2DPSK相干載波提取設(shè)計(jì)

1、目錄緒論2第一章分析課題3第二章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)31 載波同步方法的簡(jiǎn)單介紹32.確定設(shè)計(jì)方案3第三章 systemview 的仿真61. systemview仿真圖的繪制62. systemv i ew 仿真纟吉果7第四章單元電路設(shè)計(jì)91. dpsk信號(hào)產(chǎn)生電路92平方模塊103鑒相模塊104.環(huán)路濾波模塊115壓控振蕩器模塊116. 分頻模塊127. 總電路模塊連接圖13第五章課設(shè)心得14第六章參考文獻(xiàn)14緒論在討論信號(hào)的接收或解調(diào)時(shí)，常常離不開(kāi)同步的問(wèn)題，特別是涉 及數(shù)字信號(hào)時(shí)更是如此。在一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)中包含多種同步問(wèn)題。例 如，2dpsk信號(hào)在相干解調(diào)時(shí)，接收端需耍產(chǎn)生一個(gè)和接收信號(hào)同 頻、

2、同相的本地載波，用以和接收的psk信號(hào)相乘。因此，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)題稱為 載波同步。第一章分析課題課題任務(wù)要求設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)2dpsk相干載波提取，載波頻率為384khzo 具體要求：設(shè)計(jì)2dpsk相干載波提取具體方案；運(yùn)用systemview軟 件完成系統(tǒng)仿真；畫出各個(gè)單元電路的電路圖；完成總電路圖的繪 制；編寫實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)報(bào)告。第二章系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)1 載波同步方法的簡(jiǎn)單介紹2dpsk相干載波的提取即載波同步的方法可以分為兩大類。第一類 是在發(fā)送端的發(fā)送信號(hào)中插入一個(gè)專門的導(dǎo)頻用于載波同步。導(dǎo)頻 是一

3、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，這種 方法稱為導(dǎo)頻法。第二類是在接收端設(shè)法從有用信號(hào)中直接提取載 波，而不需傳送專門的導(dǎo)頻。插入導(dǎo)頻法主要用于接收信號(hào)頻譜中沒(méi)有離散載頻分量，且在載頻 附近頻譜幅度很小的情況。對(duì)于沒(méi)有載波分量的信號(hào)，例如2dpsk信號(hào)，可以用非線性變換的 方法得到載波分量。2.確定設(shè)計(jì)方案此次設(shè)計(jì)決定用圖2. 2. 2所示的平方法來(lái)對(duì)載波進(jìn)行提取，下面對(duì) 平方法作具體分析。設(shè)接收信號(hào)：s(t) = m(t)cosa)0t式中，m(t)為調(diào)制信號(hào)，它無(wú)直流分量。這樣，在s(t)中沒(méi)有載頻 分量。將此接

4、收信號(hào)平方后，得到：1 1s2(t) = m2(<t)cos2a)()t = -m2(t) + -m2(t)cos2o)0tj其中包含兩倍載頻（2九）的分量，用窄帶濾波將此分量濾出，并經(jīng) 過(guò)二分頻，就得出載頻九的分量。平方法提取載頻的一種最簡(jiǎn)單的 原理方框圖如圖2. 2. 1所示：平方s2a)窄帶濾波2fo二分頻foa圖 2. 2. 1用平方法提取載頻吋，可以用鎖相環(huán)（ppl）代替窄帶濾波器, 如圖2.2.2所示。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)的信號(hào)（如，時(shí)分制信號(hào)），所以它的應(yīng)用較為 廣泛。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 2.2.2中

5、的電路，但是其性能是等效的。例如，圖中起到鑒相作用 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?？雌饋?lái)這樣做很復(fù)雜，但是用數(shù)字信 號(hào)處理技術(shù)則很容易實(shí)現(xiàn)。鎖相環(huán)圖 2. 2.2平方法提取載波的原理框圖如圖2. 2. 3所示:a圖 2.2.3濾液器car-out 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

