載波同步的設(shè)計與實現(xiàn)

1、目錄摘 要 錯誤! 未指定書簽一、設(shè)計要求 . 錯誤!未指定書簽二設(shè)計目的 . 錯誤!未指定書簽三設(shè)計原理 . 錯誤! 未指定書簽3.1 二進(jìn)制移相鍵控 (2) 原理 錯誤! 未指定書簽3.2 載波同步原理 錯誤! 未指定書簽3.2.1 直接法(自同步法) 錯誤! 未指定書簽3.2.2 插入導(dǎo)頻法 錯誤 ! 未指定書簽四各模塊和總體電路設(shè)計 錯誤! 未指定書簽4.1 調(diào)制模塊的設(shè)計 錯誤! 未指定書簽4.2 調(diào)制模塊的設(shè)計 錯誤! 未指定書簽4.3 載波同步系統(tǒng)總電路圖 錯誤! 未指定書簽五仿真結(jié)果 . 錯誤! 未指定書簽六心得體會 . 錯誤! 未指定書簽參考文獻(xiàn) . 錯誤! 未指定書簽摘要載

2、波同步又稱載波恢復(fù) （ ），即在接收設(shè)備中產(chǎn)生一個和接收信號的載波同頻同 相的本地振蕩 （ ），供給解調(diào)器作相干解調(diào)用。 當(dāng)接收信號中包含離散的載頻分量時， 在接收端需要從信號中分離出信號載波作為本地相干載波； 這樣分離出的本地相干載 波頻率必然與接收信號載波頻率相同， 但為了使相位也相同， 可能需要對分離出的載 波相位作適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。若接收信號中沒有離散載波分量，例如在2 信號中（“ 1” 和“ 0” 以等概率出現(xiàn)時） ，則接收端需要用較復(fù)雜的方法從信號中提取載波。因此， 在這些接收設(shè)備中需要有載波同步電路， 以提供相干解調(diào)所需要的相干載波； 相干載 波必須與接收信號的載波嚴(yán)格地同頻同相。電路

3、設(shè)計特點：載波提取電路采用直接法，即直接從發(fā)送信號中提取載波， 電路連 線簡單，易實現(xiàn)，成本低。關(guān)鍵字：載波同步，仿真， 2 信號載波同步的設(shè)計與實現(xiàn)一、設(shè)計要求在系統(tǒng)解調(diào)部分，相干解調(diào)是一個常用的方法，因此相干解調(diào)的載波恢復(fù)是一個重點也是難點，根據(jù)通信原理所學(xué)理論，設(shè)計用從 2等信號中提取載波同步信號，并注意相位 模糊現(xiàn)象，給出電路結(jié)構(gòu)框圖，并完成電路設(shè)計、仿真與調(diào)試。(1) 鞏固加深載波恢復(fù)的認(rèn)識，提高綜合運用通信原理等知識的能力；(2) 培養(yǎng)學(xué)生查閱參考文獻(xiàn)，獨立思考、設(shè)計、鉆研電子技術(shù)相關(guān)問題的能力；(3) 通過實際制作安裝電子線路，學(xué)會單元電路以和整機(jī)電路的調(diào)試與分析方法;(4) 掌

4、握相關(guān)電子線路工程技術(shù)規(guī)范以和常規(guī)電子元器件的性能技術(shù)指標(biāo)；(5) 了解電氣圖國家標(biāo)準(zhǔn)以和電氣制圖國家標(biāo)準(zhǔn)，并利用電子正確繪制電路圖；(6) 培養(yǎng)嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)與科學(xué)態(tài)度，建立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓こ碳夹g(shù)觀念；(7) 培養(yǎng)工程實踐能力、創(chuàng)新能力和綜合設(shè)計能力。三. 設(shè)計原理3.1二進(jìn)制移相鍵控(2)原理在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，當(dāng)正弦載波的相位隨二進(jìn)制數(shù)字基帶信號離散變化時，則產(chǎn)生二進(jìn)制移相鍵控(2)信號。通常用已調(diào)信號載波的0。和180。分別表示二進(jìn)制數(shù)字基帶信號的1和0。二進(jìn)制移相鍵控信號的時域表達(dá)式為e°(t)ang(t nTs) cos ctn廣1,發(fā)送概率為Pan =V-1,發(fā)送概率為1e

5、2(t)=在一個碼元期間，則有3 ,發(fā)送概率為P發(fā)送概率為1若用© n表示第n個符號的絕對相位，則有0° ,發(fā)送1符號© Y< 180° ,發(fā)送0符2信號的解調(diào)采用相干解調(diào),解調(diào)器原理圖如圖1.1所示雙極性不歸開關(guān)電路（b）圖3.12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n”現(xiàn)象。由 于在2信號的載波恢復(fù)過程中存在著180°的相位模糊，所以2信號的相干解調(diào)存在隨機(jī) 的“倒n”現(xiàn)象。3.2載波同步原理提取載波的

6、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。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(jìn)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法。設(shè)調(diào)制信號為和四r中無直流分量，則抑制載波的雙邊帶信號為：s(t) = ni(t)cosu)rt接收端將該信號進(jìn)行

