基于SystemView的接收信號(hào)中載波的提取

李 莉

(西安郵電學(xué)院通信系，陜西西安 700061)

計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)(Computer Assisted Instruction)是指用計(jì)算機(jī)幫助或代替教師執(zhí)行部分教學(xué)任務(wù)，為學(xué)生傳授知識(shí)和提供技能訓(xùn)練。由于計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的圖形處理功能及文字、聲音和動(dòng)畫為一體的多媒體技術(shù)使CAI軟件提供了豐富的教學(xué)方式，有利于啟發(fā)學(xué)生的思維、提高邏輯判斷能力，可提高教學(xué)質(zhì)量，縮短學(xué)時(shí)。

通信原理是電子信息工程、通信工程等專業(yè)的一門重要的專業(yè)基礎(chǔ)理論課，能否正確理解其概念和基本理論對(duì)后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)非常關(guān)鍵。單純依靠課堂講解，對(duì)于繁瑣的公式和理論推導(dǎo)，學(xué)生學(xué)起來(lái)相對(duì)乏味。借助輔助工具 SystemView，使學(xué)生能從動(dòng)態(tài)上直觀地、形象地理解這些理論，從而使學(xué)生更好地掌握基礎(chǔ)理論。文中設(shè)計(jì)對(duì)通信原理的接收信號(hào)中載波的提取作了仿真演示分析，提供了良好的用戶界面，不僅可用于課堂演示，而且可作為實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)。

1 SystemView動(dòng)態(tài)仿真軟件介紹

SystemView動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析軟件是用于現(xiàn)代工程與科學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)分析平臺(tái)，從濾波器設(shè)計(jì)、信號(hào)處理、完整通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，直到一般的系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型建立等各個(gè)領(lǐng)域。它還提供了一個(gè)真實(shí)而靈活的窗口用以檢查、分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)及波形。

引入 EDA仿真軟件進(jìn)行前期的仿真已經(jīng)是不可避免的事情。SystemView是強(qiáng)大的系統(tǒng)級(jí) EDA仿真軟件，適合于現(xiàn)代通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真和方案論證，尤其適合于無(wú)線電話、無(wú)繩電話、尋呼機(jī)、調(diào)制解調(diào)器、衛(wèi)星通信等通信系統(tǒng)。并可進(jìn)行各種系統(tǒng)時(shí)域和頻域分析，對(duì)各種邏輯電路、射頻/模擬電路(混合器、放大器、RLC電路、運(yùn)放電路等)進(jìn)行理論分析和失真分析。

2 設(shè)計(jì)舉例

在通信系統(tǒng)中，為使信號(hào)適于在實(shí)際信道中傳輸，引進(jìn)了各種調(diào)制方式。因此，在信號(hào)的接收端，必須用一定的方式解調(diào)出原來(lái)的信號(hào)。當(dāng)采用同步解調(diào)或相干解調(diào)時(shí)，接收端需要提供一個(gè)與發(fā)射端同頻同相的相干載波，這個(gè)相干載波的獲取就稱為載波提取。這里，同頻同相非常重要，它關(guān)系到是否能正確地恢復(fù)原來(lái)地信號(hào)，采用鎖相環(huán)來(lái)保證所提取的載波和發(fā)射的載波同頻同相。

一般以調(diào)制信號(hào)不包含載波分量，但對(duì)信號(hào)進(jìn)行某種非線性變換后，可以直接從其中提取出載波分量來(lái)。

由鎖相環(huán)的跟蹤特性可知。當(dāng)已調(diào)信號(hào)的調(diào)頻率處于鎖相環(huán)的閉環(huán)低通特性的通帶之外時(shí)，輸出信號(hào)的相位已不能跟蹤輸入信號(hào)相位的變化。此時(shí)，壓控振蕩器就沒有相位調(diào)制，是一個(gè)未調(diào)載波U0(t)=uccosw0t

當(dāng)輸入信號(hào) Ui(t)的載頻產(chǎn)生緩慢漂移時(shí)，由于環(huán)路要維持鎖定，壓控振蕩器輸出的未調(diào)載波的頻率也會(huì)跟隨著漂移。這種環(huán)路輸出相位沒有跟蹤輸入的相位的調(diào)制，而是跟蹤了輸入信號(hào)載頻的漂移，這也是一種跟蹤狀態(tài)，稱為載波跟蹤。

由于 θ2(t)(輸出信號(hào)的相位)，未跟蹤輸入信號(hào)的相位 θ1(t)，由 θc(t)=θ1(t)-θ2(t)的關(guān)系，顯然此環(huán)路的相位誤差比較大，恰恰就是 θc(t)跟蹤了θ1(t)的相位調(diào)制。這就是誤差頻率響應(yīng)的高通特性。載波跟蹤環(huán)的壓控振蕩器輸出電壓與輸入信號(hào)的載波相位上相差 90°，經(jīng) 90°相移后可得到輸入信號(hào)的相干載波，原理框圖如圖 1所示。

2.1 原理框圖

圖1 載波提取原理框圖

2.2 步驟

(1)根據(jù)載波提取原理框圖，用 SystemView軟件建立仿真電路，如圖 2所示。

圖2 載波提取System View模型

(2)元件參數(shù)配置。

Token 0:正弦載波，頻率為 2 Hz；

Token 4:正弦載波，頻率為 10 Hz；

Token1:階躍信號(hào)，幅度 2 V，偏置為 0；

Token2:7相加器；

Token3:相成器；

Token5，6，14:信號(hào)分析點(diǎn)——觀察窗；

Token8:正弦函數(shù)；

Token9:低通濾波器，截止頻率 99 Hz，極點(diǎn)數(shù)為2；

Token10:增益(1.7)；

Token11:積分器，起始值為 0；

Token12:微分器；

Token13:帶通濾波器，頻率 9.8～10.2 Hz，極點(diǎn)數(shù)為 3。

2.3 運(yùn)行時(shí)間設(shè)置

運(yùn)行時(shí)間 =1 s，采樣頻率 =1 000 Hz。

2.4 運(yùn)行系統(tǒng)

在 SystemView系統(tǒng)窗內(nèi)運(yùn)行該系統(tǒng)后，轉(zhuǎn)到分析窗觀察各個(gè)點(diǎn)的波形。接收信號(hào)的載波提取運(yùn)行的結(jié)果，如圖 3和圖 4所示。

由圖中可以看出，所提取的載波和原來(lái)發(fā)送的載波是同頻同相的，這就是鎖相環(huán)跟蹤輸入信號(hào)頻率的結(jié)果。實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)不斷地調(diào)整各個(gè)參數(shù)，以達(dá)到最佳接收效果。

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