目录
摘要 (1)
一、设计要求 (2)
二．设计目的 (2)
三．设计原理 (2)
3.1二进制移相键控(2PSK)原理 (2)
3.2载波同步原理 (3)
3.2.1直接法（自同步法） (4)
3.2.2插入导频法 (6)
四．各模块及总体电路设计 (7)
4.1调制模块的设计 (7)
4.2调制模块的设计 (10)
4.3载波同步系统总电路图 (12)
五．仿真结果 (13)
六．心得体会 (15)
参考文献 (16)
摘要
载波同步又称载波恢复（carrier restoration），即在接收设备中产生一个和接
收信号的载波同频同相的本地振荡（local oscillation），供给解调器作相干解调用。当接收信号中包含离散的载频分量时，在接收端需要从信号中分离出信号载波作为本地相干载波；这样分离出的本地相干载波频率必然与接收信号载波频率相同，但为了使相位也相同，可能需要对分离出的载波相位作适当的调整。若接收信号中没有离散载波分量，例如在2PSK信号中（“1”和“0”以等概率出现时），则接收端
需要用较复杂的方法从信号中提取载波。因此，在这些接收设备中需要有载波同步电路，以提供相干解调所需要的相干载波；相干载波必须与接收信号的载波严格地同频同相。
电路设计特点：载波提取电路采用直接法，即直接从发送信号中提取载波，电路
连线简单，易实现，成本低。
关键字：载波同步，EWB仿真，2PSK信号
??
发送概率为
1-P
-cosω
180°,
号
2PSK
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
( ) = 2
( ) 2
= 2
( )
2 + 2( ) 2 ( ) = 2( ) 2 =
+ 2 滤波器
?t·??μ
载波输出
部件
3.2.1 直接法（自同步法）
有些信号（如抑制载波的双边带信号等）虽然本身不包含载波分量，但对该信号进行
某些非线性变换以后，就可以直接从中提取出载波分量来，这就是直接法提取同步载波
的基本原理。下面介绍几种直接提取载波的方法。
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:
1
2
由上式可以看出，虽然前面假设
中无直流分量，但 却一定有直流分量，这是
因为 必为大于等于 0 的数，因此， 的均值必大于 0，而这个均值就是
的直流
分量，这样 e (t )的第二项中就包含 2 频率的分量。例如，对于 2PSK 信号， 为双极
性矩形脉冲序列，设
为±1，那么
=1，这样经过平方率部件后可以得到:
1 1
2 2
由上式可知，通过 2 窄带滤波器从
中很容易取出 2 频率分量。经过一个二分频
器就可以得到 的频率成分，这就是所需要的同步载波。因而，利用图 3.2.1.1 所示的方 框图就可以提取出载波。
输入已调 信号
平方律 部件
e (t )
2f c 窄带
图 3.2.1.1 平方变换法提取载波
为了改善平方变换的性能，可以在平方变换法的基础上，把窄带滤波器用锁相环替
代，构成如图 3.2.1.2 所示框图，这样就实现了平方环法提取载波。由于锁相环具有良
好的跟踪、窄带滤波和记忆性能，因此平方环法比一般的平方变换法具有更好的性能， 因而得到广泛的应用。
输入已调 平方律 信号
???à?÷
?·?· ??2¨?÷ ?1??
