载波同步系统设计通原课设样本.docx

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载波同步系统设计通原课设样本

课程设计任务书

学生姓名：

陈德松专业班级：

电信0901

指引教师：

苏扬工作单位：

信息工程学院

题目：

载波同步系统设计

初始条件：

具备通信课程理论知识；具备模仿与数字电路基本电路设计能力；掌握通信电路设计知识，掌握通信电路基本调试办法；自选有关电子器件；可以使用实验室仪器调试。

规定完毕重要任务：

（涉及课程设计工作量及其技术规定，以及阐明书撰写等详细规定）

1、从输入载波128KHz2PSK信号中提取载波信号；

2、对系统各个构成某些与模块进行设计，涉及乘法器电路，选频放大器，带通滤波器等；

3、安装和调试整个电路，并测试出成果；

4、进行系统仿真，调试并完毕符合规定课程设计书。

时间安排：

二十二周一周，其中3天硬件设计，2天硬件调试

指引教师签名：

年月日

系主任（或责任教师）签名：

年月日

1.二进制移相键控（2PSK）原理

在二进制数字调制中，当正弦载波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（2PSK）信号。

通惯用已调信号载波0°和180°分别表达二进制数字基带信号1和0。

二进制移相键控信号时域表达式为

1，发送概率为P

-1，发送概率为1-P

在一种码元期间，则有

e2PSK（t）=cosωct，发送概率为P

-cosωct，发送概率为1-P

若用φn表达第n个符号绝对相位，则有

φn=0°，发送1符号

180°，发送0符号

2PSK信号解调采用相干解调，解调器原理图如图1.1所示

图1.12PSK信号调制原理图

当恢复相干载波产生180°倒相时，解调出数字基带信号将与发送数字基带信号正好是相反，解调器输出数字基带信号所有出错。

这种现象普通称为“倒π”现象。

由于在2PSK信号载波恢复过程中存在着180°相位模糊，因此2PSK信号相干解调存在随机“倒π”现象。

2．载波同步原理

提取载波办法普通分为两类：

一类是不专门发送导频，而在接受端直接从发送信号中提取载波，此类办法称为直接法，也称为自同步法；另一类是在发送有用信号同步，在恰当频率位置上，插入一种（或各种）称作导频正弦波，接受端就运用导频提取出载波，此类办法称为插入导频法，也称为外同步法。

2.1直接法（自同步法）

有些信号（如抑制载波双边带信号等）虽然自身不包括载波分量，但对该信号进行某些非线性变换后来，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基本原理。

下面简介几种直接提取载波办法。

设调制信号为

，

中无直流分量，则抑制载波双边带信号为

接受端将该信号进行平方变换，即通过一种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，这是由于

必为不不大于等于0数，因而，

均值必不不大于0，而这个均值就是

直流分量，这样e（t）第二项中就包括2

频率分量。

例如，对于2PSK信号，

为双极性矩形脉冲序列，设

为±1，那么

=1，这样通过平方率部件后可以得到

由上式可知，通过2

窄带滤波器从

中很容易取出2

频率分量。

通过一种二分频器就可以得到

频率成分，这就是所需要同步载波。

因而，运用图1.2所示方框图就可以提取出载波。

图1.2平方变换法提取载波

为了改进平方变换性能，可以在平方变换法基本上，把窄带滤波器用锁相环代替，构成如图1-3所示框图，这样就实现了平方环法提取载波。

由于锁相环具备良好跟踪、窄带滤波和记忆性能，因而平方环法比普通平方变换法具备更好性能，因而得到广泛应用。

图1.3平方环法提取载波

在上面两个提取载波方框图中都用了一种二分频电路，因而，提取出载波存在π相位模糊问题。

对移相信号而言，解决这个问题惯用办法就是采用前面已简介过相对移相。

运用锁相环提取载波另一种惯用办法如图1-4所示。

加于两个相乘器本地信号分别为压控振荡器输出信号

和它正交信号

，因而，普通称这种环路为同相正交环，有时也被称为科斯塔斯（Costas）环。

图1.4Costas环法提取载波

设输入抑制载波双边带信号为

，则

经低通后输出分别为

乘法器输出为

式中是压控振荡器输出信号与输入已调信号载波之间相位误差。

当较小时，上式可以近似地表达为

上式中

大小与相位误差成正比，因而，它就相称于一种鉴相器输出。

用

去调节压控振荡器输出信号相位，最后就可以使稳态相位误差

减小到很小数值。

这样压控振荡器输出

就是所需要提取载波。

不但如此，当

减小到很小时候，

就接近于调制信号m（t）。

2.2插入导频法

 在模仿通信系统中，抑制载波双边带信号自身不具有载波；残留边带信号虽然普通都具有载波分量，但很难从已调信号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，2PSK信号中载波分量为零。

对这些信号载波提取，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。

对于抑制载波双边带调制而言，在载频处，已调信号频谱分量为零，同步对调制信号

进行恰当解决，就可以使已调信号在载频附近频谱分量很小，这样就可以插入导频，这时插入导频对信号影响最小。

但插入导频并不是加在调制器那个载波，而是将该载波移相90°后所谓“正交载波”。

依照上述原理，就可构成插入导频发端方框图如图1.5（a）所示。

    依照图1.5（a）构造，其输出信号可表达为

uo（t）=am（t）sinωct-acosωct

 设收端收到信号与发端输出信号相似，则收端用一种中心频率为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信号

