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
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10-3 科斯塔斯环原理框图
在科斯塔斯环环路中，误差信号V 7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：
()cos c m t t
ω，则)]
2cos()[cos (2
1)cos(cos )(v 3θωθθωω++=
+=t t m t t t m c c c ；
)]
2sin()[sin (2
1)sin(cos )(v 4θωθθωω++=+=t t m t t t m c c c
经低通滤波器后的输出分别为：θ
cos )(2
1v 5t m =
；θ
sin )(2
1v 6t m =
将v 5和v 6在相乘器中相乘，得，θ
2sin )(8
1v v v 2
657t m =
=
上式中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，θ
)(41v 2
7t m ≈
该式中的v 7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v 7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。本实验是采用科斯塔斯环法提取同步载波的。
五、实验步骤
1、将信号源模块和模块3、7固定在主机箱上。双踪示波器，设置CH1通
道为同步源。
2、将信号源模块上S4拨为“1010”，将模块3上开关K3拨到“PSK ”端。
3、在电源关闭的状态下，按照下表进行实验连线：
打开电源， 观察PSK 调制源状态。
图10-1 128K 同步正弦波
图10-2 PSK调制信号（CH1是32 kb/s PN基带信号，CH2是PSK调制信号）
5、观察提取过程。
观察并记录“PN”（信号源）与“TH5”（PSK调制信号和π/2相载波相乘滤波后的波形）的波形。用示波器CH1接信号源“PN”，CH2接模块7“TH5”。调节电位器W1，使“TH5”点输出清楚稳定的波形。如果示波器两路信号反向，按模块7上的复位开关S1使其同相。
图10-3 “TH5”点输出清楚稳定的波形
CH1是32 kb/s PN基带信号，
CH2是PSK调制信号和π/2相载波相乘滤波后的波形。
继续按表中顺序观察解调过程，“载波输出”点输出的信号就是从输入的PSK调制信号中提取出来的0相载波，率为128KHz。
图10-4 0相鉴相输出波形图10-5 误差电压
CH1是32 kb/s PN基带信号，
CH2是PSK调制信号和0相载波相乘滤波后的波形。
图10-6 16.384MHz振荡输出图10-7 0相载波（载波输出端）和
π/2相载波（正交载波端）
CH1是128K 的“0”相载波， CH2是128K的“π/2”相载波。
实验十二帧同步提取实验
一、实验目的
1、掌握巴克码识别原理。
2、掌握同步保护原理。
3、掌握假同步、漏同步、捕捉态、维持态的概念。
二、实验内容
1、观察帧同步码无错误时帧同步器的维持态。
2、观察帧同步器的假同步现象、漏识别现象和同步保护现象。
三、实验器材
1、信号源模块一块
2、⑦号模块一块
3、60M双踪示波器一台
四、实验原理
数字通信时，一般总是以一定数目的码元组成一个个的“字”或“句”，即组成一个个的“群”进行传输，因此群同步信号的频率很容易由于位同步信号经分频而得出，但是每群的开头和末尾时刻却无法由分频器的输出决定。群同步的任务就是要给出这个“开头”和“末尾”的时刻。群同步有时也称为帧同步。为了实现群同步，通常有两类方法：一类是在数字信息流中插入一些特殊码组作为每群的头尾标记，接收端根据这些特殊码组的位置就可以实现群同步；另一类方法不需要外加的特殊码组，它类似于载波同步和位同步中的直接法，利用数据码组本身之间彼此不同的特性来实现同步。我们将主要讨论用插入特殊码组实现群同步的方法。
插入特殊码组实现群同步的方法有两种，即连贯式插入法和间隔式插入法。
1、连贯式插入法
连贯式插入法就是在每帧数据开头集中插入特定码型的帧同步码组，这种帧同步法只适用于同步通信系统，需要位同步信号才能实现。适合做帧同步码的特殊码组很多，对帧同步码组的要求是它们的自相关函数尽可能尖锐，便于从随机数字信息序列中识别出这些帧同步码组，从而准确定位一帧数据的起始时刻。由于这些特殊码组123{,,,,}n x x x x 是一个非周期序列或有限序列，在求它的自相关函数时，除了在时延j ＝0的情况下，序列中的全部元素都参加相关运算外，在j ≠0的情况下，序列中只有部分元素参加相关运算，其表示式为
∑
-=+=
j
n i j i i x x j R 1
)(
通常把这种非周期序列的自相关函数称为局部自相关函数。对同步码组的另一个要求是识别器应该尽量简单。目前，一种常用的帧同步码组是巴克码。
巴克码是一种非周期序列。一个n 位的巴克码组为{x 1，x 2，x 3，…，x n }，其中x i 取值为＋1或－1，它的局部自相关函数为
??
