2DPSK相干载波提取设计

1、目录绪论2第一章分析课题3第二章系统方案设计31 载波同步方法的简单介绍32.确定设计方案3第三章 systemview 的仿真61. systemview仿真图的绘制62. systemv i ew 仿真纟吉果7第四章单元电路设计91. dpsk信号产生电路92平方模块103鉴相模块104.环路滤波模块115压控振荡器模块116. 分频模块127. 总电路模块连接图13第五章课设心得14第六章参考文献14绪论在讨论信号的接收或解调时，常常离不开同步的问题，特别是涉 及数字信号时更是如此。在一个数字系统中包含多种同步问题。例 如，2dpsk信号在相干解调时，接收端需耍产生一个和接收信号同 频、

2、同相的本地载波，用以和接收的psk信号相乘。因此，这个本 地载波的频率和相位信息必须来自接收信号，或者说需要从接收信 号中提取载波同步信息。本地载波和接收信号载波的同步问题称为 载波同步。第一章分析课题课题任务要求设计实现2dpsk相干载波提取，载波频率为384khzo 具体要求：设计2dpsk相干载波提取具体方案；运用systemview软 件完成系统仿真；画出各个单元电路的电路图；完成总电路图的绘 制；编写实验设计报告。第二章系统方案设计1 载波同步方法的简单介绍2dpsk相干载波的提取即载波同步的方法可以分为两大类。第一类 是在发送端的发送信号中插入一个专门的导频用于载波同步。导频 是一

3、个或几个特定频率的未经调制的正弦波。在接收端提取出导频, 利用此导频的频率和相位来决定本地产生的载波频率和相位，这种 方法称为导频法。第二类是在接收端设法从有用信号中直接提取载 波，而不需传送专门的导频。插入导频法主要用于接收信号频谱中没有离散载频分量，且在载频 附近频谱幅度很小的情况。对于没有载波分量的信号，例如2dpsk信号，可以用非线性变换的 方法得到载波分量。2.确定设计方案此次设计决定用图2. 2. 2所示的平方法来对载波进行提取，下面对 平方法作具体分析。设接收信号：s(t) = m(t)cosa)0t式中，m(t)为调制信号，它无直流分量。这样，在s(t)中没有载频 分量。将此接

4、收信号平方后，得到：1 1s2(t) = m2(<t)cos2a)()t = -m2(t) + -m2(t)cos2o)0tj其中包含两倍载频（2九）的分量，用窄带滤波将此分量滤出，并经 过二分频，就得出载频九的分量。平方法提取载频的一种最简单的 原理方框图如图2. 2. 1所示：平方s2a)窄带滤波2fo二分频foa图 2. 2. 1用平方法提取载频吋，可以用锁相环（ppl）代替窄带滤波器, 如图2.2.2所示。由于锁相环的输出信号具有更好的稳定性，并且 输入可以是不连续的信号（如，时分制信号），所以它的应用较为 广泛。在现代数字接收机中，锁相环的具体电路可能大大有别于图 2.2.2中

5、的电路，但是其性能是等效的。例如，图中起到鉴相作用 的相乘电路可以用一组匹配滤波器代替，其中每个匹配滤波器的匹 配特性具有稍微不同的相位偏置，其输出送给一个加权函数，使加 权函数给出相位误差的估值。看起来这样做很复杂，但是用数字信 号处理技术则很容易实现。锁相环图 2. 2.2平方法提取载波的原理框图如图2. 2. 3所示:a图 2.2.3滤液器car-out 相位比较器将输入信号作为标准，将它的频率和相位与从vco输出 端送来的信号进行比较，若在工作范围内检测出任何相位差，就产 生一个误差信号，这个误差信号正比于输入信号和vco输出信号之 间的相位差，通常是以交流分量调制的直流电平。环路滤波

6、器滤除 误差中的高频分量以及噪声，保证环路所要求的性能，增加系统的 稳定性，还产生信号去控制vco,强制vco朝着减少相位误差方向 改变其频率，使输入基准信号和vco输出信号之间的任何频率逐渐 减少为0,这时我们就称环路已被锁定。第三章systemview的仿真1. systemview仿真图的绘制打开systemview软件后，点击图标l设置釆样参数，此次设置的釆样频 率为19. 2e+6hz,为输入信号频率的5倍，采样点数为500个。这样系统的采样 参数就设置好了。接下来画出系统仿真图，如图3. 1.1所示，各个模块(token)的参数在表格3. 1.2给出。图 3. 1. 1token

