实验三 模拟锁相环与载波同步
一、实验目的
1.掌握模拟锁相环的工作原理，以及环路的锁定状态、失锁状态、同步带、捕捉带等基本概念。
2.掌握用平方环法从 2DPSK 信号中提取相干载波的原理及模拟锁相环的设计方法。
3.了解2DPSK 相干载波相位模糊现象产生的原因。
二、实验原理
通信系统常用平方环或同相正交环（科斯塔斯环）从 2DPSK 信号中提取相干载波。本实验使用平方环提取想干载波，其载波同步原理方框图如图 l 所示。
图1 载波同步方框图
锁相环由鉴相器（PD ）、环路滤波器（LF ）、及压控振荡器（VCO ）组成，如图2所示。
图2 锁相环方框图
模拟锁相环中，PD 是一个模拟乘法器，LF 是一个有源或无源低通滤波器。锁相环路是一个相位负反馈系统，PD 检测 u i (t)与 u o (t)之间的相位误差并进行运算形成误差电压 u d (t),LF 来滤除乘法器输出的高频分量（包括和频及其他的高频噪声）形成控制电压 u c (t)，在 u o (t)的作用下、u o (t)的相位向u i (t)的相位靠近。设u i (t)=U i sin [ωi t+θi (t)]，u o (t)=U o sin [ωo t+θo (t)]，则 ud(t) =Udsin θe (t)，θe (t) =θi (t)- θo (t)，故模拟锁相环的 PD 是一个正弦PD 。设u c (t)=u d (t)F (P)，F （P ）为LF 的传输算子，VCO 的压控灵敏度为K ，则环路的数学模型如图 3 所示。
图3 模拟环数学模型 当6)(π
θ≤t e 时，U d sin =)(t c θU d e θ，令d d U K =为PD 的线性化鉴相灵敏度、单位为V/rad ，则环路线性化数学模型如图4所示。
图4 环路线性化数学模型
由上述数学模型进行数学分析，可得到以下重要结论：
·当ui(t)是固定频率正弦信号（i θ(t)为常数）时，在环路的作用下，VCO 输出信号频率可以由固有振荡频率0ω（即环路无输入信号、环路对VCO 无控制作用时VCO 的振荡频率），变化到输入信号频率i ω，此时)(t o θ也是一个常数，ud （t ）、uc(t)都为直流。我们称此为环路的锁定状态。定义o i o ωωω-=?为环路固有频差，p ω?表示环路的捕招带，H ω?表示环路的同步带，模拟锁相环中p ω?＜H ω?。当o ω?＜p ω?时,环始可以进入锁定状态。当o ω?＜H ω?时环路可以保持锁定状态．当o ω?＞p ω?时，环路不能进入锁定状态，环路锁定后若o ω?发生变化使o ω?＞H ω?，环路不能保持锁定状态。这两种情况下，环路都将处于失锁状态。失锁状态下ud(t)是一个上下不对称的差拍电压，当i ω＞o ω，ud (t)是上宽下窄的差拍电压：反之ud(t)是一个下宽上窄的差拍电压。
· 环路对)(t i θ呈低通特性，即环路可以将)(t i θ中的低频成分传递到输出端，)(t i θ中的高频成分被环路滤除。或者说，)(t o θ中只含有)(t i θ的低频成份，)(t i θ中的高频成分变成了相位误差)(t e θ。所以当ui(t)是调角信号时,环路对ui （t ）等效为一个带通滤波器，离i ω较远的频率成分将被环路滤掉。
· 环路自然谐振频率n ω及阻尼系数ξ（具体公式在下文中给出）是两个重要参数n ω越
小，环路的低通特性截止频率越小、等效带通滤波器的带宽越窄；ξ越大，环路稳定性越好。
· 当环路输入端有噪声时，)(t i θ将发生抖动，n ω越小，环路滤除噪声的能力越强。实验一中的电荷泵锁相环4046的性能与模拟环相似，所以它可以将一个周期不恒定的信号变为一个等周期信号。
有关锁相环理论的详细论述，请读者参阅文献 [3] 。
对2DPSK 信号进行平方处理后得
()()2/)2cos 1(cos 222t t t m t S c c ωω+==
此信号中只含有直流和2c ω频率成分．理论上对此信号再进行隔直流和二分频处理就可得到相干载波。锁相环似乎是多余的，当然并非如此。实际工程中考虑到下述问题必须用锁相环：
· 平方电路不理想，其输出信号幅度随数字基带信号变化，不是一个标准的二倍频正弦信号。即平方电路输出信号频谱中还有其它频率成分，必须滤除。
· 接收机收到的2DPSK 信号中含有噪声（本实验系统为理想信道，无噪声），因而平方电路输出信号中也含有噪声，必须用一个窄带滤波器滤除噪声。
· 锁相环对输入电压信号和噪声相当于一个带通滤波器，我们可以选择适当的环路参数使带通滤波器带宽足够小。
对于本模拟环，n ω﹑ξ环路等效噪声带宽B L 及等效带通滤波器的品质因数Q 的计算公式如下：
11
68250)(C R R K K d n +=ω， n C R ωξ21168=， B L =)41(82ξξω+n ， Q =L B f 0 式中fo =4.433 x 106(HZ)，等于载频的两倍。
设一环路时通过测量得到Kd 、K 0，一般选ξ值为0.5~1，根据任务要求选定n ω后即可求得环路滤波器的元件值。
当固有频差为0时，模拟环输出信号的相位超前输入相位90°。必须对除2电路输出信号进行移相才能得到相干载波。移相电路由两个单稳态触发器U28：A 和U28：B 构成。U28：A 被设置为上升沿触发，U28：B 为下降沿触发，故改变U28：A 输出信号的宽度即可改变U28：B 输出信号的相位，从而改变相干载波的相位。此移相电路的移相范围小于90°，在锁定状态下微调CR34也会改变输出信号与输入信号的相位关系。
可对相干载波的相位模糊作如下解释。在数学上对可对相干载波的相位模糊作如下解释。在数学上对t c ω2cos 进行除2运算的结果是cos t c ω或-cos t c ω。实际电路也决定了相干载波可能有两个相反的相位，因二分频器的初始状态可以为“0”也可以是“1"。
三、实验内容
本实验使用数字信源、数字调制及载波同步三个模块。
1．熟悉上述三个模块的工作原理，直流稳压电源输出＋5V 、+12V 、-12V 电压。+5V 电压从数字信源模块输入、＋12V 电压从载波同步模块输入，-12V 电源从数字解调模块输入，再将信源模块上的＋5V 电源连接到载波同步模块。
2．将信源模块的BS-OUT 、NRZ-OUT 分别连接到数字调制模块的BS-IN 和NRZ-IN ，再将调制模块的2DPSK-OUT 连接到载波同步模块的2DPSK-IN 。用示波器观察2DPSK-OUT 是否正常。
3．用示波器观察锁柜环的锁定状态、失锁状态．测量环路的同步带﹑捕捉带。
环路锁定时 u d 为直流、环路输入信号频率等于反馈信号频率（此环中即为 VCO 信号频率）。
环路失锁时u d 已为差拍电压，环路输入信号频率与反馈信号频率不相等。本环路输入信号频率等于2DPSK 载频的两倍即为数字调制单元 CAR 信号频率的两倍。环路锁定时 VCO 信号频率等于CAP-OUT 信号频率的两倍。所以环路锁定时 CAR 和 CAR-OUT 频率相等。 根据上述特点可判断环路的土作状态，具体实验步骤如下：
