基于SystemView的調頻信號的調制解調仿真

模擬通信系統中，常對消息進行兩種變換。第一種變換：將消息變為原始電信號，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)變為適合信道傳輸的頻帶信號，在接收端再進行相反變換。這種變換和反變換通常稱為調制和解調。調制解調技術在現代通信系統中起著十分重要的作用，他直接影響通信的質量和速度。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原始信號是當今研究的一個重要課題。

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。從而實現頻率檢波。

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：一種是利用線性網絡變換方法實現，簡稱直接法；另一種是利用反饋控制原理(鎖相環)實現頻率檢波，稱其為間接法。前者有兩種形式：

振幅鑒頻法 將調頻信號通過一個線性的頻幅轉換網絡，即將調頻信號轉化為既調頻又調幅的FM-AM波，就可通過包絡檢波器解調此調頻信號。典型有：直接時域微分法、斜率鑒頻法等。

相位鑒頻法 將調頻信號通過一個具有線性的頻-相轉換的相移網絡，將等幅的調頻信號變成相位也隨瞬時頻率變化的、既調頻又調相的FM-PM波。把此波和原來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，設計采用相移乘積型鑒頻法。圖中移相網絡采用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，下面對移相網絡的特性作以簡單分析。

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

式中ε為廣義失諧量?？傻镁W絡的幅頻特性K(ω)和相頻特性φ(ω)分別為：



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

對于輸入調頻信號來說，其瞬時頻率ω(t)=ωc+△ω(t)=ωc+kfuΩ(t)。因此要求相移網絡的ω0=ωc，則：

上式表明，當輸入為調頻波時，經移相網絡產生的調頻調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2QLkfuΩ(t)／ωcπ／6時，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環境的用于系統仿真的可視化工具。SystemView的圖符資源豐富。基本庫(Main Library)和專業庫(Optional Library)。基本庫中包括加法器、乘法器、多種信號包括源、接收器、各種函數運算符等；專業庫有邏輯(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為一個等幅的疏密波形，經移相網絡變為調頻調相波(振幅亦有起伏)，經乘法器和調頻信號相乘，再經低通濾波器，便可還原原調制信號。

5 結 語

解調技術是信號處理的關鍵技術，通過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原始信號。