7、0频率为384e+3hz的伪噪声序列token 1,6, 22,8,20,21设置为analysis,观察输出波形token 4, 7, 10乘法器token 5设置输出频率为768e+3hz的正弦波信号token 14, 17低通滤波器14的截止频率为192e+3hz, 17为1. 92e+6hztoken 15为 function,设置为 phase/freq 中的 freq modtoken 16gain 2token 19二分频表 3. 1.22. systemv i ew仿真结果systemview是美国elanix公司推出的，基于windows环境下运行的用于系统 仿真分析的可视化

8、软件工具，它使用功能模块(token)去描述程序，无需与复杂 的程序语言打交道，不用写一句代码即可完成各种系统的设计与仿真，快速地 建立和修改系统、访问与调整参数，方便地加入注释。利用system view,可 以构造各种复杂的模拟、数字、数模混合系统，各种多速率系统，因此，它可 用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真。用户在进行系统设计吋，只需 从system view配置的图标库中调岀有关图标并进行参数设置，完成图标间的 连线，然后运行仿真操作，最终以时域波形、眼图、功率谱等形式给出系统的 仿真分析结果。仿真结果如下图所示：© wo: sink 1|sywmvta图3.2. 1

9、输入伪噪声波形© w1: sink 6in图 3. 2.2 2dpsk 波形图3.2.3载波波形© w2: sink 8tie# in scnd%图3. 2.4平方之后的波形 w3: sink 20symmvew图3.2.5频率调制之后波形© w4: sink 21图3.2.6提取出的载波波形tim >n syndt仿真分析:2dpsk波形是正确的，在噪声波形跳变的时候，2dpsk波形也是出现了相应 的相位上的变化。提取出来的载波是和z前加进来的载波相同，但是相位与输入的载波信号相 差"，经过了解，是载波提取整个过程存在延迟，所以出现了相位上的差异

10、， 仿真是成功的。第四章单元电路设计1. dpsk信号产生电路2dpsk方式即是利用前后和邻码元的相对和位值去表示数字信息的一种方式。 现假设用表示本码元初相与前一码元初相z差，并规定：=0表示0码， =兀表示1码。则数字信息序列与2dpsk信号的码元相位关系可举例表示如 2psk信号是用载波的不同相位直接去表示相应的数字信号而得出的，在接收端 只能采用相干解调。在这种绝对移相方式中，发送端是采用某一个相位作为基 准，所以在系统接收端也必须采用相同的基准相位。如果基准相位发生变化， 则在接收端冋复的信号将与发送的数字信息完全相反。所以在实际过程中一般 不采用绝对移相方式，而采用和对移相方式。m

11、序列的实现：in序列是最长线 性反馈移存器序列的简称，又称伪随机序列，是由带线性反馈的移存器产生的 周期最长的一种序列。具有较强的抗干扰能力和较低的截获概率，而且长的m 序列更容易在一定的强噪声中被提取，这样就能够充分保证数据的止常通信。 通常产生伪随机序列的电路为反馈移存器。bpsk信号的实现：信号发生器的“ + ”与“一”端实现正相端和反和端的2路输出，由m序列进行载波的随机选 择，从而实现bpskodpsk信号的实现：我们在bpsk实现的基础上加入触发器实现差分码的输出。主要用到的元件有74ls744位寄存器、74ls04反相器、 74ls86异或、74ls74集成d触发器、4066bd

12、模拟开关。电路图如图4. 1. 1所示:图 4. 1. 12.平方模块平方模块就是将信源单元输入的2dpsk信号进行放大，其电路如图2-1所示。 它主要是由模拟乘法器mci496.三极管3dg6及多个电阻和电容构成。2dpsk信 号从模拟乘法器1、4引脚和8、10引脚输入，从6脚输出平方信号，三极管3dg6射极输出起到缓冲作用。设调制信号为ni (i) , m (i)中无直流分量，则 抑制载波的双边带信号为e(t) = m(t)coso)ct接收端将该信号进行平方变换，即经过一个平方律部件后就得到:e(t) = m2(t)cos2a)ct =m2(t)2e (t)经电容隔直滤波后只留下二倍的载

