【正文】 ） 上式地第二項包含有載波地倍頻 c?2 地分量。 在實際中，伴隨信號一起進入接收機地還有加性高斯白噪聲，為了改善平方變換法地性能，使恢復(fù)地相干載波更為純凈，圖 中地窄帶濾波器常用鎖相環(huán)代替，稱為平方環(huán)法提取載波。由于鎖相環(huán)具有良好地跟蹤、窄帶濾波和記憶功能，平方環(huán)法比一般地平方變換法具有更好地性能。 在抑制載波 地 相位調(diào)制系統(tǒng)中，參考載波信號提取 地 性能很大程度上直接決定了系統(tǒng) 地 解調(diào)性能。 在 傳統(tǒng) 地模擬 Costas 環(huán) 會 存在同相支路與正交支路 地 不平衡性而使環(huán)路 地 性能受到一定 地 影響， 而 且模擬電路還存在直流零點漂移、難以調(diào)試等缺點，而采用數(shù)字 地 實現(xiàn)方式則可有效地避免這些問題。壓控振蕩器輸出信號直接供給一路相乘器，供給另一路地則是壓控振蕩器輸出經(jīng)九十度移相后地信號。信號 ?? ttm c?cos 分別與 V V2 相乘后得 : ? ? ? ? ? ? ? ?? ??????? ?????? ttmtttmV ccc 2c osc osc osc os3 （ ） ? ? ? ? ? ? ? ?? ??????? ?????? ttmtttmV ccc 2s i ns i ns i nc o s4 （ ） 經(jīng)低通濾波后分別為 : ? ? ?cos5 tmV ? ? ? ?sin6 tmV ? 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 5 頁 共 29 頁 低通濾波器應(yīng)該允許 m(t)通過 ,V V6 相乘產(chǎn)生誤差信號 : ? ? ? ? ?2s in81 2 tmtV d ? （ ） 當 ??tm 為矩形脈沖地雙極性數(shù)字基帶信號時 ?? 12 ?tm 。它通過環(huán)路濾波器濾波后去控制 VCO 地相位和頻率，最終使穩(wěn)態(tài)相位誤差減小到很小地 數(shù)值，而沒有剩余頻差（即頻率與 c? 同頻）。 載波同步性能指標 效率 ： 效率指 地 是 在 獲取載波信號 地同時需要 盡量少消耗發(fā)送功率。載波相位誤差分為穩(wěn) 態(tài)誤差和隨機誤差，系統(tǒng) 主要決定 穩(wěn)態(tài)誤差，隨機誤差則由隨機噪聲產(chǎn)生。載波同步系統(tǒng)要求 保持時間 越長越好。所謂 地 外同步法就是指位同步信息靠發(fā)端發(fā)送導(dǎo)頻 來 傳遞，或是在調(diào)制信號 地 包絡(luò)上 寄托 同步信息。但是，由信號頻域分析 地 基本知識可知，在一般 MPSK 調(diào)制信號、 MQ 枷調(diào)制信號以及相干同步解調(diào) 地 基帶信號中原則上都不存在位同步 地 譜線量， 因此 必須進行某種非線性處理，才能使其產(chǎn)生位同步信號 地 線譜分量。經(jīng)過延遲相應(yīng)碼元間隔和相位檢波后，將此類經(jīng)適當延時 地 延陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 6 頁 共 29 頁 遲解調(diào)得到 地 基帶信號進行分解即可證明，對延遲解調(diào)后 地 基帶信號 不一定 進行非線性處理，只要直接對所包含 地 位同步線譜分量進行提純 就可以了 。為此，頻帶不受限時要先加微分 和整流處理，提取位同步信號時較方便 的是 頻帶受限 地 基帶信號，直接對解調(diào) 地 基帶信號進行全波整流處理即可，不必再采用微分電路等措施 從中頻調(diào)制信號中 得到 位同步信號 對中頻 MPSK， MQAM 調(diào)制信號也可以直接進行一系列處理，使中頻調(diào)制信號中產(chǎn)生位同步信號 地譜線。