載波同步系統(tǒng)設(shè)計通原課設(shè)

1、課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 陳德松 專業(yè)班級： 電信0901 指導(dǎo)教師： 蘇 揚 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目：載波同步系統(tǒng)設(shè)計初始條件：具備通信課程的理論知識；具備模擬與數(shù)字電路基本電路的設(shè)計能力；掌握通信電路的設(shè)計知識，掌握通信電路的基本調(diào)試方法；自選相關(guān)電子器件；可以使用實驗室儀器調(diào)試。要求完成的主要任務(wù)：（包括課程設(shè)計工作量及其技術(shù)要求，以及說明書撰寫等具體要求）1、從輸入載波128KHz2PSK信號中提取載波信號；2、對系統(tǒng)各個組成部分與模塊進行設(shè)計，包括乘法器電路，選頻放大器，帶通濾波器等；3、安裝和調(diào)試整個電路，并測試出結(jié)果；4、進行系統(tǒng)仿真，調(diào)試并完成符合要求的課程設(shè)計書。時

2、間安排： 二十二周一周，其中3天硬件設(shè)計，2天硬件調(diào)試指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目錄1. 二進制移相鍵控(2PSK)原理32載波同步原理42.1直接法（自同步法）42.2插入導(dǎo)頻法63.各模塊及總體電路設(shè)計83.1 M序列電路83.2 2PSK信號調(diào)制電路93.3載波提取電路93.4總電路圖104.仿真結(jié)果115.硬件焊接與調(diào)試137.參考文獻151. 二進制移相鍵控(2PSK)原理在二進制數(shù)字調(diào)制中，當(dāng)正弦載波的相位隨二進制數(shù)字基帶信號離散變化時，則產(chǎn)生二進制移相鍵控(2PSK)信號。 通常用已調(diào)信號載波的 0°和 180°分別表示二

3、進制數(shù)字基帶信號的 1 和 0。二進制移相鍵控信號的時域表達式為=1, 發(fā)送概率為P-1, 發(fā)送概率為1-P 在一個碼元期間，則有e2PSK(t)=cosct, 發(fā)送概率為P -cosct, 發(fā)送概率為1-P若用n表示第n個符號的絕對相位，則有 n= 0°, 發(fā)送 1 符號 180°, 發(fā)送 0 符號2PSK信號的解調(diào)采用相干解調(diào)， 解調(diào)器原理圖如圖1.1所示圖 1.12PSK信號的調(diào)制原理圖 當(dāng)恢復(fù)的相干載波產(chǎn)生180°倒相時，解調(diào)出的數(shù)字基帶信號將與發(fā)送的數(shù)字基帶信號正好是相反，解調(diào)器輸出數(shù)字基帶信號全部出錯。這種現(xiàn)象通常稱為“倒”現(xiàn)象。由于在2PSK信號的載

4、波恢復(fù)過程中存在著180°的相位模糊，所以2PSK信號的相干解調(diào)存在隨機的“倒”現(xiàn)象。2載波同步原理提取載波的方法一般分為兩類：一類是不專門發(fā)送導(dǎo)頻，而在接收端直接從發(fā)送信號中提取載波，這類方法稱為直接法，也稱為自同步法；另一類是在發(fā)送有用信號的同時，在適當(dāng)?shù)念l率位置上，插入一個（或多個）稱作導(dǎo)頻的正弦波，接收端就利用導(dǎo)頻提取出載波，這類方法稱為插入導(dǎo)頻法，也稱為外同步法。2.1直接法（自同步法）有些信號（如抑制載波的雙邊帶信號等）雖然本身不包含載波分量，但對該信號進行某些非線性變換以后，就可以直接從中提取出載波分量來，這就是直接法提取同步載波的基本原理。下面介紹幾種直接提取載波的方

5、法。設(shè)調(diào)制信號為，中無直流分量，則抑制載波的雙邊帶信號為接收端將該信號進行平方變換，即經(jīng)過一個平方律部件后就得到由上式可以看出，雖然前面假設(shè)中無直流分量，但卻一定有直流分量，這是因為必為大于等于0的數(shù)，因此，的均值必大于0，而這個均值就是的直流分量，這樣e(t)的第二項中就包含2頻率的分量。例如，對于2PSK信號，為雙極性矩形脈沖序列，設(shè)為±1，那么=1，這樣經(jīng)過平方率部件后可以得到由上式可知，通過2窄帶濾波器從 中很容易取出2頻率分量。經(jīng)過一個二分頻器就可以得到的頻率成分，這就是所需要的同步載波。因而，利用圖1.2所示的方框圖就可以提取出載波。 圖1.2 平方變換法提取載波為了改善

