前增强高频信号的技术。预加重的过程可以通过增加高频成分的振幅或减少低频成分的振幅来实现。这样可以在信号处理后恢复信号中原始的高频成分。在数字音频处理中，预加重通常是在模拟信号数字化后进行的，以便在数字信号处理中增强高频信号。

去加重是在信号处理后减弱高频信号的技术。这个过程通过减弱信号的高频成分来抑制信号中的高频噪声和失真，从而提高信号的质量和清晰度。去加重可以通过一个低通滤波器来实现，低通滤波器会通过抑制高频成分来减弱信号的高频部分。

二、实验过程

1、搭建“FM信号接收流图”，设置合适的接收频率，接收FM广播信号并播放声音。

USRP Source模块配置天线接收FM广播信号并下变频到零中频；宽带FM接收机模块实现FM解调；采样率变换模块用来调整解调信号采样率；音频新宿模块配置声卡播放解调信号；频谱仪模块观察接收信号频谱。

2、搭建“FM信号发射流图”，读取wav格式的音频文件，并进行FM宽带调制（需将发射频率设置为干净的频段），经天线发射出去，然后通过设置合适的频点和收发增益，实现两台设备间音频信号的FM收发。
设置WBFM Transmit模块中正交率为800k（输出流的采样率），预加重时间为75u，最大偏差75k。

关于流图中模块的具体作用，可以在这里搜索查看