其中常用地 變換形式有：對基帶信號進行微分、整流 ， 如圖 所示 ， 中頻帶限信號包絡(luò)檢波法 如圖 所示： (a) 基帶信號 (b) 微分后 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 7 頁 共 29 頁 (c)整流后 圖 基帶信號微分、整流法 (a) 中頻帶限信號 (b) 包絡(luò)檢波后 (c) 濾波反相 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 8 頁 共 29 頁 圖 中頻帶限信號包絡(luò)檢波法 包絡(luò)檢波 法 也是直接法， 直接法中經(jīng)常采用 地 是鎖相法，它是通過這樣或那樣 地 鎖相環(huán)（一般為數(shù)字環(huán)）直接從基帶信號中提取位同步信號 地 。延遲檢波法地 工作過程和延遲解調(diào) 一致 ，只是延遲時間 ? 不是一個碼長 sT ，當取 ? sT ，時，延時檢波輸出信號就是一組脈沖寬度為 ? 地 矩形歸零碼，因此輸出信號包含了位同步信號 地 譜分量。對于數(shù)字鎖相環(huán)法提取位同步信號而言，相位誤差主要是由于位同步脈沖 地 相位在跳變地調(diào)整時所引起 地 。 同步保持時間以 : 同步保持時間指 地是 從接收信號消失開始到位同步電路輸出位同步信號中斷為止 地 這段時間。 相位抖動 : 相位抖動 指地是 位同步 地 瞬時相位和 平均相位之差 地 均方根值。 錯位率： c 延遲 T/2 a b 放大限幅 窄帶濾波 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 9 頁 共 29 頁 錯位率 指地是 位同步脈沖序列出現(xiàn)多一位或少一位 地 現(xiàn)象，也稱滑位。幀同步碼組地識別主要利用其自身具有尖銳地單峰性。進一步采用捕獲與失步三次門限判決、單幀／副幀并行檢測、補幀校正等方法改善系統(tǒng)性能。 連貫插入法實現(xiàn)幀同步： 不需要外加地特殊碼組，類似于載波同步和位同步中地直接法，利用數(shù)據(jù) 碼組本身之間彼此不同地特性實現(xiàn)自同步。對該碼組地基本要求是： ① 具有尖銳單峰特性地自相關(guān)函數(shù)； ② 便于與信息碼區(qū)別； ③ 碼長適當，以保證傳輸效率。 巴克碼是一種有限長地非周期序列。 以 7 位巴克碼組 {+ + + + }為例， 它地局部自相關(guān)函數(shù)如下： 當 j=0 時，當 j=1 時，同樣可求 出 j=3， 5， 7 時 R（ j） =0； j=2， 4， 6 時 R（ j） =1。如圖 所示為 7 位巴克碼地自相關(guān)函數(shù)： ?????????????? ????njnjjnxxjR jijnii,00,100,)(1或陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 10 頁 共 29頁 圖 7 位巴克碼地自相關(guān)函數(shù) 以 7 位巴克碼為例。各移位寄存器輸出端地接法與巴克碼地規(guī)律一致 , 這樣識別器實際上是對輸入地巴克碼進行相關(guān)運算。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 11 頁 共 29頁 起止式群同步法 起止式傳輸是面向字符 地 異步傳輸。 這種同步法幀結(jié)構(gòu)簡單，實現(xiàn)容易，位同步 地 頻率誤差只能在一個字符范 圍內(nèi)積累，因此對收發(fā)時鐘 地 頻率標準性能要求不高。 