基于SystemView的接收信号中载波的提取

李 莉

(西安邮电学院通信系，陕西西安 700061)

计算机辅助教学(Computer Assisted Instruction)是指用计算机帮助或代替教师执行部分教学任务，为学生传授知识和提供技能训练。由于计算机强大的图形处理功能及文字、声音和动画为一体的多媒体技术使CAI软件提供了丰富的教学方式，有利于启发学生的思维、提高逻辑判断能力，可提高教学质量，缩短学时。

通信原理是电子信息工程、通信工程等专业的一门重要的专业基础理论课，能否正确理解其概念和基本理论对后续专业课程的学习非常关键。单纯依靠课堂讲解，对于繁琐的公式和理论推导，学生学起来相对乏味。借助辅助工具 SystemView，使学生能从动态上直观地、形象地理解这些理论，从而使学生更好地掌握基础理论。文中设计对通信原理的接收信号中载波的提取作了仿真演示分析，提供了良好的用户界面，不仅可用于课堂演示，而且可作为实验指导。

1 SystemView动态仿真软件介绍

SystemView动态系统分析软件是用于现代工程与科学系统设计及仿真的动态系统分析平台，从滤波器设计、信号处理、完整通信系统的设计与仿真，直到一般的系统数学模型建立等各个领域。它还提供了一个真实而灵活的窗口用以检查、分析系统数据及波形。

引入 EDA仿真软件进行前期的仿真已经是不可避免的事情。SystemView是强大的系统级 EDA仿真软件，适合于现代通信系统的设计、仿真和方案论证，尤其适合于无线电话、无绳电话、寻呼机、调制解调器、卫星通信等通信系统。并可进行各种系统时域和频域分析，对各种逻辑电路、射频/模拟电路(混合器、放大器、RLC电路、运放电路等)进行理论分析和失真分析。

2 设计举例

在通信系统中，为使信号适于在实际信道中传输，引进了各种调制方式。因此，在信号的接收端，必须用一定的方式解调出原来的信号。当采用同步解调或相干解调时，接收端需要提供一个与发射端同频同相的相干载波，这个相干载波的获取就称为载波提取。这里，同频同相非常重要，它关系到是否能正确地恢复原来地信号，采用锁相环来保证所提取的载波和发射的载波同频同相。

一般以调制信号不包含载波分量，但对信号进行某种非线性变换后，可以直接从其中提取出载波分量来。

由锁相环的跟踪特性可知。当已调信号的调频率处于锁相环的闭环低通特性的通带之外时，输出信号的相位已不能跟踪输入信号相位的变化。此时，压控振荡器就没有相位调制，是一个未调载波U0(t)=uccosw0t

当输入信号 Ui(t)的载频产生缓慢漂移时，由于环路要维持锁定，压控振荡器输出的未调载波的频率也会跟随着漂移。这种环路输出相位没有跟踪输入的相位的调制，而是跟踪了输入信号载频的漂移，这也是一种跟踪状态，称为载波跟踪。

由于 θ2(t)(输出信号的相位)，未跟踪输入信号的相位 θ1(t)，由 θc(t)=θ1(t)-θ2(t)的关系，显然此环路的相位误差比较大，恰恰就是 θc(t)跟踪了θ1(t)的相位调制。这就是误差频率响应的高通特性。载波跟踪环的压控振荡器输出电压与输入信号的载波相位上相差 90°，经 90°相移后可得到输入信号的相干载波，原理框图如图 1所示。

2.1 原理框图

图1 载波提取原理框图

2.2 步骤

(1)根据载波提取原理框图，用 SystemView软件建立仿真电路，如图 2所示。

图2 载波提取System View模型

(2)元件参数配置。

Token 0:正弦载波，频率为 2 Hz；

Token 4:正弦载波，频率为 10 Hz；

Token1:阶跃信号，幅度 2 V，偏置为 0；

Token2:7相加器；

Token3:相成器；

Token5，6，14:信号分析点——观察窗；

Token8:正弦函数；

Token9:低通滤波器，截止频率 99 Hz，极点数为2；

Token10:增益(1.7)；

Token11:积分器，起始值为 0；

Token12:微分器；

Token13:带通滤波器，频率 9.8～10.2 Hz，极点数为 3。

2.3 运行时间设置

运行时间 =1 s，采样频率 =1 000 Hz。

2.4 运行系统

在 SystemView系统窗内运行该系统后，转到分析窗观察各个点的波形。接收信号的载波提取运行的结果，如图 3和图 4所示。

由图中可以看出，所提取的载波和原来发送的载波是同频同相的，这就是锁相环跟踪输入信号频率的结果。实验过程中应不断地调整各个参数，以达到最佳接收效果。

[1]吴怡，陈俊.SystemView仿真软件在《通信原理》课程教学中的应用[J].福建师范大学学报:自然科学版，2004，20(3):109-111.

[2]李曼，刘芸江，张水平，等.基于System View的通信系统仿真[J].现代电子技术，2002(3):17-15.

[3]陈绍溴.SystemView在通信工程实验中的应用[J].宜春学院学报，2005，27(2):23-25.

[4]徐伯庆，叶海霞.用 SystemView辅助《通信原理》教学[J].电气电子教学学报，2007(s1):36-38.

[5]曹志刚，钱亚生.现代通信原理[M].北京:清华大学出版社，2008.