2dpsk相干載波提取講解

1、等級(jí): 課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱(chēng)通信原理教程課題名稱(chēng)2dpsk相干載波提取專(zhuān) 業(yè)電子信息工程班 級(jí)學(xué) 號(hào)姓 名指導(dǎo)老師劉正青2015年12月21日電氣信息學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)課題名稱(chēng)2dpsk相干載波提取姓 名專(zhuān)業(yè)電子信息工程班級(jí)學(xué)號(hào)指導(dǎo)老師劉正青課程設(shè)計(jì)時(shí)間 2 周一、任務(wù)及要求 任務(wù)：設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)從2DPSK中提取相干載波。 要求：1、給出整體設(shè)計(jì)框圖； 2、繪制各單元電路電路圖； 3、完成系統(tǒng)SYSTEMVIEW仿真； 4、繪制總電路原理圖； 5、寫(xiě)出設(shè)計(jì)報(bào)告二、進(jìn)度安排第一周：星期一 ：安排任務(wù)、講課； 星期二 星期五：查資料、設(shè)計(jì)； 第二周：星期一星期二：設(shè)計(jì)調(diào)試； 星期三星期四：寫(xiě)總結(jié)報(bào)

2、告 星期五：答辯3、 說(shuō)明書(shū)格式課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)封面；任務(wù)書(shū)；說(shuō)明書(shū)目錄；設(shè)計(jì)總體思路及方案確定；單元電路設(shè)計(jì)；總電路設(shè)計(jì)；仿真結(jié)果與仿真結(jié)論；附錄(總電路原理圖)；參考文獻(xiàn)。四、參考資料1、通信原理教程 樊昌信主編 電子工業(yè)出版社2、高頻電子線(xiàn)路 高吉祥主編電子工業(yè)出版社3、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 閻石主編高等教育出版社4、通信電子線(xiàn)路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū) 劉正清主編 湖南工程學(xué)院出版社目錄課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)序言1 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)要求 12 設(shè)計(jì)總體思路及方案確定 1 3 單元電路（子模塊，字程序）分析 2 3.1 2dpsk調(diào)制的設(shè)計(jì) 2 3.2 平方模塊 3 3.3 鑒相模塊 4 3.4 濾波器模塊 4 3.

3、5壓控振蕩器模塊 5 3.6 分頻器模塊 54 系統(tǒng)（systemview）仿真 6 5 總結(jié) 96 附錄 107 參考文獻(xiàn) 10 8 評(píng)分表 11序言2dpsk在進(jìn)行相干解調(diào)時(shí)，接收端需要產(chǎn)生一個(gè)和接收信號(hào)同頻、同相的本地載波，用來(lái)和接收的2dpsk信號(hào)相乘。這個(gè)本地載波的頻率和相位信息必須來(lái)自接收信號(hào)，或者說(shuō)需要從接收信號(hào)中提取載波同步信息。本地載波和接收信號(hào)載波的同步問(wèn)題稱(chēng)為載波同步。 1 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)要求 我們的任務(wù)要求是設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)從2DPSK中提取相干載波。其要求為：給出整體設(shè)計(jì)框圖；繪制各單元電路電路圖；完成系統(tǒng)SYSTEMVIEW仿真；繪制總電路原理圖；寫(xiě)出設(shè)計(jì)報(bào)告。2 設(shè)計(jì)總

4、體思路及方案確定載波同步的方法可以分為兩大類(lèi)：第一類(lèi)是在發(fā)送端的發(fā)送信號(hào)中插入一個(gè)專(zhuān)門(mén)的導(dǎo)頻用于載波同步，導(dǎo)頻是一個(gè)或幾個(gè)特定頻率的未經(jīng)調(diào)制的正弦波，在接收端提取出導(dǎo)頻，利用此導(dǎo)頻的頻率和相位來(lái)決定本地產(chǎn)生的載波頻率和相位。第二類(lèi)是在接收端設(shè)法從有用信號(hào)中直接提取出載波，而不需要專(zhuān)門(mén)的導(dǎo)頻。直接提取法中又有兩類(lèi)：第一類(lèi)是平方法，第二類(lèi)是科斯塔斯環(huán)法。平方法有兩種形式：圖一為最簡(jiǎn)單的原理方框圖，圖二為用鎖相環(huán)（PLL）代替窄帶濾波器的鎖相環(huán)法。 二分頻窄帶濾波平方 S(t) S²(t) 2f0 f0 圖1二分頻壓控振蕩環(huán)路濾波相乘平方S(t) S²(t) 2f0 f0 鎖相環(huán)

