基于SystemView的调频信号的调制解调仿真

模拟通信系统中，常对消息进行两种变换。第一种变换：将消息变为原始电信号，由于原始电信号通常具有很低的频率分量，一般不宜直接传输；第二种变换：将原始电信号(基带信号)变为适合信道传输的频带信号，在接收端再进行相反变换。这种变换和反变换通常称为调制和解调。调制解调技术在现代通信系统中起着十分重要的作用，他直接影响通信的质量和速度。调频信号是模拟调制系统中最常用的调制信号，如何高效准确地从调频信号中解调出原来原始信号是当今研究的一个重要课题。

1 鉴频基本原理

鉴频也就是将调频信号的频率ω(t)=ωc+△ω(t)与载波频率ωc作比较，得到差频△ω(t)=△ωmf(t)，从而实现频率检波。在频率控制系统(AFC)中，频率检波电路必不可少。频率检波的框图可用图1表示。输入信号u1和u2的频率ω1，ω2被送到频率相减电路中相减，其差频△ω=ω1-ω2被放大器放大，输出电压u0=k△ω，他正比于频差。从而实现频率检波。



由此可见，频率检波是频率／电压变换器。常用的检波方法主要有两种：一种是利用线性网络变换方法实现，简称直接法；另一种是利用反馈控制原理(锁相环)实现频率检波，称其为间接法。前者有两种形式：

振幅鉴频法 将调频信号通过一个线性的频幅转换网络，即将调频信号转化为既调频又调幅的FM-AM波，就可通过包络检波器解调此调频信号。典型有：直接时域微分法、斜率鉴频法等。

相位鉴频法 将调频信号通过一个具有线性的频-相转换的相移网络，将等幅的调频信号变成相位也随瞬时频率变化的、既调频又调相的FM-PM波。把此波和原来的调频信号一起加到鉴相器(相位检波器)上，就可解调此调频信号。有乘积型和叠加型两种形式。



2 仿真设计框图及原理

由图2可见，设计采用相移乘积型鉴频法。图中移相网络采用LC谐振回路，如图3所示。

设图3输入电压为U1，输出电压为U2，下面对移相网络的特性作以简单分析。





令ω0=1／L(C1+C2)，QL=R／(ω0L)=Rω0(C1+C2)，则当在ω0附近变化时，上式可化简为：



式中ε为广义失谐量。可得网络的幅频特性K(ω)和相频特性φ(ω)分别为：



其特性曲线如图3(b)所示。当ω变化较小，即arctanε＜π／6时，tanε△ε。此时：



对于输入调频信号来说，其瞬时频率ω(t)=ωc+△ω(t)=ωc+kfuΩ(t)。因此要求相移网络的ω0=ωc，则：



上式表明，当输入为调频波时，经移相网络产生的调频调相波的相位随瞬时频率变化。

故若乘法器的输入信号均为小信号，且当2QLkfuΩ(t)／ωc＜π／6时，则：





3 基于SystemView系统结构图

SystemView软件是美国ELANIX公司推出的，基于Windows环境的用于系统仿真的可视化工具。SystemView的图符资源丰富。基本库(Main Library)和专业库(Optional Library)。基本库中包括加法器、乘法器、多种信号包括源、接收器、各种函数运算符等；专业库有逻辑(Logic)、数字信号处理(DSP)、通信(Communication)、射频／模拟(RF／Analog)等功能图符。图4所示为用SystemView设计的FM调制解调系统结构图。



4 仿真结果

对图4所示的调频解调系统进行仿真，仿真结果如图5和图6所示。调频信号在单音调制时为一个等幅的疏密波形，经移相网络变为调频调相波(振幅亦有起伏)，经乘法器和调频信号相乘，再经低通滤波器，便可还原原调制信号。



5 结 语

解调技术是信号处理的关键技术，通过对调频信号的解调仿真可以看出，相移乘积型鉴频法可以很好地从调频信号中解调出原来原始信号。