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正文內(nèi)容

基于matlabgui的costas環(huán)性能演示軟件實(shí)現(xiàn)學(xué)士學(xué)位論文(編輯修改稿)

2025-07-24 18:11 本頁面
 

【文章內(nèi)容簡介】 (擴(kuò)頻函數(shù))對(duì)被傳信息進(jìn)行調(diào)制實(shí)現(xiàn)的;(3)、在接收端使用相同的擴(kuò)頻函數(shù)對(duì)擴(kuò)頻信息進(jìn)行相關(guān)解調(diào),還原出被傳信息。 擴(kuò)頻通信原理由圖21可見,一般的無線擴(kuò)頻通信系統(tǒng)都要進(jìn)行三次調(diào)制。一次調(diào)制為信息調(diào)制,二次調(diào)制為擴(kuò)頻調(diào)制,三次調(diào)制為射頻調(diào)制。接收端有相應(yīng)的射頻解調(diào),擴(kuò)頻解調(diào)和信息解調(diào)。根據(jù)擴(kuò)展頻譜的方式不同,擴(kuò)頻通信系統(tǒng)可分為:直接序 4列擴(kuò)頻(DS) 、跳頻(FH) 、跳時(shí)(TH) 、線性調(diào)頻以及以上幾種調(diào)頻的組合 [5]。圖21 擴(kuò)頻通信原理擴(kuò)頻通信技術(shù)在發(fā)端以擴(kuò)頻編碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制,在收端以相關(guān)解調(diào)技術(shù)收信,這一過程使其具有諸多優(yōu)良特性: 抗干擾性能好:它具有極強(qiáng)的抗人為寬帶干擾、窄帶瞄準(zhǔn)式干擾、中繼轉(zhuǎn)發(fā)式干擾的能力,有利于電子反對(duì)抗。如果再采用自適應(yīng)對(duì)消、自適應(yīng)天線、自適應(yīng)濾波,可以使多徑干擾消除,這對(duì)軍用和民用移動(dòng)通信是很有利的。 隱蔽性強(qiáng)、干擾?。阂蛐盘?hào)在很寬的頻帶上被擴(kuò)展,則單位帶寬上的功率很小,即信號(hào)功率譜密度很低。信號(hào)淹沒在白噪聲之中,別人難于發(fā)現(xiàn)信號(hào)的存在,再加之不知擴(kuò)頻編碼,就更難拾取有用信號(hào)。而極低的功率譜密度,也很少對(duì)其它電訊設(shè)備構(gòu)成干擾。擴(kuò)頻通信技術(shù)把被傳送的信號(hào)帶寬展寬,從而降低了系統(tǒng)在單位頻帶內(nèi)的電波“通量密度” ,這對(duì)空間通信大有好處。國際無線電咨詢委員會(huì)及國際電信聯(lián)盟規(guī)定了空間通信系統(tǒng)在地面上產(chǎn)生“通量密度”的國際標(biāo)準(zhǔn),以防止對(duì)地面通信的干擾。例如規(guī)定在 S 波段內(nèi)每 4KHz 頻帶內(nèi)“通量密度”為154dB/m2。易于實(shí)現(xiàn)碼分多址:擴(kuò)頻通信占用寬帶頻譜資源通信,改善了抗干擾能力,是否浪費(fèi)了頻譜資源呢?其實(shí)正相反,是提高了頻帶的利用率。正是由于擴(kuò)頻通信要用擴(kuò)頻編碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制發(fā)送,而信號(hào)接收需要用相同的擴(kuò)頻編碼之間的相關(guān)解擴(kuò)才能得到,這就給頻率復(fù)用和多址通信提供了基礎(chǔ)。充分利用不同碼型的擴(kuò)頻編碼之間的相關(guān)特性,分配給不同用戶不同的擴(kuò)頻編碼,就可以區(qū)別不同用戶的信號(hào),眾多用戶,只要配對(duì)使用自己的擴(kuò)頻編碼,就可以互不干擾地同 5時(shí)使用同一頻率通信,從而實(shí)現(xiàn)了頻率復(fù)用,使擁擠的頻譜得到充分的利用。