湯勝龍 周晨 羅霽

(華中師范大學(xué)，湖北武漢430079)

1.引言

模擬系統(tǒng)中的調(diào)制方式有許多種，從調(diào)制過程中頻譜的變化情況我們可以將它們分為線性調(diào)制（幅度調(diào)制）和非線性調(diào)制（角度調(diào)制）兩種。調(diào)頻是非線性調(diào)制的一種類型，它在調(diào)制過程中將原始電信號(hào)的頻譜進(jìn)行非線性搬移。較之于線性調(diào)制中的調(diào)幅，由于調(diào)頻具有較高的抗噪聲性能，所以在模擬調(diào)制系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。而在調(diào)頻的兩種方法——直接調(diào)頻法和間接調(diào)頻法中，間接調(diào)頻法又具有載波頻率比較穩(wěn)定的巨大優(yōu)勢，所以對間接調(diào)頻法的研究具有很大的意義。

2.調(diào)頻法的原理

2.1 角度調(diào)制中的調(diào)頻信號(hào)與調(diào)相信號(hào)

角度調(diào)制有調(diào)頻與調(diào)相兩種方式。角度調(diào)制信號(hào)的一般表達(dá)式為：

式中各符號(hào)的含義為：A為載波幅度；[ωct+φ(t)]為信號(hào)的瞬時(shí)相位，記為θ(t)；φ(t)為相對于載波相位ωct的瞬時(shí)相位偏移；[ωct+φ(t)]/dt是信號(hào)的瞬時(shí)角頻率，記為ω(t)；而稱為相對于載頻ωc的瞬時(shí)頻偏。

對于調(diào)相（PM），指的是瞬時(shí)相位偏移隨調(diào)制信號(hào)作線性變化，所以可以得到調(diào)相信號(hào)的一般表達(dá)式為

式中：Kp為調(diào)相靈敏度rad/V，含義是單位調(diào)制信號(hào)引起的PM信號(hào)的相位偏移量。

對于調(diào)頻，指的是瞬時(shí)頻率偏移隨調(diào)制信號(hào)m(t)成比例變化，所以可以得到調(diào)頻信號(hào)的一般表達(dá)式為

式中：Kf為調(diào)頻靈敏度。

通過觀察PM信號(hào)的一般表達(dá)式和FM信號(hào)的一般表達(dá)式可以看出，PM是相位偏移隨調(diào)制信號(hào)呈線性變化，F(xiàn)M是頻率偏移隨調(diào)制信號(hào)的積分呈線性變化[1]。

2.2 窄帶調(diào)頻

如果FM的最大瞬時(shí)相位頻差滿足以下條件：

此時(shí)，F(xiàn)M信號(hào)的頻譜寬度比較窄，成為窄帶調(diào)頻（NBFM）；反之，當(dāng)上式不滿足時(shí)，F(xiàn)M信號(hào)頻譜寬度比較寬，稱為寬帶調(diào)頻（WBFM）。

將FM信號(hào)的一般表達(dá)式展開，在窄帶調(diào)頻的條件下，可以將FM信號(hào)的表達(dá)式簡化為：

3.間接調(diào)頻法原理及仿真框圖設(shè)計(jì)

由于頻率和相位存在微分與積分的關(guān)系，所以FM和PM之間是可以互相轉(zhuǎn)換的。

由PM信號(hào)和FM信號(hào)的一般表達(dá)式可以看出，如果對調(diào)制信號(hào)先微分，而后進(jìn)行調(diào)頻，則得到的是調(diào)相波；反之，如果對調(diào)制信號(hào)先積分，而后進(jìn)行調(diào)相，則得到的是調(diào)頻波，后者即稱為間接調(diào)頻。實(shí)現(xiàn)框圖如圖1所示：

窄帶調(diào)頻的條件下，通過其調(diào)頻信號(hào)的一般表達(dá)式可以看出調(diào)頻信號(hào)可以通過先對調(diào)制信號(hào)積分，此積分信號(hào)再與移相-π/2后的載波直接相乘，最后與未移相的載波信號(hào)相加得到。由此，可以得到整個(gè)間接調(diào)頻的框圖如圖2所示。

