基于MATLABGUI的Costas环性能演示软件实现学士学位论文.doc

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1、分类号：TD65+5.2 U D C：D10621-408-（2010）0481-0密 级：公 开 编 号：2006021086成都信息工程学院学位论文基于MATLAB GUI的Costas环性能演示软件实现论文作者姓名：申请学位专业：电子信息工程申请学位类别：工学学士指导教师姓名（职称）：论文提交日期：独 创 性 声 明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得成都信息工程学院或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡

2、献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。签名： 日期： 年 月 日关于论文使用授权的说明本学位论文作者完全了解成都信息工程学院有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权成都信息工程学院可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后应遵守此规定）签名： 日期： 年 月 日毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注

3、和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文

4、原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉

5、密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日基于MATLAB GUI的Costas环性能演示软件实现摘 要Costas环是用来解调双边带抑制载波信号的，也是二相或四相移相键控信号解调的专用环路，如果使用码反转调制，则它是一种最好的选择方案，科斯塔斯的工作频率就是载波频率。Costas环路作为一种通用的BPSK载波恢复方法，其实质是一个负反馈电路，从而决定了它具有使本地载波的相位或频率与信号载波保持一致的能力。Costas环有许多优良的特性，如：载波跟踪特性、调制跟踪特性等，但是传统模拟Costas环路因为存在同相支路和正交支路不平衡性及不可避免的零点漂移，均

6、使环路的性能受到影响，同时模拟的Costas环路调试困难，而采用全数字的实现方式可以很好地解决以上问题。本文采取了两种方式来实现Costas环载波的跟踪，一是直接采用Matlab软件编程，通过手动改写参数的值来观察载波的跟踪情况，另一种方法是在Matlab GUI图形用户界面中进行仿真，通过拖动实信号频率和信噪比的拖动条来观察载波跟踪情况。通过两种方式的比较，图形结果一致，达到了实验的预期结果和目的。关键词：MATLAB GUI；Costas环；载波跟踪Performance Presentation Software For Costas Loop Based On Matlab GUIAb

7、stract Costas loop is the exclusive loop to decode BSB(Bothe Side-band) inhibition carrier signals and PSK(Phase Shifting Keying) signals like two-phase or four-phase ones. It will be a best choice if codes are demodulated in reverse, because Costas loop works in carrier frequency. As a universal wa

8、y to regain BPSK carrier waves, Costas loop is substantially a degenerative circuit, enable it to reconcile the local carrier waves phase or frequency with carrier signal. It has many good properties such as carrier tracking, demodulation tracking, etc. However, there exists un-balance between in ph

9、ase circuit branches and orthogonal ones as well as unavoidable zero drift in traditional analog Costas loop, so that those properties are affected. Meanwhile, it is difficult for analog Costas loop to demodulate, while the digital Costas loop can figure out the above problems better.This text adopt

10、s two ways to realize the tracking of carrier ware for Costas loop.The first method is to program with the software system of Matlab,by altering the value of parameter to observe the situation which the tracking of carrier ware.An alternative method is to simulate during the Matlab GUI, by driving t

11、he value of real signal frequency and snr to observe the situation which the tracking of carrier ware.Finally,compare with the two ways,the graph results are consistent.So,the research achive the expected result and objective.Key words: MATLAB ; Costas loop；Carrier Tracking 目 录1引言11.1背景和意义11.2本课题研究的

12、意义11.3扩频技术的现状21.4论文结构安排22扩频通信32.1扩频通信技术32.2扩频通信原理32.2.1锁相环解调原理52.2.2载波同步62.3Costas锁相环73GUI图形界面103.1图形用户界面（GUI）的优势103.2GUI界面简述103.2.1GUI的特点113.3图形用户界面（GUI）设计113.3.1GUI设计原理113.3.2图形用户界面设计窗口114基于MATLB GUI 的COSTAS环性能演示144.1基本思路145效果图及分析145.1Costas环性能分析145.1.1信噪比系数影响155.1.2实际信号频率参数影响165.2GUI的Costas环的设计窗口