??μ′?÷
?t·??μ 载波输出
v 3 v 5
v 4
v 6
图 3.2.1.2 平方环法提取载波
在上面两个提取载波的方框图中都用了一个二分频电路，因此，提取出的载波存在
π 相位模糊问题。对移相信号而言，解决这个问题的常用方法就是采用前面已介绍过的
相对移相。
利用锁相环提取载波的另一种常用方法如图 3.2.1.3 所示。加于两个相乘器的本地信 号分别为压控振荡器的输出信号 和它的正交信号 ，因此，通常称这种 环路为同相正交环，有时也被称为科斯塔斯（Costas ）环。 低通
输入已调
信号
输出
v 1
90??相移
压控
环路
v d
v 2
振荡器 滤波器
低通
图 3.2.1.3 Costas 环法提取载波
设输入的抑制载波双边带信号为
，则
经低通后的输出分别为
乘法器的输出为
式中是压控振荡器输出信号与输入已调信号载波之间的相位误差。当较小时，上式
可以近似地表示为
上式中 的大小与相位误差 成正比，因此，它就相当于一个鉴相器的输出。用 去调
整压控振荡器输出信号的相位，最后就可以使稳态相位误差 减小到很小的数值。这样压
控振荡器的输出就是所需要提取的载波。不仅如此，当减小到很小的时候，就接近于调制信号m(t)。
3.2.2插入导频法
在模拟通信系统中，抑制载波的双边带信号本身不含有载波；残留边带信号虽然一
般都含有载波分量，但很难从已调信号的频谱中将它分离出来；单边带信号更是不存在
载波分量。在数字通信系统中，2PSK信号中的载波分量为零。对这些信号的载波提取，
都可以用插入导频法，特别是单边带调制信号，只能用插入导频法提取载波。
对于抑制载波的双边带调制而言，在载频处，已调信号的频谱分量为零，同时对调制
信号进行适当的处理，就可以使已调信号在载频附近的频谱分量很小，这样就可以插
入导频，这时插入的导频对信号的影响最小。但插入的导频并不是加在调制器的那个载波，而是将该载波移相90°后的所谓“正交载波”。根据上述原理，就可构成插入导频
的发端方框图如3.2.2.1（a）图所示。
根据图3.2.2.1（a）的结构，其输出信号可表示为
uo(t)=am(t)sinωct-a cosωct
设收端收到的信号与发端输出信号相同，则收端用一个中心频率为的窄带滤波器就可以得到导频，再将它移相90°，就可得到与调制载波同频同相的信号。收端的方框图如图3.2.2.2（b）所示。
m(t)调制信号
相乘
调制
带通相加
u
o
(t)
输出
u
o
(t)
带通相乘器
v(t)
低通
m(t)～90??相移
f c窄带
滤波器
90??
相移
a sin c t
图3.2.2.1(a)插入导频法发端框图图3.2.2.2（b）插入导频法收端框图
由图3.2.2.1可知，解调输出为
经过低通滤波器后，就可以恢复出调制信号。然而，如果发端加入的导频不是正
交载波，而是调制载波，这时发端的输出信号可表示为
收端用窄带滤波器取出后直接作为同步载波，但此时经过相乘器和低通滤波器解调后输出为，多了一个不需要的直流成分，这就是发端采用正交载波作为导频的原因。
为此可以在信号频谱之外插入两个导频和，使它们在接收端经过某些变换后产生所需要的。设两导频与信号频谱两端的间隔分别为和则：
式中的是残留边带形成滤波器传输函数中滚降部分所占带宽的一半（见图
3.2.2.3），而是调制信号的带宽。
图3.2.2.3残留边带信号形成滤波器的传输函数
插入导频法提取载波要使用窄带滤波器，这个窄带滤波器也可以用锁相环来代替，这是因为锁相环本身就是一个性能良好的窄带滤波器，因而使用锁相环后，载波提取的性能将有改善。
四．各模块及总体电路设计
4.1调制模块的设计
（1）调制模块整体图：
图4.1.1调制模块整体图
(2)分频器：分频器实际上是一D触发器，实现二分频的功能。
图4.1.2分频器
通过数字基带信号的不同电平选择不同的相位的波形。然后通过电压加法器来线性相加，但是实际我没有找到这个三端集成电压加法器。最户是通过加两个电阻直接将两个电压耦合起来。调制器的电路如下所示:
（5）2PSK信号调制电路
图4.1.52PSK信号调制电路
当从左边输入口输入M序列，将M序列分为两部分即原M序列和变换后的M序列（其中高电平变为低电平；低电平变为负电平）。在与载波相乘后相加。就相当于将M序列信号转化为双极性码并与载波信号相乘，得到2PSK调制信号，从右上方输出口输出。
4.2调制模块的设计
图4.2.1载波提取电路
（1）平方律模块
图4.2.2平方律模块
（2）锁相环模块：锁相环由环路滤波器和压控振荡器构成，然后集成为一块。
图4.2.3锁相环
（3）二分频模块
图4.2.4二分频模块
（4）谐波提取电路
图4.2.5谐波提取电路
由图4.1.1总体电路右上方输入端输入2PSK调制信号，经模拟乘法器将信号平方，再经过锁相环调相，并由D触发器将其分频，再经过振荡电路将方波还原成正弦波，最后经过滤波器调整滤除杂波。
4.3载波同步系统总电路图
图4.3.1载波同步系统总体电路
五．仿真结果
各分模块电路及总电路用EWB仿真波形如下：