5、 圖2鎖相環(huán)由相乘器、環(huán)路濾波器以及壓控振蕩器組成。由于鎖相環(huán)的輸出信號(hào)具有更好的穩(wěn)定性，并且輸入可以是不連續(xù)信號(hào)，所以它的應(yīng)用比較廣泛。設(shè)接收信號(hào)為： S(t)=m(t)coswt式中，m(t)為調(diào)制信號(hào)，它沒(méi)有直流分量。這樣，在s(t)中沒(méi)有載頻分量。將此接收信號(hào)平方后，得到： S²(t)=m²(t)cos²wt =0.5m²(t)+0.5m²(t)cos2wt其中包含兩倍載頻(2f0)的分量，用窄帶濾波器將此分量濾出，并經(jīng)過(guò)二分頻，就得到載頻f0的分量。在現(xiàn)代數(shù)字接收機(jī)中，鎖相環(huán)的具體電路可能大大有別于圖2的電路，但是其性能是等效的。圖中

6、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(gè)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(gè)加權(quán)函數(shù)，使加權(quán)函數(shù)給出相位誤差的估值。看起來(lái)這樣做很復(fù)雜，但使用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)則會(huì)很容易實(shí)現(xiàn)。平方環(huán)法提取載波的原理方框圖如圖3所示： 圖3相位比較器將輸入信號(hào)作為標(biāo)準(zhǔn)，將它的頻率和相位與從VCO輸出端送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行比較，若在工作范圍內(nèi)檢測(cè)出任何相位差，就產(chǎn)生一個(gè)誤差信號(hào)，這個(gè)誤差信號(hào)正比于輸入信號(hào)和VCO輸出信號(hào)之間的相位差，通常是以交流分量調(diào)制的直流電平。環(huán)路濾波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(chǎn)生信號(hào)去控制VCO，強(qiáng)制VCO朝著減

7、少相位誤差方向改變其頻率，使輸入基準(zhǔn)信號(hào)和VCO輸出信號(hào)之間的任何頻率逐漸減少為0，這時(shí)我們就稱(chēng)環(huán)路已被鎖定。3 單元電路（子模塊，字程序）分析 3.1 2dpsk調(diào)制的設(shè)計(jì)2DPSK方式即是利用前后相鄰碼元的相對(duì)相位值去表示數(shù)字信息的一種方式?，F(xiàn)假設(shè)用表示本碼元初相與前一碼元初相之差，并規(guī)定：0表示0碼，表示1碼。則數(shù)字信息序列與2DPSK信號(hào)的碼元相位關(guān)系可舉例表示如2PSK信號(hào)是用載波的不同相位直接去表示相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)而得出的，在接收端只能采用相干解調(diào)。在這種絕對(duì)移相方式中，發(fā)送端是采用某一個(gè)相位作為基準(zhǔn)，所以在系統(tǒng)接收端也必須采用相同的基準(zhǔn)相位。如果基準(zhǔn)相位發(fā)生變化，則在接收端回復(fù)的信

8、號(hào)將與發(fā)送的數(shù)字信息完全相反。所以在實(shí)際過(guò)程中一般不采用絕對(duì)移相方式，而采用相對(duì)移相方式。M序列的實(shí)現(xiàn)：m序列是最長(zhǎng)線(xiàn)性反饋移存器序列的簡(jiǎn)稱(chēng)，又稱(chēng)偽隨機(jī)序列，是由帶線(xiàn)性反饋的移存器產(chǎn)生的周期最長(zhǎng)的一種序列。具有較強(qiáng)的抗干擾能力和較低的截獲概率，而且長(zhǎng)的序列更容易在一定的強(qiáng)噪聲中被提取，這樣就能夠充分保證數(shù)據(jù)的正常通信。通常產(chǎn)生偽隨機(jī)序列的電路為反饋移存器。BPSK信號(hào)的實(shí)現(xiàn)：信號(hào)發(fā)生器的“+”與“”端實(shí)現(xiàn)正相端和反相端的2路輸出，由M序列進(jìn)行載波的隨機(jī)選擇，從而實(shí)現(xiàn)BPSK。DPSK信號(hào)的實(shí)現(xiàn)：我們?cè)贐PSK實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)上加入觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)差分碼的輸出。主要用到的元件有74LS744位寄存器、74L