13、186结论20参考文献22致 谢23附 录241 引言1.1 背景和意义所谓扩展频谱技术（简称扩频技术）一般是指用比信号带宽宽得多的频带宽度来传输信息的技术。为了扩展发射信号的频谱，可能使用不同技术对所传的信息进行处理，从而产生了不同的扩频调制类型。Costas不仅能提取载波，而且能解调信息，用相乘器实现了非线性作用，使用了正交两路的误差信息，工作频率是载波频率本身，当频率较高时易于实现，是直接提取载波的一种，发端不专门发送导频，效率比较高。扩频通信是通信的一个重要分支和信道通信系统的发展方向。扩频技术具有抗干扰能力强、保密性好、易于丝线多址通信等优点，因此该技术越来越受到人们的重视。近年来，

14、随着超大规模集成电路技术、微处理技术的飞速发展，以及一些新兴元器件的应用，扩频通信在技术上已迈上了一个新的台阶，不仅在军事通信中占有重要地位，而且正在迅速地渗透到了个人通信和计算机通信等民用领域，成为新世纪最有潜力的通信技术之一。为了适应市场的发展和需要，例如移动通信、卫星通信的迅速发展和通信设备的进一步向便捷化、多功能化、全数字化和高集成化及器件组合化、功能集成化的发展进程，扩频技术也得到了很大的重视，因为它也是实现借条信号重要因素。因此，发展扩频技术是当前十分热门的研究课题，具有很大的发展潜力，也具有十分重要的研究意义。Costas能提取载波，用相乘器实现了非线性作用，使用了正交两路的误差

15、信息，工作频率是载波频率本身，当频率较高时易于实现，是直接提取载波的一种，发送端不专门发送导频，效率比较高。1.2 本课题研究的意义随着对扩频通信制备和物理特性等研究的深入,扩频技术不进在军事、天线测量中应用广泛，而且在医学领域中也得到了非常广泛的重视，科斯塔斯环解调是扩频技术中的重要组成部分。同样，科斯塔斯环也存在相位含糊问题，初看来这种方法中没有二分频器，似乎没有含糊的问题，但仔细分析起来同样存在相位含糊的问题。1.3 扩频技术的现状频谱扩展的方式主要有以下几种：直序扩频(DSSS)使用高速伪随机码对要传输的低速数据进行扩频调制；跳频系统则利用伪随机码控制载波频率在一个更宽的频带内变化；跳

16、时则是数据的传输时隙是伪随机的；线性调频系统中的频率扩展则是一个线性变化的过程。几种方式组合的混合系统也经常得到应用。衡量扩频系统最重要的一个指标就是扩频增益，又称为处理增益。正是因为扩频系统本身具有的特征使其性能具有一系列的优势：低截获概率；抗干扰能力强；高精度测距；多址接入；保密性强。也正是这些特性使其获得了广泛的应用。扩频技术由于其本身具备的优良性能而得到广泛应用，到目前为止，其最主要的两个应用领域仍是军事抗干扰通信和移动通信系统,而跳频系统与直扩系统则分别是在这两个领域应用最多的扩频方式。一般而言，跳频系统主要在军事通信中对抗故意干扰，在卫星通信中也用于保密通信，而直扩系统则主要是一种

17、民用技术。对跳频系统的分析，现在仍集中在其对抗各种干扰的性能方面，如对抗部分边带干扰以及多频干扰等。而直扩系统，即DS-CDMA系统，在移动通信系统中的应用则成为扩频技术的主流。欧洲的GSM标准和北美的以CDMA技术为基础的IS-95都在第二代移动通信系统（2G）的应用中取得了巨大的成功。而在目前所有建议的第三代移动通信系统（3G）标准中（除了EDGE）都采用了某种形式的CDMA。因此CDMA技术成为目前扩频技术中研究最多的对象，其中又以码捕获技术和多用户检测（MUD）技术代表了目前扩频技术研究的现状。1.4 论文结构安排论文的结构安排如下:本论文所完成的任务是对基于MATLAB GUI 的C

18、ostas 环性能演示软件实现的设计方法进行研究，并对扩展频谱信号的解扩和解调的研究并实行解调，在此基础上进行修改，并且运用工具软件进行仿真与优化，得到最后跟踪结果，本论文在总体结构上共分为5章。第1章引言，本章主要介绍了扩频通信的背景和意义，以及它的现状。第2章扩频通信，主要介绍了扩频技术及Costas环的原理、基础知识及其发展。第3章GUI图形界面，简要介绍GUI的优势及其窗口的创建。第4章基于MATLAB GUI 的Costas环性能演示的设计与仿真，本章以上两章的设计成果为基础，设计GUI 图形界面接口，并对模型进行仿真优化。并进行效果图分析，将得出的结果与普通结构解调器进行比较，总结

