载波同步的识别

《载波同步的识别》由会员分享，可在线阅读，更多相关《载波同步的识别（15页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、载波同步识别的设计一、设计实验条件计算机与通信工程学院实验室、仿真软件、imlink仿真软件二、设计任务及要求1. 从PS中提取载波同步信号，并画出电路结构框图，了解WB软件的仿真与调试:2. 从DSB中提取载波同步信号，并画出电路结构框图,了解Smulnk软件的仿真与调试：3. 巩固加深载波恢复的认识，提高综合运用通信原理等知识的能力；4. 培养查阅参考文献，独立思考、设计的能力；5. 加强团队之间的合作意识,培养实践与创新能力。三、设计报告的内容1. 前言载波同步又称载波恢复，即在接收设备中产生一个和接收信号的载波同频同相的本地振荡,供给解调器作相干解调用。当接收信号中包含离散的载频分量时

2、，在接收端需要从信号中分离出信号载波作为本地相干载波；这样分离出的本地相干载波频率必然与接收信号载波频率相同，但为了使相位也相同,可能需要对分离出的载波相位作适当的调整。若接收信号中没有离散载波分量，例如在2PSK信号中(“1” 和“0 以等概率出现时),则接收端需要用较复杂的方法从信号中提取载波。因此，在这些接收设备中需要有载波同步电路，以提供相干解调所需要的相干载波；相干载波必须与接收信号的载波严格地同频同相。我们的设计分成两个大块,一个是数字电路的代表，从2SK中提取载波，另一个是模拟电路的代表,从DSB中提取载波。电路设计特点:载波提取电路采用直接法,即直接从发送信号中提取载波，电路连

3、线简单,易实现，成本低。2. 设计主体21设计原理（1）二进制移相键控(2PSK）调制与解调在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时,则产生二进制移相键控（2PS）信号。 通常用已调信号载波的 和 10分别表示二进制数字基带信号的 1 和 0。二进制移相键控信号的时域表达式为， 发送概率为-, 发送概率为1P 其中：= 在一个码元期间,则有csc， 发送概率为Pcsct， 发送概率为1- 若用表示第n个符号的绝对相位，则有， 发送 1 时180, 发送 时2PSK的调制如图1所示： 图1 2P信号的调制原理图2PS信号的解调采用相干解调, 解调器原理图如图所示抽样判决

4、器低通滤波器相乘器带通滤波器输出 定时 脉冲 图2 2PSK信号的解调原理图当恢复的相干载波产生180倒相时,解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号正好是相反,解调器输出数字基带信号全部出错。这种现象通常称为“倒”现象。由于在2PSK信号的载波恢复过程中存在着80的相位模糊，所以2信号的相干解调存在随机的“倒”现象。（）DB信号的调制与解调调制原理：在幅度调制的一般模型中,若假设滤波器为全通网络(H(w）1）,调制信号m(t）中无直流分量，则输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号（D）。调制的目的就是进行频谱搬移，使有用的低频信号搬移到高频上去,从而提高系统信息传输的有效性和可靠性。

5、DSB调制原理框图如图: （t) 图3 D调制原理框图解调原理：DSB只能进行相干解调,利用调制信号与本地载波信号相乘，将频谱搬移到低频，利用低通滤波器还原出调制信号。DSB相干解调原理框图如图4:LPF 图 DS相干解调原理框图在相干解调时，要求本地载波与原载波频率相同，当二者相位相同时输出信号达到最大值,而相位不同时输出信号达不到最大值。（）载波同步原理提取载波的方法一般分为两类：一类是不专门发送导频，而在接收端直接从发送信号中提取载波,这类方法称为直接法,也称为自同步法；另一类是在发送有用信号的同时,在适当的频率位置上，插入一个（或多个)称作导频的正弦波,接收端就利用导频提取出载波,这类

6、方法称为插入导频法，也称为外同步法。1)直接法(自同步法)有些信号(如抑制载波的双边带信号等）虽然本身不包含载波分量,但对该信号进行某些非线性变换以后,就可以直接从中提取出载波分量来，这就是直接法提取同步载波的基本原理.下面介绍几种直接提取载波的方法.设调制信号为，中无直流分量,则抑制载波的双边带信号为：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:由上式可以看出，虽然前面假设中无直流分量，但却一定有直流分量,这是因为必为大于等于的数，因此，的均值必大于0,而这个均值就是的直流分量,这样（t）的第二项中就包含2频率的分量.例如，对于2PSK信号,为双极性矩形脉冲序列，设为1，那么=

