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

模擬通信系統(tǒng)中，常對消息進(jìn)行兩種變換。第一種變換：將消息變?yōu)樵茧娦盘?，由于原始電信號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(基帶信號)變?yōu)檫m合信道傳輸?shù)念l帶信號，在接收端再進(jìn)行相反變換。這種變換和反變換通常稱為調(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)頻信號是模擬調(diào)制系統(tǒng)中最常用的調(diào)制信號，如何高效準(zhǔn)確地從調(diào)頻信號中解調(diào)出原來原始信號是當(dāng)今研究的一個重要課題。

1 鑒頻基本原理

鑒頻也就是將調(diào)頻信號的頻率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。從而實現(xiàn)頻率檢波。

由此可見，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)變換方法實現(xiàn)，簡稱直接法；另一種是利用反饋控制原理(鎖相環(huán))實現(xiàn)頻率檢波，稱其為間接法。前者有兩種形式：

振幅鑒頻法 將調(diào)頻信號通過一個線性的頻幅轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)，即將調(diào)頻信號轉(zhuǎn)化為既調(diào)頻又調(diào)幅的FM-AM波，就可通過包絡(luò)檢波器解調(diào)此調(diào)頻信號。典型有：直接時域微分法、斜率鑒頻法等。

相位鑒頻法 將調(diào)頻信號通過一個具有線性的頻-相轉(zhuǎn)換的相移網(wǎng)絡(luò)，將等幅的調(diào)頻信號變成相位也隨瞬時頻率變化的、既調(diào)頻又調(diào)相的FM-PM波。把此波和原來的調(diào)頻信號一起加到鑒相器(相位檢波器)上，就可解調(diào)此調(diào)頻信號。有乘積型和疊加型兩種形式。

2 仿真設(shè)計框圖及原理

由圖2可見，設(shè)計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，下面對移相網(wǎng)絡(luò)的特性作以簡單分析。

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

式中ε為廣義失諧量?？傻镁W(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，tanε△ε。此時：

對于輸入調(diào)頻信號來說，其瞬時頻率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，經(jīng)移相網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的調(diào)頻調(diào)相波的相位隨瞬時頻率變化。

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

3 基于SystemView系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

SystemView軟件是美國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?Main Library)和專業(yè)庫(Optional Library)?；編熘邪臃ㄆ鳌⒊朔ㄆ?、多種信號包括源、接收器、各種函數(shù)運算符等；專業(yè)庫有邏輯(Logic)、數(shù)字信號處理(DSP)、通信(Communication)、射頻／模擬(RF／Analog)等功能圖符。圖4所示為用SystemView設(shè)計的FM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

4 仿真結(jié)果

對圖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)頻信號在單音調(diào)制時為一個等幅的疏密波形，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)頻信號相乘，再經(jīng)低通濾波器，便可還原原調(diào)制信號。

5 結(jié) 語

解調(diào)技術(shù)是信號處理的關(guān)鍵技術(shù)，通過對調(diào)頻信號的解調(diào)仿真可以看出，相移乘積型鑒頻法可以很好地從調(diào)頻信號中解調(diào)出原來原始信號。