19、出Costas环的优点。第5章总结，对全文进行总结，概括本论文的目的和内容。2 扩频通信2.1 扩频通信技术扩频通信，即扩展频谱通信技术，它的基本特点是传输信息所用信号的带宽远大于信息本身的带宽。除此以外，扩频通信还有如下特征：(1)、数字传输方式；(2)、带宽的展宽是利用与被传信息无关的函数（扩频函数）对被传信息进行调制实现的；(3)、在接收端使用相同的扩频函数对扩频信息进行相关解调，还原出被传信息。2.2 扩频通信原理由图2-1可见，一般的无线扩频通信系统都要进行三次调制。一次调制为信息调制，二次调制为扩频调制，三次调制为射频调制。接收端有相应的射频解调，扩频解调和信息解调。根据扩展频谱的

20、方式不同，扩频通信系统可分为：直接序列扩频（DS）、跳频（FH）、跳时（TH）、线性调频以及以上几种调频的组合5。图2-1 扩频通信原理扩频通信技术在发端以扩频编码进行扩频调制，在收端以相关解调技术收信，这一过程使其具有诸多优良特性：1、 抗干扰性能好：它具有极强的抗人为宽带干扰、窄带瞄准式干扰、中继转发式干扰的能力，有利于电子反对抗。如果再采用自适应对消、自适应天线、自适应滤波，可以使多径干扰消除，这对军用和民用移动通信是很有利的。 2、隐蔽性强、干扰小：因信号在很宽的频带上被扩展，则单位带宽上的功率很小，即信号功率谱密度很低。信号淹没在白噪声之中，别人难于发现信号的存在，再加之不知扩频编码

21、，就更难拾取有用信号。而极低的功率谱密度，也很少对其它电讯设备构成干扰。扩频通信技术把被传送的信号带宽展宽，从而降低了系统在单位频带内的电波“通量密度”，这对空间通信大有好处。国际无线电咨询委员会及国际电信联盟规定了空间通信系统在地面上产生“通量密度”的国际标准，以防止对地面通信的干扰。例如规定在S波段内每4KHz频带内“通量密度”为-154dB/m2。3、易于实现码分多址：扩频通信占用宽带频谱资源通信，改善了抗干扰能力，是否浪费了频谱资源呢？其实正相反，是提高了频带的利用率。正是由于扩频通信要用扩频编码进行扩频调制发送，而信号接收需要用相同的扩频编码之间的相关解扩才能得到，这就给频率复用和多

22、址通信提供了基础。充分利用不同码型的扩频编码之间的相关特性，分配给不同用户不同的扩频编码，就可以区别不同用户的信号，众多用户，只要配对使用自己的扩频编码，就可以互不干扰地同时使用同一频率通信，从而实现了频率复用，使拥挤的频谱得到充分的利用。4、数模兼容：可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。常规的无线电通信是在频率上分配（称为频分）或从时间上分配（称为时分）给通信用户，使之在频段上或时间上互不相同，以使彼此互不干扰共用频谱资源。扩频通信是以各用户使用不同的扩频编码来共用同一频率。采用扩频通信多址方式的频谱利用率高于采用频分多址方式的频谱利用率。而且扩频码分多址还易于解决增加新用户的问题。2.2

23、.1 锁相环解调原理环路正常锁定后，Costas环可直接获得解调输出，而平方环则没有这种功能。图2-2是锁相环解调器解调已被接扩后的中频PSK信号的原理图23。图 2-2 锁相环解调器原理图输入到锁相环解调器a点的信号为，经锁相环锁定且同步了的压控振荡器（VCO）输出（）相乘，滤波器输出为。在二进制移相键控信号中，当时，符号检测器输出“1”码；当时，符号检测器输出“0”码，这样基带数字信号恢复出来了。如果锁相环跟踪输入信号的频率而不是它的相位，它就变成了一个调频解调器或FSK解调器，再稍加扩展就可构成为一个相干调幅检测器。如图2-2所示，虚线上部为调频信号（或FSK）解调器，虚线下部是附加电路

