噪声调频的设计、仿真与实现：simulink & sysgen
噪声调频的设计、仿真与实现：simulink & sysgen
在FPGA中实现噪声调频信号是一个复杂的技术问题，需要从理论分析、仿真验证到实际实现等多个环节进行系统性的工作。本文将详细介绍如何使用Simulink和System Generator工具，通过窄带白噪声源、FM调制和上采样等关键步骤，最终在FPGA中实现可配置带宽的噪声调频信号。
一、理论准备
FM原理似乎很简单，白噪声生成也很简单，但真动起手来还是从理论开始。
1. Matlab帮助comm.FMModulator
- Simulink通信系统工具箱的FM Modulator Baseband模块
- matlab通信系统工具箱的comm.FMModulator
数字FM算法描述很清楚，如下截个图。我的仿真验证就使用Simulink的FM Modulator Baseband模块来进行。
2. 文献：郑慧芳,邓云凯.随机噪声调频信号带宽分析[J].科学技术与工程,2009,9(15):4351-4357.
CNKI上随便搜了一篇论文，还挺好，理论和仿真图都有。
——基本描述
——带宽分析
整理了一下作者的结论，做了一个表。目标是通过简单设置调制指数即可控制输出FM带宽，所以用了窄带白噪声，方差设置为1。
——论文的仿真频谱
固定噪声方差和调制指数，改变噪声BB带宽，输出FM频谱的图形状，基本符合其理论。
二、仿真&设计：Simulink
1. 噪声源：窄带白噪声
Band-Limited White Noise模块，x Ksps，上采样128倍到960Ksps上做调制。
上采样分三个阶段的FIR插值实现：8倍 * 8倍 * 3倍，设计如下：
2. FM：128*x Ksps
照着公式来：噪声用调制指数放大后做积分，乘以2*pi作为相位，相位转化为COS+SIN，即基带的FM调制信号。
3. 上采样128倍到工作时钟 16.384*x MHz的速率上
上采样设计与噪声上采样方案类似。
4. 仿真模型
直接上个图：
5. 仿真结果
128*x ksps上的频谱：多挡带宽比较
自搭建FM调制与“FM Modulator Baseband”模块输出一致：说明理解正确。
上采样到16.384*x MHz上的频谱：比较自建分阶段FIR上采样与“FIR Interpolator”输出，符合预期。
三、实现&验证：System Generator
方案通过了，照着用Sysgen搭建出来即可：
在时钟频率上仿真sysgen不太可行（too slow），去掉最后一级的128倍上采样，在128*x Ksps的速率上比较sysgen和simulink的仿真输出：25kHz带宽噪声调频，符合预期。
四、总结
解决问题的大致步骤：
- 分析技术需求，确认掌握所需理论；
- 贴合需求，设计方案，仿真验证；
- 实现方案，检验结果。