2DPSK相干載波提取設計

1、目錄緒論2第一章分析課題3第二章系統(tǒng)方案設計31 載波同步方法的簡單介紹32.確定設計方案3第三章 systemview 的仿真61. systemview仿真圖的繪制62. systemv i ew 仿真纟吉果7第四章單元電路設計91. dpsk信號產生電路92平方模塊103鑒相模塊104.環(huán)路濾波模塊115壓控振蕩器模塊116. 分頻模塊127. 總電路模塊連接圖13第五章課設心得14第六章參考文獻14緒論在討論信號的接收或解調時，常常離不開同步的問題，特別是涉 及數字信號時更是如此。在一個數字系統(tǒng)中包含多種同步問題。例 如，2dpsk信號在相干解調時，接收端需耍產生一個和接收信號同 頻、

2、同相的本地載波，用以和接收的psk信號相乘。因此，這個本 地載波的頻率和相位信息必須來自接收信號，或者說需要從接收信 號中提取載波同步信息。本地載波和接收信號載波的同步問題稱為 載波同步。第一章分析課題課題任務要求設計實現(xiàn)2dpsk相干載波提取，載波頻率為384khzo 具體要求：設計2dpsk相干載波提取具體方案；運用systemview軟 件完成系統(tǒng)仿真；畫出各個單元電路的電路圖；完成總電路圖的繪 制；編寫實驗設計報告。第二章系統(tǒng)方案設計1 載波同步方法的簡單介紹2dpsk相干載波的提取即載波同步的方法可以分為兩大類。第一類 是在發(fā)送端的發(fā)送信號中插入一個專門的導頻用于載波同步。導頻 是一

3、個或幾個特定頻率的未經調制的正弦波。在接收端提取出導頻, 利用此導頻的頻率和相位來決定本地產生的載波頻率和相位，這種 方法稱為導頻法。第二類是在接收端設法從有用信號中直接提取載 波，而不需傳送專門的導頻。插入導頻法主要用于接收信號頻譜中沒有離散載頻分量，且在載頻 附近頻譜幅度很小的情況。對于沒有載波分量的信號，例如2dpsk信號，可以用非線性變換的 方法得到載波分量。2.確定設計方案此次設計決定用圖2. 2. 2所示的平方法來對載波進行提取，下面對 平方法作具體分析。設接收信號：s(t) = m(t)cosa)0t式中，m(t)為調制信號，它無直流分量。這樣，在s(t)中沒有載頻 分量。將此接

4、收信號平方后，得到：1 1s2(t) = m2(<t)cos2a)()t = -m2(t) + -m2(t)cos2o)0tj其中包含兩倍載頻（2九）的分量，用窄帶濾波將此分量濾出，并經 過二分頻，就得出載頻九的分量。平方法提取載頻的一種最簡單的 原理方框圖如圖2. 2. 1所示：平方s2a)窄帶濾波2fo二分頻foa圖 2. 2. 1用平方法提取載頻吋，可以用鎖相環(huán)（ppl）代替窄帶濾波器, 如圖2.2.2所示。由于鎖相環(huán)的輸出信號具有更好的穩(wěn)定性，并且 輸入可以是不連續(xù)的信號（如，時分制信號），所以它的應用較為 廣泛。在現(xiàn)代數字接收機中，鎖相環(huán)的具體電路可能大大有別于圖 2.2.2中

5、的電路，但是其性能是等效的。例如，圖中起到鑒相作用 的相乘電路可以用一組匹配濾波器代替，其中每個匹配濾波器的匹 配特性具有稍微不同的相位偏置，其輸出送給一個加權函數，使加 權函數給出相位誤差的估值?？雌饋磉@樣做很復雜，但是用數字信 號處理技術則很容易實現(xiàn)。鎖相環(huán)圖 2. 2.2平方法提取載波的原理框圖如圖2. 2. 3所示:a圖 2.2.3濾液器car-out 相位比較器將輸入信號作為標準，將它的頻率和相位與從vco輸出 端送來的信號進行比較，若在工作范圍內檢測出任何相位差，就產 生一個誤差信號，這個誤差信號正比于輸入信號和vco輸出信號之 間的相位差，通常是以交流分量調制的直流電平。環(huán)路濾波

6、器濾除 誤差中的高頻分量以及噪聲，保證環(huán)路所要求的性能，增加系統(tǒng)的 穩(wěn)定性，還產生信號去控制vco,強制vco朝著減少相位誤差方向 改變其頻率，使輸入基準信號和vco輸出信號之間的任何頻率逐漸 減少為0,這時我們就稱環(huán)路已被鎖定。第三章systemview的仿真1. systemview仿真圖的繪制打開systemview軟件后，點擊圖標l設置釆樣參數，此次設置的釆樣頻 率為19. 2e+6hz,為輸入信號頻率的5倍，采樣點數為500個。這樣系統(tǒng)的采樣 參數就設置好了。接下來畫出系統(tǒng)仿真圖，如圖3. 1.1所示，各個模塊(token)的參數在表格3. 1.2給出。圖 3. 1. 1token