24、的输出振幅信号的解调器。当环路锁定时，输入信号与压控振荡器（VCO）信号相差。在附加电路中，移相器把压控振荡器输出信号再相移 送到第二个鉴相器。经一项后的信号就与输入信号同相，两个信号相乘的结果，在低通滤波器后的输出就是所要求的振幅信号A；而未加附加电路的锁相环解调器从P点输出调频信息。解调振幅信息时，为已知值；解调调频信息时A为已知值。图2-3 调频信号锁相环解调器和附加有完成振幅相干解调器原理图尽管在基带解调器之前的相关解扩过程中，对输入到扩频接收机的各种干扰已进行了处理，但解调器之前的中频滤波是带通型的，落到铜带内的噪声和干扰信号，必然要进入解调器中，环路在有干扰条件下能否完成最佳解调任

25、务，取决于锁相环路的参数和部件的设计。2.2.2 载波同步载波同步是指在相干解调时，接收端需要获得一个与发送端同频同相的相干载波。这个载波的获取称为载波提取或载波同步。图2-4 载波同步载波同步的方法可分为：插入导频法和直接法。直接法也称自同步法。这种方法是设法从接收信号中提取同步载波。直接法可分为：平方变换法、平方环法和Costas环法。而平方变换法和平方环法存在很大的问题：1、 载波提取的方框图中用了一个二分频电路，由于分频器点的不确定性，使其输出的载波相对于接收信号相位有的相位模糊。2、 相位模糊对模拟通信关系不大，因为人耳听不出相位的变化。3、 相位模糊对数字通信的影响有可能使2PSK

26、相干解调后出现“反向工作”的问题，克服相位模糊度对相干解调影响的最常用而又有效的方法使采用相对移相（2DPSK），并且在解调后进行差分译码恢复信息。Costas环中，压控振荡器（VCO）提供两路互为正交的载波，与输入接收信号分别在同相和正交两个鉴相器中进行鉴相，经低通滤波之后的输出均含调制信号，两者相乘后可以消除调制信号的影响，经环路滤波器得到仅与相位差有关的控制压控，从而准确地对压控振荡器进行调整。2.3 Costas锁相环该方法也称同相正交环 法，加于两个相乘器的本地信号分别为压控振荡器器的输出信号和它的正交信号，一般设置为与要提取的载波频率非常接近的频率值，因此通常称这种环路为同相正交环

27、，有时也称这种环路为科斯塔斯（Costas）环。通信系统中常使用多相位移相调制，同样可以使用多项Costas环的方法实现载波信号的提取。图2-5 costas锁相环原理图科斯塔斯的基本结构图如图2-5所示，它类似图2-3有附加电路的普通锁相环，而且在某些方面这两者确实一样，压控振荡器（VCO）也用来产生载波参考信号，它与输入信号同相相乘及相移再相乘，相乘器再经过低通滤波器输出。它们的差别在于增加了第三个相乘器，而两路低通滤波器的输出都加到第三个相乘器上，用它的输出经环路滤波后去控制环路的压控振荡器1。先不考虑噪声时，输入信号为（双向调制）加到I和Q两个相乘器，它们分别和环路VCO产生的和相乘，

28、则这两个相乘器输出，对I相乘器为 1 (2-1)对Q相乘器为 (2-2)其中，当它们通过低通滤波器后，就变为和。这两个包含相移键控信息和载波相位的信号再加到第三个相乘器相乘就得到，并经过滤波之后，这个信号就用来校正环路VCO的振荡频率和相位，使它跟踪输入载波（实际上没有输入载波信号，科斯塔斯解调器的目的正是用于教条双边带抑制载波信号）。信息可以从两个地方得到，这取决于调制方法，有数据传输产生的PSK信息在相乘器I的数据滤波器的输出端得到；调制信息由环路内低通滤波器输出端得到。科斯塔斯环没有幅度输出，也不能得到“存在信号”“锁定”或相干自动增益控制信号。滤波器I的输出为，当很小时，输出等于，而就