7、平方變換，即經(jīng)過一個平方律部件后就得到22 m (t)1 2e(t) m (t)cos o>ct = - + -m (052(01由上式可以看出，雖然前面假設(shè) 7 I中無直流分量，但L卻一定有直流分量，這是因為宀必為大于等于0的數(shù)，因此，十的均值必大于0,而這個均值就是k 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2信號，為雙極性矩形 脈沖序列，設(shè)嚴(yán)宀為土 i那么"-)=1，這樣經(jīng)過平方率部件后可以得到：I 2211e(t) = m (t)cas 叫t = - + cos2u)J由上式可知，通過2 一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

8、 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 所示的方 框圖就可以提取出載波。圖3.2.1.1 平方變換法提取載波為了改善平方變換的性能，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。信號輸入已調(diào)平方律部件環(huán)路 濾波器壓控振蕩器I二分頻載波輸出鎖相環(huán)圖321.2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n 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

9、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321.3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| ：卜=1和它的正交信號-I門，因此，通常稱這種設(shè)輸入的抑制載波雙邊帶信號為叮，貝U叫=烈0)亡朋+ 6)=(*)&05+ 亡陰2歸/ + 繃v4 =沁)匚0$® /血® /十呂)=!-孵傅血&十血(2®/十曰).丄2I經(jīng)低通后的輸出分別為乘法器的輸出為IIv-=佑-X = mU bin0心©3 6 = m l/lsin 29 '口 4名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)

10、較小時，上式可 以近似地表示為1 、.、苗 % 一?TTkl日4上式中5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 r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V就是所需要提取的載波。不僅如此，當(dāng)匚減小到很小的時候，二就接近于調(diào) 制信號m(t)。322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；單邊帶信號更是不存在載波 分量。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，2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)

11、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 信號嚴(yán)宀進(jìn)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3.2.2.1( a)圖所示。根據(jù)圖3.2.2.1(a)的結(jié)構(gòu)，其輸出信號可表示為33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

12、信號收端的方框圖如圖3.2.2.2(b)所示。圖322.2(b)插入導(dǎo)頻法收端框圖asin ct圖3.2.2.1(a)插入導(dǎo)頻法發(fā)端框圖由圖可知，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 嚴(yán)宀。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氐«) 兀sin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)后輸出為於稱（刃2 +疋多了一個不需要的直流成分 訃,這就是發(fā)端采用正交載 波作為導(dǎo)頻的原因。為此可以在信號頻譜之外插入兩個導(dǎo)頻 ：和丄，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

13、 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3.223 ），而二是調(diào)制信號的帶寬。圖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。四. 各模塊和總體電路設(shè)計4.1調(diào)制模塊的設(shè)計（1）調(diào)制模塊整體圖：圖調(diào)制模塊整體圖(2)分頻器：分頻器實際上是一D觸發(fā)器，實現(xiàn)二分頻的功能圖分頻器(3) M序列電路:圖4.1.3 M序列電路M序列,實際上是通過連續(xù)的觸發(fā)器和異或門、或門來實現(xiàn)由二分頻的正弦波產(chǎn)生四個觸發(fā)器的輸出端分別為a

14、1, a234,他們之間的關(guān)系為:n 1a1nna4a3nnna4a?an 1a2na1n 1na3a2n 1na4a3輸出的信碼為：(4)碼變換的電路如下：B*u Vl-X- 0 u> IT-L &* 1圖碼變換的電路通過數(shù)字基帶信號的不同電平選擇不同的相位的波形。然后通過電壓加法器來線性相 加，但是實際我沒有找到這個三端集成電壓加法器。最戶是通過加兩個電阻直接將兩個電 壓耦合起來。調(diào)制器的電路如下所示：(5) 2信號調(diào)制電路圖4.1.52信號調(diào)制電路序列M序當(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(其中高電平變?yōu)榈碗娖?；低電平變?yōu)樨?fù)電平)。在與載

15、波相乘后相加。就相當(dāng)于將 列信號轉(zhuǎn)化為雙極性碼并與載波信號相乘，得到 2調(diào)制信號，從右上方輸出口輸出。4.2調(diào)制模塊的設(shè)計(1)平方律模塊100疔100X1 V/v'/O V rX片圖422平方律模塊(2)鎖相環(huán)模塊：鎖相環(huán)由環(huán)路濾波器和壓控振蕩器構(gòu)成，然后集成為一塊(3)二分頻模塊(4)諧波提取電路1 WradPg £陽圖鎖相環(huán)d a> QU圖二分頻模塊由圖總體電路右上方輸入端輸入2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。4.3載波同步系統(tǒng)總電路圖圖載波同步系統(tǒng)總體電路

16、五. 仿真結(jié)果各分模塊電路和總電路用仿真波形如下：(1) M序列仿真波形圖：觀察圖4.1可以看出仿真得出的序列為：圖5.1 M序列仿真波形圖(2) 2信號仿真波形：圖5.2 2信號仿真波形(3) 載波同步仿真結(jié)果:圖4.3載波同步仿真結(jié)果仿真結(jié)果分析：觀察圖5.1可以看出仿真得出的序列為：觀察圖5.3，第一行波形為所恢復(fù)的載波，第二行為2信號仿真波形，通過對比可以看出雖然達(dá)到了同頻的效果，但有些許相差。六心得體會課程設(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 作前一個必不少的過程。 “千里之行始于足下”，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

17、認(rèn)真的進(jìn)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(xì)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。但一想起蘇揚(yáng)老師平 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(xì)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(fù)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