。

收端方框图如图1.5（b）所示。

图1.5（a）插入导频法发端框图图1.5（b）插入导频法收端框图

由图1-5可知，解调输出为

通过低通滤波器后，就可以恢复出调制信号

。

然而，如果发端加入导频不是正交载波，而是调制载波，这时发端输出信号可表达为

收端用窄带滤波器取出

后直接作为同步载波，但此时通过相乘器和低通滤波器解调后输出为

，多了一种不需要直流成分

，这就是发端采用正交载波作为导频因素。

 为此可以在信号频谱之外插入两个导频

和

，使它们在接受端通过某些变换后产生所需要

。

设两导频与信号频谱两端间隔分别为

和

则：

式中

是残留边带形成滤波器传播函数中滚降某些所占带宽一半（见图1.6），而

是调制信号带宽。

图1.6残留边带信号形成滤波器传播函数

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，这是由于锁相环自身就是一种性能良好窄带滤波器，因而使用锁相环后，载波提取性能将有改进。

3.各模块及总体电路设计

依照规定设计由M序列电路，2PSK调制电路和载波提取电路构成总电路。

3.1M序列电路

图3.1M序列电路

四个触发器输出端分别为a1，a2,a3,a4，她们之间关系为：

输出信码为：

010。

3.22PSK信号调制电路

图3.22PSK信号调制电路

当从左边输入口输入M序列，将M序列分为两某些即原M序列和变换后M序列（其中高电平变为低电平；低电平变为负电平）。

在与载波相乘后相加。

就相称于将M序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。

3.3载波提取电路

图3.3载波提取电路

由右上方输入端输入2PSK调制信号，经模仿乘法器将信号平方，再通过锁相环调相，并由D触发器将其分频，再通过振荡电路将方波还原成正弦波，最后通过滤波器调节滤除杂波。

3.4总电路图

图3.4总电路图

4.仿真成果

各分模块电路及总电路用EWB仿真波形如下：

图4.1M序列仿真波形图

图4.22PSK信号仿真波形

图4.3载波同步仿真成果

5.硬件焊接与调试

按总电路原理图焊接好电路板后，需要进行硬件调试。

焊接过程中要注意几种问题:

（1）所有芯片在仿真时候电源与接地端都没有给出，在焊接时候要注意；

（2）在仿真时候在实际中做了简朴化解决，例如地给出，例如开路问题，在焊接时候不能完全按照电路图进行，要做出相应修改；

（3）在焊接之前，要对将要焊接元件进行功能上检测以拟定能否正常工作；

尚有许多其她某些小问题，在焊接时候要学会变通。

硬件调试重要是检测硬件电路与否有短路、断路、虚焊等。

详细环节及测试成果如下：

（1）检查电源与地线与否所有连接上，用万用表对照电路原理图测试各导线与否完全连接，测试成果所有连接线都已连接好；

（2）检查由D触发器，非门和与门等构成M序列电路与否产生M序列，用示波器观测波形，测试成果波形都较好；

（3）检查各芯片功能与否正常，检测按键导通状况。

测试成果正常。

最后对硬件各模块及总电路输出波形用示波器进行观测。

可以看出，M序列产生和2PSK信号提取某些，波形都比较良好。

最后载波提取某些波形虽然与原波形形状有些变化，但考虑到误差，这个波形是可以接受。

因此电路焊接是对的，硬件调试成功。

6.心得体会

课程设计是咱们专业课程知识综合应用实践训练，着是咱们迈向社会，从事职业工作前一种必不少过程。

“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言真正含义。

我今天认真进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实基本。

说实话，课程设计真有点累。

然而，当我一着手清理自己设计成果，漫漫回味这1周心路历程，一种少有成功喜悦即刻使倦意顿消．虽然这是我刚学会走完第一步，也是人生一点小小胜利，然而它令我感到自己成熟许多。

通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必要耐心，细致．课程设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱：

有2次由于不小心我计算出错，只能毫不情意地重来。

但一想起周伟平专家，黄焊伟总检平时对咱们耐心辅导，想到此后自己应当承担社会责任，想到世界上由于某些细小失误而浮现令世人无比震惊事故，我不禁时刻提示自己，一定呀养成一种高度负责，认真对待良好习惯。

这次课程设计使我在工作作风上得到了一次难得磨练。

短短一周是课程设计，使我发现了自己所掌握知识是真正如此缺少，自己综合应用所学专业知识能力是如此局限性。

在后来学习中要加强自己实践动手能力，让自己能跟好适应将来工作需要。

7.参照文献

[1]樊昌信，曹丽娜编著.通信原理（第六版）.北京：

国防工业出版社，

[2]张辉主编.通信原理学习指引.西安：

西安电子科技大学，

[3]曹志刚等编著.当代通信原理.北京：

清华大学出版社，1992

[4]张辉等主编.当代通信基本与技术.西安：

西安电子科技大学出版社，

[5]孙屹主编.Simulink通信仿真开发手册.北京：

国防工业出版社，