詹雨博

摘 要：載波同步是PSK信號(hào)相干解調(diào)中的關(guān)鍵技術(shù)，它直接關(guān)系到解調(diào)的指標(biāo)。目前工程上最常用的有平方環(huán)、同相正交環(huán)和判決反饋環(huán)等幾種載波同步方法。其中平方環(huán)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用比較廣泛。文章基于平方環(huán)載波同步理論設(shè)計(jì)了一種用于實(shí)現(xiàn)2PSK載波同步的方案，并用multisim軟件仿真，得到了預(yù)期的效果。

關(guān)鍵詞：2PSK；平方環(huán)載波同步；multisim

中圖分類號(hào)：TN913.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）19-0100-02

Abstract： Carrier synchronization is a key technology in coherent demodulation of PSK signal. It is directly related to the demodulation index. At present， the most commonly used carrier synchronization methods are square loop， in-phase orthogonal loop and decision feedback loop. The square ring is widely used because of its simple structure. Based on the square loop carrier synchronization theory， this paper designs a scheme to realize 2PSK carrier synchronization， simulates it with multisim software， and gets the expected results.

Keyword： 2PSK； squared ring carrier synchronization； multisim

引言

PSK信號(hào)實(shí)質(zhì)上就是恒包絡(luò)的抑載雙邊帶信號(hào)。基于這一特點(diǎn)，一般采用相干檢測(cè)的方法解調(diào)。實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)的關(guān)鍵[1]是接收端要恢復(fù)出一個(gè)與調(diào)制載波嚴(yán)格同頻同相的相干載波，恢復(fù)載波性能的好壞，直接關(guān)系到接收機(jī)解調(diào)性能的優(yōu)劣。通常工程上為了有效利用頻率資源，不會(huì)在信號(hào)中插入導(dǎo)頻信息，所以直接法提取載波技術(shù)應(yīng)用更加廣泛。目前工程上最常用的有[2]平方環(huán)、同相正交環(huán)和判決反饋環(huán)等幾種載波同步方法。其中平方環(huán)因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用比較廣泛。

1 平方環(huán)工作原理

在直接調(diào)制的2PSK載波信號(hào)中，雖然已調(diào)信號(hào)本身并不含有載波分量，但是經(jīng)過非線性變換后卻能產(chǎn)生載波的倍頻分量。利用窄帶帶通濾波器將其提取出來，再經(jīng)過2分頻即可獲得相干載波。平方環(huán)正是基于這一思想提出的，其原理框圖如圖1所示。

從（3）式可以看出，經(jīng)過平方變換后的接收信號(hào)中，包含了2倍頻的載波頻率分量。我們可以用窄帶帶通濾波器將其提取出來，在經(jīng)過2分頻就能得到所需的相干載波。

2 平方環(huán)載波提取方案設(shè)計(jì)

從圖1可以看出，平方環(huán)載波提取需要3部分電路，即平方變換電路、帶通濾波電路和2分頻電路。下面分別給出3個(gè)電路的設(shè)計(jì)方案。

2.1 平方變換電路

目前通常的平方處理方法是用乘法器，將輸入信號(hào)相乘得到2倍頻信號(hào)。如果是模擬電路，可以用一個(gè)模擬乘法器來實(shí)現(xiàn)，例如MC1496等。如果是用FPGA等處理芯片來實(shí)現(xiàn)，就需要大量的邏輯單元或者乘法器IP核，這樣比較浪費(fèi)資源。本文采用異或處理的方式實(shí)現(xiàn)2倍頻，將輸入信號(hào)經(jīng)過積分電路處理后再和輸入信號(hào)做異或，得到含有2倍頻分量的信號(hào)。這樣只需一個(gè)異或門和一個(gè)簡(jiǎn)單的積分電路就能實(shí)現(xiàn)，對(duì)于采用FPGA芯片處理的方式，就可以用一個(gè)延遲電路和異或操作來實(shí)現(xiàn)，從而節(jié)省了硬件資源。

2.2 帶通濾波電路

對(duì)于平方變換后得到的含有2倍頻分量的信號(hào)，需要用窄帶的帶通濾波器實(shí)現(xiàn)，目前通常的做法是用鎖相環(huán)來完成。本文采用晶體濾波器來實(shí)現(xiàn)帶通濾波器功能，這種方式比較簡(jiǎn)單，而且能達(dá)到很好的效果。

2.3 2分頻電路

本文的2分頻電路采用74HC74 D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。

3 平方環(huán)載波提取multisim仿真實(shí)現(xiàn)

根據(jù)第二節(jié)的設(shè)計(jì)方案，采用multisim畫出電路圖。輸入的2PSK信號(hào)為頻率1.664MHz，電壓幅度5mv的正弦波，調(diào)制信號(hào)為400KHz的方波信號(hào)，采用cd4066四雙向模擬開關(guān)進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制電路如圖2所示。

輸入信號(hào)經(jīng)過放大和整形之后得到近似方波的2PSK信號(hào)，用于后續(xù)載波提取，仿真波形如圖3所示。B為調(diào)制的正弦波，A為整形后的方波。

載波提取的平方部分采用74HC86異或門和積分電路實(shí)現(xiàn)，帶通濾波器采用LC濾波電路代替晶體濾波器，2分頻電路用74HC74 D觸發(fā)器，具體電路連接如圖4所示。

倍頻后的仿真波形如圖5所示。A為輸入的2PSK信號(hào)，B為2PSK經(jīng)過積分電路的信號(hào)，C為異或后的含有2倍頻分量的信號(hào)，D為經(jīng)過濾波和整形后的2倍頻信號(hào)。可以看出2倍頻信號(hào)已經(jīng)很好的提取出來了。

將2倍頻信號(hào)經(jīng)74HC74 D觸發(fā)器后就得到了載波頻率的信號(hào)，仿真波形如圖6所示。A為2倍載波頻率信號(hào)，B為載波頻率信號(hào)。

4 結(jié)束語

本文針對(duì)平方環(huán)載波提取方法，提出了一種簡(jiǎn)單的電路實(shí)現(xiàn)方式，用異或門和積分電路實(shí)現(xiàn)倍頻，用晶體濾波器實(shí)現(xiàn)2倍頻提取，并通過仿真得到了預(yù)期的效果。如果用FPGA實(shí)現(xiàn)2PSK解調(diào)，本文的方法可以節(jié)省FPGA的硬件資源。

參考文獻(xiàn)：

[1]王鋼，劉毅鵬.BPSK載波同步技術(shù)的研究[J].通信技術(shù)，2003，1：21-22，33.

[2]Douglas A.Carrier detection of PSK signals. IEEE Transactions on Communication， March 2001，49（3）：487-496

[3]杜勇.數(shù)字通信同步技術(shù)的MATLAB與FPGA實(shí)現(xiàn)（2013年版）[M].北京：電子工業(yè)出版社，2013（4）.