基于matlab的costas锁相环仿真

Posted 2023-01-12 fpga和matlab

UP目录

一、理论基础

二、核心程序

三、测试结果

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一、理论基础

       如今，数字电路，特别是大规模集成数字电路技术的发展，给通信技术领域的发展提供了更有力的支持。各种电子产品潮水般涌现入各个领域。电子线路以其制作简单、易于控制、可靠性强、体积小、成本低廉等优点，以广泛应用于各个行业，电子产品无处不在，电子技术无处不用。随着新器件的不断面市，新电路出现了更多的新功能，新的设计如雨后春笋般涌现！电子系统设计的多样化和复杂化的发展趋势，推动着EDA（电子设计自动化）软件的发展和完善进程。

       同步是通信系统中至关重要的技术，载波同步则是同步的一个重要分支。当通信系统采用相干解调时，接收端需要提供一个与发射端调制载波同频同向的相干载波。获取相干载波的方式叫做载波同步。本文载波同步采用同相正交环，即costas环。科斯塔斯环（Costas）法又称同相正交环法或边环法。它仍然利用锁相环提取载频，但是不需要对接收信号作平方运算就能得到载频输出。 误差信号是由两路相乘及低通滤波器提供的。压控振荡器输出信号直接供给一路相乘器，供给另一路的则是压控振荡器输出的正交的信号。两路信号输出均含有调制信号，两者相乘后可以消除调制信号的影响，经环路滤波器后得到仅与压控振荡器输出和理想载波之间相位差有关的控制电压，从而准确地对压控振荡器进行调整。

       基于锁相环和锁频环的模型,研究了由两者构成的数字Costas环结构和性能.首先介绍了传统的数字Costas环模型,接着给出了鉴相器,二阶环路滤波器和三阶环路滤波器的结构,在此基础上分析了基于锁频环的数字Costas模型,实现了扩大Costas环的跟踪范围和提高跟踪精度的目的,最后给出了仿真结果,分析了两种环路单独和相结合后的应用和特点.

       costas环是一种特殊的锁相环，具有载波跟踪，信号解调等特性。其环路结构包括以下几个部分：鉴相器（Phase Detector），低通滤波器（Low-pass Filter）、环路滤波器（Loop Filter）、数控振荡器（Numerically Controlled Oscillator）。

二、核心程序

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msg=sin(2*pi*f1*t)+0.5*cos(7*pi*f1*t); %模拟发送信号sin,这里可以变更你的发送信号！
%msg = 0.5*square(2*pi*f1*t); 
%msg=sin(4*pi*f1*t)
kf=0.0628;          %调制常数
Signal=exp(j*(2*pi*f*t+2*pi*kf*cumsum(msg))); %调制载波
%产生PLL
phi(1)=30;           %锁相环的初始化  
error(1)=0;              %锁相环的初始化 
phd(1)=0;     %锁相环的初始化 
vco(1)=0;            %锁相环的初始化 
kp=0.15; 
ki=0.1; 
%PLL 频率跟踪过程 
for n=2:length(Signal) 
vco(n)=conj(exp(j*(2*pi*n*f/fs+phi(n-1))));  
phd(n)=imag(Signal(n)*vco(n)); 
error(n)=error(n-1)+(kp+ki)*phd(n)-ki*phd(n-1); 
phi(n)=phi(n-1)+error(n);  
end; 
start_point = 1;
end_point = 3000;
up46

三、测试结果