4.SystemView的系統(tǒng)仿真

4.1 SystemView的簡介

美國ELANIX公司的SystemView軟件是一個(gè)完整的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、仿真和分析的可視化設(shè)計(jì)環(huán)境。它運(yùn)行于微軟的Windows，并提供開發(fā)各種系統(tǒng)的模擬和數(shù)字工具，包括數(shù)字信號(hào)處理、通信、控制以及構(gòu)造通用數(shù)學(xué)模型[5]。

System View是一個(gè)信號(hào)級(jí)的系統(tǒng)仿真軟件，主要用于電路與通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真，是一個(gè)強(qiáng)有力的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析工具，能滿足從數(shù)字信號(hào)處理、濾波器設(shè)計(jì)、直到復(fù)雜的通信系統(tǒng)等不同層次的設(shè)計(jì)、仿真要求。它可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)模混合及多速率系統(tǒng)，可用于各種線性、非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真。

4.2 間接調(diào)頻法的SystemView仿真

基于上述對間接調(diào)頻法的原理分析以及框圖設(shè)計(jì)，參照窄帶條件下的調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生框圖，可以設(shè)計(jì)出在SystemView環(huán)境下的系統(tǒng)框圖，如圖3所示：

圖3 SystemView下的間接調(diào)頻系統(tǒng)圖

此系統(tǒng)框圖中，分為調(diào)制和解調(diào)兩部分，其中調(diào)制部分框圖依據(jù)窄帶條件下間接調(diào)頻的框圖所建立。解調(diào)采用相干解調(diào)，其框圖根據(jù)相干解調(diào)的相關(guān)知識(shí)建立。

在此圖中，圖標(biāo)0，5，8表示信號(hào)，其中0為調(diào)制信號(hào)，5為高頻載波，8是與5同頻的用于相干解調(diào)的信號(hào)；圖標(biāo)1是積分器；圖標(biāo)2是增益器；圖標(biāo)3，10是乘法器；圖標(biāo)4，9是反相器；圖標(biāo)5是相加器；圖標(biāo)7，11是濾波器，其中7是帶通濾波器，11是低通濾波器。

對此系統(tǒng)進(jìn)行仿真，可以得到以下幾個(gè)波形：

5.結(jié)論

對以上所得的仿真結(jié)果進(jìn)行分析。通過如圖3在SystemView中所示建立的間接法調(diào)頻系統(tǒng)圖，運(yùn)行之后可以得到如圖4所示的各個(gè)波形。對圖4所示的波形進(jìn)行分析，可以得出，圖4-2中顯示了調(diào)頻信號(hào)的頻率在一定的頻率范圍內(nèi)。對比圖4-3和圖4-4可以看出，解調(diào)輸出信號(hào)的波形除了在剛開始處有一個(gè)較大的負(fù)向的幅值以外，此后的波形基本上與調(diào)制信號(hào)相一致，均是幅度為1V的正弦波信號(hào)。由此可以看出，由圖3所示建立的間接法調(diào)頻系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對信號(hào)的間接調(diào)頻，并經(jīng)信道傳輸后經(jīng)過相干解調(diào)可以在接收端還原為原來的信號(hào)。

[1] 樊昌信.曹麗娜.通信原理[M].北京：國防工業(yè)出版社，2008.

[2] 青松，城岱松，武建華.數(shù)字通信系統(tǒng)的SystemView仿真[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2001.

[3] 羅衛(wèi)兵，孫華，張捷.SystemView動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析及通信系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2001.

[4] 徐現(xiàn)嶺.基于SystemView的調(diào)頻信號(hào)的調(diào)制解調(diào)仿真[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2007，(13).

[5] 吳怡，陳俊.GHIJKLMNKO仿真軟件在P通信原理Q課程教學(xué)中的應(yīng)用[J].福建師范大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，20(3).