?
??≥<<±===
∑-=+n
j n j j n x x
j R j
n i j
i i
00100
)(1
或 （1
目前已找到的所有巴克码组如表12-1所列。
表12-1 巴克码组
当j ＝0时 71111111=++++++==
∑=7
1i 2i
x
j R )(
当j ＝1时 0
111111=--+-+==
+=∑x
x 1
i 7
1
i i
j R )(
按式（19-1）可求出j ＝2、3、4、5、6、7时的R （j ）值分别为－1、0、－1、0、－1、0；另外，再求出j 为负值时的自相关函数值，两者一起画在图19-1中。由图可见，其自相关函数在j ＝0时出现尖锐的单峰。
巴克码识别器是比较容易实现的，这里也以七位巴克码为例，用7级移位寄存器、相加器和判决器就可以组成一识别器，如图19-2所示。当输入数据的“1”存入移位寄存器时，“1”端的输出电平为＋1，而“0”端的输出电平为－1；反之，存入数据“0”时，“0”端的输出电平为＋1，“1”端的输出电平为－1。各移位寄存器输出端的接法和巴克码的规律一致，这样识别器实际上就是对输入的巴克码进行相关运算。当七位巴克码在图19-3（a ）中的t 1时刻正好已全部进入了7级移位寄存器时，7级移位寄存器输出端都输出＋1，相加后得最大输出＋7；若判别器的判决门限电平定为＋6，那么就在七位巴克码的最后一位“0”进入识别器时，识别器输出一群同步脉冲表示一群的开头，如图19-3（b ）所示。
图19-1 七位巴克码的自相关函数图19-2 七位巴克码识别器
图19-3 识别器的输出波形
帧同步系统要求建立时间很短，并且在帧同步建立后应有较强的抗干扰能
力。通常用漏同步概率P
1、假同步概率P
2
来衡量这些性能。这里，主要是分析
集中插入法的性能。
①漏同步概率P
1
由于干扰的影响会引起同步码组中的一些码元发生错误，从而使识别器漏
识别已发出的同步码组。出现这种情况的概率就称为漏同步概率P
1
。例如图
19-2识别器的判决门限电平为＋6，若由于干扰，七位巴克码有一位错误，这时相加输出为＋5，小于判决门限，识别器漏识别了帧同步码组；若在这种情况下，将判决门限电平降为＋4，识别器就不会漏识别，这时判决器容许七位同步码组中有一个错误码元。现在就来计算漏同步概率：
设p 为码元错误概率，n 为同步码组的码元数，m 为判决器容许码组中的错误码元最大数，则同步码组码元n 中所有不超过m 个错误码元的码组都能被识别器识别，因而，未漏概率为
∑=--m
r r
n r r n
p p C
)
1(
故得漏同步概率为
∑=---
=m
r r
n r r n
p p C
P 0
1)
1(1
②假同步概率P 2
在消息码元中，也可能出现与所要识别的同步码组相同的码组，这时会被识别器误认为是同步码组而实现假同步，出现这种情况的可能性就称为假同步概率P 2。
因此，计算假同步概率P 2就是计算信息码元中能被判为同步码组的组合数与所有可能的码组数之比。设二进制信息码元出现“0”和“1”的概率相等，都为1/2，则由该二进制码元组成n 位码组的所有可能码组数为2n
个，而其中能被判为同步码组的组合数显然也与m 有关。若m ＝0，只有一个（C n 0）码组能被识别；若m ＝1，即与原同步码组差一位的码组都能被识别，共有C n 1个码组。
依此类推，就可求出信息码元中可被判为同步码组的组合数∑=m
r r n C 0
，因而可得假
同步概率为
∑=-=m r r
n
n
C P 0
22
比较式（10-3）和式（10-4）可见，m 增大，即判决门限电平降低时，P 1减小，但P 2增大，所以这两项指标是有矛盾的，判决门限的选取要兼顾两者。
在分析判决门限电平对P 1和P 2的影响时，讲到两者是有矛盾的。我们希望在同步建立时要可靠，也就是假同步概率P 2要小；而在同步建立以后，就要具有一定的抗干扰性能，也就是漏同步概率P 1要小。为了满足以上要求以及改善
同步系统性能，帧同步电路应加有保护措施。最常用的保护措施是将帧同步的工作划分为两种状态——捕捉态和维持态。
终端接收机由非同步工作状态转入同步工作的过程，称为“捕捉态”，终端机进入同步工作后则称为“维持态”。可把捕捉过程分成两步进行，先在信码中找到与该时刻本地帧同步码型相同的信码码位。当找到和帧同步码型一致的信码码位后，再进行第二步，即逐帧比较下去，也就是在该时隙上按本地同步码的周期进行比较。在比较过程中，一旦发现在收端本地同步码的相位与信码码型不同时，则重新移一个码元相位，重新从第一步开始找帧同步码位，以上两步交替进行，即可建立真正的同步。