29、是所要的二进制信号，要着重指出的是，这时环路不知道，也无法知道哪个是“1”码，哪个是“0”码。因此必须使用本身不会模糊的DPSK或确定性比特字传输调制方式。科斯塔斯环性能超过一般锁相环的主要优点是它能够解调相移键控和抑制了载波的信号12。科斯塔斯环又称“I-Q”环，它在噪声性能上与平方环完全等效，为说明这一点，我们采用与平方环一样的分析方法。在考虑噪声对环路影响时，我们假设输入到环路的信号为 (2-3)加性窄带噪声为 (2-4)在的作用下，图2-5中，相乘器I的输出经低通滤波器后为；相乘器Q的输出为，经低通滤波器后输出的。和在第三个相乘器相乘输出为。如同平方环一样的分析方法，鉴相器I的输出为

30、(2-5)经低通滤波器后成为 (2-6)同理 (2-7) (2-8)第三个相乘器输出为 (2-9)3 GUI图形界面3.1 图形用户界面（GUI）的优势MATLAB是当今科研领域最常用的应用软件之一，它具有强大的矩阵计算、符号运算和数据可视化功能，是一种简单易用、可扩展的系统开发环境和平台。MATLABGUI设计使读者不必深入掌握面向对象的编程语言，也能设计出精美的人机界面。与VisualC+相比，MATLABGUI具有学习起点低（只需要了解MATLAB的基本操作和C语言的基础知识）、易学易懂、开发周期短的优点，设计出来的界面，完全可与VisualC+编写的界面媲美。纵观国际相关产业在图形化用

31、户界面设计方面的发展现状，许多国际知名公司早已意识到 GUI 在产品方面产生的强大增值功能，以及带动的巨大市场价值，因此在公司内部设立了相关部门专门从事 GUI 的研究与设计，同业间也成立了若干机构，以互相交流 GUI 设计理论与经验为目的。随着中国 IT 产业，移动通信产业，家电产业的迅猛发展，在产品的人机交互界面设计水平发展上日显滞后，这对于提高产业综合素质，提升与国际同等业者的竞争能力等等方面无疑起了制约的作用。3.2 GUI界面简述GUI是Graphical User Interface 图形用户界面的意思，像很多高级编程语言一样，Matlab也有图形用户界面开发环境，随着计算机技术的

32、飞速发展，人与计算机的通信方式也发生的很大的变化，从原来的命令行通信方式（例如很早的DOS系统）变化到了现在的图形界面下的交互方式，而现在绝大多数的应用程序都是在图形化用户界面下运行的6。GUI是实现人机交互的中介，可以通过它实现数据的输入，处理和输出。MATLAB实现了一个专门的GUI设计工具-GUIDE，使用该工具，可以快速完成GUI设计任务。如输出GUI,使用GUIDE编辑器创建GUI编程,GUI能自动生成一个控制GUI如何操作的M文件。3.2.1 GUI的特点GUI的广泛应用是当今计算机发展的重大成就之一，他极大地方便了非专业用户的使用人们从此不再需要死记硬背大量的命令，取而代之的是可

33、以通过窗口、菜单、按键等方式来方便地进行操作。而嵌入式GUI具有下面几个方面的基本要求：轻型、占用资源少、高性能、高可靠性、便于移植、可配置等特点。除此之外，GUI还有以下有点：（1） 减少用户的认知负担 （2） 保持界面的一致性（3） 满足不同目标用户的创意需求 （4） 用户界面友好性（5） 图标功能的一致性 （6） 建立界面与用户的互动交流（7） 图标识别平衡性3.3 图形用户界面（GUI）设计3.3.1 GUI设计原理（1） 设计GUI（2） GUI编程：创建GUI、打开GUI M文件、在回调函数间共享数据、在初始化函数中添加代码、在回调中添加代码。3.3.2 图形用户界面设计窗口1、M

34、ATLAB的用户界面设计工具共有6个，它们是：(1) 图形用户界面设计窗口：在窗口内创建、安排各种图形对象。(2) 菜单编辑器(Menu Editor)：创建、设计、修改下拉式菜单和快捷菜单。(3) 对象属性查看器(Property Inspector)：可查看每个对象的属性值，也可修改设置对象的属性值。(4) 位置调整工具(Alignment Tool)：可利用该工具左右、上下对多个对象的位置进行调整。(5) 对象浏览器(Object Browser)：可观察当前设计阶段的各个句柄图形对象。(6) Tab顺序编辑器(Tab Order Editor)：通过该工具，设置当用户按下键盘上的Tab