數(shù)模兼容:可以傳輸數(shù)字信號(hào),也可以傳輸模擬信號(hào)。常規(guī)的無線電通信是在頻率上分配(稱為頻分)或從時(shí)間上分配(稱為時(shí)分)給通信用戶,使之在頻段上或時(shí)間上互不相同,以使彼此互不干擾共用頻譜資源。擴(kuò)頻通信是以各用戶使用不同的擴(kuò)頻編碼來共用同一頻率。采用擴(kuò)頻通信多址方式的頻譜利用率高于采用頻分多址方式的頻譜利用率。而且擴(kuò)頻碼分多址還易于解決增加新用戶的問題。 鎖相環(huán)解調(diào)原理環(huán)路正常鎖定后,Costas 環(huán)可直接獲得解調(diào)輸出,而平方環(huán)則沒有這種功能。圖 22 是鎖相環(huán)解調(diào)器解調(diào)已被接擴(kuò)后的中頻 PSK 信號(hào)的原理圖 [2][3]。圖 22 鎖相環(huán)解調(diào)器原理圖輸入到鎖相環(huán)解調(diào)器 a 點(diǎn)的信號(hào)為 ,經(jīng)鎖相環(huán)鎖定且同步了??icostA???????的壓控振蕩器(VCO)輸出( )相乘,濾波器輸出為 。在二tiB??costAB?進(jìn)制移相鍵控信號(hào)中,當(dāng) 時(shí),符號(hào)檢測(cè)器輸出“1”碼;當(dāng) 時(shí),??t0?? ??符號(hào)檢測(cè)器輸出“0”碼,這樣基帶數(shù)字信號(hào)恢復(fù)出來了。如果鎖相環(huán)跟蹤輸入信號(hào)的頻率而不是它的相位,它就變成了一個(gè)調(diào)頻解調(diào)器或 FSK 解調(diào)器,再稍加擴(kuò)展就可構(gòu)成為一個(gè)相干調(diào)幅檢測(cè)器。如圖 22 所示,虛線上部為調(diào)頻信號(hào)(或 FSK)解調(diào)器,虛線下部是附加電路的輸出振幅信號(hào)的解調(diào)器。當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí),輸入信號(hào)與壓控振蕩器(VCO)信號(hào)相差 。在附加90?電路中,移相器把壓控振蕩器輸出信號(hào)再相移 送到第二個(gè)鑒相器。經(jīng)一項(xiàng)后2?的信號(hào)就與輸入信號(hào)同相,兩個(gè)信號(hào)相乘的結(jié)果,在低通濾波器后的輸出就是所 6要求的振幅信號(hào) A;而未加附加電路的鎖相環(huán)解調(diào)器從 P 點(diǎn)輸出調(diào)頻信息 。??t?解調(diào)振幅信息時(shí), 為已知值;解調(diào)調(diào)頻信息時(shí) A 為已知值。??t?圖 23 調(diào)頻信號(hào)鎖相環(huán)解調(diào)器和附加有完成振幅相干解調(diào)器原理圖盡管在基帶解調(diào)器之前的相關(guān)解擴(kuò)過程中,對(duì)輸入到擴(kuò)頻接收機(jī)的各種干擾已進(jìn)行了處理,但解調(diào)器之前的中頻濾波是帶通型的,落到銅帶內(nèi)的噪聲和干擾信號(hào),必然要進(jìn)入解調(diào)器中,環(huán)路在有干擾條件下能否完成最佳解調(diào)任務(wù),取決于鎖相環(huán)路的參數(shù)和部件的設(shè)計(jì)。 載波同步載波同步是指在相干解調(diào)時(shí),接收端需要獲得一個(gè)與發(fā)送端同頻同相的相干載波。這個(gè)載波的獲取稱為載波提取或載波同步。 7圖 24 載波同步載波同步的方法可分為:插入導(dǎo)頻法和直接法。直接法也稱自同步法。這種方法是設(shè)法從接收信號(hào)中提取同步載波。