基于multisim的2PSK載波同步設計方案及仿真

詹雨博

摘 要：載波同步是PSK信號相干解調中的關鍵技術，它直接關系到解調的指標。目前工程上最常用的有平方環、同相正交環和判決反饋環等幾種載波同步方法。其中平方環因其結構簡單，應用比較廣泛。文章基于平方環載波同步理論設計了一種用于實現2PSK載波同步的方案，并用multisim軟件仿真，得到了預期的效果。

關鍵詞：2PSK；平方環載波同步；multisim

中圖分類號：TN913.6 文獻標志碼：A 文章編號：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信號實質上就是恒包絡的抑載雙邊帶信號。基于這一特點，一般采用相干檢測的方法解調。實現相干解調的關鍵[1]是接收端要恢復出一個與調制載波嚴格同頻同相的相干載波，恢復載波性能的好壞，直接關系到接收機解調性能的優劣。通常工程上為了有效利用頻率資源，不會在信號中插入導頻信息，所以直接法提取載波技術應用更加廣泛。目前工程上最常用的有[2]平方環、同相正交環和判決反饋環等幾種載波同步方法。其中平方環因其結構簡單，應用比較廣泛。

1 平方環工作原理

在直接調制的2PSK載波信號中，雖然已調信號本身并不含有載波分量，但是經過非線性變換后卻能產生載波的倍頻分量。利用窄帶帶通濾波器將其提取出來，再經過2分頻即可獲得相干載波。平方環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，經過平方變換后的接收信號中，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，在經過2分頻就能得到所需的相干載波。

2 平方環載波提取方案設計

從圖1可以看出，平方環載波提取需要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個電路的設計方案。

2.1 平方變換電路

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

2.2 帶通濾波電路

對于平方變換后得到的含有2倍頻分量的信號，需要用窄帶的帶通濾波器實現，目前通常的做法是用鎖相環來完成。本文采用晶體濾波器來實現帶通濾波器功能，這種方式比較簡單，而且能達到很好的效果。

2.3 2分頻電路

本文的2分頻電路采用74HC74 D觸發器實現。

3 平方環載波提取multisim仿真實現

根據第二節的設計方案，采用multisim畫出電路圖。輸入的2PSK信號為頻率1.664MHz，電壓幅度5mv的正弦波，調制信號為400KHz的方波信號，采用cd4066四雙向模擬開關進行調制，調制電路如圖2所示。

輸入信號經過放大和整形之后得到近似方波的2PSK信號，用于后續載波提取，仿真波形如圖3所示。B為調制的正弦波，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現，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，B為2PSK經過積分電路的信號，C為異或后的含有2倍頻分量的信號，D為經過濾波和整形后的2倍頻信號。可以看出2倍頻信號已經很好的提取出來了。

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

4 結束語

本文針對平方環載波提取方法，提出了一種簡單的電路實現方式，用異或門和積分電路實現倍頻，用晶體濾波器實現2倍頻提取，并通過仿真得到了預期的效果。如果用FPGA實現2PSK解調，本文的方法可以節省FPGA的硬件資源。

參考文獻：

[1]王鋼，劉毅鵬.BPSK載波同步技術的研究[J].通信技術，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.數字通信同步技術的MATLAB與FPGA實現（2013年版）[M].北京：電子工業出版社，2013（4）.