( l ) 观察锁定状态与失锁状态
接通电源后用示波器观察u d ，若 u d 为直流，则调节载彼同步模块上的可就电容 C 34，u d 随C 34减小而减小，随 C 34增大而增大（为什么？请思考），这说明环路处于锁定状态用示波器同时观察以 CAR 和 CAR-OUT ，可以看到两个信号频率相等。也可以用频率计分别测量CAR 和 CAR -OUT 频率。在锁定状态下，向某一方向变化 C 34，可使 u d 由直流变为交流，CAR 和 CAR-OUT 频率不再相等，环路由锁定状态变为失锁。失锁状态如图6所示。
图 6 失锁状态 Ud 、CAR 和 CAR-OUT 信号波形
接通电源后 u d 也可能是差拍信号，表示环路己处于失锁状态。失锁时 u d 的最大值和最小值就是锁定状态u d 的变化范围（对应于环路的同步范用）。环路处于失锁状态时， CAR 和CAR-OUT 频率不相等。调节C 34使u d 的差拍频率降低，当频率降低到某一程度时u d 会突然变成直流，环路由失锁状态变为锁定状态。锁定状态如图7所示。
图 7 锁定状态 Ud 、CAR 和 CAR-OUT 信号波形
( 2 ) 测量同步带与捕捉带
环路处于锁定状态后，慢慢增大C 34，使 u d 增大到锁定状态下的最大值u d1 , （此值不大于＋12V ) ：继续增大C 34 , u d 变为交流（上宽下窄的周期信号），环路失锁。再反向调节减小C 34，u d 的频率逐渐变低，不对称程度越来越大，直至变为直流。记环路刚刚由失锁状态进入锁定状态时鉴相器输出电压为 u d2；继续减小C 34，使 u d 减小到锁定状态下的最小值u d3；再继续减小C 34，u d 变为交流（下宽上窄的周期信号，如图8所示），环路再次失锁。然后反向增大C 34，记环路刚刚由失锁状态进入锁定状态时鉴相器输出电压为u d4。
图 8 环路锁定、失锁等关键状态 Ud 信号
令?Vl = u d - u d3 ，?V2= u d2一u d4，它们分别为同步范围内及捕捉范围内环路控制电压的变化范围，可以发现 ?V1＞?V2 。设VCO 的灵敏度为 K 0（HZ / V ) ，则环路同步带?f H 及捕捉带?f P 弄分别为：
?f H = K 0?Vl / 2 ，?f P = K 0?V2 / 2
应说明的是，由于VCO 是晶体压控振荡器，它的频率变化范围比较小，调节 C 34时环路可能只能从一个方向由锁定状态变化到失锁状态，此时可用?f H =K 0 (u d1-6）或 ?f H =K 0（6-u d3）、?f P =K 0（u d2-6）或?f P ＝K 0(6-u d4)来计算同步带和捕捉带，式中6为u d 变化范围的中值（单位:V ）。
作上述观察时应注意：
· u d 差拍频率低但幅度大，而 CAR 和 CAR - OUT 的频率高但幅度很小，用示波器观察这些信号时应注意幅度旋钮和频率旋钮的调整。
· 失锁时，CAR 和CAR -OUT 频率不相等，但当频差较大时，在鉴相器输出端电容的作用下， u d 幅度较小。此时向某一万向改变C 34 ，可使u d 幅度逐步变大、频率逐步减小、最后变为直流，环路进入锁定状态。
· 环路锁定时， u d 不是一个纯净的直流信号，在直流电平上叠加有一个很小的交流信号。这种现象是由于环路输人信号不是一个纯净的正弦信号造成的。
4、观察环路的捕捉过程
先使环路处于失锁定状态，慢慢调节C 34，使环路刚刚进入锁定状态后断开+12V 电流，再接通+12V 电源，用示波器观察u d ，可以发现u d 由差拍信号变为直流的变化瞬态过程。u d 的这种变化表示了环路的捕捉过程。
图9 Ud 由差拍信号变为直流的变化瞬态
5、观察相干载波相位模糊现象使环路锁定，用示波器同时观察 CAR 和 CAR -OUT ，调节电位器 P1，或微调电容C 34，使两者成为反相或同相。反复断开、接通+12V 电源可以发现这两个信号有时同相、有时反相。
图 10 同相与反相的 CAR 和 CAR-OUT 信号
四．实验思考题
1.总结锁相环锁定状态及失锁状态的特点。 模拟环锁定状态的特点：输入信号频率与反馈信号频率相等，鉴相器输出电压为直流。 模拟环失锁状态的特点：鉴相器输出电压为不对称的差拍电压。
2.设 K 0 =18 HZ/V ，根据实验结果计算环路同步带?f H 及捕捉带?f P 。 ΔV1=12V ，则ΔfH =18×6=108Hz
ΔV2=8V ，则ΔfP =18×4=72Hz
3.由公式田1168250)(C R R K K d n +=ω及n C R ωξ21168=．计算环路参数n ω和ξ，式中 K d =6.5V/ rad , K 0= 2π?18 rad / s.v ， R25= 2?10Ω4，R68=Ω?3102，C11=610
2.2-?F 。(f n=n ω/2π应远小于码速率，ξ应大于 0.5 ）。
ωn =78.93rad/s
=0.174
4.总结用平方环提取相干载波的原理及相位模糊现象产生的原因。
平方运算输出信号中含有2fC 离散谱，模拟环输出信号频率等于2fC ，二分频，滤波后得到相干载波。
电路有两个初始状态，导致提取的相干载波有两种相反的相位状态。
5．设 VCO 固有振荡频率f 0不变，环路输入信号频率可以改变，试拟订测量环路同步带及捕捉带的步骤。
① 环路处于锁定状态后，慢慢增大 C 34，使 ud 增大到锁定状态下的最大值 ud1； ② 继续增大 C 34,ud 变为交流，环路失锁。再反向调节减小 C 34，ud 的频率逐渐变低，不对称程度越来越大，直至变为直流，记环路刚刚由失锁状态进入锁定状态时鉴相器输出电压为 ud2；
③ 继续减小 C 34，使 ud 减小到锁定状态下的最小值 ud3；
④ 再继续减小 C 34，ud 变为交流，环路再次失锁。然后反向增大 C 34，记环路刚刚由失锁状态进入锁定状态时鉴相器输出电压为 ud4。
实验四 利用锁相环实现载波同步 一、实验目的：利用matlab 验证锁相环实现载波同步的原理和方法。 二、实验要求：设输入已调信号为FM 信号，该调频信号由100HZ 的信息正选拔调制1khz 的载频而成。试用锁相环从已调信号中提取载波信号，实现载波同步。 三、实验原理： FM 调制原理：FM 是由基带信号来调制载波信号的角频率，使其随基带信号线性变化； 锁相环提取载波原理： 入信号 VCO 输出)(t U o 四、实验源码 clear all; close all; f=1000; fs=100000; N=5000; Ts=1/fs; t=(0:Ts:(N*Ts)-Ts); f1=100; msg=sin(2*pi*f1*t); kf=.0628; Signal=exp(j*(2*pi*f*t+2*pi*kf*cumsum(msg))); Signal1=exp(j*(2*pi*f*t)); phi_hat(1)=30; e(1)=0; phd_output(1)=0; vco(1)=0; kp=0.15; ki=0.1; for n=2:length(Signal) vco(n)=conj(exp(j*(2*pi*n*f/fs+phi_hat(n-1)))); phd_output(n)=imag(Signal(n)*vco(n)); e(n)=e(n-1)+(kp+ki)*phd_output(n)-ki*phd_output(n-1); phi_hat(n)=phi_hat(n-1)+e(n); end; startplot=1; 鉴相器 PD 环路滤波器 LF 压控振荡器 VCO