直接法可分為:平方變換法、平方環(huán)法和 Costas 環(huán)法。而平方變換法和平方環(huán)法存在很大的問題:載波提取的方框圖中用了一個(gè)二分頻電路,由于分頻器點(diǎn)的不確定性,使其輸出的載波相對(duì)于接收信號(hào)相位有 的相位模糊。180?相位模糊對(duì)模擬通信關(guān)系不大,因?yàn)槿硕牪怀鱿辔坏淖兓?。相位模糊?duì)數(shù)字通信的影響有可能使2PSK相干解調(diào)后出現(xiàn)“反向工作”的問題,克服相位模糊度對(duì)相干解調(diào)影響的最常用而又有效的方法使采用相對(duì)移相(2DPSK) ,并且在解調(diào)后進(jìn)行差分譯碼恢復(fù)信息。Costas 環(huán)中,壓控振蕩器(VCO)提供兩路互為正交的載波,與輸入接收信號(hào)分別在同相和正交兩個(gè)鑒相器中進(jìn)行鑒相,經(jīng)低通濾波之后的輸出均含調(diào)制信號(hào),兩者相乘后可以消除調(diào)制信號(hào)的影響,經(jīng)環(huán)路濾波器得到僅與相位差有關(guān)的控制壓控,從而準(zhǔn)確地對(duì)壓控振蕩器進(jìn)行調(diào)整。 Costas鎖相環(huán)該方法也稱同相正交環(huán) 法,加于兩個(gè)相乘器的本地信號(hào)分別為壓控振蕩器器的輸出信號(hào) 和它的正交信號(hào) ,一般設(shè)置為與要提取的??costr?????sintr???載波頻率非常接近的頻率值,因此通常稱這種環(huán)路為同相正交環(huán),有時(shí)也稱這種環(huán)路為科斯塔斯(Costas)環(huán)。通信系統(tǒng)中常使用多相位移相調(diào)制,同樣可以使用多項(xiàng) Costas 環(huán)的方法實(shí)現(xiàn)載波信號(hào)的提取。 8圖 25 costas鎖相環(huán)原理圖科斯塔斯的基本結(jié)構(gòu)圖如圖 25 所示,它類似圖 23 有附加電路的普通鎖相環(huán),而且在某些方面這兩者確實(shí)一樣,壓控振蕩器(VCO)也用來產(chǎn)生載波參考信號(hào),它與輸入信號(hào)同相相乘及相移 再相乘,相乘器再經(jīng)過低通濾波器輸出。90?它們的差別在于增加了第三個(gè)相乘器,而兩路低通濾波器的輸出都加到第三個(gè)相乘器上,用它的輸出經(jīng)環(huán)路濾波后去控制環(huán)路的壓控振蕩器 [1]。先不考慮噪聲時(shí),輸入信號(hào)為 (雙向調(diào)制)加到 I 和 Q 兩個(gè)??scotA????相乘器,它們分別和環(huán)路 VCO 產(chǎn)生的 和 相乘,則這???intA????兩個(gè)相乘器輸出,對(duì) I 相乘器為 [1] (21)escs22t?????對(duì) Q 相乘器為 (22)??essinoAt???????????其中, 當(dāng)它們通過低通濾波器后,就變?yōu)?和 。es???? ecos2A??esin這兩個(gè)包含相移鍵控信息和載波相位的信號(hào)再加到第三個(gè)相乘器相乘就得到 9,并經(jīng)過濾波之后,這個(gè)信號(hào)就用來校正環(huán)路 VCO 的振蕩頻率和相位,2esin8A?使它跟蹤輸入載波(實(shí)際上沒有輸入載波信號(hào),科斯塔斯解調(diào)器的目的正是用于教條雙邊帶抑制載波信號(hào)) 。信息可以從兩個(gè)地方得到,這取決于調(diào)制方法,有數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生的 PSK 信息在相乘器 I 的數(shù)據(jù)濾波器的輸出端得到;調(diào)制信息由環(huán)路內(nèi)低通濾波器輸出端得到??