9、S04反相器、74LS86異或、74LS74集成D觸發(fā)器、4066BD模擬開(kāi)關(guān)。電路圖如圖4所示： 圖4 DPSK信號(hào)的產(chǎn)生 3.2 平方模塊平方模塊就是將信源單元輸入的2DPSK信號(hào)進(jìn)行放大，由模擬乘法器MC1496構(gòu)成。設(shè)調(diào)制信號(hào)為m(t)，m(t)中無(wú)直流分量，則抑制載波的雙邊帶信號(hào)為:S(t)=m(t)coswt,接收端將該信號(hào)進(jìn)行平方變換，即經(jīng)過(guò)一個(gè)平方律部件后就得到：S²(t)=m²(t)cos²wt =0.5m²(t)+0.5m²(t)cos2wtS²(t)經(jīng)電容隔直濾波后只留下二倍的載波頻率分量，即輸出信號(hào)。電路圖如圖

10、5所示：圖5 平方模塊電路 3.3 鑒相模塊鑒相器是能夠鑒別出輸入信號(hào)的相差的器件，是使輸出電壓與兩個(gè)輸入信號(hào)之間的相位差有確定關(guān)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(gòu)成。電路圖如圖6所示：圖6 鑒相器電路 3.4 濾波器模塊環(huán)路濾波器是一個(gè)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，由電阻和電容構(gòu)成，電路圖如圖7所示： 圖7 環(huán)路濾波器電路 3.5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(duì)應(yīng)關(guān)系的振蕩電路，頻率是輸入信號(hào)電壓的函數(shù)的振蕩器VCO，振蕩器的工作狀態(tài)或振蕩回路的元件參數(shù)受輸入控制電壓的控制，就可構(gòu)成一個(gè)

11、壓控振蕩器。壓控振蕩器被一個(gè)外來(lái)的基準(zhǔn)信號(hào)控制，使得壓控振蕩器輸出信號(hào)的相位和外來(lái)的基準(zhǔn)信號(hào)的相位保持某種特定關(guān)系，達(dá)到相位同步和鎖定的目的，即把控制電壓轉(zhuǎn)換為相位。電路圖如圖8所示：圖8 壓控振蕩器電路 3.6 分頻器模塊分頻模塊是系統(tǒng)的最后一個(gè)模塊，經(jīng)過(guò)該模塊后我們就可以得到我們需要的載波信號(hào)。受外部周期信號(hào)激勵(lì)的震蕩，其頻率恰為激勵(lì)信號(hào)頻率的純分?jǐn)?shù)都叫做分頻。實(shí)現(xiàn)分頻的電路或裝置稱(chēng)為“分頻器”。經(jīng)過(guò)模擬鎖相環(huán)處理后的信號(hào)已經(jīng)將二倍載波頻率分量濾出，輸入信號(hào)進(jìn)入晶體管構(gòu)成共射極電路，該電路特點(diǎn)是電壓增益大，輸入與輸出電壓反相。第二個(gè)晶體管實(shí)現(xiàn)緩沖隔離的作用，減小負(fù)載變動(dòng)對(duì)電壓放大的影響。信

12、號(hào)輸出后經(jīng)過(guò)74LS74實(shí)現(xiàn)二分頻。電路圖如圖9所示：圖9 二分頻電路4 系統(tǒng)（systemview）仿真 對(duì)上述電路進(jìn)行完電路設(shè)計(jì)后，接下來(lái)我們需要利用systemview對(duì)電路進(jìn)行系統(tǒng)仿真。SystemView是美國(guó)ELANIX公司推出的，基于Windows環(huán)境下運(yùn)行的用于系統(tǒng)仿真分析的可視化軟件工具，它使用功能模塊(Token)去描述程序，無(wú)需與復(fù)雜的程序語(yǔ)言打交道，不用寫(xiě)一句代碼即可完成各種系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與仿真，快速地建立和修改系統(tǒng)、訪(fǎng)問(wèn)與調(diào)整參數(shù)，方便地加入注釋。利用System View，可以構(gòu)造各種復(fù)雜的模擬、數(shù)字、數(shù)?；旌舷到y(tǒng)，各種多速率系統(tǒng)，因此，它可用于各種線(xiàn)性或非線(xiàn)性控制系統(tǒng)