(1)M序列仿真波形图:
观察图4.1可以看出仿真得出的序列为：111100010011010
图5.1M序列仿真波形图
（2）2PSK信号仿真波形：
图5.22PSK信号仿真波形
（3）载波同步仿真结果：
图4.3载波同步仿真结果
仿真结果分析：①观察图5.1可以看出仿真得出的序列为：111100010011010，
②观察图5.3，第一行波形为所恢复的载波，第二行为2PSK信号仿真波形，通过对比可以看出虽然达到了同频的效果，但有些许相差。
六．心得体会
课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业
工作前一个必不少的过程。“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是
为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。
说实话，课程设计真的有点累。然而，当我一着手清理自己的设计成果，漫漫回味
这1周的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消．虽然这是我刚学会走完的第
一步，也是人生的一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟的许多。通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致．课程设计过程中，许多计算有时不免令
我感到有些心烦意乱：有2次因为不小心我计算出错，只能毫不情意地重来。但一想起
苏扬老师平时对我们耐心的教导，想到今后自己应当承担的社会责任，想到世界上因为
某些细小失误而出现的令世人无比震惊的事故，我不禁时刻提示自己，一定呀养成一种
高度负责，认真对待的良好习惯。
这次课程设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练。短短一周是课程设计，使
我发现了自己所掌握的知识是真正如此的缺乏，自己综合应用所学的专业知识能力是如
此的不足。在以后学习中要加强自己的实践动手能力，让自己能跟好的适应未来的工作
需要。
参考文献
[1]樊昌信，曹丽娜编著.通信原理（第六版）.北京：国防工业出版社，
2007
[2]张辉主编.通信原理学习指导.西安：西安电子科技大学，2004
[3]曹志刚等编著.现代通信原理.北京：清华大学出版社，1992
[4]张辉等主编.现代通信基础与技术.西安：西安电子科技大学出版社，
2002
[5]孙屹主编.Simulink通信仿真开发手册.北京：国防工业出版社，2000
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
成都理工大学工程技术学院本科毕业论文 自适应载波同步及其Matlab仿真 作者姓名： 专业名称： 指导老师： 年月日
摘要 自适应滤波算法的研究是现在社会自适应信号处理中最为活跃的研究课题之一。找寻收敛速度快，计算简单，数值稳定性好的自适应滤波算法是研究人员不断努力追求的目标。本设计在论述自适应滤波基本原理的基础上，说明了几种当前几种典型的自适应滤波算法和应用。并对这几种典型自适应滤波算法的性能特点进行简单的比较，给出了算法性能的综合评价。 载波同步是无线通信接收机的主要功能之一，其对通信系统质量的提高至关重要。随着新算法涌现和芯片处理速度的提高，不同的解决方案不断的提出。自适应载波同步是一种依据自适应算法的同步方法，内容新颖。本课题在介绍自适应算法和载波同步问题的基础上，详细讨论了平方差分环路法和锁相环路法，具体包括代价函数、代价函数的导数、迭代公式和原理图等，并在论文的第三部分给出了这两种方法的Matlab仿真。仿真结果验证了这两种方法在跟踪载波相位方面是满足要求的，且收敛速度较快。 关键词：自适应滤波载波同步平方差分环路锁相环路法
Abstact The research of adaptive filtering algorithm is one of the most activity tasks, the goal that researchers want to pursue is to find an adaptive filtering algorithm that converge fast and compute simplely. Based on the basis adaptive filtering principle, this paper introduces several typical adaptive algorithms and applications, then compares those algorithm's characters and gives the orithm performance evaluation. Carrier synchronization is one of