基于SystemView的接收信號中載波的提取

李 莉

(西安郵電學院通信系，陜西西安 700061)

計算機輔助教學(Computer Assisted Instruction)是指用計算機幫助或代替教師執行部分教學任務，為學生傳授知識和提供技能訓練。由于計算機強大的圖形處理功能及文字、聲音和動畫為一體的多媒體技術使CAI軟件提供了豐富的教學方式，有利于啟發學生的思維、提高邏輯判斷能力，可提高教學質量，縮短學時。

通信原理是電子信息工程、通信工程等專業的一門重要的專業基礎理論課，能否正確理解其概念和基本理論對后續專業課程的學習非常關鍵。單純依靠課堂講解，對于繁瑣的公式和理論推導，學生學起來相對乏味。借助輔助工具 SystemView，使學生能從動態上直觀地、形象地理解這些理論，從而使學生更好地掌握基礎理論。文中設計對通信原理的接收信號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，而且可作為實驗指導。

1 SystemView動態仿真軟件介紹

SystemView動態系統分析軟件是用于現代工程與科學系統設計及仿真的動態系統分析平臺，從濾波器設計、信號處理、完整通信系統的設計與仿真，直到一般的系統數學模型建立等各個領域。它還提供了一個真實而靈活的窗口用以檢查、分析系統數據及波形。

引入 EDA仿真軟件進行前期的仿真已經是不可避免的事情。SystemView是強大的系統級 EDA仿真軟件，適合于現代通信系統的設計、仿真和方案論證，尤其適合于無線電話、無繩電話、尋呼機、調制解調器、衛星通信等通信系統。并可進行各種系統時域和頻域分析，對各種邏輯電路、射頻/模擬電路(混合器、放大器、RLC電路、運放電路等)進行理論分析和失真分析。

2 設計舉例

在通信系統中，為使信號適于在實際信道中傳輸，引進了各種調制方式。因此，在信號的接收端，必須用一定的方式解調出原來的信號。當采用同步解調或相干解調時，接收端需要提供一個與發射端同頻同相的相干載波，這個相干載波的獲取就稱為載波提取。這里，同頻同相非常重要，它關系到是否能正確地恢復原來地信號，采用鎖相環來保證所提取的載波和發射的載波同頻同相。

一般以調制信號不包含載波分量，但對信號進行某種非線性變換后，可以直接從其中提取出載波分量來。

由鎖相環的跟蹤特性可知。當已調信號的調頻率處于鎖相環的閉環低通特性的通帶之外時，輸出信號的相位已不能跟蹤輸入信號相位的變化。此時，壓控振蕩器就沒有相位調制，是一個未調載波U0(t)=uccosw0t

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

由于 θ2(t)(輸出信號的相位)，未跟蹤輸入信號的相位 θ1(t)，由 θc(t)=θ1(t)-θ2(t)的關系，顯然此環路的相位誤差比較大，恰恰就是 θc(t)跟蹤了θ1(t)的相位調制。這就是誤差頻率響應的高通特性。載波跟蹤環的壓控振蕩器輸出電壓與輸入信號的載波相位上相差 90°，經 90°相移后可得到輸入信號的相干載波，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，幅度 2 V，偏置為 0；

Token2:7相加器；

Token3:相成器；

Token5，6，14:信號分析點——觀察窗；

Token8:正弦函數；

Token9:低通濾波器，截止頻率 99 Hz，極點數為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，極點數為 3。

2.3 運行時間設置

運行時間 =1 s，采樣頻率 =1 000 Hz。

2.4 運行系統

在 SystemView系統窗內運行該系統后，轉到分析窗觀察各個點的波形。接收信號的載波提取運行的結果，如圖 3和圖 4所示。

由圖中可以看出，所提取的載波和原來發送的載波是同頻同相的，這就是鎖相環跟蹤輸入信號頻率的結果。實驗過程中應不斷地調整各個參數，以達到最佳接收效果。

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