7、1，这样经过平方率部件后可以得到：由上式可知,通过窄带滤波器从中很容易取出2频率分量。经过一个二分频器就可以得到的频率成分，这就是所需要的同步载波。因而,利用图5所示的方框图就可以提取出载波。 图 平方变换法提取载波为了改善平方变换的性能，可以在平方变换法的基础上,把窄带滤波器用锁相环替代，构成如图所示框图，这样就实现了平方环法提取载波.由于锁相环具有良好的跟踪、窄带滤波和记忆性能，因此平方环法比一般的平方变换法具有更好的性能，因而得到广泛的应用。图 平方环法提取载波在上面两个提取载波的方框图中都用了一个二分频电路,因此,提取出的载波存在相位模糊问题.对移相信号而言，解决这个问题的常用方法就是

8、采用前面已介绍过的相对移相。对于DSB信号平方环法提取载波的原理和K的原理类同，在这里不再赘诉。利用锁相环提取载波的另一种常用方法如图7所示。加于两个相乘器的本地信号分别为压控振荡器的输出信号和它的正交信号，因此，通常称这种环路为同相正交环,有时也被称为科斯塔斯（Costas）环。已调信号低 通90度相移压控滤波 器低 通环路滤波 器输出图7 Costs环法提取载波设输入的抑制载波双边带信号为，则经低通后的输出分别为乘法器的输出为 式中是压控振荡器输出信号与输入已调信号载波之间的相位误差。当较小时,上式可以近似地表示为上式中的大小与相位误差成正比，因此,它就相当于一个鉴相器的输出.用去调整压控

9、振荡器输出信号的相位，最后就可以使稳态相位误差减小到很小的数值。这样压控振荡器的输出就是所需要提取的载波。2)插入导频法在模拟通信系统中,抑制载波的双边带信号本身不含有载波；残留边带信号虽然一般都含有载波分量，但很难从已调信号的频谱中将它分离出来;单边带信号更是不存在载波分量。在数字通信系统中，S信号中的载波分量为零。对这些信号的载波提取，都可以用插入导频法，特别是单边带调制信号，只能用插入导频法提取载波.对于抑制载波的双边带调制而言，在载频处，已调信号的频谱分量为零，同时对调制信号进行适当的处理,就可以使已调信号在载频附近的频谱分量很小，这样就可以插入导频，这时插入的导频对信号的影响最小。但

10、插入的导频并不是加在调制器的那个载波，而是将该载波移相9后的所谓“正交载波”.根据上述原理,就可构成插入导频的发端方框图如图8（）所示。根据图8（a)的结构,其输出信号可表示为：设收端收到的信号与发端输出信号相同,则收端用一个中心频率为的窄带滤波器就可以得到导频，再将它移相90,就可得到与调制载波同频同相的信号。收端的方框图如图8（b)所示。图（a）插入导频法发端框图 图（b）插入导频法收端框图由图8可知，解调输出为经过低通滤波器后，就可以恢复出调制信号。然而,如果发端加入的导频不是正交载波,而是调制载波,这时发端的输出信号可表示为收端用窄带滤波器取出后直接作为同步载波，但此时经过相乘器和低通

11、滤波器解调后输出为，多了一个不需要的直流成分，这就是发端采用正交载波作为导频的原因.为此可以在信号频谱之外插入两个导频和，使它们在接收端经过某些变换后产生所需要的。设两导频与信号频谱两端的间隔分别为和则：式中的是残留边带形成滤波器传输函数中滚降部分所占带宽的一半，而是调制信号的带宽，如图所示。 图9 残留边带信号形成滤波器的传输函数插入导频法提取载波要使用窄带滤波器，这个窄带滤波器也可以用锁相环来代替，这是因为锁相环本身就是一个性能良好的窄带滤波器,因而使用锁相环后,载波提取的性能将有改善。2.2 PSK模块设计2PK提取同步载波的模块采用的W软件仿真，具体分析如下。2212SK调制模块的设计

12、（）调制模块整体图 图1 调制模块整体图（2)序列电路：图1 M序列电路实际上是通过连续的触发器和异或门、或门来实现由二分频的正弦波产生序列。四个触发器的输出端分别为, , ,他们之间的关系为：输出的信码为：11。（3)2PSK信号调制电路通过数字基带信号的不同电平选择不同的相位的波形。然后通过电压加法器来线性相加，但是实际我没有找到这个三端集成电压加法器.最后是通过加两个电阻直接将两个电压耦合起来。调制器的电路如图1所示：图12 2PSK信号调制电路当从左边输入口输入M序列,将序列分为两部分即原M序列和变换后的M序列（其中高电平变为低电平;低电平变为高电平）。在与载波相乘后相加.就相当于将序