假同步概率 ： 它是 誤認為是同步碼組地概率，越小越好。漏同步概率 P 為識別器漏識別已發(fā)出同步碼 地 概率，它與群同步 地 插入方式、群同步碼 地 長度、系統(tǒng) 地 誤碼率機識別器電路和參數(shù)選取等均有關(guān)。 1， bT 為二進制地符號間隔， ??tgT 基帶地發(fā)送成形濾波器地沖激響應(yīng)，通常具有升余弦特性； i? 是調(diào)制載波地頻率， i? 是調(diào)制載波地初始相位。 BPSK 信號地調(diào)制原理框圖如圖 所示： 圖 BPSK 信號地調(diào)制原理框圖 BPSK 解調(diào)原理 因為 BPSK 信 號地幅度與基帶信號無關(guān)，因此不能用包絡(luò)檢波法而只能用相干解調(diào)法解調(diào) BPSK信號，在相干解調(diào)過程中需要用到與接收地 BPSK 信號同頻同相地相干載波 ,相干接收機模型。地相位迷糊（ phase ambiguity），即恢復(fù)地本地載波與所需地相干載波可能同相，也可能反相，這種相位關(guān)系地不確定性將會造成解調(diào)出數(shù)字基帶信號與發(fā)送地數(shù)字基帶信號正好相反，即‘ 1’變?yōu)椤?0’，‘ 0’變?yōu)椤?1’，判決器輸出數(shù)字信號全部出錯。然后加入一個緩沖器 (Buffer)輸出一個信源信號 (data_Src)為 20xx 赫茲。接下來帶通濾波器 (Digital Filter Designl)濾除有效信號頻帶以外地噪聲，提高信噪比；將正弦載波通過乘法器（ multiplier）與調(diào)制后地波形相乘。在接收方，將接收信號分兩路與 VCO 輸出地信號進行鑒相，并通過低通濾波器二階地巴特沃斯濾波器，截止頻陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 15 頁 共 29頁 率為 1KHz）。希爾伯特變換是通過解析信號模塊（ Analytic Signal）來實現(xiàn)地，該模塊地輸出信號 ??ty 是一個復(fù)信號，稱為輸入信號地解析信號，其實部為輸入信號 ??tx ，虛部為輸入信號地希爾伯特變換 ??tx ，即? ? ? ? ? ?txjtxty ??? 希爾伯特變換地功能是將輸入信號中地全部頻率分量均移相 π /2 之后地合成信號作為輸出。同步后輸出信號為 Out1 輸出地地波形由 Scope7 輸出。 (a) 載波同步后輸出波形 (b)frame_err3 載波同步前過濾波器后地數(shù)據(jù)波 圖 載波同步前后信號輸出波形對比圖 分析對比圖可知，在載波同步時，會有些許相位差，相位差在一定范圍內(nèi)是允許出現(xiàn) 地，因此日后在載波同步時，只要將相位誤差控制在一定范圍內(nèi)，則不會對結(jié)果有什么影響。在無線信傳輸過程中由于多普勒頻移、同道干擾、多徑衰落、弱噪聲和本地振蕩器 地 不穩(wěn)定等因素所造成信號 地 損耗使載波同步 地 獲得變得很困難。 圖 頻偏對誤碼率 地 影響曲線 從圖 3． 8 可以看出頻偏對通信系統(tǒng) 地 誤碼率 地 影響是很大 地 ，為此必須在接收端補償這個頻偏，使其不再轉(zhuǎn)動，要解決這些問題就要進行載波恢復(fù)。 如圖 所示為位同步前后信號輸出前后對比圖，可見有一些時延： 圖 位同步前后信號輸出波形前后對比 鎖相環(huán)法位同步算法具有實現(xiàn)簡單，易于集成、鎖定后無頻差、跟蹤精確等優(yōu)點，但是速度較慢，適用于低速率 地 情況；通過對信號每一個載波周期內(nèi) 地 采樣值進行 DFT。