7、0頻率為384e+3hz的偽噪聲序列token 1,6, 22,8,20,21設置為analysis,觀察輸出波形token 4, 7, 10乘法器token 5設置輸出頻率為768e+3hz的正弦波信號token 14, 17低通濾波器14的截止頻率為192e+3hz, 17為1. 92e+6hztoken 15為 function,設置為 phase/freq 中的 freq modtoken 16gain 2token 19二分頻表 3. 1.22. systemv i ew仿真結果systemview是美國elanix公司推出的，基于windows環(huán)境下運行的用于系統(tǒng) 仿真分析的可視化

8、軟件工具，它使用功能模塊(token)去描述程序，無需與復雜 的程序語言打交道，不用寫一句代碼即可完成各種系統(tǒng)的設計與仿真，快速地 建立和修改系統(tǒng)、訪問與調整參數，方便地加入注釋。利用system view,可 以構造各種復雜的模擬、數字、數?；旌舷到y(tǒng)，各種多速率系統(tǒng)，因此，它可 用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設計和仿真。用戶在進行系統(tǒng)設計吋，只需 從system view配置的圖標庫中調岀有關圖標并進行參數設置，完成圖標間的 連線，然后運行仿真操作，最終以時域波形、眼圖、功率譜等形式給出系統(tǒng)的 仿真分析結果。仿真結果如下圖所示：© wo: sink 1|sywmvta圖3.2. 1

9、輸入偽噪聲波形© w1: sink 6in圖 3. 2.2 2dpsk 波形圖3.2.3載波波形© w2: sink 8tie# in scnd%圖3. 2.4平方之后的波形 w3: sink 20symmvew圖3.2.5頻率調制之后波形© w4: sink 21圖3.2.6提取出的載波波形tim >n syndt仿真分析:2dpsk波形是正確的，在噪聲波形跳變的時候，2dpsk波形也是出現(xiàn)了相應 的相位上的變化。提取出來的載波是和z前加進來的載波相同，但是相位與輸入的載波信號相 差"，經過了解，是載波提取整個過程存在延遲，所以出現(xiàn)了相位上的差異

10、， 仿真是成功的。第四章單元電路設計1. dpsk信號產生電路2dpsk方式即是利用前后和鄰碼元的相對和位值去表示數字信息的一種方式。 現(xiàn)假設用表示本碼元初相與前一碼元初相z差，并規(guī)定：=0表示0碼， =兀表示1碼。則數字信息序列與2dpsk信號的碼元相位關系可舉例表示如 2psk信號是用載波的不同相位直接去表示相應的數字信號而得出的，在接收端 只能采用相干解調。在這種絕對移相方式中，發(fā)送端是采用某一個相位作為基 準，所以在系統(tǒng)接收端也必須采用相同的基準相位。如果基準相位發(fā)生變化， 則在接收端冋復的信號將與發(fā)送的數字信息完全相反。所以在實際過程中一般 不采用絕對移相方式，而采用和對移相方式。m

11、序列的實現(xiàn)：in序列是最長線 性反饋移存器序列的簡稱，又稱偽隨機序列，是由帶線性反饋的移存器產生的 周期最長的一種序列。具有較強的抗干擾能力和較低的截獲概率，而且長的m 序列更容易在一定的強噪聲中被提取，這樣就能夠充分保證數據的止常通信。 通常產生偽隨機序列的電路為反饋移存器。bpsk信號的實現(xiàn)：信號發(fā)生器的“ + ”與“一”端實現(xiàn)正相端和反和端的2路輸出，由m序列進行載波的隨機選 擇，從而實現(xiàn)bpskodpsk信號的實現(xiàn)：我們在bpsk實現(xiàn)的基礎上加入觸發(fā)器實現(xiàn)差分碼的輸出。主要用到的元件有74ls744位寄存器、74ls04反相器、 74ls86異或、74ls74集成d觸發(fā)器、4066bd

12、模擬開關。電路圖如圖4. 1. 1所示:圖 4. 1. 12.平方模塊平方模塊就是將信源單元輸入的2dpsk信號進行放大，其電路如圖2-1所示。 它主要是由模擬乘法器mci496.三極管3dg6及多個電阻和電容構成。2dpsk信 號從模擬乘法器1、4引腳和8、10引腳輸入，從6腳輸出平方信號，三極管3dg6射極輸出起到緩沖作用。設調制信號為ni (i) , m (i)中無直流分量，則 抑制載波的雙邊帶信號為e(t) = m(t)coso)ct接收端將該信號進行平方變換，即經過一個平方律部件后就得到:e(t) = m2(t)cos2a)ct =m2(t)2e (t)經電容隔直濾波后只留下二倍的載