2、间隔式插入法
在某些情况下，群同步码组不是集中插入在信息码流中，而是将它分散地插入，即每隔一定数量的信息码元，插入一个群同步码元。群同步码型选择的主要原则是：一方面要便于收端识别，即要求群同步码具有特定的规律性，这种码型可以是全“1”码、“1”“0”交替码等；另一方面，要使群同步码的码型尽量和信息码相区别。例如在某些PCM多路数字电话系统中，用全“0”码代表“振铃”，用全“1”码代表“不振铃”，这时，为了使群同步码组与振铃相区别，群同步码就不能使用全“1”或全“0”。收端要确定群同步码的位置，就必须对收码进行搜索检测。一种常用的检测方法为逐码移位法，它是一种串行的检测方法；另一种方法是RAM帧码检测法，它是利用RAM构成帧码提取电路的一种并行检测方法。
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 。
实验十二位同步信号提取实验 一、实验目的 1、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。 2、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、观察数字锁相环的失锁状态和锁定状态。 2、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。 3、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、实验仪器 1、信号源模块 2、同步信号提取模块 3、20M双踪示波器一台 4、频率计（选用）一台 5、连接线若干 四、实验原理 1、电路分析 位同步也称为位定时恢复或码元同步。在任何形式的数字通信系统中，位同步都是必不可少的，无论数字基带传输系统还是数字频带传输系统，无论相干解调还是非相干解调，都必须完成位同步信号的提取，即从接收信号中设法恢复出与发端频率相同的码元时钟信号，保证解调时在最佳时刻进行抽样判决，以消除噪声干扰所导致的解调接收信号的失真，使接收端能以较低的错误概率恢复出被传输的数字信息。因此，位同步信号的稳定性直接影响到整个数字通信系统的工作性能。 位同步的实现方法分为外同步法和自同步法两类。由于目前的数字通信系统广泛采用自同步法来实现位同步，故在此仅对位同步中的自同步法进行介绍。采用自同步法实现位同步首先会涉及两个问题：（1）如果数字基带信号中确实含有位同步信息，即信号功率谱中含有位同步离散谱，就可以直接用基本锁相环提取出位同步信号，供抽样判决使用；（2）如果数字基带信号功率谱中并不含有位定时离散谱，怎样才能获得位同步信号。 数字基带信号本身是否含有位同步信息与其码型有密切关系。应强调的是，无论数字基带信号的码型如何，数字已调波本身一般不含有位同步信息，因为已调波的载波频率通常要比基带码元速率高得多，位同步频率分量不会落在数字已调波频带之内，通常都是从判决前的基带解调信号中提取位同步信息。二进制基带信号中的位同步离散谱分量是否存在，取决于二进制基带矩形脉冲信号的占空比。若单极性二进制矩形脉冲信号的码元周期为T s，脉冲宽度为τ，则NRZ码的τ＝ T s，则NRZ码除直流分量外不存在离散谱分量，即没有位同步离散谱分量1/T s；RZ码的τ满足0<τ 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 滤波法及数字锁相环法位同步提取实验和帧同步提取实验 滤波法及数字锁相环法位同步提取实验和帧同步提取实验 一、实验目的 1、掌握滤波法提取位同步信号的原理及其对信息码的要求； 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； 4、掌握巴克码识别原理； 5、掌握同步保护原理； 6、掌握假同步、漏同步、捕捉态、维持态的概念。 二、实验内容 1、熟悉实验箱 2、滤波法位同步带通滤波器幅频特性测量； 3、滤波法位同步恢复观测； 4、数字锁相环位同步观测； 5、帧同步提取实验。 三、实验条件/器材 滤波法及数字锁相环法位同步提取实验： 1、主控&信号源、8号（基带传输编译码）、13号（载波同步及位同步）模块 2、双踪示波器（模拟/数字） 3、连接线若干 帧同步提取实验： 1、主控&信号源、7号模块 2、双踪示波器（模拟/数字） 3、连接线若干 四、实验原理 滤波法及数字锁相环法位同步提取实验原理见通信原理综合实验指导书P129-P134; 帧同步提取实验原理见通信原理综合实验指导书P141。 