連貫插入法是在每一群 地 開頭集中插 入由若干個碼元組成 地 特殊碼組，該碼組應(yīng)在信息碼中很少出現(xiàn)，即使偶爾出現(xiàn)，也不可能依照群 地 規(guī)律周期出現(xiàn)。所謂頂層文件設(shè)計就是把所涉及到地各個模塊放在一起，形成一個便于閱 讀地圖形方式，在編譯各個模塊時，假如設(shè)計沒有錯誤。 幀同步碼是采用集中插入法集中插入到 NRZ 碼地 2～ 8 位地。實現(xiàn)幀同步過程， 仿真圖如圖 所示： 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 18 頁 共 29頁 圖 幀同步仿真圖 仿真結(jié)果 結(jié)果顯示仿真實現(xiàn)了幀同步過，如圖 所示： 圖 幀同步波形輸出對比圖 分析對比圖，上面波形為初始幀信號波形，下面為幀同步后波形，經(jīng)比較，實現(xiàn)幀同步。出現(xiàn)這種情況地概率就稱為漏同步概率 P1。設(shè)二進制信息碼元出現(xiàn)“ 0”和“ 1”地概率相等，都為 1/2，則由該二進制碼元組成 n 位碼組地所有可能碼組數(shù)為 n2 個，而其中能被判為同步碼組地組合數(shù)顯然也與 m 有關(guān)。我們希望在同步建立時要可靠，也就是假同步概率 P2 要?。欢谕浇⒁?后，就要具有一定地抗干擾性能，也就是漏同步概率 P1 要小。 因此 實際接收到 地 PSK 信號，碼元波形會分為兩種區(qū)域， 碼元中間部分是穩(wěn)定區(qū)，前、后部分為過渡區(qū)。檢測到 地 幅值極小點就是位同步點，這是因為碼元切換處 (即位同步點 )由于高頻成分 地 濾除，波形幅度會明顯小于穩(wěn)定區(qū)，因而所得到 地 載波幅值就會成為極 小值。將 DFT 求出 地 5 次諧波 地 相位 ? 作為本碼元 地 相位，然后用本碼元 地 相位減去前一碼元 地 相位，得到本碼元 地 相位跳變 T? 。 為了提高位同步 地 精確度，每接收到 3 個采樣值就用最新 地 6 個采樣值 (對應(yīng)一個載波周期，記為 X1X6)進行一次 DFT，求出載波幅值： ? ? 2121211 QIA ?? （ ) 其中： ???611 3c o s61K k kxI ? ???611 3s in61k kkxQ ? （ ) 對前后一 1 值進行比較，就可以找出載波幅值極小點，該點值應(yīng)該明顯小于 A1 地 正常值。另外，噪聲 地 干擾也有可能會造成位同步 地 確定不準。 假如 幅值極小點超前于現(xiàn)有 地 位同步點，就把位同步點前移一個采樣點， 假如 幅值極小點落 后于現(xiàn)有 地 位同步點，就把位同步點后移一個采樣點。然后研究了一種基于 DFT 地 頻域 地 位同步算法。由于考慮到了濾波后波形有穩(wěn)定區(qū)和過渡區(qū)之分，只對穩(wěn)定區(qū)內(nèi) 地 信號采樣值進行 DFT 運算提取相位信息，實際上相當于提高了信噪比，更利于對信號 地 恢復(fù)判決。接下來，在老師地 輔導(dǎo)下我結(jié)合自己之前掌握 地 知識同步系統(tǒng)進行了仿真設(shè)計，經(jīng)過不斷 地 修改和調(diào)試，終于將仿真運行成功 。 同步是通信領(lǐng)域一個重要 地 技術(shù)問題，是通信系統(tǒng) 地 重要組成部分。 當通信接收端采用同步解調(diào)或相干檢測時，接收端需要提供一個與發(fā)射端調(diào)制載波同頻同相 地相干載波。 本次設(shè)計我還學(xué)到了很多，比如： 頻率漂移率是表征時鐘在連續(xù)運行過程中頻率值隨時間 地 變化 地 情況，是由時鐘 地 內(nèi)部元件老化以及外部環(huán)境影響所引起 地； 時鐘 地 牽 引范圍是指時鐘能夠鎖定 地 輸入信號 地 最大頻帶