數字鎖相環(huán)MATLAB代碼.docx

奈奎斯特型全數字鎖相環(huán)（NR-DPLL）注：本文截取于通信原理課程綜合設計，載波提取部分中的鎖相環(huán)解調部分中的基礎鎖相環(huán)。MATLAB編程仿真實現(xiàn)，想要simulink實現(xiàn)的同學要失望啦。代碼在本文末，抱歉未加注釋。理解本文需要的知識：信號與系統(tǒng)，數字信號處理，同步技術。2.7 載波的同步提取提取載波信息可用鎖相環(huán)進行跟蹤載波或調制信息。本文采用奈奎斯特型全數字鎖相環(huán)（NR-DPLL）對接收信號進行載波同步提取，并用于相干解調。2.7.1 NR-DPLL結構介紹數字鎖相環(huán)的基本組成如下圖2-6 數字鎖相環(huán)的組成NR-DPLL是基于奈奎斯特采樣鑒相器、數字環(huán)路濾波器、數字控制振蕩器的一種數字鎖相環(huán)。下面分別對各部分作簡要介紹。2.7.2 奈奎斯特采樣鑒相器奈奎斯特采樣鑒相器的組成框圖如圖2-7所示。圖2-7 奈奎斯特采樣鑒相器的組成框圖為了表述方便，設數字控制振蕩器（NCO）輸出的本振數字信號為 (2.7-1)輸入信號 (2.7-2)其中輸入信號經A/D采樣后，第個采樣時刻采樣量化后的數字信號為 (2.7-3)對輸入信號進行A/D變換的采樣速率由帶通信號奈奎斯特采樣定理確定，但為防止信號頻譜混疊并保證信號相位信息的有效抽取，采樣速率一般選取前置帶通濾波器的兩倍帶寬以上。令，即和相乘后，經低通濾波得到的數字誤差信號 (2.7-4)式中 (2.7-5)2.7.3 數字環(huán)路濾波器數字環(huán)路濾波器與模擬環(huán)路中環(huán)路濾波器的作用是一樣的，都是為了抑制高頻分量及噪聲，且濾波器的參數直接影響環(huán)路的性能。在實際應用中一階數字環(huán)路濾波器的實現(xiàn)形式如圖2-8所示。圖2-8 一階數字環(huán)路濾波器的實現(xiàn)形式其Z域傳遞函數： (2.7-6)按照圖2-8中所實現(xiàn)的數字濾波器，其頻率特性與理想積分濾波器的頻率特性一致；兩種濾波器參數之間也有著一定的對應關系。對理想積分濾波器的傳遞函數式采用雙線性變換，即令，得到 (2.7-7)式中, 為采樣周期， (2.7-8) (2.7-9)式(2.7-8)和式(2.7-9)表明了兩種濾波器參數之間的對應關系，也可以說明圖2-8所示的一階數字濾波器就是模擬理想積分濾波器的數字化表示形式。二階數字濾波器可由兩個一階數字濾波器串聯(lián)得到。2.7.4 數字控制振蕩器（NCO）NCO采用直接數字相位綜合技術（DDS），該技術主要是由時鐘驅動讀取三角函數表，功能框圖如圖2-8所示。圖2-9 基于DDS的NCO結構Ok,截取結束。接下來是編程中必須的參數計算以及思路分析。首先是參數選擇，時域響應最好取=0.707，根據經驗，令NCO相位控制增益，鑒相靈敏度，則，環(huán)路增益,再由理想二階環(huán)路中，于是，,以上兩個參數同時縮小相同的倍數，捕獲帶也縮小相同的倍數。而擴大時，最大到兩倍，大于兩倍時捕獲帶不再變化，只是捕獲時間短一些。環(huán)路的3Db帶寬接下來是編程思想，離散信號過系統(tǒng)實際是系統(tǒng)沖擊響應與信號卷積，所謂卷積就是錯位相加，于是引申出一種叫做重疊保留法的計算方法，即信號可分段計算。鑒相器輸入的兩個信號每次分別都僅是一個點，相乘后進入濾波器，此處就得用到這個所謂的重疊保留法。輸入一個點輸出一個點，其他點保留與下次錯位相加，再輸出一個點。鑒相器輸出的信號過環(huán)路濾波器，通過Z域傳遞函數計算。最后是DDS，網上有很多相關文檔，自己看看，注意輸入相位要累積，所謂驅動嘛，當然每次依然是輸出一個點，這個點作為下次鑒相器輸入信號之一。仿真結果如下：上圖中輸入頻率是27Hz，鎖相環(huán)自然頻率為32Hz。搞懂了這些編程思想，以及DDS后，自然諧振頻率，輸入信號頻率自己去做調整。但注意鎖相環(huán)的參數限制。到這里，NR-DPLL就完成了。在此基礎上平方環(huán)，科斯塔斯環(huán)，判決反饋環(huán)等等都很容易編程仿真實現(xiàn)。仿真代碼：鎖相環(huán)：% function uo=pll(ui,Fs)clear allclcfo=32;fi=27;% fi=length(ui)*1/(n*fo);g1=0.005*2;g2=0.0975*2;n=64;t=0:1/(n*fo):0.5-1/(n*fo);ui=sin(2*pi*fi*t);%輸入信號uo=zeros(1,length(ui);uo(1)=dds_sin(10,n*fo,fo,0,1);%Nco輸出初始信號uo1(1)=dds_sin(10,n*fo,fo,0,1);% erro=ph(ui(1),uo(1);%鑒相器輸出sig(1)=ui(1)*uo(1);l=30;hn=fir1(l,0.2*fo/(n*fo);temp=conv(hn,sig(1);temp1=temp(2:end);erro(1)=temp(16);lpu1(1)=erro(1)*(g1+g2);lpu2(1)=lpu1(1)*(g1+g2);m=2*pi*fo/2048*(1:length(t);for i=1:length(ui)-1 uo(i+1)=dds_sin(10,n*fo,fo,m(i)+lpu2(i)*1,1); uo1(i+1)=dds_sin(10,n*fo,fo,m(i)+lpu2(i)*1-m(14),1); sig(i+1)=ui(i+1)*uo(i+1); temp=conv(sig(i+1),hn); temp(1:l)=temp(1:end-1)+temp1; temp1=temp(2:end); erro(i+1)=temp(16); lpu1(i+1)=g1*erro(i+1)+g2*erro(i+1)+g2*erro(i); lpu2(i+1)=g1*lpu1(i+1)+g2*lpu1(i+1)+g2*lpu1(i)+lpu2(i);end% endDDS代碼function A = dds_sin(N,fs,f,phi0,Nig)% % 返回參數 (傳遞參數)% f=8;% N=8; %頻率信號字長N:表示頻率信號樣點的字長% fs=256; % 采樣頻率fs:DDS內部采樣頻率(輸出頻率信號的采樣頻率)% phi0=0; % 初始相位phi0:輸出信號的初始相位% % df=1; %最小頻率間隔df:DDS輸出信號的最小頻率間隔(頻譜分辨率)% Nsig=256; %輸出頻率信號樣點個數Nsig% % f0 輸出信號頻率Nperiod=2N; %這么多樣點表示一個周期正弦信號n=0:(Nperiod-1);Sroot=sin(2*pi*n/Nperiod);%*(2(N-1)-1);Asin=Sroot;dphi=2*pi/Nperiod;M=floor(2N*f/fs);M0=floor(phi0/dphi);% A=zeros(1,Nsig);% A=Asin(x);for i=1:Nig x=mod(M0+1+(i-1)*M,Nperiod