一. 课题目的
(1) 了解2PSK (平方环法载波提取)通信系统的工作原理和信息传 输方案，掌握系统的设计方法与参数选择原则。
(2) 熟悉SY STEMVIEW的使用，完成2PSK通信系统和平方环提 取载波的仿真。
(3) 根据需要选择相关芯片，完成原理图和 PCB图的设计。 二. 原理介绍
1.2PSK信号的调制和解调
2PSK中以载波的不同相位去直接表示相应的数字信息，载波的 振幅和频率都是不变的。载波相位随基带脉冲的变化而取相应的离散 值，通常用相位0°和180°来分别表示1或-1。这种PSK波形在抗 噪声性能方面比ASK和FSK都好，而且频带利用率也高，所以在中高 速数传中得到广泛的应用。 (1) 时域表达式：BPSK =Acos& t+® )
c
n
发送0时，®是0°;发送1时，®是180°。
7
n
'
7
n
(2) 2PSK的调制：
开关电路
(b)
图1 2PSK调制器原理框图
(3) 2PSK言号:
图2 2PSK信号示意图
(4) 2PSK勺相干解调：
PSK信号恒包络，是利用相位传递信息的，所以在接收端必须采 用相干解调，此次设计要求用平方环提取相干载波。
2PSK信号经过带通滤波器得到有用信号，经相乘器与本地载波 相乘再经过低通滤波器得到低频信号，再经抽样判决得到基带信号。
图中各点信号波形如下:
(5)倒二现象:
在2PSK中，由于发端以某一个相位作为基准的，因而在接收端 也必须
图4解调过程波形图
有这样一个固定基准相位作参考。如果提取的相干载波相位发 生180°变化，则恢复的数字信号正好相反，0变为1,1变为0。实际 通信时，系统中分频器可能发生状态转移， 锁相环的稳定状态也可能 发生转移，所以参考基准相位的跳变是可能的，这样采用 就会在接收端发生完全相反的恢复。 2•平方环提取载波
2PSK的相干解调中需要本地载波，平方环法是设法从接收信号 中提取同步载波。PSK信号虽然本身不直接含有载波分量，但经过某 种非线性变换后，将出现载波的谐波分量，可以再利用分频器提取出 载波分量。
原理框图如下，接收信号进行平方变换后包含有倍频 2「c分量， 若用一窄带带通滤波器将2 . c滤出，再进行二分频就能获得所需的载 波。为使提取的载波更纯净，用锁相环代替窄带滤波器；另外，二分 频电路使提取的载波信号可能存在 180°相位模糊问题。
2PSK方式
锁相环
图5平方环法提取载波原理图
(1) 锁相环结构：锁相环由鉴相器、低频滤波器、以及压控振荡器 组成，鉴相器可由乘法器来实现，鉴相器输出的相位误差信号经过滤
波，作为振荡器的控制信号，而振荡器的输出又反馈到鉴相器，与输 入的倍频信号进行比较。锁相环是一个相位负反馈系统，锁定后，压 控振荡器的输出信号的频率为 160kHz,相位跟踪输入信号，有一个 微小误差。 (2)
锁相环
工作在可能锁定的任何一个稳定平衡点上，经分频器恢 复出的相干载波可能与所需要的理想的本地载波同相或反相，
会使得
解调出的数字信号极性完全相反，1、0倒置。克服相位模糊最常用 的是差分编码。 三. 系统仿真
利用SYSTEMVIE进行2PSK系统调制解调和提取相干载波的仿真, 1.仿真原理图如下：
图6 2PSK系统仿真图
(1)器件6是基带信号，频率为20kHz; 2是正弦载波，80kHz, 3是反相。器件5在数字基带信号控制下选择输出 sin或cos波, 用键控方式完成2PSK信号调制，4显示2PSK信号。
（2）器件6、7、& 9、10、13构成平方环电路，提取载波。其中, 6是倍频，7是中心160kHz的带通，滤除倍频以外的频率信号；8 9、10构成锁相环，乘法器8完成鉴相，低通滤波器9截止频率是 150Hz, VC010频率160kHz,锁相环将频率稳定在倍频 160kHz； 分频器13输出80kHz的方波。
（3）器件16、17、18、29完成相干解调。已调信号和载波在器件 16相乘，低通滤波器17截止频率21kHz，取包络信号，在比较器 18与0比较，大于0,输出1;小于0,输出0。 2•系统仿真运行后，关键点波形如下：
（为了清楚显示各信号对应关系，图7~图10只截取了仿真的一部分）
Sink 1 25Oe-0- 图 8 2PSK 信号(80kHz)
图7数字基带信号
（20kHz）
