基于SystemView的調頻信號的調制解調仿真

模擬通信系統中，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合信道傳輸的頻帶信號，在接收端再進(jìn)行相反變換。這種變換和反變換通常稱(chēng)為調制和解調。調制解調技術(shù)在現代通信系統中起著(zhù)十分重要的作用，他直接影響通信的質(zhì)量和速度。調頻信號是模擬調制系統中最常用的調制信號，如何高效準確地從調頻信號中解調出原來(lái)原始信號是當今研究的一個(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(shí)現頻率檢波。在頻率控制系統(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(shí)現頻率檢波。

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(xiàn)性網(wǎng)絡(luò )變換方法實(shí)現，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 將調頻信號通過(guò)一個(gè)線(xiàn)性的頻幅轉換網(wǎng)絡(luò )，即將調頻信號轉化為既調頻又調幅的FM-AM波，就可通過(guò)包絡(luò )檢波器解調此調頻信號。典型有：直接時(shí)域微分法、斜率鑒頻法等。

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

2 仿真設計框圖及原理

由圖2可見(jiàn)，設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(jiǎn)單分析。

令ω0=1／L(C1+C2)，QL=R／(ω0L)=Rω0(C1+C2)，則當在ω0附近變化時(shí)，上式可化簡(jiǎn)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(xiàn)如圖3(b)所示。當ω變化較小，即arctanεπ／6時(shí)，tanε△ε。此時(shí)：

對于輸入調頻信號來(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，當輸入為調頻波時(shí)，經(jīng)移相網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)生的調頻調相波的相位隨瞬時(shí)頻率變化。

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

3 基于SystemView系統結構圖

SystemView軟件是美國ELANIX公司推出的，基于Windows環(huán)境的用于系統仿真的可視化工具。SystemView的圖符資源豐富?；編?Main Library)和專(zhuān)業(yè)庫(Optional Library)?；編熘邪臃ㄆ?、乘法器、多種信號包括源、接收器、各種函數運算符等；專(zhuān)業(yè)庫有邏輯(Logic)、數字信號處理(DSP)、通信(Communication)、射頻／模擬(RF／Analog)等功能圖符。圖4所示為用SystemView設計的FM調制解調系統結構圖。

4 仿真結果

對圖4所示的調頻解調系統進(jìn)行仿真，仿真結果如圖5和圖6所示。調頻信號在單音調制時(shí)為一個(gè)等幅的疏密波形，經(jīng)移相網(wǎng)絡(luò )變?yōu)檎{頻調相波(振幅亦有起伏)，經(jīng)乘法器和調頻信號相乘，再經(jīng)低通濾波器，便可還原原調制信號。

5 結 語(yǔ)

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