13、的設(shè)計(jì)和仿真。用戶(hù)在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，只需從System View配置的圖標(biāo)庫(kù)中調(diào)出有關(guān)圖標(biāo)并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，完成圖標(biāo)間的連線(xiàn)，然后運(yùn)行仿真操作，最終以時(shí)域波形、眼圖、功率譜等形式給出系統(tǒng)的仿真分析結(jié)果。仿真電路如圖10所示：圖10 電路仿真 設(shè)置采樣點(diǎn)為500，采樣頻率為1000hz，系統(tǒng)每個(gè)模塊設(shè)置的參數(shù)如下： 表1 各個(gè)模塊作用序號(hào)名稱(chēng)參數(shù)設(shè)置Token 1偽隨機(jī)序列頻率：20hzToken 37異或門(mén)邏輯真1，邏輯假0Token 24延時(shí)器延時(shí)時(shí)間0.1sToken 5 35 27乘法器完成信號(hào)相乘Token 20正弦波正弦信號(hào)，頻率為40hzToken 28 32低通濾波器28低通截止頻

14、率為10hz，32 低通截止頻率為100hz Token 29頻率調(diào)制頻率：100hzToken 30增益Gain：2Token 31分頻器Divide By：2Token 3 4 6 8 33 34 36 分析觀察波形波形顯示：圖11 2DPSK波形圖12 輸入載波波形圖13 經(jīng)過(guò)平方模塊之后的波形圖14 經(jīng)過(guò)頻率調(diào)制之后的波形圖15 提取出的載波波形仿真結(jié)論：經(jīng)過(guò)鎖相環(huán)提取出的載波與原載波波形相位相差180°，但是基本上波形還是比較相似，只是存在延遲而已，所以還算是比較成功的。5 總結(jié)這次的課程設(shè)計(jì)我們從16周就接到了任務(wù)書(shū)，任務(wù)內(nèi)容是2DPSK相干載波的提取。接到任務(wù)之后，便打

15、開(kāi)了通信原理教程，翻到了關(guān)于2DPSK相干載波提取的那一節(jié)，書(shū)上的很多內(nèi)容對(duì)我們很有幫助。第17周便開(kāi)始了正式的課程設(shè)計(jì)工作，從網(wǎng)上查找資料，了解每個(gè)模塊的作用，從而利用systemview進(jìn)行系統(tǒng)仿真。對(duì)于systemview這個(gè)軟件還是第一次認(rèn)識(shí)，一開(kāi)始對(duì)它不熟悉，然后在網(wǎng)上翻找教程，找圖標(biāo)所表示的意義。接著就開(kāi)始了版面布局，一個(gè)一個(gè)模塊的擺放，把線(xiàn)連接好后，發(fā)現(xiàn)波形出現(xiàn)嚴(yán)重錯(cuò)誤，對(duì)每個(gè)模塊的波形進(jìn)行參數(shù)設(shè)置后，發(fā)現(xiàn)波形有點(diǎn)像我們所需要的，但是還是有問(wèn)題，波形不美觀，進(jìn)而修改了采樣點(diǎn)和采樣頻率，再次運(yùn)行程序后，發(fā)現(xiàn)波形是我們所需要的，但是有點(diǎn)延遲，事情不可能是盡善盡美的。做完仿真后我們開(kāi)始

16、了電路的設(shè)計(jì)，劉正青老師給了我們很多的資料，里面有很多的東西對(duì)我們進(jìn)行課題設(shè)計(jì)是很有幫助的，通過(guò)資料的幫助和同學(xué)們的討論，從而把設(shè)計(jì)電路搞定了，但是進(jìn)行仿真的時(shí)候出不了波形，這是一個(gè)很大的遺憾。每次的課程設(shè)計(jì)都是對(duì)我們的一次綜合檢驗(yàn)，里面有很多的東西需要我們聯(lián)系以往學(xué)過(guò)的知識(shí)，通過(guò)課設(shè)我們能對(duì)以前的知識(shí)再次進(jìn)行理解與滲透。課程設(shè)計(jì)是一次理論與實(shí)踐相結(jié)合的工作，理論上存在的實(shí)際上并不存在，理論上的往往是最完美的結(jié)果，但是在現(xiàn)實(shí)中總會(huì)存在各種因素使得出的結(jié)果偏離理論上的結(jié)果，這是不可避免的。能夠完成這次的課程設(shè)計(jì)，我要在這里感謝我們的指導(dǎo)老師劉正青老師和我的同學(xué)，沒(méi)有你們的幫助，憑我一個(gè)人的力量是很難做出來(lái)的，所以在這里很感謝你們給予我的幫助！6 附錄 由于我做電路設(shè)計(jì)的時(shí)候采用的是multisim軟件，版面有限，裝不下如此多的模塊，我便將每個(gè)模塊用一個(gè)子電路代替，從而節(jié)省了空間。總電路如下：圖16 總電路圖7 參考文獻(xiàn) 1、通信原