the main functions of Wireless communications receiver，it is essential for the improvement in the quality of the communication system. With the emergence of new algorithms and the speed improvement of chip processing, different solutions is proposed continuously. Adaptive carrier synchronization is a synchronization method based on adaptive algorithms, and its content is innovative. Based on the introducing of adaptive algorithm and carrier synchronization, this issue has a detailed discussion of the square difference method and the PLL loop method, including its cost function, cost function derivative, iterative formula and schematic, etc. And the third part of the paper gives two methods of Matlab simulation.Simulation results show the two methods with tracking the carrier phase is to meet the requirements, and convergence speedly. Keywords:adaptive filter, carrier synchronization, differential circle square , phase-locked loop method
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
同步技术 一、同步技术的定义： 同步技术即调整通信网中的各种信号使之协同工作的技术。诸信号协同工作是通信网正常传输信息的基础。 二、同步技术的分类： 按照同步的功能来分，同步可以分为载波同步、位同步（码元同步）、群同步（帧同步）和网同步（通信网中用）等四种。 （一）载波同步 1、定义 当采用同步解调（相干检测，它的基本功能就是完成频谱的线性搬移，但为了防止失真，同步检波电路中都必须输入与载波同步的解调载波。）时，接收端需要提供一个与接收信号载波同频同相的相干载波，而这个相干载波的获取就称为载波提取，或称为载波同步。 2-1 2、提取方法 载波同步一般有两类方法：一类是直接提取法（自同步法），一类是插入倒频法（外同步法）。 （1）直接提取法（自同步法） 定义： 是从接收到的有用信号中直接（或经变换）提取相干载波，而不需要另外传送载波或其它倒频信号。 基本原理： 有些信号（如DSB信号、2PSK信号等）虽然本身不包含载波分量，但却包含载波信息，对该信号进行某些非线性变换以后，就可以直接从中提取出载波分量来。 提取方法： 平方变换法和平方环法、同相正交环法（科斯塔斯环） ①平方变换法和平方环法
图2-2平方变换法提取载波 图2-2即为平方变换法提取载波，为了改善性能，可以在平方变换法大的基础上，把窄带滤波器用锁相环替代，构成如图2-3所示的方框图，这就是平方环法提取载波。 图2-3平方环法提取载波 由于锁相环具有良好的跟踪、窄带滤波性能，因此平方环法比一般的平方变换法具有更好的性能，因而得到广泛的应用。 ②同相正交环法（科斯塔斯环） 图2-4同相正交环法提取载波 同相正交环法（科斯塔斯环）是利用锁相环提取载波的另一种常用方法，由于加到上下两个相乘器的本地信号分别为压控振荡器的输出信号和它的正交信号，因此常称这种环路为同相正交环，有时也被称为科斯塔斯环（Costas）环。如图2-4所示。 （2）插入倒频法（外同步法） 定义： 是在发端发送信息码元的同时，再发送一个（或多个）包含载波信息的倒频信号，并且要求这个倒频信号不随传播的信息变换，在接收端根据倒频信号提取载波。即发端除了发送有用信号外，还在适当的位置上插入一个供接收端恢复相干载波之用的正弦波信号（这个信号通常称为导频信号）。
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
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 =