扑顾弓h(huán)沒有幅度輸出,也不能得到“存在信號(hào)” “鎖定”或相干自動(dòng)增益控制信號(hào)。濾波器 I 的輸出為 ,當(dāng) 很小時(shí),輸出等于 ,而ecos2A??e 2A?就是所要的二進(jìn)制信號(hào),要著重指出的是,這時(shí)環(huán)路不知道,也無法知道哪2A?個(gè)是“1”碼,哪個(gè)是“0”碼。因此必須使用本身不會(huì)模糊的 DPSK 或確定性比特字傳輸調(diào)制方式??扑顾弓h(huán)性能超過一般鎖相環(huán)的主要優(yōu)點(diǎn)是它能夠解調(diào)相移鍵控和抑制了載波的信號(hào) [1][2]。科斯塔斯環(huán)又稱“IQ ”環(huán),它在噪聲性能上與平方環(huán)完全等效,為說明這一點(diǎn),我們采用與平方環(huán)一樣的分析方法。在考慮噪聲對(duì)環(huán)路影響時(shí),我們假設(shè)輸入到環(huán)路的信號(hào)為 (23)??0s1()()costAttC????加性窄帶噪聲為 (24)????c0s0snsnittttt在 的作用下,圖 25 中,相乘器 I 的輸出 經(jīng)低通濾波器后為 ;??stn? IZIU相乘器 Q 的輸出為 ,經(jīng)低通濾波器后輸出的 。 和 在第三個(gè)相乘器相QZQUQ乘輸出為 。如同平方環(huán)一樣的分析方法,鑒相器 I 的輸出為dte (25)?????0cosIztstnt??????????經(jīng)低通濾波器后成為 (26)??csss1 1t ni22uIAtt tC? ????????同理 (27)?????0ziQtstnt?????????? (28)?? ?s s1 1uico22Qc stAn? ?????????? 10第三個(gè)相乘器輸出為?????????2sscs12s1innno2c8 4insdt tAttAteCC? ?? ??? ???????????????? (29)3 GUI圖形界面 圖形用戶界面(GUI)的優(yōu)勢(shì)MATLAB是當(dāng)今科研領(lǐng)域最常用的應(yīng)用軟件之一,它具有強(qiáng)大的矩陣計(jì)算、符號(hào)運(yùn)算和數(shù)據(jù)可視化功能,是一種簡單易用、可擴(kuò)展的系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境和平臺(tái)。 MATLAB GUI設(shè)計(jì)使讀者不必深入掌握面向?qū)ο蟮木幊陶Z言,也能設(shè)計(jì)出精美的人機(jī)界面。與Visual C++相比,MATLAB GUI具有學(xué)習(xí)起點(diǎn)低(只需要了解MATLAB的基本操作和C語言的基礎(chǔ)知識(shí))、易學(xué)易懂、開發(fā)周期短的優(yōu)點(diǎn),設(shè)計(jì)出來的界面,完全可與Visual C++編寫的界面媲美??v觀國際相關(guān)產(chǎn)業(yè)在圖形化用戶界面設(shè)計(jì)方面的發(fā)展現(xiàn)狀,許多國際知名公司早已意識(shí)到 GUI 在產(chǎn)品方面產(chǎn)生的強(qiáng)大增值功能,以及帶動(dòng)的巨大市場(chǎng)價(jià)值,因此在公司內(nèi)部設(shè)立了相關(guān)部門專門從事 GUI 的研究與設(shè)計(jì),同業(yè)間也成立了若干機(jī)構(gòu),以互相交流 GUI 設(shè)計(jì)理論與經(jīng)驗(yàn)為目的。隨著中國 IT
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