13、波頻率分量，即mu信號。電路圖如圖4.2. 1所示：vcc12vvcc2d=skin嚴 r5i1k0 跚c30.1pfvcc nruv12vr451020ko12vxoexoi：xo<x04zo:xox：02xosx0&4lyw|r12azw10ko圖 4. 2. 13.鑒相模塊鑒相器是能夠鑒別出輸入信號的相差的器件，是使輸岀電壓與兩個輸入信號 之間的相位差有確定關系的電路。它是鎖相環(huán)的重要組成部分。主要有模擬 乘法器mc1496、電阻、電容構成。其電路圖如圖4.3. 1所示：100qr4illvw10kqxoii012iotaiq4x04to?：oi!03：05i014vcc1

14、2vra/w39kqvcc 12vzrc4hf-100nfr12aaar2kqr15舶2kq? -ar9rok1r14a/w51kqu3c2100nfr10a.wikqvcr11wv-jikqvcc12v圖 4. 3. 14 環(huán)路濾波模塊環(huán)路濾波器(lf)是一個低通濾波器，其作用是濾除鑒相器輸出電壓中的高 頻分量，起平滑濾波的作用。通常由電阻，電容或電感等組成，有吋也包含運 算放大器，其電路如圖4. 4.1所示：圖 4. 4. 15.壓控振蕩器模塊壓控振蕩器是指輸出頻率與輸入控制電壓有對應關系的振蕩電路，頻率是輸入信號電壓的函數的振蕩器vco,振蕩器的工作狀態(tài)或振蕩回路的元件參數受輸入控制電壓

15、的控制，就可構成 一個壓控振蕩器。壓控振蕩器被一個外來的基準信號控制，使得壓控振蕩器 輸出信號的相位和外來的基準信號的相位保持某種特定關系，達到相位同步和鎖 定的目的，即把控制電壓轉換為相位。電路圖如圖4. 5. 1所示：ttih 圖 4. 5. 16.分頻模塊分頻模塊是系統(tǒng)的最后一個模塊，經過該模塊后我們就可以得到我們需要的 載波信號。受外部周期信號激勵的震蕩，其頻率恰為激勵信號頻率的純分數 都叫做分頻。實現(xiàn)分頻的電路或裝置稱為“分頻器”。經過模擬鎖相環(huán)處理 后的信號已經將二倍載波頻率分量濾出，輸入信號進入晶體管構成共射極電 路，該電路特點是電壓增益大，輸入與輸出電壓反相。第二個晶體管實現(xiàn)緩

16、沖隔離的作用，減小負載變動對電壓放大的影響。信號輸出后經過74ls74 實現(xiàn)二分頻。電路圖如圖4. 6. 1所示：r13ru10ko 50wkey-a10ko 50 憐key-amx,12vc4f ：2畑22翊 22212vvccu1au1ar12r12u2au2a 74ls04d74ls04dvcc1wvcc14040mowostaele.virtualmowostaele.virtual3.3komono5tabii virtualc1020nfr7 10kor115kf)a74lso4dr16var51qvcc3.3kor11 5.1k0a741so4dr16510 vcc utq3?n

17、?222ttmttillo圖 4. 6. 17總電路模塊連接圖各個單元電路連接方式如圖4. 7.1所示，下圖即總電路圖，由于multisim 設計頁面有限，所以用了層次塊來代替各單元電路，這樣也比較清晰明了。圖 4. 7. 1第五章課設心得這次課程設計和以往有些不同，不是直接空出幾周來專門做課程設計，而是將 任務書發(fā)下之后由我們自己在課余或周末的時間去做，感覺這種方法做課設也 比較好，一來我們充分的利用了空閑時間去做有意義的事，二來上課時還能將 學到的知識和課設聯(lián)系起來，下課時有什么不懂的地方也能及時當面問老師。我的這個課題雖較簡單，但也有難點，由于之前我還沒有接觸過systemview這 個軟件，而課設需要systemview進行仿真，也是此次課設的一個難點。不過， 通過老師的悉心教導，和同學交流探討，以及自己利用搜索引擎去學習， systemview這個難題就被攻破了。了解systemview的功能用法之后，開始布 置設計的仿真方案圖，這個過程也是比較艱難的，各種信號參數的設置，系統(tǒng) 釆樣頻率的設置，以及濾波器參數的設置與計算，這些都是其中的難點。z后的各個單元模塊電路圖的繪制也是一大難點，模塊較多，元器件也非常多, 一些元器件的參數也要與systemview仿真的頻率掛鉤，需要去計算調試。不過 通過查閱一些參考書籍，