6、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)我們就稱環(huán)路已被鎖定。第三章systemview的仿真1. systemview仿真圖的繪制打開(kāi)systemview軟件后，點(diǎn)擊圖標(biāo)l設(shè)置釆樣參數(shù)，此次設(shè)置的釆樣頻 率為19. 2e+6hz,為輸入信號(hào)頻率的5倍，采樣點(diǎn)數(shù)為500個(gè)。這樣系統(tǒng)的采樣 參數(shù)就設(shè)置好了。接下來(lái)畫出系統(tǒng)仿真圖，如圖3. 1.1所示，各個(gè)模塊(token)的參數(shù)在表格3. 1.2給出。圖 3. 1. 1token

7、0頻率為384e+3hz的偽噪聲序列token 1,6, 22,8,20,21設(shè)置為analysis,觀察輸出波形token 4, 7, 10乘法器token 5設(shè)置輸出頻率為768e+3hz的正弦波信號(hào)token 14, 17低通濾波器14的截止頻率為192e+3hz, 17為1. 92e+6hztoken 15為 function,設(shè)置為 phase/freq 中的 freq modtoken 16gain 2token 19二分頻表 3. 1.22. systemv i ew仿真結(jié)果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

8、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 用于各種線性或非線性控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和仿真。用戶在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)吋，只需 從system view配置的圖標(biāo)庫(kù)中調(diào)岀有關(guān)圖標(biāo)并進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，完成圖標(biāo)間的 連線，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。仿真結(jié)果如下圖所示：© wo: sink 1|sywmvta圖3.2. 1

9、輸入偽噪聲波形© w1: sink 6in圖 3. 2.2 2dpsk 波形圖3.2.3載波波形© w2: sink 8tie# in scnd%圖3. 2.4平方之后的波形 w3: sink 20symmvew圖3.2.5頻率調(diào)制之后波形© w4: sink 21圖3.2.6提取出的載波波形tim >n syndt仿真分析:2dpsk波形是正確的，在噪聲波形跳變的時(shí)候，2dpsk波形也是出現(xiàn)了相應(yīng) 的相位上的變化。提取出來(lái)的載波是和z前加進(jìn)來(lái)的載波相同，但是相位與輸入的載波信號(hào)相 差"，經(jīng)過(guò)了解，是載波提取整個(gè)過(guò)程存在延遲，所以出現(xiàn)了相位上的差異

10、， 仿真是成功的。第四章單元電路設(shè)計(jì)1. dpsk信號(hào)產(chǎn)生電路2dpsk方式即是利用前后和鄰碼元的相對(duì)和位值去表示數(shù)字信息的一種方式。 現(xiàn)假設(shè)用表示本碼元初相與前一碼元初相z差，并規(guī)定：=0表示0碼， =兀表示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， 則在接收端冋復(fù)的信號(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，而采用和對(duì)移相方式。m

11、序列的實(shí)現(xiàn)：in序列是最長(zhǎng)線 性反饋移存器序列的簡(jiǎn)稱，又稱偽隨機(jī)序列，是由帶線性反饋的移存器產(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m 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)的止常通信。 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“一”端實(shí)現(xiàn)正相端和反和端的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)bpskodpsk信號(hào)的實(shí)現(xiàn)：我們?cè)赽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、74ls04反相器、 74ls86異或、74ls74集成d觸發(fā)器、4066bd

12、模擬開(kāi)關(guān)。電路圖如圖4. 1. 1所示:圖 4. 1. 12.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，其電路如圖2-1所示。 它主要是由模擬乘法器mci496.三極管3dg6及多個(gè)電阻和電容構(gòu)成。2dpsk信 號(hào)從模擬乘法器1、4引腳和8、10引腳輸入，從6腳輸出平方信號(hào)，三極管3dg6射極輸出起到緩沖作用。設(shè)調(diào)制信號(hào)為ni (i) , m (i)中無(wú)直流分量，則 抑制載波的雙邊帶信號(hào)為e(t) = m(t)coso)ct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:e(t) = m2(t)cos2a)ct =m2(t)2e (t)經(jīng)電容隔直濾波后只留下二倍的載

