载波同步系统设计

课程设计任务书

学生姓名：陈德松专业班级：电信0901

指导教师：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：

具备通信课程的理论知识；具备模拟与数字电路基本电路的设计能力；掌握通信电路的设计知识，掌握通信电路的基本调试方法；自选相关电子器件；可以使用实验室仪器调试。要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

1、从输入载波128KHz2PSK信号中提取载波信号；

2、对系统各个组成部分与模块进行设计，包括乘法器电路，

选频放大器，带通滤波器等；

3、安装和调试整个电路，并测试出结果；

4、进行系统仿真，调试并完成符合要求的课程设计书。

时间安排：

二十二周一周，其中3天硬件设计，2天硬件调试

指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日

目录

摘要................................................................ I 1. 二进制移相键控(2PSK)原理.. (1)

2．载波同步原理 (3)

2.1直接法（自同步法） (3)

2.2插入导频法 (5)

3.各模块及总体电路设计 (7)

3.1 调制模块的设计 (7)

3.3载波提取电路 (11)

3.4载波同步系统总电路图 (13)

4.仿真结果 (14)

5.心得体会 (16)

参考文献 (17)

摘要

载波同步又称载波恢复（carrier restoration），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（local oscillation），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，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。

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，电路连线简单，易实现，成本低。

关键字：载波同步，EWB仿真，2PSK信号

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(2PSK )信号。

通常用已调信号载波的 0°和 180°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

在一个码元期间，则有

若用φn 表示第n 个符号的绝对相位，则有

2PSK 信号的解调采用相干解调， 解调器原理图如图1.1所示

t

nT t g a t e c S n n ωcos )()(0⎥⎦

⎤

⎢⎣⎡-=∑1, 发送概率为

P

-1, 发送概率为

1-P

双

极性不归

开关电路(b )

图 1.1

2PSK 信号的调制原理图

n a = cos ωct, 发送概率为P

-cos ωct, 发送概率为1-P

e2PSK(t)=

0°, 发送 1 符号

180°, 发送 0 符φn=

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

2．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，这类方法称为插入导频法，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0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e(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=1，这样经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。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2.1所示的方框图就可以提取出载波。

图2.1 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2.2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2.2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π

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采用前面已介绍过的相对移相。

利用锁相环提取载波的另一种常用方法如图2.3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。

图2.3 Costas 环法提取载波

设输入的抑制载波双边带信号为，则

平方律部件

输入已调信号

e (t )2

f c 窄带滤波器

二分频

载波输出

平方律部件

输入已调信号

鉴相器

二分频

载波输出

环路滤波器压控振荡器

锁相环

低通

压控

振荡器低通

环路滤波器

90°相移

输出

输入已调信号

v 3v 5

v 1

v 2

v 4

v 6

v d