2PSK平方环法载波提取.docx

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2PSK平方环法载波提取

2PSK平方环法载波提取+原理图+PCB

一．课题目的

（1）了解2PSK（平方环法载波提取）通信系统的工作原理和信息传输方案，掌握系统的设计方法与参数选择原则。

（2）熟悉SYSTEMVIEW的使用，完成2PSK通信系统和平方环提取载波的仿真。

（3）根据需要选择相关芯片，完成原理图和PCB图的设计。

二．原理介绍

1.2PSK信号的调制和解调

2PSK中以载波的不同相位去直接表示相应的数字信息，载波的振幅和频率都是不变的。

载波相位随基带脉冲的变化而取相应的离散值，通常用相位0°和180°来分别表示1或-1。

这种PSK波形在抗噪声性能方面比ASK和FSK都好，而且频带利用率也高，所以在中高速数传中得到广泛的应用。

（1）时域表达式：

发送0时，

是0°；发送1时，

是180°。

（2）2PSK的调制：

图12PSK调制器原理框图

（3）2PSK信号：

图22PSK信号示意图

（4）2PSK的相干解调：

PSK信号恒包络，是利用相位传递信息的，所以在接收端必须采用相干解调，此次设计要求用平方环提取相干载波。

2PSK信号经过带通滤波器得到有用信号，经相乘器与本地载波相乘再经过低通滤波器得到低频信号，再经抽样判决得到基带信号。

图32PSK相干解调原理框图

图中各点信号波形如下：

图4解调过程波形图

（5）倒

现象：

在2PSK中，由于发端以某一个相位作为基准的，因而在接收端也必须有这样一个固定基准相位作参考。

如果提取的相干载波相位发生180°变化，则恢复的数字信号正好相反，0变为1,1变为0。

实际通信时，系统中分频器可能发生状态转移，锁相环的稳定状态也可能发生转移，所以参考基准相位的跳变是可能的，这样采用2PSK方式就会在接收端发生完全相反的恢复。

2.平方环提取载波

2PSK的相干解调中需要本地载波，平方环法是设法从接收信号中提取同步载波。

PSK信号虽然本身不直接含有载波分量，但经过某种非线性变换后，将出现载波的谐波分量，可以再利用分频器提取出载波分量。

原理框图如下，接收信号进行平方变换后包含有倍频

分量，若用一窄带带通滤波器将

滤出，再进行二分频就能获得所需的载波。

为使提取的载波更纯净，用锁相环代替窄带滤波器；另外，二分频电路使提取的载波信号可能存在180°相位模糊问题。

图5平方环法提取载波原理图

（1）锁相环结构：

锁相环由鉴相器、低频滤波器、以及压控振荡器组成，鉴相器可由乘法器来实现，鉴相器输出的相位误差信号经过滤波，作为振荡器的控制信号，而振荡器的输出又反馈到鉴相器，与输入的倍频信号进行比较。

锁相环是一个相位负反馈系统，锁定后，压控振荡器的输出信号的频率为160kHz，相位跟踪输入信号，有一个微小误差。

（2）锁相环工作在可能锁定的任何一个稳定平衡点上，经分频器恢复出的相干载波可能与所需要的理想的本地载波同相或反相，会使得解调出的数字信号极性完全相反，1、0倒置。

克服相位模糊最常用的是差分编码。

三．系统仿真

利用SYSTEMVIEW进行2PSK系统调制解调和提取相干载波的仿真，1.仿真原理图如下：

图62PSK系统仿真图

（1）器件6是基带信号，频率为20kHz；2是正弦载波，80kHz，3是反相。

器件5在数字基带信号控制下选择输出sin或cos波，用键控方式完成2PSK信号调制，4显示2PSK信号。

（2）器件6、7、8、9、10、13构成平方环电路，提取载波。

其中，6是倍频，7是中心160kHz的带通，滤除倍频以外的频率信号；8、9、10构成锁相环，乘法器8完成鉴相，低通滤波器9截止频率是150Hz，VC010频率160kHz,锁相环将频率稳定在倍频160kHz；分频器13输出80kHz的方波。

（3）器件16、17、18、29完成相干解调。

已调信号和载波在器件16相乘，低通滤波器17截止频率21kHz，取包络信号，在比较器18与0比较，大于0，输出1；小于0，输出0。

2.系统仿真运行后，关键点波形如下：

（为了清楚显示各信号对应关系，图7~图10只截取了仿真的一部分）

图7数字基带信号（20kHz）

图82PSK信号（80kHz）

图9提取的方波载波（80kHZ）

图10已调信号与相干载波相乘的波形

原始信号

解调输出

图11原始基带信号与解调后波形对比

可以看出，输出结果和原信号相比只有一个很小的时延，但基本相同，说明基带信号在该系统中完成了正确传输。

四．电路设计

应用AltiumDesigner软件进行电路设计和PCB制作，平方环载波提取的电路设计主要有四个模块：

稳压电源、倍频、锁相环、二分频，具体电路在数据手册中可以查到；主要用到的芯片是：

MC1496、MC14046、CD4013B，并添加了各芯片的集成库。

1.各模块电路：

（1）稳压电源

应用常见的7805、7905三端稳压集成电路，输出

5V典型值电压。

图12稳压电源

（2）倍频器

MC1496的本质是乘法器，在它的两个输入端都输入2PSK信号，则可用做倍频器。

倍频器电路可在数据手册中找到，但R18电阻值因电源电压值而有所不同，可计算得：

，

.

图13倍频器电路

（3）锁相环

MC14046内部包含相位比较器、压控振荡器和一些辅助电路，外接一个低通滤波器即可构成锁相环。

只有和160kHz频率差小于低通截止频率150Hz的信号才会对锁相环电路工作产生影响，根据

，C=47pf（低通常用）计算得R3=24

。

图14锁相环电路

（4）分频器

CD4013B是双触发器，应用其中一路，很容易实现方波二分频。

图15二分频电路

（5）原理图总览

图16原理图

2.PCB布线

对原理图进行编译，导入PCB文件中，采用手动调节和自动布线结合的方法进行PCB的绘制，布线结果如下页图17~19:

3.遇到的问题及解决办法

（1）应用示例电路时应考虑具体环境，电源电压、信号频率等。

（2）PCB制图时地线需加粗，设为30mil。

（3）第一次PCB制图时没有安放输入输出信号孔。

图17PCB顶层

图18PCB底层

图17PCB制图结果

五．数据手册中的示例电路

图181496用作倍频器示例

图1914046和低频滤波器构成的锁相环示例

课程设计报告

设计题目：

2PSK调制解调和平方环载波提取

学院：

通信工程

学生：

李婷01111175

李慧芬01111219

完成时间：

2015年1月15日