数字锁相环MATLAB代码.docx
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数字锁相环MATLAB代码.docx
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奈奎斯特型全数字锁相环(NR-DPLL)
注:
本文截取于通信原理课程综合设计,载波提取部分中的锁相环解调部分中的基础锁相环。
MATLAB编程仿真实现,想要simulink实现的同学要失望啦。
代码在本文末,抱歉未加注释。
理解本文需要的知识:
信号与系统,数字信号处理,同步技术。
2.7载波的同步提取
提取载波信息可用锁相环进行跟踪载波或调制信息。
本文采用奈奎斯特型全数字锁相环(NR-DPLL)对接收信号进行载波同步提取,并用于相干解调。
2.7.1NR-DPLL结构介绍
数字锁相环的基本组成如下
图2-6数字锁相环的组成
NR-DPLL是基于奈奎斯特采样鉴相器、数字环路滤波器、数字控制振荡器的一种数字锁相环。
下面分别对各部分作简要介绍。
2.7.2奈奎斯特采样鉴相器
奈奎斯特采样鉴相器的组成框图如图2-7所示。
图2-7奈奎斯特采样鉴相器的组成框图
为了表述方便,设数字控制振荡器(NCO)输出的本振数字信号为
(2.7-1)
输入信号
(2.7-2)
其中
输入信号经A/D采样后,第个采样时刻采样量化后的数字信号为
(2.7-3)
对输入信号进行A/D变换的采样速率由带通信号奈奎斯特采样定理确定,但为防止信号频谱混叠并保证信号相位信息的有效抽取,采样速率一般选取前置带通滤波器的两倍带宽以上。
令,即和相乘后,经低通滤波得到的数字误差信号
(2.7-4)
式中
(2.7-5)
2.7.3数字环路滤波器
数字环路滤波器与模拟环路中环路滤波器的作用是一样的,都是为了抑制高频分量及噪声,且滤波器的参数直接影响环路的性能。
在实际应用中一阶数字环路滤波器的实现形式如图2-8所示。
图2-8一阶数字环路滤波器的实现形式
其Z域传递函数:
(2.7-6)
按照图2-8中所实现的数字滤波器,其频率特性与理想积分滤波器的频率特性一致;两种滤波器参数之间也有着一定的对应关系。
对理想积分滤波器的传递函数式采用双线性变换,即令,得到
(2.7-7)
式中,为采样周期,
(2.7-8)
(2.7-9)
式(2.7-8)和式(2.7-9)表明了两种滤波器参数之间的对应关系,也可以说明图2-8所示的一阶数字滤波器就是模拟理想积分滤波器的数字化表示形式。
二阶数字滤波器可由两个一阶数字滤波器串联得到。
2.7.4数字控制振荡器(NCO)
NCO采用直接数字相位综合技术(DDS),该技术主要是由时钟驱动读取三角函数表,功能框图如图2-8所示。
图2-9基于DDS的NCO结构
Ok,截取结束。
接下来是编程中必须的参数计算以及思路分析。
首先是参数选择,时域响应最好取
ξ=0.707,
根据经验
,
令NCO相位控制增益,鉴相灵敏度,则,环路增益
再由理想二阶环路中
,
于是,
以上两个参数同时缩小相同的倍数,捕获带也缩小相同的倍数。
而扩大时,最大到两倍,大于两倍时捕获带不再变化,只是捕获时间短一些。
环路的3Db带宽
接下来是编程思想,离散信号过系统实际是系统冲击响应与信号卷积,所谓卷积就是错位相加,于是引申出一种叫做重叠保留法的计算方法,即信号可分段计算。
鉴相器输入的两个信号每次分别都仅是一个点,相乘后进入滤波器,此处就得用到这个所谓的重叠保留法。
输入一个点输出一个点,其他点保留与下次错位相加,再输出一个点。
鉴相器输出的信号过环路滤波器,通过Z域传递函数计算。
最后是DDS,网上有很多相关文档,自己看看,注意输入相位要累积,所谓驱动嘛,当然每次依然是输出一个点,这个点作为下次鉴相器输入信号之一。
仿真结果如下:
上图中输入频率是27Hz,锁相环自然频率为32Hz。
搞懂了这些编程思想,以及DDS后,自然谐振频率,输入信号频率自己去做调整。
但注意锁相环的参数限制。
到这里,NR-DPLL就完成了。
在此基础上平方环,科斯塔斯环,判决反馈环等等都很容易编程仿真实现。
仿真代码:
锁相环:
%functionuo=pll(ui,Fs)
clearall
clc
fo=32;
fi=27;
%fi=length(ui)*1/(n*fo);
g1=0.005*2;
g2=0.0975*2;
n=64;
t=0:
1/(n*fo):
0.5-1/(n*fo);
ui=sin(2*pi*fi*t);%输入信号
uo=zeros(1,length(ui));
uo
(1)=dds_sin(10,n*fo,fo,0,1);%Nco输出初始信号
uo1
(1)=dds_sin(10,n*fo,fo,0,1);
%erro=ph(ui
(1),uo
(1));%鉴相器输出
sig
(1)=ui
(1)*uo
(1);
l=30;
hn=fir1(l,0.2*fo/(n*fo));
temp=conv(hn,sig
(1));
temp1=temp(2:
end);
erro
(1)=temp(16);
lpu1
(1)=erro
(1)*(g1+g2);
lpu2
(1)=lpu1
(1)*(g1+g2);
m=2*pi*fo/2048*(1:
length(t));
fori=1:
length(ui)-1
uo(i+1)=dds_sin(10,n*fo,fo,m(i)+lpu2(i)*1,1);
uo1(i+1)=dds_sin(10,n*fo,fo,m(i)+lpu2(i)*1-m(14),1);
sig(i+1)=ui(i+1)*uo(i+1);
temp=conv(sig(i+1),hn);
temp(1:
l)=temp(1:
end-1)+temp1;
temp1=temp(2:
end);
erro(i+1)=temp(16);
lpu1(i+1)=g1*erro(i+1)+g2*erro(i+1)+g2*erro(i);
lpu2(i+1)=g1*lpu1(i+1)+g2*lpu1(i+1)+g2*lpu1(i)+lpu2(i);
end
%end
DDS代码
function[A]=dds_sin(N,fs,f,phi0,Nig)
%%[返回参数](传递参数)
%f=8;
%N=8;%频率信号字长N:
表示频率信号样点的字长
%fs=256;%采样频率fs:
DDS内部采样频率(输出频率信号的采样频率)
%phi0=0;%初始相位phi0:
输出信号的初始相位
%%df=1;%最小频率间隔df:
DDS输出信号的最小频率间隔(频谱分辨率)
%Nsig=256;%输出频率信号样点个数Nsig
%%f0输出信号频率
Nperiod=2^N;%这么多样点表示一个周期正弦信号
n=0:
(Nperiod-1);
Sroot=sin(2*pi*n/Nperiod);%*(2^(N-1)-1);
Asin=Sroot;
dphi=2*pi/Nperiod;
M=floor(2^N*f/fs);
M0=floor(phi0/dphi);
%A=zeros(1,Nsig);
%A=Asin(x);
fori=1:
Nig
x=mod(M0+1+(i-1)*M,Nperiod);
ifx==0
x=1;
end
A(i)=Asin(x);
end
%A1=A;
end
%x=mod(M0+(i-1)*M,Nperiod);
%xA=0:
1/fs:
(Nsig-1)/fs;
%plot(xA,A)
%title('DDS正弦信号时域图');xlabel('t/s');
%end
9
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