dpsk相干载波提取.docx

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dpsk相干载波提取

等级:

课程设计

课程名称

通信原理教程

课题名称

2dpsk相干载波提取

专业

电子信息工程

班级

学号

姓名

指导老师

刘正青

2015年12月21日

电气信息学院

课程设计任务书

课题名称

2dpsk相干载波提取

姓名

专业

电子信息工程

班级

学号

指导老师

刘正青

课程设计时间

2周

一、任务及要求

任务：

设计并实现从2DPSK中提取相干载波。

要求：

1、给出整体设计框图；

2、绘制各单元电路电路图；

3、完成系统SYSTEMVIEW仿真；

4、绘制总电路原理图；

5、写出设计报告

二、进度安排

第一周：

星期一：

安排任务、讲课；

星期二～星期五：

查资料、设计；

第二周：

星期一～星期二：

设计调试；

星期三～星期四：

写总结报告

星期五：

答辩

3、说明书格式

课程设计报告书封面；

任务书；

说明书目录；

设计总体思路及方案确定；

单元电路设计；

总电路设计；

仿真结果与仿真结论；

附录（总电路原理图）；

参考文献。

四、参考资料

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

课程设计任务书

序言

1课程设计的任务要求1

2设计总体思路及方案确定1

3单元电路（子模块，字程序）分析2

3.12dpsk调制的设计2

3.2平方模块3

3.3鉴相模块4

3.4滤波器模块4

3.5压控振荡器模块5

3.6分频器模块5

4系统（systemview）仿真6

5总结9

6附录10

7参考文献10

8评分表11

序言

2dpsk在进行相干解调时，接收端需要产生一个和接收信号同频、同相的本地载波，用来和接收的2dpsk信号相乘。

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。

1课程设计的任务要求

我们的任务要求是——设计并实现从2DPSK中提取相干载波。

其要求为：

给出整体设计框图；绘制各单元电路电路图；完成系统SYSTEMVIEW仿真；绘制总电路原理图；写出设计报告。

2设计总体思路及方案确定

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。

第二类是在接收端设法从有用信号中直接提取出载波，而不需要专门的导频。

直接提取法中又有两类：

第一类是平方法，第二类是科斯塔斯环法。

平方法有两种形式：

图一为最简单的原理方框图，图二为用锁相环（PLL）代替窄带滤波器的锁相环法。

S（t）S²（t）2f0f0

图1

S（t）S²（t）2f0f0

锁相环

图2

锁相环由相乘器、环路滤波器以及压控振荡器组成。

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信号，所以它的应用比较广泛。

设接收信号为：

S（t）=m（t）coswt

式中，m（t）为调制信号，它没有直流分量。

这样，在s（t）中没有载频分量。

将此接收信号平方后，得到：

S²（t）=m²（t）cos²wt=0.5m²（t）+0.5m²（t）cos2wt

其中包含两倍载频（2f0）的分量，用窄带滤波器将此分量滤出，并经过二分频，就得到载频f0的分量。

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的电路，但是其性能是等效的。

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，但使用数字信号处理技术则会很容易实现。

平方环法提取载波的原理方框图如图3所示：

图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。

3单元电路（子模块，字程序）分析

3.12dpsk调制的设计

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所示：

图4DPSK信号的产生

3.2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，由模拟乘法器MC1496构成。

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:

S（t）=m（t）coswt,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：

S²（t）=m²（t）cos²wt=0.5m²（t）+0.5m²（t）cos2wt

S²（t）经电容隔直滤波后只留下二倍的载波频率分量，即输出信号。

电路图如图5所示：

图5平方模块电路

3.3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。

电路图如图6所示：

图6鉴相器电路

3.4滤波器模块

环路滤波器是一个低通滤波器，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，由电阻和电容构成，电路图如图7所示：

图7环路滤波器电路

3.5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8所示：

图8压控振荡器电路

3.6分频器模块

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9所示：

图9二分频电路

4系统（systemview）仿真

对上述电路进行完电路设计后，接下来我们需要利用systemview对电路进行系统仿真。

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。

仿真电路如图10所示：

图10电路仿真

设置采样点为500，采样频率为1000hz，系统每个模块设置的参数如下：

表1各个模块作用

序号

名称

参数设置

Token1

伪随机序列

频率：

20hz

Token37

异或门

逻辑真1，逻辑假0

Token24

延时器

延时时间0.1s

Token53527

乘法器

完成信号相乘

Token20

正弦波

正弦信号，频率为40hz

Token2832

低通滤波器

28低通截止频率为10hz，32低通截止频率为100hz

Token29

频率调制

频率：

100hz

Token30

增益

Gain：

2

Token31

分频器

DivideBy：

2

Token3468333436

分析

观察波形

波形显示：

图112DPSK波形

图12输入载波波形

图13经过平方模块之后的波形

图14经过频率调制之后的波形

图15提取出的载波波形

仿真结论：

经过锁相环提取出的载波与原载波波形相位相差180°，但是基本上波形还是比较相似，只是存在延迟而已，所以还算是比较成功的。

5总结

这次的课程设计我们从16周就接到了任务书，任务内容是2DPSK相干载波的提取。

接到任务之后，便打开了通信原理教程，翻到了关于2DPSK相干载波提取的那一节，书上的很多内容对我们很有帮助。

第17周便开始了正式的课程设计工作，从网上查找资料，了解每个模块的作用，从而利用systemview进行系统仿真。

对于systemview这个软件还是第一次认识，一开始对它不熟悉，然后在网上翻找教程，找图标所表示的意义。

接着就开始了版面布局，一个一个模块的摆放，把线连接好后，发现波形出现严重错误，对每个模块的波形进行参数设置后，发现波形有点像我们所需要的，但是还是有问题，波形不美观，进而修改了采样点和采样频率，再次运行程序后，发现波形是我们所需要的，但是有点延迟，事情不可能是尽善尽美的。

做完仿真后我们开始了电路的设计，刘正青老师给了我们很多的资料，里面有很多的东西对我们进行课题设计是很有帮助的，通过资料的帮助和同学们的讨论，从而把设计电路搞定了，但是进行仿真的时候出不了波形，这是一个很大的遗憾。

每次的课程设计都是对我们的一次综合检验，里面有很多的东西需要我们联系以往学过的知识，通过课设我们能对以前的知识再次进行理解与渗透。

课程设计是一次理论与实践相结合的工作，理论上存在的实际上并不存在，理论上的往往是最完美的结果，但是在现实中总会存在各种因素使得出的结果偏离理论上的结果，这是不可避免的。

能够完成这次的课程设计，我要在这里感谢我们的指导老师刘正青老师和我的同学，没有你们的帮助，凭我一个人的力量是很难做出来的，所以在这里很感谢你们给予我的帮助！

6附录

由于我做电路设计的时候采用的是multisim软件，版面有限，装不下如此多的模块，我便将每个模块用一个子电路代替，从而节省了空间。

总电路如下：

图16总电路图

7参考文献

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

电子技术课程设计评分标准

环节

项目

评价

优

良

中

及格

不及格

实践环节（70%）

设计方案合理性与创造性

软件仿真完成情况

硬件调试完成情况

答辩情况

任务完成情况

独立工作能力

出勤情况

设计报告（30%）

设计报告内容完整、规范，图纸正确、清晰，设计步骤规范、正确，设计结果可行。

综合评价

课程设计成绩评定为：

□优□良□中□及格□不及格

指导老师签名：

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日期：

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