13、列信号转化为双极性码并与载波信号相乘,得到2PSK调制信号，从右上方输出口输出.2.。2载波提取模块的设计（1）载波提取模块整体图(图421 载波提取电路（1） 平方律模块图1 载波提取模块整体图(）平方律模块图14平方律模块(3) 锁相环模块:锁相环由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器构成，然后集成为一块.图5锁相环（4） 二分频模块图1 二分频模块（5） 谐波提取电路图7 谐波提取电路由图1总体电路右上方输入端输入PS调制信号,经模拟乘法器将信号平方,再经过锁相环调相,并由D触发器将其分频,再经过振荡电路将方波还原成正弦波,最后经过滤波器调整滤除杂波。2。2。3载波同步系统总电路图 图8 载波

14、同步系统总体电路2.。4 仿真结果（1）SK信号与M序列仿真波形图 图19 2PSK信号和M序列（2）载波同步仿真结果 图2 载波同步提取结果图仿真结果分析:观察图20可以看出仿真得出的序列为:111,观察图21,第一行波形为所恢复的载波，第二行为2PSK信号仿真波形,通过对比可以看出虽然达到了同频的效果,但有些许相差和频差。2。3DS模块设计SB信号提取同步载波的模块采用的Simik软件仿真，具体分析如下。2。3.1 设计电路 图21 DSB信号提取同步载波电路图总电路图大致分为三个部分，左上角是调制部分，右下角是提取载波部分，右上角是相干解调部分.在imlin软件中按土2画好电路，其中参数

15、设置如下：调制部分被调部分为振幅、频率1KHz的正弦波，载波频率为Kz。载波同步恢复部分低通滤波器下限截止频率为1KHz，上限截止频率为1KHz。VCO输出信号的振幅为1，中心频率设为203KHz,压控灵敏度设为000Hz/V。计数器设为二进制计数，用来二分频。系统仿真步进设为0。1.以上参数设置完成，通过编译后，可按仿真按钮启动仿真。2。3。2仿真结果（1）图22如图23所示，第一个是原基带信号波形，第二是解调后的波形,可观察到两者除了幅度上有衰减，相位与频率上保持一致,因此可以证明提取的同步载波性能上良好。(2)图23如图24所示，第一个是调制后的信号,第二个是经过平方的信号,第三个压控振

16、荡器输出地信号,第四个是提取的载波信号。3. 心得体会 在这次课程设计过程中，我学到了不少的东西，看着我们小组的个人经过不断的讨论才得出的正确结果，心里真的特别有成就感。我们设计的核心内容是在2PSK信号和DS信号中提取同步载波信号，使得在接收设备中产生一个和接收信号的载波同频同相的本地振荡，供给解调器作相干解调用。说心里话，感觉这次的课程设计不如往常那么容易。最初的时候，我们几个对于B和mulin仿真软件还不知道如何使用，操作起来也不怎么熟练，经常卡壳,但是经过这几天的努力，我们对这几个仿真软件有了一个比较详细的认识,操作起来也方便的多了。我们载波提取电路采用了直接法，即直接从发送信号中提取

17、载波,电路连线简单,易实现，成本低。但是在设计过程中我们也遇到了一些小问题，比如起初的时候在示波器显示模块没有出现想要的波形，经过我们对一些参数的调整,仿真结果才终于出来。 真的挺感谢学校给了我们这次机会，让我明白了理论和实际操作之间差距，也明白了团队之间合作的重要性，意识到了自己在通信原理知识方面还有很多的漏洞，在今后的实践中，我一定会继续努力,以求更大的提高.4. 参考资料 樊昌信，曹丽娜编著 通信原理（第六版）.北京：国防工业出版社，200 张辉主编。 通信原理学习指导。 西安:西安电子科技大学，2004曹志刚等编著.现代通信原理。 北京：清华大学出版社，1994张辉等主编.现代通信基础与技术。 西安：西安电子科技大学出版社，0025 孙屹主编 Simulk通信仿真开发手册. 北京：国防工业出版社，200四、设计时间与安排、设计时间： 2周2、设计时间安排: 熟悉实验设备、收集资料:6 天设计图纸、实验、计算、程序编写调试： 4 天编写课程设计报告:3 天答辩：1 天文中如有不足，请您指教！14 / 15