实验十九滤波法及数字锁相环法位同步提取实验 实验项目三数字锁相环法位同步观测 （1）观测“数字锁相环输入”和“输入跳变指示”，观测当“数字锁相环输入”没有跳变和有跳变时“输入跳变指示”的波形。 从图中可以观察出，若前一位数据有跳变，则判断有效，“输入跳变指示”输出表示1；否则，输出0表示判断无效。 （2）观测“数字锁相环输入”和“鉴相输出”。观测相位超前滞后的情况 数字锁相环的超前—滞后鉴相器需要排除位流数据输入连续几位码值保持不变的不利影响。在有效的相位比较结果中仅给出相位超前或相位滞后两种相位误差极性，而相位误差的绝对大小固定不变。经观察比较，“鉴相输出”比“数字锁相环输入”超前两个码元。
（3）观测“插入指示”和“扣除指示”。 （4）以信号源模块“CLK ”为触发，观测13号模块的“BS2”。 思考题：分析波形有何特点，为什么会出现这种情况。 因为可变分频器的输出信号频率与实验所需频率接近，将其和从信号中提取的相位参考信号同时送入相位比较器，比较的结果若是载波频率高了，就通过补抹门抹掉一个输入分频器的脉冲，相当于本地振荡频率降低；相反，若示出本地频率低了时就在分频器输入端的两个输入脉冲间插入 一个脉冲，相当于本地振荡频率上升，从而了达到同步的目的。 思考题：BS2恢复的时钟是否有抖动的情况，为什么？试分析BS2抖动的区间有多大？如何减小这个抖动的区间？ 有抖动的存在，是因为可变分频器的存在使得下一个时钟沿的到来时间不确定，从而引入了相位抖动。而这种引入的误差是无法消除的。减小相位抖动的方法就是将分频器的分频数提高。
实验二十 模拟锁相环实验 实验项目一 VCO 自由振荡观测 （1）示波器CH1接TH8，CH2接TH4输出，对比观测输入及输出波形。 实验项目二 同步带测量 （1） 示波器CH1接13号模块TH8模拟锁相环输入，CH2接TH4输出BS1，观察TH4 输出处于锁定状态。将正弦波频率调小直到输出波形失锁，此时的频率大小f1为 400Hz ；将频率调大，直到TH4输出处于失锁状态，记下此时频率f2为 9.25kHz 。 对比波形可以发现TH8与TH4信号输入与输出错位半个周期 如右图所示，方波抖动，说明处于失锁状态。 记下两次波形失锁的频率，可计 算 出 同 步 带 f=9.25KHz-400Hz=8.85KHz 。
通信系统综合设计与实践 2013年 6 月 2 日
基于matlab载波同步仿真 摘要 从载波相位调制解调原理出发,理论分析了载波频率漂移对解调结果的影响.通过对解调公式的推导及分析,给出了频率漂移对解调结果影响的公式.结果表明,当混频基频信号的频率与载波频率存在微小频差时,解调结果将出现低频调制,严重影响解调效果;仿真及实验验证结果与理论分析完全吻合. 关键词：载波相位调制解调
目录 摘要 ......................................................................................... 错误！未定义书签。第一章概述. (3) 一课题内容 (3) 二设计目的 (3) 三设计要求 (3) 四开发工具 (3) 第二章系统理论设计 (4) 一振幅调制产生原理 (4) 二调幅电路方案分析 (4) 三信号解调思路 (4) 第三章 matlab仿真 (5) 一载波信号与调制信号分析 (5) 二设计FIR数字低通滤波器 (7) 三 AM解调 (9) 四结果分析 (15) 4心得体会 (15) 5致谢 (16) 6参考文献 (16)
第一章概述 一课题内容 1.设计AM信号实现的Matlab程序，输出调制信号、载波信号以及已调信号波形以及频谱图，并改变参数观察信号变化情况，进行实验分析。 2.设计AM信号解调实现的Matlab程序，输出并观察解调信号波形，分析实验现象。 二设计目的 1.掌握振幅调制和解调原理。 2.学会Matlab仿真软件在振幅调制和解调中的应用。 3.掌握参数设置方法和性能分析方法。 4.通过实验中波形的变换，学会分析实验现象。 三设计要求 利用Matlab软件进行振幅调制和解调程序设计，输出显示调制信号、载波信号以及已调信号波形，并输出显示三种信号频谱图。对产生波形进行分析，并通过参数的改变，观察波形变化，分析实验现象。 四开发工具 计算机、Matlab软件、相关资料
载波同步 实验目的 1、掌握用科斯塔斯（Costas）环提取相干载波的原理与实现方法。 2、了解相干载波相位模糊现象的产生原因。 实验内容 1、观察科斯塔斯环提取相干载波的过程。 2、观察科斯塔斯环提取的相干载波，并做分析。 实验模块 1、通信原理0 号模块一块 2、通信原理3 号模块一块 3、通信原理7 号模块一块 4、示波器一台 实验原理 1、基本原理 同步是通信系统中一个重要的实际问题。当采用同步解调或相干检测时，接收端需要提供一个与发射端调制载波同频同相的相干载波。这个相干载波的获取方法就称为载波提取，或称为载波同步。 提取载波的方法一般分为两类：一类是在发送有用信号的同时，在适当的频率位置上，插入一个（或多个）称为导频的正弦波，接收端就由导频提取出载波，这类方法称为导频插入法；另一类就是不专门发送导频，而在接收端直接从发送信号中提取载波，这类方法称为直接法。下面就重点介绍直接法的两种方法。 1）平方变换法和平方环法 设调制信号为，中无直流分量，则抑制载波的双边带信号为 接收端将该信号进行平方变换，即经过一个平方律部件后就得到 （17-1） 由式（17-1）看出，虽然前面假设了中无直流分量，但中却有直流分量，而表示式的第二项中包含有2ωc频率的分量。若用一窄带滤波器将2ωc频率分量滤出，再进行二分频，就获得所需的载波。根据这种分析所得出的平方变换法