目录 摘要 (1) 一、设计要求 (2) 二．设计目的 (2) 三．设计原理 (2) 3.1二进制移相键控(2PSK)原理 (2) 3.2载波同步原理 (3) 3.2.1直接法（自同步法） (4) 3.2.2插入导频法 (6) 四．各模块及总体电路设计 (7) 4.1调制模块的设计 (7) 4.2调制模块的设计 (10) 4.3载波同步系统总电路图 (12) 五．仿真结果 (13) 六．心得体会 (15) 参考文献 (16)
摘要 载波同步又称载波恢复（carrier restoration），即在接收设备中产生一个和接 收信号的载波同频同相的本地振荡（local oscillation），供给解调器作相干解调用。当接收信号中包含离散的载频分量时，在接收端需要从信号中分离出信号载波作为本地相干载波；这样分离出的本地相干载波频率必然与接收信号载波频率相同，但为了使相位也相同，可能需要对分离出的载波相位作适当的调整。若接收信号中没有离散载波分量，例如在2PSK信号中（“1”和“0”以等概率出现时），则接收端 需要用较复杂的方法从信号中提取载波。因此，在这些接收设备中需要有载波同步电路，以提供相干解调所需要的相干载波；相干载波必须与接收信号的载波严格地同频同相。 电路设计特点：载波提取电路采用直接法，即直接从发送信号中提取载波，电路 连线简单，易实现，成本低。 关键字：载波同步，EWB仿真，2PSK信号
?? 发送概率为 1-P
-cosω 180°, 号 2PSK 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
载波同步识别的设计 一、设计实验条件 计算机与通信工程学院实验室、EWB仿真软件、Simulink仿真软件 二、设计任务及要求 1.从2PSK中提取载波同步信号，并画出电路结构框图,了解EWB软件的仿真与 调试： 2.从DSB中提取载波同步信号，并画出电路结构框图,了解Simulink软件的仿真 与调试： 3.巩固加深载波恢复的认识，提高综合运用通信原理等知识的能力； 4.培养查阅参考文献，独立思考、设计的能力； 5.加强团队之间的合作意识，培养实践与创新能力。 三、设计报告的内容 1.前言 载波同步又称载波恢复，即在接收设备中产生一个和接收信号的载波同频同相的本地振荡，供给解调器作相干解调用。当接收信号中包含离散的载频分量时，在接收端需要从信号中分离出信号载波作为本地相干载波；这样分离出的本地相干载波频率必然与接收信号载波频率相同，但为了使相位也相同，可能需要对分离出的载波相位作适当的调整。若接收信号中没有离散载波分量，例如在2PSK信号中（“1”和“0”以等概率出现时），则接收端需要用较复杂的方法从信号中提取载波。因此，在这些接收设备中需要有载波同步电路，以提供相干解调所需要的相干载波；相干载波必须与接收信号的载波严格地同频同相。 我们的设计分成两个大块，一个是数字电路的代表，从2PSK中提取载波，另一个是模拟电路的代表，从DSB中提取载波。电路设计特点：载波提取电路采用直接法，即直接从发送信号中提取载波，电路连线简单，易实现，成本低。
2. 设计主体 2.1设计原理 （1） 二进制移相键控(2PSK )调制与解调 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 其中： 在一个码元期间，则有 若用n ?表示第n 个符号的绝对相位，则有 n ?= 2PSK 的调制如图1所示： 2PSK 信号的解调采用相干解调， 解调器原理图如图2所示 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 2PSK 信号的调制原理图 cos ωct, 发送概率为P -cos ωct, 发送概率为1-P ()2psk e t = 0°, 发送 1 时 180°, 发送 0 时 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，
摘要 题目：OFDM的同步技术研究 作者姓名：颜小婷 摘要 正交频分多路复用（OFDM）技术已经在无线通信中被广泛应用，它利用多载波调制技术把数据流分解为若干个子数据流，从而使子数据流有低得多的传输比特速率。 时频同步技术是OFDM的关键技术之一，对于对定时和频率偏移十分敏感的OFDM系统而言，时频同步显得尤为重要。目前，时频同步技术已经得到了越来越多人的关注。 本文介绍了OFDM中同步技术，首先介绍了同步的重要性以及OFDM中的时间同步和频率同步，接着介绍了一种基于循环前缀的时频同步新算法，并重点分析了符号定时和频偏估计的方法，同步的捕捉过程和跟踪过程的步骤，以及同步性能的的分析方法。 关键字：OFDM 正交循环前缀同步
