基于SystemView的調(diào)頻信號(hào)的調(diào)制解調(diào)仿真

模擬通信系統(tǒng)中，常對(duì)消息進(jìn)行兩種變換。第一種變換：將消息變?yōu)樵茧娦盘?hào)，由于原始電信號(hào)通常具有很低的頻率分量，一般不宜直接傳輸；第二種變換：將原始電信號(hào)(基帶信號(hào))變?yōu)檫m合信道傳輸?shù)念l帶信號(hào)，在接收端再進(jìn)行相反變換。這種變換和反變換通常稱(chēng)為調(diào)制和解調(diào)。調(diào)制解調(diào)技術(shù)在現(xiàn)代通信系統(tǒng)中起著十分重要的作用，他直接影響通信的質(zhì)量和速度。調(diào)頻信號(hào)是模擬調(diào)制系統(tǒng)中最常用的調(diào)制信號(hào)，如何高效準(zhǔn)確地從調(diào)頻信號(hào)中解調(diào)出原來(lái)原始信號(hào)是當(dāng)今研究的一個(gè)重要課題。

1 鑒頻基本原理

鑒頻也就是將調(diào)頻信號(hào)的頻率ω(t)=ωc+△ω(t)與載波頻率ωc作比較，得到差頻△ω(t)=△ωmf(t)，從而實(shí)現(xiàn)頻率檢波。在頻率控制系統(tǒng)(AFC)中，頻率檢波電路必不可少。頻率檢波的框圖可用圖1表示。輸入信號(hào)u1和u2的頻率ω1，ω2被送到頻率相減電路中相減，其差頻△ω=ω1-ω2被放大器放大，輸出電壓u0=k△ω，他正比于頻差。從而實(shí)現(xiàn)頻率檢波。

由此可見(jiàn)，頻率檢波是頻率／電壓變換器。常用的檢波方法主要有兩種：一種是利用線性網(wǎng)絡(luò)變換方法實(shí)現(xiàn)，簡(jiǎn)稱(chēng)直接法；另一種是利用反饋控制原理(鎖相環(huán))實(shí)現(xiàn)頻率檢波，稱(chēng)其為間接法。前者有兩種形式：

振幅鑒頻法 將調(diào)頻信號(hào)通過(guò)一個(gè)線性的頻幅轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)，即將調(diào)頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為既調(diào)頻又調(diào)幅的FM-AM波，就可通過(guò)包絡(luò)檢波器解調(diào)此調(diào)頻信號(hào)。典型有：直接時(shí)域微分法、斜率鑒頻法等。

相位鑒頻法 將調(diào)頻信號(hào)通過(guò)一個(gè)具有線性的頻-相轉(zhuǎn)換的相移網(wǎng)絡(luò)，將等幅的調(diào)頻信號(hào)變成相位也隨瞬時(shí)頻率變化的、既調(diào)頻又調(diào)相的FM-PM波。把此波和原來(lái)的調(diào)頻信號(hào)一起加到鑒相器(相位檢波器)上，就可解調(diào)此調(diào)頻信號(hào)。有乘積型和疊加型兩種形式。

2 仿真設(shè)計(jì)框圖及原理

由圖2可見(jiàn)，設(shè)計(jì)采用相移乘積型鑒頻法。圖中移相網(wǎng)絡(luò)采用LC諧振回路，如圖3所示。

設(shè)圖3輸入電壓為U1，輸出電壓為U2，下面對(duì)移相網(wǎng)絡(luò)的特性作以簡(jiǎn)單分析。

令ω0=1／L(C1+C2)，QL=R／(ω0L)=Rω0(C1+C2)，則當(dāng)在ω0附近變化時(shí)，上式可化簡(jiǎn)為：

式中ε為廣義失諧量。可得網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性K(ω)和相頻特性φ(ω)分別為：



其特性曲線如圖3(b)所示。當(dāng)ω變化較小，即arctanεπ／6時(shí)，tanε△ε。此時(shí)：

對(duì)于輸入調(diào)頻信號(hào)來(lái)說(shuō)，其瞬時(shí)頻率ω(t)=ωc+△ω(t)=ωc+kfuΩ(t)。因此要求相移網(wǎng)絡(luò)的ω0=ωc，則：

上式表明，當(dāng)輸入為調(diào)頻波時(shí)，經(jīng)移相網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的調(diào)頻調(diào)相波的相位隨瞬時(shí)頻率變化。

故若乘法器的輸入信號(hào)均為小信號(hào)，且當(dāng)2QLkfuΩ(t)／ωcπ／6時(shí)，則：

3 基于SystemView系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

SystemView軟件是美國(guó)ELANIX公司推出的，基于Windows環(huán)境的用于系統(tǒng)仿真的可視化工具。SystemView的圖符資源豐富?；編?kù)(Main Library)和專(zhuān)業(yè)庫(kù)(Optional Library)?；編?kù)中包括加法器、乘法器、多種信號(hào)包括源、接收器、各種函數(shù)運(yùn)算符等；專(zhuān)業(yè)庫(kù)有邏輯(Logic)、數(shù)字信號(hào)處理(DSP)、通信(Communication)、射頻／模擬(RF／Analog)等功能圖符。圖4所示為用SystemView設(shè)計(jì)的FM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

4 仿真結(jié)果

對(duì)圖4所示的調(diào)頻解調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果如圖5和圖6所示。調(diào)頻信號(hào)在單音調(diào)制時(shí)為一個(gè)等幅的疏密波形，經(jīng)移相網(wǎng)絡(luò)變?yōu)檎{(diào)頻調(diào)相波(振幅亦有起伏)，經(jīng)乘法器和調(diào)頻信號(hào)相乘，再經(jīng)低通濾波器，便可還原原調(diào)制信號(hào)。

5 結(jié) 語(yǔ)

解調(diào)技術(shù)是信號(hào)處理的關(guān)鍵技術(shù)，通過(guò)對(duì)調(diào)頻信號(hào)的解調(diào)仿真可以看出，相移乘積型鑒頻法可以很好地從調(diào)頻信號(hào)中解調(diào)出原來(lái)原始信號(hào)。