提取载波的方框图如图17-1所示。若调制信号＝±1，该抑制载波的双边带信号就成为二相移相信号，这时 （17-2） 图17-1 平方变换提取载波 因而，用图17-1所示的方框图同样可以提取出载波。 由于提取载波的方框图中用了一个二分频电路，故提取出的载波存在180°的相位模糊问题。对移相信号而言，解决这个问题的常用方法是采用相对移相。 平方交换法提取载波方框图中的窄带滤波器若用锁相环代替，构成如图17-2所示的方框图，就称为平方环法提取载波。由于锁相环具有良好的跟踪、窄带滤波和记忆性能，平方环法比一般的平方变换法具有更好的性能。因此，平方环法提取载波应用较为广泛。 图17-2 平方环法提取载波 2）科斯塔斯环法 科斯塔斯环又称同相正交环，其原理框图如下： 图17-3 科斯塔斯环原理框图 在科斯塔斯环环路中，误差信号V7是由低通滤波器及两路相乘提供的。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经90o移相后的信号。两路相乘器的输出均包含有调制信号，两者相乘以后可以消除调制信号的影响，经环路滤波器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，恢复出原始的载波信号。 现在从理论上对科斯塔斯环的工作过程加以说明。设输入调制信号为，则（17-3） （17-4） 经低通滤波器后的输出分别为： 将v5和v6在相乘器中相乘，得， （17-5） （17-5）中θ是压控振荡器输出信号与输入信号载波之间的相位误差，当θ较小时， （17-6） （17-6）中的v7大小与相位误差θ成正比，它就相当于一个鉴相器的输出。用v7去调整压控振荡器输出信号的相位，最后使稳定相位误差减小到很小的数值。这样压控振荡器的输出就是所需提取的载波。 载波同步系统的主要性能指标是高效率和高精度。所谓高效率就是为了获得载波信号而尽量少消耗发送功率。用直接法提取载波时，发端不专门发送导频，因而效率高；而用插入导频法时，由于插入导频要消耗一部分功率，因而系统的效率降低。所谓高精度，就是提取出的载波应是相位尽量准确的相干载波，也就是相位误差应该尽量小。相位误差通常由稳态相差和随机相差组成。稳态相差主要是指载波信号通过同步信号提取电路一后，在稳态下所引起的相差；随机相差是由于随机噪声的影响而引起同步信号的相位误差。相位误差对双边带信号解调
实验项目三 数字锁相环法位同步观测 （1）观测“数字锁相环输入”和“输入跳变指示”，观测当“数字锁相环输入”没有跳变和有跳变时“输入跳变指示”的波形。 （2）观测“数字锁相环输入”和“鉴相输出”。观测相位超前滞后的情况。 （4）以信号源模块“CLK ”为触发，观测13号模块的“ BS2”。 实验二十 实验项目一 VCO 自由振荡观测 （1）示波器CH1接TH8，CH2接TH4 实验项目二 同步带测量
（1）示波器CH1接13号模块TH8模拟锁相环输入，CH2接TH4输出BS1，观察TH4输出处于锁定状态。将正弦波频率调小直到输出波形失锁，此时的频率大小f1为 400Hz ；将频率调大，直到TH4输出处于失锁状态，记下此时频率f2为。 实验二十一载波同步实验 实验项目载波同步 （1）本实验利用科斯塔斯环法提取BPSK调制信号的同步载波，对比观测信号源“256K”和13号模块的“SIN”，调节13号模块的压控偏置调节电位器，观测载波同步情况。
实验二十二帧同步实验 实验项目帧同步提取实验 （1）观测在没有误码的情况下“失步”，“捕获”，“同步”三个灯的变化情况经过多次实验反复观察，“失步”指示灯一直没有亮过，其余两个灯的顺序为捕捉指示灯先亮，之后熄灭，同步指示灯变亮。 （2）关闭7号模块电源。按住“误码插入”不放，打开7号模块电源。再观测“失步”，“捕获”，“同步”三个灯的变化情况。 经过多次实验反复观察，“失步”指示灯一直没有亮过，其余两个灯的顺序为捕捉指示灯先亮，之后熄灭，同步指示灯变亮。 （3）观察同步保护现象：如下图所示。 （4） 现误码时三个LED （5）观察假同步现象： 观察结果知， 分析原因：此时出现假同步状态，即时分复用单元将拨码开关S1的码值做为帧 头码，其他码元和原来的巴克码被当做了数据码元，从而在检查到01110010时 就开始按照8位为一个用户的数据，接着进行下面的数据采集。
模拟锁相环模块 信息工程学院08级电子班安艳芳0839107 一、实验目的 1、熟悉模拟锁相环的基本工作原理 2、掌握模拟字锁相环的基本参数及设计 二、实验仪器 JH5001通信原理综合实验系统（一台）、20MHz双踪示波器（一台）、函数信号发生器（一台） 三、实验原理和电路说明 锁相的重要性：在电信网中，同步是一个十分重要的概念。其最终目的使本地终端时钟源锁定在另一个参考时钟源上。同步的技术基础是锁相，因而锁相技术是通信中最重要的技术之一在系统工作中模拟锁相环将接收端的256KHz时钟锁在发端的256KHz的时钟上，来获得系统的同步时钟，如HDB3接收的同步时钟及后续电路同步时钟。 该模块主要由模拟锁相环UP01（MC4046）、数字分频器UP02（74LS161）、D触发器UP04（74LS74）、环路滤波器和由运放UP03（TEL2702）及阻容器件构成的输入带通滤波器（中心频率：256KHz）组成。因来自发端信道的HDB3码为归零码，归零码中含有256KHz时钟分量，经UP03B构成中心频率为256KHz 有源带通滤波器后，滤出256KHz时钟信号，该信号再通过UP03A放大，然后经UP04A和UP04B两个除二分频器（共四分频）变为64KHz信号，进入UP01鉴相输入A脚；VCO输出的512KHz输出信号经UP02进行八分频变为64KHz信号，送入UP01的鉴相输入B脚。经UP01内部鉴相器鉴相之后的误差控制信号经环路滤波器滤波送入UP01的压控振荡器输入端；WP01可以改变模拟锁相环的环路参数。正常时，VCO 锁定在外来的256KHz频率上。 模拟锁相环模块各跳线开关功能如下： 1、跳线开关KP01用于选择UP01的鉴相输出。当KP01设置于1_2时（左端），环路锁定时TPP03、 TPP05输出信号将存在一定相差；当KP01设置于2_3时（右端），选择三态门鉴相输出，环路锁定时TPP03、TPP05输出信号将不存在相差。 2、跳线开关KP021是用于选择输入锁相信号：当KP021置于1_2时，输入信号来自HDB3编码模块 的HDB3码信号；当KP021置于2_3时，选择外部的测试信号（J007输入），此信号用于测量该模拟锁相环模块的性能。
实验九 同步载波提取实验 一、实验目的 1． 掌握用科斯塔斯（Costas ）环提取相干载波的原理与实现方法。 2． 了解相干载波相位模糊现象的产生原因。 二、实验内容 1． 观察科斯塔斯环提取相干载波的过程。 2． 观察科斯塔斯环提取的相干载波，并做分析。 三、实验器材 1． 信号源模块 2． 同步信号提取模块 3． 数字调制模块 4． 20M 双踪示波器 一台 5． 频率计（选用） 一台 四、实验原理 当采用同步解调或相干检测时，接收端需要提供一个与发射端调制载波同频同相的相干载波。这个相干载波的获取就称为载波提取，或称为载波同步。提取载波的方法一般分为两类：一类是在发送有用信号的同时，在适当的频率位置上，插入一个（或多个）称作导频的正弦波，接收端就由导频提取出载波，这类方法称为插入导频法；另一类是不专门发送导频，而在接收端直接从发送信号中提取载波，这类方法称为直接法。下面就重点介绍直接法的两种方法。 1． 平方变换法和平方环法 设调制信号为()m t ，()m t 中无直流分量，则抑制载波的双边带信号为 t t m t s c ωcos )()(= 接收端将该信号进行平方变换，即经过一个平方律部件后就得到 t t m t m t t m t e c c ωω2cos )(212)(cos )()(222 2+== （14－1） 由式（14－1）看出，虽然前面假设了()m t 中无直流分量，但2()m t 中却有直流分量，而()e t 表示式的第二项中包含有2ωc 频率的分量。若用一窄带滤波器将2ωc 频率分量滤出，再进行二分频，就获得所需的载波。根据这种分析所得出的平方变换法提取载波的方框图如图14-1所示。若调制信号()m t ＝±1，该抑制载波的双边带信号就成为二相移相信号，这时 t t t m t e c c ωω2cos 2 121]cos )([)(2+== （14－2）