±TU4 矍o 2l0e-B 2Weh6 370e-B 二in 图 8 2PSK 信号(80kHz)
二三一逞JS,™ 210&6 2&o~e 290* 330*6 170^6 SySEemView Time in Stconds 图9提取的方波载波(80kHZ)
图10已调信号与相干载波相乘的波形
原始信号
解调输出 _ __
11
_
图11原始基带信号与解调后波形对比
可以看出，输出结果和原信号相比只有一个很小的时延，但基本 相同，说明基带信号在该系统中完成了正确传输。 四. 电路设计
应用Altium Designer软件进行电路设计和PCB制作，平方环载 波提取的电路设计主要有四个模块：稳压电源、倍频、锁相环、二分 频，具体电路在数据手册中可以查到； 主要用到的芯片是：MC1496、 MC14046、CD4013B,并添加了各芯片的集成库。 1各模块电路： (1) 稳压电源
应用常见的7805 7905三端稳压集成电路，输出一 5V典型值电压
VRI
VCC
图12稳压电源
(2) 倍频器
MC1496的本质是乘法器，在它的两个输入端都输入2PSK信号, 则可用做倍频器。
倍频器电路可在数据手册中找到，但 而有所不同，可计算得：
R18电阻值因电源电压值
V —\\/ R18
VD
I
-50^ -3.8k1，VD =0・7V，| 5 = 1mA.
CIO
叭F
图15二分频电路
图13倍频器电路
(3) 锁相环
MC14046内部包含相位比较器、压控振荡器和一些辅助电路， 外接一个低通滤波器即可构成锁相环。
只有和160kHz频率差小于低通截止频率150Hz的信号才会对锁 相环电路工作产生影响'根据f低=2“C =计算得R3=24k「。
150
，=7Pf(低通常用)
C4
2 Fin M
> Pt AIN a PCB1K VCOIN CIA CIB
VDD
PCIOUT IX：2OIJT
VCOin
2
4讥工心［
Rl
R2
XOOUT
LD
_±£5
^47pF
INH
SFOUT
100K
图14锁相环电路
(4) 分频器
CD4013B是双触发器，应用其中一路，很容易实现方波二分频。
U4 VCOoul
I QI 01 VDD 02 14
■4
> f 1 L k [ Resell Clwk2 彳 JO
DI Rcscl? -D2 VSS Set： ① Tr
CD40I.^Fi 15二分频电路
VSS
图 (5)原理图总览
图16原理图
2.PCB布线
对原理图进行编译，导入 PCB文件中，采用手动调节和自动布 线结合的方法进行PCB的绘制，布线结果如下页图17~19: 3•遇到的问题及解决办法
(1) 应用示例电路时应考虑具体环境，电源电压、信号频率等。 (2) PCB制图时地线需加粗，设为 30mil。 (3) 第一次PCB制图时没有安放输入输出信号孔
R25
c2 l±
3L1 13
w c 3
倉
INPUT
OUTPUT 倉
INPUT OUTPUT
nR21
u ]^^- 2Co \"回理轸筹雷 c
R斗匚^R-,
R3 ^昌 c2 «
R257 2
r
Ro23
-S
-R22
■承 I 1 • •
u3 5
图18 PCB底层
R25
3
R21 INPUT
OUTPUT
U4 图17 PCB制图结果
*CC
12V 扎拆：T； l+0k< ^2 • 100 AA/V *恰“右 --- 汕 篇输叶IbVdcM^ Ig ~ 1M MC1496 TOO is vac i ~~: ------------------CjK- a j vjc Figure 30. Low-Frequency Doubler 图18 1496用作倍频器示例 PCAin eFREQLENCYr PC Bin i r 图19 14046和低频滤波器构成的锁相环示例 课程设计报告 设计题目：2PSK调制解调和平方环载波提取 学 院： 通信工程__________________ 学 生： ___________ 李婷 01111175 _________ 李慧芬 01111219 完成时间： 2015 年1月15日 _________________ 因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容