五、实验过程及结果分析 （一）熟悉实验箱 （二）滤波法位同步带通滤波器幅频特性测量 1、连线及相关设置 （1）关电，连线。 （2）开电，设置主控，选择【信号源】→【输出波形】。设置输出波形为正弦波，调节相应旋钮，使其输出频率为200Khz，峰峰值3V。 （3）此时系统初始状态为：输入信号为频率200KHz、幅度为3V的正弦波。 2、实验操作及波形观测 分别观测13号模块的“滤波法位同步输入”和“BPF-Out”，改变信号源的频率，测量“BPF-Out” 的幅度填入下表，并绘制幅频特性曲线。 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。 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） 实验一 1. 根据实验观察和纪录回答： （1）不归零码和归零码的特点是什么？ （2）与信源代码中的“1”码相对应的AMI码及HDB3码是否一定相同？ 答： 1）不归零码特点：脉冲宽度τ等于码元宽度Ts 归零码特点：τ＜Ts 2）与信源代码中的“1”码对应的AMI码及HDB3码不一定相同。因信源代码中的“1”码对应的AMI码“1”、“-1”相间出现，而HDB3码中的“1”，“-1”不但与信源代码中的“1”码有关，而且还与信源代码中的“0”码有关。举例： 信源代码 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 AMI 1 0 0 0 0 -1 1 0 0 0 0 -1 0 0 0 0 0 1 HDB3 1 0 0 0 1 -1 1 -1 0 0 -1 1 0 0 0 1 0 -1 2. 设代码为全1，全0及0111 0010 0000 1100 0010 0000，给出AMI及HDB3码的代码和波形。 答： 信息代码 1 1 1 1 1 1 1 AMI 1 -1 1 -1 1-1 1 HDB3 1 -1 1 -1 1 -1 1 信息代码0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 AMI0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 HDB3 0 0 0 1-10 0 1-1 0 0 1 -1 信息代码0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 AMI0 1 -1 1 0 0 -1 0 0 0 0 0 1 -1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 HDB30 1 -1 1 0 0 -1 0 0 0-1 0 1 -1 1 0 0 1 -1 0 0 0 –1 0 3. 总结从HDB3码中提取位同步信号的原理。 答： HDB3中不含有离散谱f S(f S在数值上等于码速率)成分。整流后变为一个占空比等于0.5的单极性归零码，其连0个数不超过3，频谱中含有较强的离散谱f S成分，故可通过窄带带通滤波器得到一个相位抖动较小的正弦信号，再经过整形、移相后即可得到合乎要求的位同步信号。 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。 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。 xxxx学院 毕业设计论文 题目：基于单片机和FPGA的位同步信号提取专业班级：电子信息工程 学生姓名：学号： 完成日期： 指导教师： 评阅教师： 2006 年6月 湖南工程学院应用技术学院毕业设计(论文) 诚信承诺书 本人慎重承诺和声明：所撰写的《基于单片机和FPGA的位同步信号提取》是在指导老师的指导下自主完成，文中所有引文或引用数据、图表均已注解说明来源，本人愿意为由此引起的后果承担责任。 设计(论文)的研究成果归属学校所有。 学生(签名) 年月日 湖南工程学院应用技术学院 毕业设计（论文）任务书 设计（论文）题目：基于单片机和FPGA的位同步信号提取 姓名专业电子信息工程班级 0281 学号 16 指导老师刘正青职称实验师教研室主任 刘望军 一、基本任务及要求： 本课题是设计一具有通用性的输入信号的位同步提取系统，系统可以实现10HZ~1MHZ 的信号同步。