通信实验指导书电气信息工程学院
目录 实验一AM调制与解调实验???????? 1 实验二FM调制与解调实验??????????? 5 实验三ASK调制与解调实验????????? 8 实验四FSK调制与解调实验?????????11 实验五时分复用数字基带传输?????? 14 实验六光纤传输实验??????????? 19 实验七模拟锁相环与载波同步???????? 27 实验八数字锁相环与位同步???????? 32
实验一AM 调制与解调实验 一、实验目的 理解 AM 调制方法与解调方法。 二、实验原理 本实验中 AM 调制方法：原始调制信号为 1.5V 直流＋ 1KHZ 正弦交流信号，载波为20KHZ 正弦交流信号，两者通过相乘器实现调制过程。 本实验中 AM 解调方法：非相干解调（包络检波法）。 三、实验所需部件 调制板、解调板、示波器、计算机（数据采集设备）。 四、实验步骤 1.熟悉实验所需部件。 2.按下图接线。 3.用示波器（或计算机）分别测出上图所示的几个点的波形，并绘制于下面各图中。 4.结合上述实验结果深入理解 AM 调制方法与解调方法。
实验一参考结果
实验二FM 调制与解调实验 一、实验目的 理解 FM 调制方法与解调方法。 二、实验原理 本实验中 FM 调制方法：原始调制信号为 2KHZ 正弦交流信号，让其通过 V/F （电压 /频率转换，即 VCO 压控振荡器）实现调制过程。 本实验中 FM 解调方法：鉴频法（电容鉴频＋包络检波＋低通滤波） 三、实验所需部件 调制板、解调板、示波器、计算机（数据采集设备）。 四、实验步骤 1.熟悉实验所需部件。 2.按下图接线。 3.用示波器（或计算机）分别测出上图所示的几个点的波形，并绘制于下面各图中。 4.结合上述实验结果深入理解 FM 调制方法与解调方法。
通信原理实验报告三数字锁相环实验
实验3数字锁相环实验 一、实验原理和电路说明 在电信网中，同步是一个十分重要的概念。同步的种类很多，有时钟同步、比特同步等等，其最终目的使本地终端时钟源锁定在另一个参考时钟源上，如果所有的终端均采用这种方式，则所有终端将以统一步调进行工作。 同步的技术基础是锁相，因而锁相技术是通信中最重要的技术之一。锁相环分为模拟锁相环与数字锁相环，本实验将对数字锁相环进行实验。 图2.2.1 数字锁相环的结构 数字锁相环的结构如图所示，其主要由四大部分组成：参考时钟、多模分频器（一般为三种模式：超前分频、正常分频、滞后分频）、相位比较（双路相位比较）、高倍时钟振荡器（一般为参考时钟的整数倍，此倍数大于20）等。数字锁相环均在FPGA内部实现，其工作过程如图所示。
T1时刻T2时刻T3时刻T4时刻 图2.2.2 数字锁相环的基本锁相过程与数字锁相环的基本特征 在图，采样器1、2构成一个数字鉴相器，时钟信号E、F对D信号进行采样，如果采样值为01，则数字锁相环不进行调整（÷64）；如果采样值为00，则下一个分频系数为（1/63）；如果采样值为11，则下一分频系数为（÷65）。数字锁相环调整的最终结果使本地分频时钟锁在输入的信道时钟上。 在图中也给出了数字锁相环的基本锁相过程与数字锁相环的基本特征。在锁相环开始工作之前的T1时该，图中D点的时钟与输入参考时钟C没有确定的相关系，鉴相输出为00，则下一时刻分频器为÷63模式，这样使D点信号前沿提前。在T2时刻，鉴相输出为01，则下一时刻分频器为÷64模式。由于振荡器为自由方式，因而在T3时刻，鉴相输出为11，则下一时刻分频器为÷65模式，这样使D点信号前沿滞后。这样，可变分频器不断在三种模式之间进行切换，其最终目的使D点时钟信号的时钟沿在E、F时钟上升沿之间，从而使D 点信号与外部参考信号达到同步。 在该模块中，各测试点定义如下： 1、TPMZ01：本地经数字锁相环之后输出时钟（56KHz） 2、TPMZ02：本地经数字锁相环之后输出时钟（16KHz） 3、TPMZ03：外部输入时钟÷4分频后信号（16KHz） 4、TPMZ04：外部输入时钟÷4分频后延时信号（16KHz） 5、TPMZ05：数字锁相环调整信号
实验三：模拟锁相环与载波同步 一、实验目的 1.模拟锁相环工作原理以及环路锁定状态、失锁状态、同步带、捕捉带等基本概念。 2.掌握用平方法从2DPSK信号中提取相干载波的原理及模拟锁相环的设计方法。 3.了解相干载波相位模糊现象产生的原因。 二、实验内容 1. 观察模拟锁相环的锁定状态、失锁状态及捕捉过程。 2. 观察环路的捕捉带和同步带。 3. 用平方环法从2DPSK信号中提取载波同步信号，观察相位模糊现象。 三、实验步骤 本实验使用数字信源单元、数字调制单元和载波同步单元。 1.熟悉载波同步单元的工作原理。接好电源线，打开实验箱电源开关。 2.检查要用到的数字信源单元和数字调制单元是否工作正常（用示波器观察信源NRZ-OUT(AK)和调制2DPSK信号有无，两者逻辑关系正确与否）。 3. 用示波器观察载波同步模块锁相环的锁定状态、失锁状态，测量环路的同步带、捕捉带。 环路锁定时u d 为直流、环路输入信号频率等于反馈信号频率（此锁相环中 即等于VCO信号频率）。环路失锁时u d 为差拍电压，环路输入信号频率与反馈信号频率不相等。本环路输入信号频率等于2DPSK载频的两倍，即等于调制单元CAR信号频率的两倍。环路锁定时VCO信号频率等于CAR-OUT信号频率的两倍。所以环路锁定时调制单元的CAR和载波同步单元的CAR-OUT频率完全相等。 根据上述特点可判断环路的工作状态，具体实验步骤如下： （1）观察锁定状态与失锁状态 打开电源后用示波器观察u d ，若u d 为直流，则调节载波同步模块上的可变电 容C 34，u d 随C 34 减小而减小，随C 34 增大而增大（为什么？请思考），这说明环路 处于锁定状态。用示波器同时观察调制单元的CAR和载波同步单元的CAR-OUT，可以看到两个信号频率相等。若有频率计则可分别测量CAR和CAR-OUT频率。在 锁定状态下，向某一方向变化C 34，可使u d 由直流变为交流，CAR和CAR-OUT频 率不再相等，环路由锁定状态变为失锁。
