基于平方环的2PSK相干波提取课程论文Word文件下载.docx
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朱春华
2013年7月1日
摘要
锁相环在通信、雷达、测量和自动化控制等领域应用极为广泛，已经成为各种电子设备中必不可少的基本部件。
随着电子技术向数字化方向发展，需要采用数字方式实现信号的锁相处理。
因此，对全数字锁相环的研究和应用得到了越来越多的关注。
2PSK信号的抗噪声性能优于2FSK和2ASK信号，而且其带宽小于2FSK信号的带宽，因此被广泛应用于数字通信中。
由于2PSK信号只能采用相干解调方法，本课题采用同相正交环。
关键词
2PSK载波提取同相正交环
目次
1引言（或绪论）……………………………………………………4
1.1课题目的及其意义………………………………………………4
1.1.1课题目的………………………………………………………4
1.1.2课题意义………………………………………………………4
1.2课题研究内容……………………………………………………4
22PSK信号……………………………………………………………4
2.12PSK信号特点………………………………………………………4
3锁相环…………………………………………………………………6
3.1锁相环的组成………………………………………………………6
3.2锁相环的工作原理…………………………………………………6
3.3锁相环的优点………………………………………………………7
4平方环……………………………………………………………………8
4.1平方环的组成…………………………………………………………8
4.2平方环的原理…………………………………………………………8
5.2仿真结果图……………………………………………………………9
5软件仿真…………………………………………………………………9
5.1电路截图………………………………………………………………9
1引言（或绪论）
1.1课题目的及其意义
1.1.1课题目的
设计基于同相正交环的2psk信号的相干载波提取，利用systemview仿真软件进行模块设计和结果仿真分析。
加深对锁相环的理解，以及systemview软件的应用
1.1.2课题意义
1.2课题研究内容
该课题主要研究2PSK相干解调工作原理，数学模型，设计方法，最优参数的设计和仿真的实现。
22PSK信号
2.12PSK信号特点
相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。
在2PSK中，通常用初始相位为0和π表示二进制的“1”和“0”。
因此2PSK的信号的时域表达式为
ｅ2psk（t）=Acos（ωct+φn）
其中，φn表示第n个符号的绝对相位：
0发送“0”时
φn=
π发送“1”时
因此，上式可改写为
Acosωct概率为P
ｅ2psk（t）=
-Acosωct概率为1-P
图2PSK信号的时间波形
由于表示信号的两种码元的波形相同，记性相反，鼓2PSK信号一般可以表述为一个双极性全占空矩形脉冲序列与一个正弦载波相乘，即
ｅ2psk（t）=s（t）cosωct
其中
s（t）=∑ang（t-nTs）
这里，g（t）是脉宽为Ts的单个矩形脉冲，而an得统计特性为
1概率为P
an=
-1概率为1-P
即发送二进制符号“0”时（an取+1），ｅ2psk（t）取0相位；
发送二进制符号“1”时（an取-1），ｅ2psk（t）取π相位。
3锁相环
3.1锁相环的组成
锁相环通常由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）和压控振荡器（VCO）三部分组成，锁相环组成的原理框图如图2.1所示。
图锁相环基本组成
锁相环中的鉴相器又称为相位比较器，它的作用是检测输入信号和输出信号的相位差，并将检测出的相位差信号转换成uD（t）电压信号输出，该信号经低通滤波器滤波后形成压控振荡器的控制电压uC（t），对振荡器输出信号的频率实施控制。
3.2锁相环的工作原理
锁相环（PLL）是一个相位跟踪系统。
最基本的锁相环数学模型图如图所示
图锁相环数学模型
设参考信号
式中Ur为参考信号的幅度
ωr为参考信号的载波角频率
θr（t）为参考信号以其载波相位ωrt为参考时的瞬时相位
若参考信号是未调载波时，则θr（t）=θ1=常数。
设输出信号为
式中Uo为输出信号的振幅,ω0为压控振荡器的自由振荡角频率
θ0（t）为参考信号以其载波相位ω0t为参考时的瞬时相位,在VCO未受控制
它是常数，受控之后他是时间函数。
则两信号之间的瞬时相位差为
由频率和相位之间的关系可得两信号之间的瞬时频差为
鉴相器是相位比较器，它把输出信号uo（t）和参考信号ur（t）的相位进行比较，产生对应于两信号相位差θe（t）的误差电压ud（t）。
环路滤波器的作用是滤除误差电压ud（t）中的高频成分和噪声，以保证环路所要求的性能，提高系统的稳定性。
压控振荡器受控制电压uc（t）的控制，uc（t）使压控振荡器的频率向参考信号的频率靠近，于是两者频率之差越来越小，直至频差消除而被锁定。
3.3锁相环的优点
（1）可以实现理想的频率控制。
这是由于环路锁定时，环路输出无剩余稳态频差存在所致。
（2）可以不用谐振线圈而具有较高的选择性。
（3）门限性能好。
锁相环用做调频信号解调器时，其门限性能要比普通鉴相器要改善5db左右。
（4）易于集成化与数字化。
组成环路的基本部件易于采用模拟集成电路，环路实现数字化后，更易于采用数字集成电路。
锁相环的集成化、数字化为减小体积、降低成本、提高可靠性实现多用途提供了有利条件。
4平方环
4.1平方环的组成
所谓平方环是指电路中包含有平方器，环路工作频率在等于2倍的2PSK信号频率，平方环的结构如图所示。
4.2平方环的原理
2PSK信号可表示为ui（t）=m（t）sinω（t）。
式中m（t）为基带信号，发‘1’时m（t）=1,发‘0’时m（t）=-1。
对ui（t）作平方运算，得
可见平方运算产生了二倍频载分量。
考虑到平方部件的不理想，其输出信号中，除上式所示信号。
可能还有其他频率成分。
经中心频率为2
的带通滤波器后，只剩下2
及其附近的频率成分。
若锁相环为采用正弦鉴相器的高增益模拟锁相环，则其输出信号为
分频后得到的相干波为
5软件仿真
5.1电路截图：
5.2仿真结果图：
数字信号;
模拟信号;
由数字模拟信号调制成的2PSK信号：
2PSK平方后得出的信号：
相干解调后信号：
结论
2PSK信号不包括相干载波，想要提取相干载波必须对2PSK信号做非线性变化。
通常是对2PSK信号做平方运算，再用一窄带滤波器提取相干波的二倍频信号，分频后得到相干波。
相干波的质量取决于带通滤波器的带宽，带宽越窄，相干波的相位抖动越小。
由于工作在载频跟踪状态的相干波等效于一个带宽及窄得带通滤波器，它的带宽可小到几个赫兹，这是其他滤波器难以达到的。
因此，常用锁相环提取2PSK信号相干波的二倍频信号
参考文献
[1]青松等编著，数字通信系统的SystemView仿真与分析。
北京航空航天大学出版社，2001。
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[8]樊昌信.通信原理.北京：
国防工业出版社.2001
[9][美]R.C.狄克逊著.扩展频谱系统.王守仁等译.北京：
国防工业出版社.1982
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