6、平方變換的性能，可以在平方變換法的基礎(chǔ)上，把窄帶濾波器用鎖相環(huán)替代，構(gòu)成如圖1-3所示框圖，這樣就實現(xiàn)了平方環(huán)法提取載波。由于鎖相環(huán)具有良好的跟蹤、窄帶濾波和記憶性能，因此平方環(huán)法比一般的平方變換法具有更好的性能，因而得到廣泛的應(yīng)用。 圖1.3 平方環(huán)法提取載波在上面兩個提取載波的方框圖中都用了一個二分頻電路，因此，提取出的載波存在相位模糊問題。對移相信號而言，解決這個問題的常用方法就是采用前面已介紹過的相對移相。利用鎖相環(huán)提取載波的另一種常用方法如圖1-4所示。加于兩個相乘器的本地信號分別為壓控振蕩器的輸出信號和它的正交信號，因此，通常稱這種環(huán)路為同相正交環(huán)，有時也被稱為科斯塔斯（Costa

7、s）環(huán)。圖1.4 Costas環(huán)法提取載波設(shè)輸入的抑制載波雙邊帶信號為，則經(jīng)低通后的輸出分別為乘法器的輸出為式中是壓控振蕩器輸出信號與輸入已調(diào)信號載波之間的相位誤差。當(dāng)較小時，上式可以近似地表示為上式中的大小與相位誤差成正比，因此，它就相當(dāng)于一個鑒相器的輸出。用去調(diào)整壓控振蕩器輸出信號的相位，最后就可以使穩(wěn)態(tài)相位誤差減小到很小的數(shù)值。這樣壓控振蕩器的輸出就是所需要提取的載波。不僅如此，當(dāng)減小到很小的時候， 就接近于調(diào)制信號m(t)。2.2插入導(dǎo)頻法 在模擬通信系統(tǒng)中，抑制載波的雙邊帶信號本身不含有載波；殘留邊帶信號雖然一般都含有載波分量，但很難從已調(diào)信號的頻譜中將它分離出來；單邊帶信

8、號更是不存在載波分量。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，2PSK信號中的載波分量為零。對這些信號的載波提取，都可以用插入導(dǎo)頻法，特別是單邊帶調(diào)制信號，只能用插入導(dǎo)頻法提取載波。對于抑制載波的雙邊帶調(diào)制而言，在載頻處，已調(diào)信號的頻譜分量為零，同時對調(diào)制信號進行適當(dāng)?shù)奶幚恚涂梢允挂颜{(diào)信號在載頻附近的頻譜分量很小，這樣就可以插入導(dǎo)頻，這時插入的導(dǎo)頻對信號的影響最小。但插入的導(dǎo)頻并不是加在調(diào)制器的那個載波，而是將該載波移相90°后的所謂“正交載波”。根據(jù)上述原理，就可構(gòu)成插入導(dǎo)頻的發(fā)端方框圖如圖1.5（a）所示。    根據(jù)圖1.5（a）的結(jié)構(gòu)，其輸出信號可表示為u

9、o(t)=am(t)sinct-a cosct 設(shè)收端收到的信號與發(fā)端輸出信號相同，則收端用一個中心頻率為的窄帶濾波器就可以得到導(dǎo)頻，再將它移相90°，就可得到與調(diào)制載波同頻同相的信號。收端的方框圖如圖1.5（b）所示。 圖1.5(a)插入導(dǎo)頻法發(fā)端框圖 圖1.5(b) 插入導(dǎo)頻法收端框圖由圖1-5可知，解調(diào)輸出為經(jīng)過低通濾波器后，就可以恢復(fù)出調(diào)制信號。然而，如果發(fā)端加入的導(dǎo)頻不是正交載波，而是調(diào)制載波，這時發(fā)端的輸出信號可表示為收端用窄帶濾波器取出后直接作為同步載波，但此時經(jīng)過相乘器和低通濾波器解調(diào)后輸出為，多了一個不需要的直流成分，這就是發(fā)端采用正交載波作為導(dǎo)頻的原因。

10、 為此可以在信號頻譜之外插入兩個導(dǎo)頻和，使它們在接收端經(jīng)過某些變換后產(chǎn)生所需要的。設(shè)兩導(dǎo)頻與信號頻譜兩端的間隔分別為和則：式中的是殘留邊帶形成濾波器傳輸函數(shù)中滾降部分所占帶寬的一半（見圖1.6），而是調(diào)制信號的帶寬。 圖1.6 殘留邊帶信號形成濾波器的傳輸函數(shù)插入導(dǎo)頻法提取載波要使用窄帶濾波器，這個窄帶濾波器也可以用鎖相環(huán)來代替，這是因為鎖相環(huán)本身就是一個性能良好的窄帶濾波器，因而使用鎖相環(huán)后，載波提取的性能將有改善。3.各模塊及總體電路設(shè)計根據(jù)要求設(shè)計由M序列電路，2PSK調(diào)制電路和載波提取電路組成總的電路。3.1 M序列電路圖3.1 M序列電路四個觸發(fā)器的輸出端分別為a1，a2,