实验十八位同步提取实验 一、实验目的 1、掌握用滤波法提取位同步信号的原理及其对信息代码的要求。 2、掌握用数字锁相环提取位同步信号的原理及其对信息代码的要求。 3、掌握位同步器的同步建立时间、同步保持时间、位同步信号同步抖动等概念。 二、实验内容 1、观察滤波法提取位同步信号各观测点波形。 2、观察数字锁相环的失锁状态和锁定状态。 3、观察数字锁相环锁定状态下位同步信号的相位抖动现象及相位抖动大小与固有频差的 关系。 4、观察数字锁相环位同步器的同步保持时间与固有频差之间的关系。 三、实验器材 1、信号源模块一块 2、⑥号模块一块 3、⑦号模块一块 4、20M双踪示波器一台 5、频率计（选用）一台 四、实验原理 位同步锁相法的基本原理和载波同步的类似。在接收端利用鉴频器比较接收码元和本地产生的位同步信号的相位，若两者相位不一致（超前或滞后），鉴相器就产生误差信号去调整位同步信号的相位，直至获得准确的位同步信号为止。前面讨论的滤波法原理图中，窄带滤波器可以是简单的单调谐回路或晶体滤波器，可以是锁相环路。 我们把采用锁相环来提取位同步信号的方法称为锁相法。下面介绍在数字通信中常采用的数字锁相环法提取位同步信号的原理。 数字锁相环(DPLL)是一种相位反馈控制系统。它根据输入信号与本地估算时钟之间的相位误差对本地估算时钟的相位进行连续不断的反馈调节，从而达到使本地估算时钟相位跟踪输入信号相位的目的。DPLL 通常有三个组成模块：数字鉴相器(DPD)、数字环路滤波器(DLF)、数控振荡器(DCO)。根据各个模块组态的不同， DPLL 可以被划分出许多不同的类型。根据设计
的要求，本实验系统采用超前滞后型数字锁相环(LL－DPLL)作为解决方案，图18-3是其实现结构。在LL－ DPLL中，DLF 用双向计数逻辑和比较逻辑实现，DCO 采用加扣脉冲式数控振荡器。这样设计出来的DPLL具有结构简洁明快，参数调节方便，工作稳定可靠的优点。 六、实验步骤 1、锁相环法位同步提取 （1）将信号源模块上S5拨为“1010”，拨动拨码开关S1、S2、S3，使“NRZ”输出的24位NRZ码设置为01110010 10101010 10101010。模块7上的S2拨为“0110”， 即提取时钟选512K。 （2）在电源关闭的状态下，依照下表完成连线： 源端口目的端口连线说明 信号源：NRZ（32K）模块7：DIN 32KNRZ码输入同步提取 * 检查连线是否正确，检查无误后打开电源 （3）以信号源模块“CLK2”的信号为内触发源，用示波器双踪观察模块7上“BS”波形，并与原始时钟CLK2相比较。 （4）把信号源模块上的S1拨为00000000，S2、S3不变，用示波器双踪同时观察“NRZ” 和模块7上“ABSVAL”两点的波形。（结果可以看到，“NRZ”连零时“ABSVAL”为 0，“NRZ”有跳变时“ABSVAL”为1）
实验一 模拟锁相环模块 一、实验原理和电路说明 模拟锁相环模块在通信原理综合实验系统中可作为一个独立的模块进行测试。在系统工作中模拟锁相环将接收端的256KHz 时钟锁在发端的256KHz 的时钟上，来获得系统的同步时钟，如HDB3接收的同步时钟及后续电路同步时钟。 f 0=256K H z 64K H z U P 04U P 03B U P 02 U P 01512K H z 分频器÷4 分频器÷8 H D B 3 环路 滤波器 放大器图 2.1.1 模拟锁相环组成框图 T P P 02T E S T 跳线器K P 02V C O T P P 03T P P 06 T P P 04T P P 05 256K b itp s T P P 07带通滤波器 T P P 01 U P 03A 64K H z 该模块主要由模拟锁相环UP01（MC4046）、数字分频器UP02（74LS161）、D 触发器UP04（74LS74）、环路滤波器和由运放UP03（TEL2702）及阻容器件构成的输入带通滤波器（中心频率：256KHz ）组成。在UP01内部有一个振荡器与一个高速鉴相器组成。该模拟锁相环模块的框图见图2.1.1。因来自发端信道的HDB3码为归零码，归零码中含有256KHz 时钟分量，经UP03B 构成中心频率为256KHz 有源带通滤波器后，滤出256KHz 时钟信号，该信号再通过UP03A 放大，然后经UP04A 和UP04B 两个除二分频器（共四分频）变为64KHz 信号，进入UP01鉴相输入A 脚；VCO 输出的512KHz 输出信号经UP02进行八分频变为64KHz 信号，送入UP01的鉴相输入B 脚。经UP01内部鉴相器鉴相之后的误差控制信号经环路滤波器滤波送入UP01的压控振荡器输入端；WP01可以改变模拟锁相环的环路参数。正常时，VCO 锁定在外来的256KHz 频率上。 模拟锁相环模块各跳线开关功能如下：
实验三模拟锁相环与载波同步实验 一、实验目的 1. 掌握模拟锁相环的工作原理，以及环路的锁定状态、失锁状态、同步带、捕捉带等基本概念 2. 掌握用平方环法从2DPSK信号中提取相干载波的原理及模拟锁相环的设计方法 3. 了解相干载波相位模糊现象产生的原因 二、实验内容 1. 观察模拟锁相环的锁定状态、失锁状态及捕捉过程 2. 观察环路的捕捉带和同步带 3. 用平方环法从2DPSK信号中提取载波同步信号，观察相位模糊现象 三、基本原理 常用平方环或同相正交环（科斯塔斯环）从2DPSK信号中提取相干载波。本实验用平方环，其原理方框图及电路原理图如图3-1、图3-2所示。 图3-1 载波同步方框图 载波同步模块上有以下测试点及输入输出点： ? 2DPSK-IN 2DPSK信号输入点 ? MU 平方器输出测试点，V P-P＞1V ? COMP 锁相环输入信号测试点 ? Ud 锁相环压控电压测试点 ? VCO 锁相环输出信号测试点，V P-P＞0.2V ? CAR-OUT 相干载波信号输出点/测试点
图3-2 载波同步电原理图
图3-1中各单元与图3-2中的主要元器件的对应关系如下： ? 平方器 U2：模拟乘法器MC1496 ? 鉴相器 U4: 锁相环HC4046 ? 环路滤波器 U4: 锁相环HC4046 ? 压控振荡器 U4: 锁相环HC4046 ? ÷2 U6：D 触发器74HC74 ? 移相器 U8：单稳态触发器74LS123 ? 滤波器 电感L1；电容C43 ? 压控振荡器 U5: 锁相环CD4046 锁相环由鉴相器（PD ）、环路滤波器（LF ）及压控振荡器（VCO ）组成，如图3-3所示。 u o (t) 图3-3 锁相环方框图 模拟锁相环中，PD 是一个模拟乘法器，LF 是一个有源或无源低通滤波器。锁相环路是一个相位负反馈系统，PD 检测u i (t)与u o (t)之间的相位误差并进行运算形成误差电压u d (t)，LF 用来滤除乘法器输出的高频分量（包括和频及其他的高频噪声）形成控制电压u c (t)，在u c (t)的作用下、u o (t)的相位向u i (t)的相位靠近。设u i (t)=U i sin[ωi t+θi (t)]，u o (t)=U o cos[ωi t+θo (t)]，则u d (t)=U d sin θe (t)，θe (t)=θi (t)-θo (t)，故模拟锁相环的PD 是一个正弦PD 。设u c (t)=u d (t)F(P)，F(P)为LF 的传输算子，VCO 的压控灵敏度为K o ，则环路的数学模型如图3-4所示。 θi (t) o (t) 图3-4 模拟环数学模型 当6 )(π θ≤ t e 时，e d e d U t U θθ=)(sin ，令K d =U d 为PD 的线性化鉴相灵敏度、单位