13、波频率分量，即mu信号。电路图如图4.2. 1所示：vcc12vvcc2d=skin严 r5i1k0 跚c30.1pfvcc nruv12vr451020ko12vxoexoi：xo<x04zo:xox：02xosx0&4lyw|r12azw10ko图 4. 2. 13.鉴相模块鉴相器是能够鉴别出输入信号的相差的器件，是使输岀电压与两个输入信号 之间的相位差有确定关系的电路。它是锁相环的重要组成部分。主要有模拟 乘法器mc1496、电阻、电容构成。其电路图如图4.3. 1所示：100qr4illvw10kqxoii012iotaiq4x04to?：oi!03：05i014vcc1

14、2vra/w39kqvcc 12vzrc4hf-100nfr12aaar2kqr15舶2kq? -ar9rok1r14a/w51kqu3c2100nfr10a.wikqvcr11wv-jikqvcc12v图 4. 3. 14 环路滤波模块环路滤波器(lf)是一个低通滤波器，其作用是滤除鉴相器输出电压中的高 频分量，起平滑滤波的作用。通常由电阻，电容或电感等组成，有吋也包含运 算放大器，其电路如图4. 4.1所示：图 4. 4. 15.压控振荡器模块压控振荡器是指输出频率与输入控制电压有对应关系的振荡电路，频率是输入信号电压的函数的振荡器vco,振荡器的工作状态或振荡回路的元件参数受输入控制电压

15、的控制，就可构成 一个压控振荡器。压控振荡器被一个外来的基准信号控制，使得压控振荡器 输出信号的相位和外来的基准信号的相位保持某种特定关系，达到相位同步和锁 定的目的，即把控制电压转换为相位。电路图如图4. 5. 1所示：ttih 图 4. 5. 16.分频模块分频模块是系统的最后一个模块，经过该模块后我们就可以得到我们需要的 载波信号。受外部周期信号激励的震荡，其频率恰为激励信号频率的纯分数 都叫做分频。实现分频的电路或装置称为“分频器”。经过模拟锁相环处理 后的信号已经将二倍载波频率分量滤出，输入信号进入晶体管构成共射极电 路，该电路特点是电压增益大，输入与输出电压反相。第二个晶体管实现缓

16、冲隔离的作用，减小负载变动对电压放大的影响。信号输出后经过74ls74 实现二分频。电路图如图4. 6. 1所示：r13ru10ko 50wkey-a10ko 50 怜key-amx,12vc4f ：2畑22翊 22212vvccu1au1ar12r12u2au2a 74ls04d74ls04dvcc1wvcc14040mowostaele.virtualmowostaele.virtual3.3komono5tabii virtualc1020nfr7 10kor115kf)a74lso4dr16var51qvcc3.3kor11 5.1k0a741so4dr16510 vcc utq3?n

17、?222ttmttillo图 4. 6. 17总电路模块连接图各个单元电路连接方式如图4. 7.1所示，下图即总电路图，由于multisim 设计页面有限，所以用了层次块来代替各单元电路，这样也比较清晰明了。图 4. 7. 1第五章课设心得这次课程设计和以往有些不同，不是直接空出几周來专门做课程设计，而是将 任务书发下之后由我们自己在课余或周末的时间去做，感觉这种方法做课设也 比较好，一来我们充分的利用了空闲时间去做有意义的事，二来上课时还能将 学到的知识和课设联系起來，下课时有什么不懂的地方也能及时当面问老师。我的这个课题虽较简单，但也有难点，由于之前我还没有接触过systemview这 个软件，而课设需要systemview进行仿真，也是此次课设的一个难点。不过， 通过老师的悉心教导，和同学交流探讨，以及自己利用搜索引擎去学习， systemview这个难题就被攻破了。了解systemview的功能用法之后，开始布 置设计的仿真方案图，这个过程也是比较艰难的，各种信号参数的设置，系统 釆样频率的设置，以及滤波器参数的设置与计算，这些都是其中的难点。z后的各个单元模块电路图的绘制也是一大难点，模块较多，元器件也非常多, 一些元器件的参数也要与systemview仿真的频率挂钩，需要去计算调试。不过 通过查阅一些参考书籍，