2dpsk相干载波提取设计

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.systemview仿真结果················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，接收端需要产生一个和接收信号同频、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。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384KHZ。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。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。将此接收信号平方后，得到：s其中包含两倍载频（2f0）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f图2.2.1用平方法提取载频时，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。图2.2.2平方法提取载波的原理框图如图2.2.3所示：图2.2.3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。systemview的仿真1.systemview仿真图的绘制打开systemview软件后，点击图标，设置采样参数，此次设置的采样频率为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3.1.1Token0频率为384e+3Hz的伪噪声序列Token1,6,22,8,20,21设置为Analysis,观察输出波形Token4,7,10乘法器Token5设置输出频率为768e+3Hz的正弦波信号Token14,17低通滤波器14的截止频率为192e+3Hz,17为1.92e+6hzToken15为Function,设置为Phase/Freq中的FreqModToken16Gain2Token19二分频表3.1.22.systemview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SystemView，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时，只需从SystemView配置的图标库中调出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：图3.2.1输入伪噪声波形图3.2.22DPSK波形图3.2.3载波波形图3.2.4平方之后的波形图3.2.5频率调制之后波形图3.2.6提取出的载波波形仿真分析：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之前加进来的载波相同,但是相位与输入的载波信号相差π，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，仿真是成功的。单元电路设计DPSK信号产生电路2DPSK方式即是利用前后相邻码元的相对相位值去表示数字信息的一种方式。现假设用Φ表示本码元初相与前一码元初相之差，并规定：Φ＝0表示0码，Φ＝π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，则在接收端回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，而采用相对移相方式。M序列的实现：m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正常通信。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“—”端实现正相端和反相端的2路输出，由M序列进行载波的随机选择，从而实现BPSK。DPSK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模拟开关。电路图如图4.1.1所示：图4.1.1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MC1496、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m（t），m（t）中无直流分量，则抑制载波的双边带信号为e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：ee（t）经电容隔直滤波后只留下二倍的载波频率分量，即MU信号。电路图如图4.2.1所示：图4.2.1鉴相模块鉴相器是能够鉴别出输入信号的相差的器件，是使输出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：图4.3.1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,有时也包含运算放大器，其电路如图4.4.1所示：图4.4.1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：图4.5.1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：图4.6.1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，不是直接空出几周来专门做课程设计，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来，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，系统采样频率的设置，以及滤波器参数的设置与计算，这些都是其中的难点。之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，虽然艰难，但是还是把电路图给画出来了。课设报告的制作也花了不少时间，需要把格式和字体都校正，由于有很多图，为了报告的美观，有很多页有大部分空白，是一个小小的缺陷。课程设计是自己动手，对课上理论知识的验证与使用，将理论运用到实践中，理论到实践总是会有些许的误差，不可避免。最后，这次课程设计终于能成功，要感谢老师的耐心指导，同学的帮助，以及自己的努力与坚持。参考文献1、《通信原理教程》樊昌信主编电子工业出版社2、《高频电子线路》高吉祥主编电子工业出版社3、《数字电子技术基础》阎石主编高等教育出版社4、《通信电子线路实验指导书》刘正清主编湖南工程学院出版社目录TOC\o"1-2"\p""\h\z\u第一章总论 11.1项目概况 11.2研究依据及范围 21.3结论 31.4建议 4第二章项目建设的背景和必要性 52.1项目建设的背景 62.2项目建设的必要性 7第三章项目服务需求分析 9第四章项目选址与建设条件 114.1选址原则 114.2项目选址 114.3建设条件 12第五章建设方案与设计 125.1建设规模与内容 125.2总体规划设计 135.3结构方案 185.4主要配套设备 195.5给水工程 205.6排水工程 225.7电气设计 235.8节能设计 26第六章项目实施进度和招投标管理 296.1

项目实施进度 296.2招投标管理 31第七章环境影响分析 317.1项目主要污染源分析 327.2环境保护措施及治理效果 35第八章消防、安全与卫生防护 378.1消防 378.2

劳动安全 388.3

卫生防护 39第九章组织机构、运作方式与项目实施进度 399.1

项目建设组织机构 39HYPERLINK\l"_Toc30