实验二 载波同步提取实验 一、实验目的 1、掌握用科斯塔斯（Costas ）环提取相干载波的原理与实现方法。 2、了解相干载波相位模糊现象的产生原因。 二、实验内容 1、观察科斯塔斯环提取相干载波的过程。 2、观察科斯塔斯环提取的相干载波，并做分析。 三、实验器材 1、信号源模块 一块2、③号模块 一块3、⑦号模块 一块4、20M 双踪示波器 一台5、频率计（选用） 一台 四、实验原理 （一）基本原理 同步是通信系统中一个重要的实际问题。当采用同步解调或相干检测时，接收端需要提供一个与发射端调制载波同频同相的相干载波。这个相干载波的获取方法就称为载波提取，或称为载波同步。 提取载波的方法一般分为两类：一类是在发送有用信号的同时，在适当的频率位置上，插入一个（或多个）称为导频的正弦波，接收端就由导频提取出载波，这类方法称为导频插入法；另一类就是不专门发送导频，而在接收端直接从发送信号中提取载波，这类方法称为直接法。下面就重点介绍直接法的两种方法。 1、平方变换法和平方环法 设调制信号为，中无直流分量，则抑制载波的双边带信号为 ()m t ()m t t t m t s c ωcos )()(=
接收端将该信号进行平方变换，即经过一个平方律部件后就得到 （17-1） t t m t m t t m t e c c ωω2cos )(212)(cos )()(2222+==由式（17-1）看出，虽然前面假设了中无直流分量，但中却有直流分量，()m t 2()m t 而表示式的第二项中包含有2ωc 频率的分量。若用一窄带滤波器将2ωc 频率分量滤出，()e t 再进行二分频，就获得所需的载波。根据这种分析所得出的平方变换法提取载波的方框图如图17-1所示。若调制信号＝±1，该抑制载波的双边带信号就成为二相移相信号，()m t 这时 （17- t t t m t e c c ωω2cos 2121]cos )([)(2+= =2） 图17-1 平方变换提取载波 因而，用图17-1所示的方框图同样可以提取出载波。 由于提取载波的方框图中用了一个二分频电路，故提取出的载波存在180°的相位模糊问题。对移相信号而言，解决这个问题的常用方法是采用相对移相。 平方交换法提取载波方框图中的窄带滤波器若用锁相环代替，构成如图17-2所示2c f 的方框图，就称为平方环法提取载波。由于锁相环具有良好的跟踪、窄带滤波和记忆性能，平方环法比一般的平方变换法具有更好的性能。因此，平方环法提取载波应用较为广泛。 图17-2 平方环法提取载波 2、科斯塔斯环法 科斯塔斯环又称同相正交环，其原理框图如下：
通信系统综合设计与实践 题目基于matlab载波同步仿真 院（系）名称信息工程学院通信系 专业名称通信工程 学生鸿飞曹优宁封蒙蒙 学生学号12031000221203100010 1203100040 指导教师
2013年 6 月 2 日
基于matlab载波同步仿真 摘要 从载波相位调制解调原理出发,理论分析了载波频率漂移对解调结果的影响.通过对解调公式的推导及分析,给出了频率漂移对解调结果影响的公式.结果表明,当混频基频信号的频率与载波频率存在微小频差时,解调结果将出现低频调制,严重影响解调效果;仿真及实验验证结果与理论分析完全吻合. 关键词：载波相位调制解调
目录 摘要 ................................................................................................................................. I 第一章概述. (1) 一课题容 (1) 二设计目的.. (1) 三设计要求 (1) 四开发工具 (1) 第二章系统理论设计 (2) 一振幅调制产生原理 (2) 二调幅电路方案分析 (2) 三信号解调思路 (3) 第三章matlab仿真 (5) 一载波信号与调制信号分析 (5) 二设计FIR数字低通滤波器 (7) 三AM解调 (9) 四结果分析 (15) 4心得体会 (15) 5致谢 (16) 6参考文献 (16)
第一章概述 一课题容 1.设计AM信号实现的Matlab程序，输出调制信号、载波信号以及已调信号波形以及频谱图，并改变参数观察信号变化情况，进行实验分析。 2.设计AM信号解调实现的Matlab程序，输出并观察解调信号波形，分析实验现象。 二设计目的 1.掌握振幅调制和解调原理。 2.学会Matlab仿真软件在振幅调制和解调中的应用。 3.掌握参数设置方法和性能分析方法。 4.通过实验中波形的变换，学会分析实验现象。 三设计要求 利用Matlab软件进行振幅调制和解调程序设计，输出显示调制信号、载波信号以及已调信号波形，并输出显示三种信号频谱图。对产生波形进行分析，并通过参数的改变，观察波形变化，分析实验现象。 四开发工具 计算机、Matlab软件、相关资料
实验三 模拟锁相环与载波同步 一、实验目的 1.掌握模拟锁相环的工作原理，以及环路的锁定状态、失锁状态、同步带、捕捉带等基本概念。 2.掌握用平方环法从 2DPSK 信号中提取相干载波的原理及模拟锁相环的设计方法。 3.了解2DPSK 相干载波相位模糊现象产生的原因。 二、实验原理 通信系统常用平方环或同相正交环（科斯塔斯环）从 2DPSK 信号中提取相干载波。本实验使用平方环提取想干载波，其载波同步原理方框图如图 l 所示。 图1 载波同步方框图 锁相环由鉴相器（PD ）、环路滤波器（LF ）、及压控振荡器（VCO ）组成，如图2所示。 图2 锁相环方框图 模拟锁相环中，PD 是一个模拟乘法器，LF 是一个有源或无源低通滤波器。锁相环路是一个相位负反馈系统，PD 检测 u i (t)与 u o (t)之间的相位误差并进行运算形成误差电压 u d (t),LF 来滤除乘法器输出的高频分量（包括和频及其他的高频噪声）形成控制电压 u c (t)，在 u o (t)的作用下、u o (t)的相位向u i (t)的相位靠近。设u i (t)=U i sin [ωi t+θi (t)]，u o (t)=U o sin [ωo t+θo (t)]，则 ud(t) =Udsin θe (t)，θe (t) =θi (t)- θo (t)，故模拟锁相环的 PD 是一个正弦PD 。设u c (t)=u d (t)F (P)，F （P ）为LF 的传输算子，VCO 的压控灵敏度为K ，则环路的数学模型如图 3 所示。 图3 模拟环数学模型 当6)(π θ≤t e 时，U d sin =)(t c θU d e θ，令d d U K =为PD 的线性化鉴相灵敏度、单位为V/rad ，则环路线性化数学模型如图4所示。