35、键时，对象被选中的先后顺序。2、GUI设计模板在MTALAB主窗口中，选择File菜单中的New菜单项，再选择其中的GUI命令，就会显示图形用户界面的设计模板。MTALAB为GUI设计一共准备了4种模板，分别是Blank GUI（默认）、GUI with Uicontrols（带控件对象的GUI模板）、GUI with Axes and Menu（带坐标轴与菜单的GUI模板）与Modal Questions Dialog（带模式问话对话框的GUI模板），如图3-1所示。图3-1 GUI 设计模板当用户选择选择不同的模板时，在GUI设计模板界面的右边就会显示出与该模板对应的GUI图像。3、GUI

36、设计窗口在GUI设计窗口左边的是控件工具栏，包括Push Button、Slider、Radio Button、Check Box、Edit Text、Static Text、Popup Menu、Listbox、Toggle Button、Axes等控件对象，它们是构成GUI的基本元素。图3-2 GUI设计窗口4、GUI设计窗口的基本操作为了添加控件，可以从GUI设计窗口的空间工具栏中选择一个对象，然后以拖曳的方式在对象设计区建立该对象，其对象创建方式方便、简单。在GUI设计窗口创建对象后，通过双击该对象，就会显示该对象的属性查看器，通过它可以设置该对象的属性值。在选中对象的前提下，单击鼠标

37、右键，会弹出一个快捷菜单，可以从中选择某个子菜单进行相应的操作。在对象设计区右击鼠标，会显示与图形窗口有关的快捷菜单。4 基于MATLB GUI 的Costas环性能演示基于MATLB GUI 的Costas环可通过调节信噪比和实信号频率参数来满足载波跟踪的特性，以此提出载波跟踪频率的范围，本节对该实验的基本思想和数学表示进行介绍。4.1 基本思路MATLB GUI 的Costas环性能演示的基本构思为：利用MATLB编程软件编辑Costas环跟踪载波程序，创建MATLB GUI 界面，运行GUI源程序，在GUI设计窗口中拖动信噪比或实信号频率的拖条，图形发生改变。基本框图如图4-1所示：图4

38、-1 基本结构框图4.2 效果图及分析4.2.1 Costas环性能分析Costas环与其他解调器相比，其最大的优势是它的工作频率即为载波频率，当载波频率很高时，工作频率较低的Costas环更易于实现。4.2.2 信噪比系数影响为了观察信噪比参数对载波跟踪曲线的影响，分别选择不同信噪比参数对同一组控制点：dop=500;real_fc = 10000000+dop;SNR=-15; SNR=10; SNR=15; SNR=30; 结果如图所示：图4-2 SNR=-15的载波跟踪曲线 图4-3 SNR=10的载波跟踪曲线图4-4 SNR=15的载波跟踪曲线 图4-5 SNR=30的载波跟踪曲线通

39、过上述两对效果图的比较，可以看出，信噪比参数越大,载波越难跟踪，而信噪比参数越小，锁相环输出则越向实际的载波频率曲线趋近。4.2.3 实际信号频率参数影响为了表明实际信号频率参数对载波跟踪有一定的影响，因此分别取不同的实际信号参数来进行曲线拟合。如下所示，图5-5到图5-8分别为实际信号频率为：SNR=-15dop =100；real_fc = 10000000+dop; dop =500；real_fc = 10000000+dop;dop =3500；real_fc = 10000000+dop;dop =5000；real_fc = 10000000+dop;进行曲线拟合的效果图：图4-

40、6 real_fc = 10000100的载波跟踪曲线 图4-7 real_fc = 10000500的载波跟踪曲线图4-8real_fc = 10003500的载波跟踪曲线 图4-9 real_fc = 10005000的载波跟踪曲线通过对上述两幅幅效果图的观察可以发现：实信号频率偏移越大,载波越难跟踪；而实信号频率偏移越小，锁相环输出则越容易向实际的载波频率曲线趋近，从而达到载波跟踪的目的。4.3 GUI的Costas环的设计窗口图4-10 GUI的costas原理图本实验需要用到的GUI工具有Push Button、Slider、Axes这3个控件对象，它们构成了GUI的的Costas环