11、a3,a4，他們之間的關(guān)系為：。3.2 2PSK信號調(diào)制電路圖3.2 2PSK信號調(diào)制電路當(dāng)從左邊輸入口輸入M序列，將M序列分為兩部分即原M序列和變換后的M序列（其中高電平變?yōu)榈碗娖?；低電平變?yōu)樨撾娖剑?。在與載波相乘后相加。就相當(dāng)于將M序列信號轉(zhuǎn)化為雙極性碼并與載波信號相乘，得到2PSK調(diào)制信號，從右上方輸出口輸出。3.3載波提取電路圖3.3 載波提取電路由右上方輸入端輸入2PSK調(diào)制信號，經(jīng)模擬乘法器將信號平方，再經(jīng)過鎖相環(huán)調(diào)相，并由D觸發(fā)器將其分頻，再經(jīng)過振蕩電路將方波還原成正弦波，最后經(jīng)過濾波器調(diào)整濾除雜波。3.4總電路圖圖3.4 總電路圖4.仿真結(jié)果各分模塊電路及總電路用EWB仿真波形

12、如下：圖4.1 M序列仿真波形圖圖4.2 2PSK信號仿真波形圖4.3 載波同步仿真結(jié)果5.硬件焊接與調(diào)試按總電路原理圖焊接好電路板后，需要進行硬件調(diào)試。焊接過程中要注意幾個問題:（1） 所有的芯片在仿真的時候電源與接地端都沒有給出，在焊接的時候要注意；（2） 在仿真的時候在實際中做了簡單化的處理，比如地的給出，比如開路的問題，在焊接的時候不能完全按照電路圖進行，要做出相應(yīng)的修改；（3） 在焊接之前，要對將要焊接的元件進行功能上的檢測以確定能否正常工作；還有許多其他的一些小問題，在焊接的時候要學(xué)會變通。硬件調(diào)試主要是檢測硬件電路是否有短路、斷路、虛焊等。具體步驟及測試結(jié)果如下：（1）檢查電源與

13、地線是否全部連接上，用萬用表對照電路原理圖測試各導(dǎo)線是否完全連接，測試結(jié)果所有連接線都已連接好；（2）檢查由D觸發(fā)器，非門和與門等組成的M序列電路是否產(chǎn)生M序列，用示波器觀察波形，測試結(jié)果波形都很好；（3）檢查各芯片的功能是否正常，檢測按鍵的導(dǎo)通情況。測試結(jié)果正常。最后對硬件各模塊及總電路輸出波形用示波器進行觀察。可以看出，M序列的產(chǎn)生和2PSK信號的提取部分，波形都比較良好。最后的載波提取部分的波形雖然與原波形形狀有些變化，但考慮到誤差，這個波形是可以接受的。所以電路焊接是正確的，硬件調(diào)試成功。6.心得體會課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)練，著是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不

14、少的過程?！扒Ю镏惺加谧阆隆?，通過這次課程設(shè)計，我深深體會到這句千古名言的真正含義。我今天認(rèn)真的進行課程設(shè)計，學(xué)會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎(chǔ)。說實話，課程設(shè)計真的有點累。然而，當(dāng)我一著手清理自己的設(shè)計成果，漫漫回味這1周的心路歷程，一種少有的成功喜悅即刻使倦意頓消雖然這是我剛學(xué)會走完的第一步，也是人生的一點小小的勝利，然而它令我感到自己成熟的許多。 通過課程設(shè)計，使我深深體會到，干任何事都必須耐心，細致課程設(shè)計過程中，許多計算有時不免令我感到有些心煩意亂：有2次因為不小心我計算出錯，只能毫不情意地重來。但一想起周偉平教授，黃焊偉總檢平時對我們耐心的教導(dǎo)，想到今后自己應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的社會責(zé)任，想到世界上因為某些細小失誤而出現(xiàn)的令世人無比震驚的事故，我不禁時刻提示自己，一定呀養(yǎng)成一種高度負責(zé)，認(rèn)真對待的良好習(xí)慣。這次課程設(shè)計使我在工作作風(fēng)上得到了一次難得的磨練。短短一周是課程設(shè)計，使我發(fā)現(xiàn)了自己所掌握的知識是真正如此的缺乏，自己綜合應(yīng)用所學(xué)的專業(yè)知識能力是如此的不足