实验十 载波同步提取实验 一、 实验目的 1、掌握用科斯塔斯（Costas ）环提取相干载波的原理与实现方法。 2、了解相干载波相位模糊现象的产生原因。 二、 实验内容 1、观察科斯塔斯环提取相干载波的过程。 2、观察科斯塔斯环提取的相干载波，并做分析。 三、 实验器材 1、信号源模块 一块 2、 ③号模块 一块 3、 ⑦号模块 一块 4、 60M 双踪示波器 一台 四、 实验原理 提取载波的方法一般分为两类：一类是在发送有用信号的同时，在适当的频率位置上，插入一个（或多个）称为导频的正弦波，接收端就由导频提取出载波，这类方法称为导频插入法；另一类就是不专门发送导频，而在接收端直接从发送信号中提取载波，这类方法称为直接法。下面就重点介绍直接法的两种方法。 1、平方变换法和平方环法 设调制信号为()m t ，()m t 中无直流分量，则抑制载波的双边带信号为 t t m t s c ωcos )()(=
接收端将该信号进行平方变换，即经过一个平方律部件后就得到 t t m t m t t m t e c c ωω2cos )(2 12 )(cos )()(2 2 2 2 + = = 由式看出，虽然前面假设了()m t 中无直流分量，但2()m t 中却有直流分量，而()e t 表示式的第二项中包含有2ωc 频率的分量。若用一窄带滤波器将2ωc 频率分量滤出，再进行二分频，就获得所需的载波。根据这种分析所得出的平方变换法提取载波的方框图如图10-1所示。若调制信号()m t ＝±1，该抑制载波的双边带信号就成为二相移相信号，这时可得到下式，因而，用图10-1所示的方框图同样可以提取出载波。 t t t m t e c c ωω2cos 2 12 1]cos )([)(2 + = = 图10-1 平方变换提取载波 由于提取载波的方框图中用了一个二分频电路，故提取出的载波存在180°的相位模糊问题。对移相信号而言，解决这个问题的常用方法是采用相对移相。平方交换法提取载波方框图中的2c f 窄带滤波器若用锁相环代替，构成如图10-2所示的方框图，就称为平方环法提取载波。由于锁相环具有良好的跟踪、窄带滤波和记忆性能，平方环法比一般的平方变换法具有更好的性能。因此，平方环法提取载波应用较为广泛。 图10-2 平方环法提取载波
课程设计任务书 学生姓名：陈德松专业班级：电信0901 指导教师：苏扬工作单位：信息工程学院 题目：载波同步系统设计 初始条件： 具备通信课程的理论知识；具备模拟与数字电路基本电路的设计能力；掌握通信电路的设计知识，掌握通信电路的基本调试方法；自选相关电子器件；可以使用实验室仪器调试。要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求） 1、从输入载波128KHz2PSK信号中提取载波信号； 2、对系统各个组成部分与模块进行设计，包括乘法器电路， 选频放大器，带通滤波器等； 3、安装和调试整个电路，并测试出结果； 4、进行系统仿真，调试并完成符合要求的课程设计书。 时间安排： 二十二周一周，其中3天硬件设计，2天硬件调试 指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 1.二进制移相键控(2PSK)原理 (3) 2．载波同步原理 (4) 2.1直接法（自同步法） (4) 2.2插入导频法 (6) 3.各模块及总体电路设计 (8) 3.1 M序列电路 (8) 3.2 2PSK信号调制电路 (9) 3.3载波提取电路 (9) 3.4总电路图 (10) 4.仿真结果 (11) 5.硬件焊接与调试 (13) 7.参考文献 (15)
1. 二进制移相键控(2PSK)原理 在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号离散变化时，则产生二进制移相键控(2PSK)信号。 通常用已调信号载波的 0°和 180°分别表示二进制数字基带信号的 1 和 0。二进制移相键控信号的时域表达式为 在一个码元期间，则有 e2PSK(t)= cos ωct, 发送概率为 P -cos ωct, 发送概率为1-P 若用φn 表示第n 个符号的绝对相位，则有 φn= 0°, 发送 1 符号 180°, 发送 0 符号 2PSK 信号的解调采用相干解调， 解调器原理图如图1.1所示 当恢复的相干载波产生180°倒相时，解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信号正好是相反，解调器输出数字基带信号全部出错。这种现象通常称为“倒π”现象。由于在2PSK 信号的载波恢复过程中存在着180°的相位模糊，所以2PSK 信号的相干解调存在随机的“倒π”现象。 t nT t g a t e c S n n ωcos )()(0? ? ? ???-=∑1, 发送概率为 P -1, 发送概率为1-P 开关电路(b ) 图 1.12PSK 信号的调制原理图 n a =
《通信原理》实验报告 实验十：载波同步提取试验 系别：信息科学与工程学院 专业班级：通信1003 学生姓名：揭芳 学号：20101182073 同组学生：杨亦奥 成绩： 指导教师：惠龙飞 （实验时间：20 12 年12 月28 日——20 12 年12 月28 日） 华中科技大学武昌分校
一、实验目的 1、 掌握用科斯塔斯（Costas ）环提取相干载波的原理与实现方法。 2、 了解相干载波相位模糊现象的产生原因。 二、实验内容 1、 观察科斯塔斯环提取相干载波的过程。 2、 观察科斯塔斯环提取的相干载波，并做分析。 三、实验器材 1、 信号源模块 一块 2、 ③号模块 一块 3、 ⑦号模块 一块 4、 60M 双踪示波器 一台 四、实验原理 （一）基本原理 同步是通信系统中一个重要的实际问题。当采用同步解调或相干检测时，接收端需要提供一个与发射端调制载波同频同相的相干载波。这个相干载波的获取方法就称为载波提取，或称为载波同步。 提取载波的方法一般分为两类：一类是在发送有用信号的同时，在适当的频率位置上，插入一个（或多个）称为导频的正弦波，接收端就由导频提取出载波，这类方法称为导频插入法；另一类就是不专门发送导频，而在接收端直接从发送信号中提取载波，这类方法称为直接法。下面就重点介绍直接法的两种方法。 1、 平方变换法和平方环法 设调制信号为()m t ，()m t 中无直流分量，则抑制载波的双边带信号为 t t m t s c ωcos )()(= 接收端将该信号进行平方变换，即经过一个平方律部件后就得到 由式（17-1）看出，虽然前面假设了()m t 中无直流分量，但2()m t 中却有直流分量，而()e t 表示式的第二项中包含有2ωc 频率的分量。若用一窄带滤波器将2ωc 频率分量滤出，