elabradio实践篇——案例1：FM立体声调频广播系统仿真

一、理论基础

（一）调频

我们先来回顾一下调频波的瞬时表达式：

从理论分析上已经证明，调频波的频谱是由载频wc和无数对边频（wc±nΩ）组成。其中n为任意正整数。也就是说，调频波的边频有无限多个，因而频带也为无限宽，相邻边频之间的间隔等于调制信号频率Ω。但是实际上调频波能量的绝大部分是集中在载频附近的一些边频中。

由上述公式可以看出调频波的频带宽度主要取决于调制信号的最高频率，在频偏受限的情况下调频指数也由调制频率确定，调频频率低时，调频指数较高，调制频率高时，调制指数较低。最低即为Fmax=15KHz，mf=5。由于调频指数mf随着调制频率的升高而减小，因此表现在接收效果上调制音频的高端信噪比比较差，针对调频发射机的这一缺点，专门采用了预加重与去加重技术来改善高端信噪比。详细内容可以参考：https://blog.csdn.net/daviddou2022/article/details/145794874

相比调幅广播，调频广播具有以下特点和优势：

1、没有信号串扰现象

调频广播使用超高频波段，只能在视距范围内传播，在视距范围外信号迅速衰落，相近频率电台间的电台之间不易串扰，有利于频谱的高效利用。

2、信噪比好

外界存在的如荧光灯、电气设备等产生火花脉冲类信号都技艺对调幅信号形成干扰，因为它叠加在信号幅度上，因此很难排除。而调频信号是等幅的电波，接收信号可以通过限幅放大来恢复，并且因为调制度大，所以信噪比好。除此之外，在超高频波段，外部能产生的噪声也小，所以可以实现高信噪比的优质广播。

3、动态范围宽

调频广播本身信噪比高，实际动态范围可达60dB以上，可以较好地表现一般音乐信号，适合于各类节目播出。

4、可以进行立体声广播

因为调频广播具有以上高信噪比、宽动态范围和能够进行高保真度广播的优越特性，所以可以由一部发射机进行高质量的双声道立体声广播。

（二）调频立体声广播

从调频方式来讲，单声和立体声都是一样的。调频立体声广播关键要解决的问题是如何把左右两个声道分别录制的音频信号送入调制器，而且同时要考虑好接收端如何恢复解调出左右两路信号，因为立体声重放系统要求左右两路信号独立。

这里有一个前提条件，即经过立体声调制后的信号，首先要兼容普通单声道收音机的收听，并且调制度、信噪比等技术指标降幅不能太大。

经过数十年的努力和实践，目前双声道立体声调频广播的制式趋向统一，即大多数国家都采用了调频——调幅（即称为导频制的GE-Zenith）制式。

FM立体声广播中，声音在空间上分为两路音频信号，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）。在调频之前，差信号（L-R）先对38KHz的副载波进行抑制载波双边带（DSB-SC）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，形成如5-38图所示。

0kHz~15kHz用于传送（L+R）信号，23kHz~53kKz用于传送（L-R）信号，59kHz~75kHz用作辅助通道。（L-R）信号的载波频率为38kHz，在19kHz处发送一个单频信号，用于接收端提取相干载波和立体声提示。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。在普通调频广播中，只发送0kHz~15kHz的（L+R）信号。

接收立体声广播后进行鉴频，得到频分复用信号。对频分复用信号进行相应的隔离，恢复出左声道和右声道的信号，原理如下图所示：