使用单片机进行实时控制现场可编程逻辑门阵列FPGA完成位同步信号提取， 通过理论和实验研究，完成硬件电路和软件设计并试制样机，要求完成： 1、单片机实时控制FPGA，完成实时频率跟踪测量和自动锁相； 2、在FPGA 内部，设计完成以下部分： A、全数字锁相环DPLL，主要包含：数控振荡器、鉴相器、可控模分频 器 B、LED动态扫描电路、FPGA和单片机的数字接口，以完成两者之间的 数字传递 3、设计辅助电路：键盘、LED； 二、进度安排及完成时间： （1）第二周至第四周：查阅资料、撰写文献综述和开题报告； （2）第五周至第六周：毕业实习； （3）第六周至第七周：项目设计的总体框架：各个模块以及各个模块之间的关 系确定，各个模块的方案选择与各个模块的所用主要器件的确定； （4）第八周至第十三周：各个模块的主要器件熟悉及相关知识的熟悉；各个模 块的具体任务实现：硬件电路、软件编程； （5）第十四周至第十五周：系统的总体仿真与调试 （6）第十六周至第十七周：撰写设计说明书； （7）第十八周：毕业设计答辩； 《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：2０12 年1２月28 日——20１2 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(Co ｓta ｓ)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,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()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 1 21]cos )([)(2+= = （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2c f 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： 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 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： 实验十三 帧同步信号提取实验 一、实验目的 1、掌握巴克码识别原理。 2、掌握同步保护原理。 3、掌握假同步、漏同步、捕捉态、维持态的概念。 二、实验内容 1、观察帧同步码无错误时帧同步器的维持态。 2、观察帧同步器的假同步现象、漏识别现象和同步保护现象。 三、实验仪器 1、信号源模块 2、同步信号提取模块 3、20M 双踪示波器 一台 4、频率计（选用） 一台 5、连接线 若干 四、实验原理 由于数字通信系统传输的是一个接一个按节拍传送的数字信号单元，即码元，因而在接收端必须按与发送端相同的节拍进行接收，否则，会因收发节拍不一致而导致接收性能变差。此外，为了表述消息的内容，基带信号都是按消息内容进行编组的，因此，编组的规律在收发之间也必须一致。在数字通信中，称节拍一致为“位同步”，称编组一致为“帧同步”。在时分复用通信系统中，为了正确地传输信息，必须在信息码流中插入一定数量的帧同步码，它可以是一组特定的码组，也可以是特定宽度的脉冲，可以集中插入，也可以分散插入。集中式插入法也称为连贯式插入法，即在每帧数据开头集中插入特定码型的帧同步码组，这种帧同步法只适用于同步通信系统，需要位同步信号才能实现。适合做帧同步码的特殊码组很多，对帧同步码组的要求是它们的自相关函数尽可能尖锐，便于从随机数字信息序列中识别出这些帧同步码组，从而准确定位一帧数据的起始时刻。由于这些特殊码组123{,,,...,}n x x x x 是一个非周期序列或有限序列，在求它的自相关函数时，除了在时延j ＝0的情况下，序列中的全部元素都参加相关运算外，在j ≠0的情况下，序列中只有部分元素参加相关运算，其表示式为 ∑-=+=j n i j i i x x j R 1)( （13－1） 通常把这种非周期序列的自相关函数称为局部自相关函数。对同步码组的另一个要求是识别器应该尽量简单。目前，一种常用的帧同步码组是巴克码。 巴克码是一种非周期序列。一个n 位的巴克码组为{x 1，x 2，x 3，…，x n }，其中x i 取值为基于matlab载波同步仿真
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