OFDM的同步技术研究 2 一. OFDM中同步的重要性 同步对于任何数字通信系统来说都是重要的任务，没有精确地同步就不能对传送的数据进行可靠的恢复[1]。可以说，同步时任何通信接收机实现的基础。OFDM既可以用于广播类型的通信系统，又可以用于突发数据传输的通信系统，在同步的问题上二者可以采取的途径不尽相同。广播类型的系统传输的是连续的数据，因此最初需要经过较长的一段时间获得信息（同步捕获），之后转换成跟踪模式。突发传输系统通常采用分组的方式，需要在分组开始发送之后的很短时间获得同步[6]。 由于OFDM信号特殊结构[5]，使得很多为单载波系统设计的同步算法不能被采用，因此，必须从OFDM本身的角度出发来设计同步算法。在这里，利用了OFDM的循环前缀这一特殊结构来进行同步。 二. 同步技术 2.1 同步技术简介 在接收机对子载波进行解调之前必须进行两项同步工作[10]：第一，找出符号边界的位置和最佳的时间间隔（最佳的时间间隔一般是一个符号帧的长度），使得信道间干扰（ICI）和符号间干扰（ISI）达到最小；第二，估计和纠正接收信号的载波频率偏移，因为任何的便宜都会引入子载波间干扰和符号间干扰。尽管OFDM系统相对于单载波系统来说对相位噪声和频率偏差更为敏感，但是事实证明，利用循环前缀和加入特殊的OFDM训练符号等方法，可以获得较好的时间同步和频率同步。 符号同步的目的是为了找到FFT窗的起始位置，可以采用特殊的训练系列来进行符号定时，另外利用循环前缀的相关特性也可以用作定时[3][8]。利用循环前缀作为保护间隔一定程度上降低了对符号定时的要求，但如果误差较大，将会引入符号间干扰ISI，甚至破坏子载波间的正交性，造成严重的ICI。另外，采样时钟的同步也是个不可忽略的问题，它的目的是使接收机的采样时钟频率和发射机
数字通信系统中的载波同步技术研究 一、引言 在数字通信系统中解调方式可以决定数字调制系统的性能。载波恢复是数字通信系统中一个必不可少的部分，补偿了信号在传输过程中造成的频偏损害且跟踪相位。 二、载波同步信号的性能要求 载波同步系统的主要性能指标是精度、效率、相位抖动、同步建立时间等。 （一）精度 精度是指提取载波与需要的载波标准比较，相位误差应该尽量小。 （二）效率 效率指获取载波信号的过程中尽量少消耗发送功率。载波同步追求的是高效率。 （三）同步建立时间ts 同步建立时间是指从开机或失步到同步所需要的时间。为了使同步建立的更快载波同步系统要求ts越小越好。 三、频偏及载波相位误差对数字通信系统的影响 对双边带信号设，是提取的相干载波，解调器滤波后输出低频信号m’(t)为（1） 如果提取的相干载波与输入载波没有相位差，即 =0， =1，则解调输出，这时信号幅度最大。若存在相位误差，因为 <1，解调后输出信号幅度下降，信噪比下降倍，因此会使误码率增加。对2psk信号当信噪比下降倍时，这时误码率将会变为 （2） 对于单边带解调和残留边带解调而言，相位误差不仅会使信噪比下降，而且在解调器输出中会产生原基带信号的正交项，使基带信号发生畸变，这种影响将随增大而严重。 （3） 在数字通信系统中因为发送端和接收端的本振时钟不一致，用在载频和中频上的射频振荡器的频率不确定性也会引起大的频偏，不同频偏时相邻符号间不仅有固定的相位差变化，而且还会随着时间的变化额外加上某个不确定相位。星座图上表现出来的就是星座图不是在固定的几个点而是随着时间变化在旋转。 图1是用matlab工软件仿真的不同频率偏移时 -dqpsk通信系统的误码率曲线。从图1可以看出频率偏移也会导致 -dqpsk通信系统在检测时误比特率(ber)性能变差，频偏对通信系统的误码率的影响很大，为此必须在接收端补偿这个频偏，这就需要进行载波恢复，评价接收机性能的重要标准之一就是载波提取性能的好坏，为了保证信息的可靠传输，对载波相位偏移以及频率偏移的估计方法的研究具有重要意义。
载波同步提取实验报告 2013213984 钟凯琪 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、选用实验仪器 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 三、实验报告要求 分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程 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。
（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， 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。 该解调环路的优点是： ①该解调环在载波恢复的同时，即可解调出数字信息。 ②该解调环电路结构简单，整个载波恢复环路可用模拟和数字集成电路实现。 但该解调环路的缺点是：存在相位模糊。 当解调出的数字信息与发端的数字信息相位反相时，即相干信号相位和载波相位反相，则按一下按键开关S1，迫使CPLD 复位，使相干信号的相位与载波信号相位同频同相，以消除相位误差。然而，在实际应用中，一般不用绝对移相，而用相对移相，采用相位比较法克服相位模糊。 根据实验测试记录，画出各测量点的波形图，并分析实验现象 分析：