41、设计的基本元素。将Push Button的strling改成结果显示，此按钮表示整个程序的图形结果。dop_Slider代表的是实信号频率，SNR_Slider代表信噪比，当分别拖动两个拖动条的时候，图形结果显示不同。dop=500;real_fc = 10000000+dop;此时实信号频率为固定值，拖动SNR拖动条,GUI的costas运行结果如图4-11至4-14： 图4-11 SNR=-15 的载波跟踪曲线 图4-12 SNR = 16.5306的载波跟踪曲线图4-13 SNR = 20.8163的载波跟踪曲线 图4-14 SNR=30 的载波跟踪曲线SNR=-15,此时信噪比参数为固

42、定值，拖动实信号频率的拖动条时，GUI的costas的运行结果如图4-15至4-18所示：图4-15 dop = 500的载波跟踪曲线 图4-16 dop=2.3387e+003 的载波跟踪曲线图4-17 dop = 3.0161e+003的载波跟踪曲线 图4-18 dop=4.9661e+003 的载波跟踪曲线通过对上述两幅幅效果图的观察可以发现：实信号频率偏移越大,载波越难跟踪；而实信号频率偏移越小，锁相环输出则越容易向实际的载波频率曲线趋近，从而达到载波跟踪的目的。将GUI界面运行的图形与Matlab运行图形进行比较，结果一致，由此可知，判断Costas环载波跟踪情况。5 结论 扩展频谱

43、信号经解扩（去掉码调制）之后，剩下的问题就是从已被接扩了的带有信息的中频信号中，检测出发射端发送的基带数字信号，在扩频技术中，直接序列系统常用的解调器有锁相环调频反馈解调器，科斯塔斯（Costas）环解调器等。DS系统接收机中基带恢复过程是一个相干过程。因为接收机的和本地参考信号必须是发送信号的准确估计；其次还由于相干检测器比别的类型的检测器有优良的阈值特性，因为DS系统中综总是使用相干检测器。此处Costas环是常用的，Costas环与平方环相比，在电路上要复杂一些，但是它的工作频率即为载波频率，而平方环的工作频率是载波频率的两倍，显然当载波频率很高时，工作频率较低的Costas环更易于实现

44、。Costas环是用来解调双边带抑制载波的信号的，以此达到载波跟踪的目的。通过本实验，Costas载波跟踪达到要求，并能实现基本功能。但在一些方面，本文还存在许多不足，由于在程序中存在for循环函数，运行速度稍缓，for循环函数可以被矩阵代替，但是多次都没有试验成功，矩阵运行速度很快，因此，要对程序进行不断的改造，力争编出更好的具有适应性的程序。参考文献1 查光明,熊贤祚.扩频通信M.西安电子科技大学出版社,1990-12-1:108-1152 田日才.扩频通信M.清华大学出版社,2007-4-1:1-17，147-1513 胡华春等.数字锁相环原理与应用M.北京：电子工业出版社，1990，3

45、0-474 李振邦.通信技术J. 2001年 第07期.国内统一刊号：CN 51-1167/TN5 王福昌，鲁昆生.锁相技术M.武汉：华中科技大学出版社，19976 施晓红，周佳精通GUI图形界面编程M北京大学出版社，20037 Feigin, 2002 Feigin,J. (2002). Practical Costas Loop Design. Technical report, Analog Devices致 谢从选择课题到现在完成毕业设计论文,衷心的感谢我的指导老师徐庆副教授给予了精心的指导和热情的帮助,尤其在课题设计的前期准备阶段和程序设计阶段,导师提出许多宝贵的意见,在最后的程序调试阶段老师在百忙之中抽出时间为我们提供了必要的帮助,谨此向老师表示衷心的感谢和崇高的敬意。同时，我也衷心感谢给我提供过帮助的老师和一起做毕业设计的各位同学，感谢他们对我各方面的支持和帮助。感谢所有关心和爱护我的人们。你们的支持和理解是我继续前进的动力。再次谢谢大家!最后向在百忙之中评审本文的各位专家、老师表示衷心的感谢！