13、波頻率分量，即mu信號(hào)。電路圖如圖4.2. 1所示：vcc12vvcc2d=skin嚴(yán) r5i1k0 跚c30.1pfvcc nruv12vr451020ko12vxoexoi：xo<x04zo:xox：02xosx0&4lyw|r12azw10ko圖 4. 2. 13.鑒相模塊鑒相器是能夠鑒別出輸入信號(hào)的相差的器件，是使輸岀電壓與兩個(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。其電路圖如圖4.3. 1所示：100qr4illvw10kqxoii012iotaiq4x04to?：oi!03：05i014vcc1

14、2vra/w39kqvcc 12vzrc4hf-100nfr12aaar2kqr15舶2kq? -ar9rok1r14a/w51kqu3c2100nfr10a.wikqvcr11wv-jikqvcc12v圖 4. 3. 14 環(huán)路濾波模塊環(huán)路濾波器(lf)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。通常由電阻，電容或電感等組成，有吋也包含運(yùn) 算放大器，其電路如圖4. 4.1所示：圖 4. 4. 15.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

15、的控制，就可構(gòu)成 一個(gè)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4. 5. 1所示：ttih 圖 4. 5. 16.分頻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

16、沖隔離的作用，減小負(fù)載變動(dòng)對(duì)電壓放大的影響。信號(hào)輸出后經(jīng)過(guò)74ls74 實(shí)現(xiàn)二分頻。電路圖如圖4. 6. 1所示：r13ru10ko 50wkey-a10ko 50 憐key-amx,12vc4f ：2畑22翊 22212vvccu1au1ar12r12u2au2a 74ls04d74ls04dvcc1wvcc14040mowostaele.virtualmowostaele.virtual3.3komono5tabii virtualc1020nfr7 10kor115kf)a74lso4dr16var51qvcc3.3kor11 5.1k0a741so4dr16510 vcc utq3?n

17、?222ttmttillo圖 4. 6. 17總電路模塊連接圖各個(gè)單元電路連接方式如圖4. 7.1所示，下圖即總電路圖，由于multisim 設(shè)計(jì)頁(yè)面有限，所以用了層次塊來(lái)代替各單元電路，這樣也比較清晰明了。圖 4. 7. 1第五章課設(shè)心得這次課程設(shè)計(jì)和以往有些不同，不是直接空出幾周來(lái)專門做課程設(shè)計(jì)，而是將 任務(wù)書發(fā)下之后由我們自己在課余或周末的時(shí)間去做，感覺(jué)這種方法做課設(shè)也 比較好，一來(lái)我們充分的利用了空閑時(shí)間去做有意義的事，二來(lái)上課時(shí)還能將 學(xué)到的知識(shí)和課設(shè)聯(lián)系起來(lái)，下課時(shí)有什么不懂的地方也能及時(shí)當(dāng)面問(wèn)老師。我的這個(gè)課題雖較簡(jiǎn)單，但也有難點(diǎn)，由于之前我還沒(méi)有接觸過(guò)systemview這 個(gè)軟件，而課設(shè)需要systemview進(jìn)行仿真，也是此次課設(shè)的一個(gè)難點(diǎn)。不過(guò)， 通過(guò)老師的悉心教導(dǎo)，和同學(xué)交流探討，以及自己利用搜索引擎去學(xué)習(xí)， systemview這個(gè)難題就被攻破了。了解systemview的功能用法之后，開(kāi)始布 置設(shè)計(jì)的仿真方案圖，這個(gè)過(guò)程也是比較艱難的，各種信號(hào)參數(shù)的設(shè)置，系統(tǒng) 釆樣頻率的設(shè)置，以及濾波器參數(shù)的設(shè)置與計(jì)算，這些都是其中的難點(diǎn)。z后的各個(gè)單元模塊電路圖的繪制也是一大難點(diǎn)，模塊較多，元器件也非常多, 一些元器件的參數(shù)也要與systemview仿真的頻率掛鉤，需要去計(jì)算調(diào)試。不過(guò) 通過(guò)查閱一些參考書籍，