5.2.1 载波频偏的捕获 A ．前导序列估计 由于发送端和接收端载波频率的不同，每一个采样信号在时间t 时包含一个未知的相位因素t f j c e ?π2，这里c f ?指的是未知的载波频偏。这个未知的相位因素在接收端必须被估计和补偿，否则子载波的正交性将会被破坏。例如，当载波频率为5GHz 时，那么100ppm 的晶振偏移相对应的频率偏移为50kHz 。若符号的间隔时期为6.12.3=?=T f us T c ，那么。 前面对IEEE802.11a 的分析，我们知道在它的帧结构中包含10个完全相同的短前导序列和两个相同的背靠背的长前导序列。其中短前导序列主要用于自动增益控制、分集选择、定时估计以及粗频率估计，而长前导序列主要用于信道估计和精确的频率估计。故结合这两个序列可以较精确的估计出载波的频偏，其中具体算法主要是利用它们良好的相关性[21]。首先设T f c ?=ρ，则两个长前导字的相关值为： ∑∑-=-=-=+= 1 2 10 2* | )(|)()(N l N l j l y e N l y l y J πρ （39） 因此我们可以估计出?? ???? =||arg 21*J J πρ，这里的)(l y 指的是接收信号。 然而我们知道实际ρ的值会比1大（如前面提到的100ppm 的晶振偏移对应 的ρ为1.6），而长前导对其估计只能限制在5.0±内，故必须使用短前导字对其进行粗频率估计。短前导字的相关值为： ∑∑-=--==+= 14/0 2 4 /21 4/0 * | )(|)4/()(N l j N l l y e N l y l y K πρ （40） 故可以得到? ? ????=||arg 214 *K K π ρ，可见短前导字的估计范围扩大到长前导字估计范围的4倍，也就是说精频偏估计的精度为粗频偏估计的4倍。结合上面提到的粗估
第9章同步原理 §9.1 引言 同步是系统正常工作的前提，同步系统性能的降低会直接导致通信系统性能的降低，甚至使通信系统不能工作。 在数字通信系统中，要求同步系统具有比信息信号传输更高的可靠性。 同步问题包括： 载波同步: 在相干检测中，接收端如何获得与发射端调制载波同频同相的相干载波。 位同步: 在接收端如何产生与接收码元同频同相的定时脉冲序列。 群同步或帧同步: 在接收端如何产生与“码字”、“句”起始时刻一致的定时脉冲序列。 网同步: 在多用户的条件下，如何使得整个通信网有一个统一的时间基准-----解决通信网的时钟同步问题。 §9.2 载波同步的方法 解决在接收端如何提取与发射端调制载波同频同相的载波信号问题。载波提取的方法： 1．插入导频法。应用场合：发送信号中不含有载波分量的情形。 2．直接法。应用场合：发送信号中含有载波分量的情形。 §9.2.1插入导频法 不含有载波分量的发送信号有： 1)抑制载波的双边带信号； 2)残留边带信号；虽含有载波分量，但很难从已调信号中提取。 3)当二进制数字取值概率2/1 p时，2PSK信号； 4)单边带信号。 对于上述信号的载波提取一般都采用插入导频法。 一、在抑制载波的双边带信号中插入导频 1
ω 导频的插入方法： 在抑制载波双边带信号的已调信号的载频处插入一个与该信号频谱正交的载波信号。 插入导频系统的发端框图 m c c )t 输出信号为：t a t t m a t u c c c c ω ωcos sin ) ( ) ( - =。 插入导频系统的接收端框图 ) c f ( t u 插入的导频为何要与载波正交？ 因为接收端收到) ( t u后，利用窄带滤波器就可提取导频信号t a c c ω cos -，经900移相可得到与调制载波同频同相的信号sin c t ω，则乘法器输出： t a t t m a t m a t t a t t m a t t u t v c c c c c c c c c c c ω ω ω ω ω ω 2 sin 2 2 cos ) ( 2 ) ( 2 cos sin sin ) ( sin ) ( ) (2 - - = - = = 低通滤波器输出： ) ( 2 ) (t m a t y c =，由此可得)(t m信号。 若导频不是正交载波，则 2
实验四 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()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+== （17-1） 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 2 121]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()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+== （17-1） 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 2 121]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：