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 =
图2 2PSK 信号的解调原理图
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。 （2）DSB 信号的调制与解调
调制原理：在幅度调制的一般模型中，若假设滤波器为全通网络(H(w)=1），调制信号m(t)中无直流分量，则输出的已调信号就是无载波分量的双边带调制信号（DSB ）。
()()cos DSB c s t m t w t =
调制的目的就是进行频谱搬移，使有用的低频信号搬移到高频上去，从而提高系统信息传输的有效性和可靠性。
DSB 调制原理框图如图3：
)t
图3 DSB 调制原理框图
解调原理：DSB 只能进行相干解调,利用调制信号与本地载波信号相乘，将频谱搬移到低频，利用低通滤波器还原出调制信号。
DSB 相干解调原理框图如图4：
s 图4 DSB 相干解调原理框图
在相干解调时，要求本地载波与原载波频率相同，当二者相位相同时输出信号达到最大值，而相位不同时输出信号达不到最大值。 （3）载波同步原理
提取载波的方法一般分为两类：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，也称为自同步法；另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，接收端就利用导频提取出载波，这类方法称为插入导频法，也称为外同步法。 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:
()()cos c s t m t w t =
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:
()()()()22
2
21cos cos 222
c c m t e t m t w t m t w t ==+
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:
()()2211
cos cos 222
c c e t m t w t w t ==
+ 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5所
示的方框图就可以提取出载波。
图5 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6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。
图6 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。
对于DSB 信号平方环法提取载波的原理和2PSK 的原理类同，在这里不再赘诉。 利用锁相环提取载波的另一种常用方法如图7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()cos c w t θ+和它的正交信号()sin c w t θ+，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。
锁相环
图7 Costas 环法提取载波
设输入的抑制载波双边带信号为()cos c m t w t ，则
()()()()31
cos cos cos cos 22c c c
v
m t w t w t m t w t θθθ=+=
++???? ()()()()41
cos sin sin sin 22c c c v m t w t w t m t w t θθθ=+=++???? 经低通后的输出分别为
()()561
cos 2
1
sin 2v m t v m t θθ
=
=
乘法器的输出为
()()2275611
sin cos sin 248
v v v m t m t θθθ=?=
= 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
()2
714
v m t θ≈
上式中7v 的大小与相位误差成正
7v 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1v 就是所需要提取的载波。 2）插入导频法
4
6
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图8（a)所示。 根据图8（a ）的结构，其输出信号可表示为:
()()sin cos o c c u t am t w t a w t =-
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c f 的窄带滤波器就可以得到导频cos c c a w t ，再将它移相90°，就可得到与调制载波同频同相的信号sin c c a w t 。收端的方框图如图8（b ）所示。
图8(a)插入导频法发端框图 图8（b ）插入导频法收端框图
由图8可知，解调输出为
()()()()22cos sin sin cos 2sin 2222
c c c c c c c c c c c v t a m t w t a w t a w t a m t a
m t a w t w t
=-?????=--
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
()()cos sin o c c u t am t w t a w t =+
c
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：
11c m f f f f =-- 22c r f f f f =++
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，而是调制信号的带宽,如图9所示。
图9 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。 2.2 2PSK 模块设计
2PSK 提取同步载波的模块采用的EWB 软件仿真，具体分析如下。 2.2.1 2PSK 调制模块的设计 （1）调制模块整体图
图10 调制模块整体图
（2）M 序列电路：
图11 M 序列电路
实际上是通过连续的触发器和异或门、或门来实现由二分频的正弦波产生M 序列。
四个触发器的输出端分别为1a ，2a , 3a , 4a ，他们之间的关系为：
n 1n n n n n 143421a a a a a a +=⊕+++
n 1n 21a a += n 1n 32a a += n 1n 43a a +=
输出的信码为：111100010011010。 （3）2PSK 信号调制电路
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。最后是通过加两个电阻直接将两个电压耦合起来。调制器的电路如图13所示:
图12 2PSK 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；低电平变为高电平）。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。
2.2.2载波提取模块的设计
（1）载波提取模块整体图
（
图4.2.1 载波提取电路
（1）平方律模块
图13 载波提取模块整体图
（2）平方律模块
图14 平方律模块
(3) 锁相环模块：锁相环由鉴相器、环路滤波器和压控振荡器构成，然后集成为
一块。
图15 锁相环
（4）二分频模块
图16 二分频模块
（5）谐波提取电路
图17 谐波提取电路
由图13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。
2.2.3载波同步系统总电路图
图18 载波同步系统总体电路2.2.4 仿真结果
（1）2PSK信号与M序列仿真波形图
图19 2PSK信号和M序列
（2）载波同步仿真结果
图20 载波同步提取结果图
仿真结果分析：①观察图20可以看出仿真得出的序列为：111100010011010，②观察图21，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，但有些许相差和频差。
2.3 DSB模块设计
DSB信号提取同步载波的模块采用的Simulink软件仿真，具体分析如下。2.3.1 设计电路
图21 DSB信号提取同步载波电路图
总电路图大致分为三个部分，左上角是调制部分，右下角是提取载波部分，右上角是相干解调部分。
在Simulink软件中按土22画好电路，其中参数设置如下：调制部分被调部分为振幅1V、频率1KHz的正弦波，载波频率为10KHz。载波同步恢复部分低通滤波器下限截止频率为19KHz，上限截止频率为21KHz。VCO输出信号的振幅为1V，中心频率设为20.3KHz,压控灵敏度设为4000Hz/V。计数器设为二进制计数，用来二分频。系统仿真步进设为0.1。以上参数设置完成，通过编译后，可按仿真按钮启动仿真。
2.3.2仿真结果
（1）
图22
如图23所示，第一个是原基带信号波形，第二是解调后的波形，可观察到两者除了幅度上有衰减，相位与频率上保持一致，因此可以证明提取的同步载波性能上良好。
(2)
图23
如图24所示，第一个是调制后的信号，第二个是经过平方的信号，第三个压控振荡器输出地信号，第四个是提取的载波信号。
3.心得体会
在这次课程设计过程中，我学到了不少的东西，看着我们小组的4个人经过不断的讨论才得出的正确结果，心里真的特别有成就感。我们设计的核心内容是在2PSK信号和DSB信号中提取同步载波信号，使得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。
说心里话，感觉这次的课程设计不如往常那么容易。最初的时候，我们几个对于EWB和Simulink仿真软件还不知道如何使用，操作起来也不怎么熟练，经常卡壳，但是经过这几天的努力，我们对这几个仿真软件有了一个比较详细的认识，操作起来也方便的多了。我们载波提取电路采用了直接法，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。但是在设计过程中我们也遇到了一些小问题，比如起初的时候在示波器显示模块没有出现想要的波形，经过我们对
一些参数的调整，仿真结果才终于出来。
真的挺感谢学校给了我们这次机会，让我明白了理论和实际操作之间差距，也明白了团队之间合作的重要性，意识到了自己在通信原理知识方面还有很多的漏洞，在今后的实践中，我一定会继续努力，以求更大的提高。
4.参考资料
[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
四、设计时间与安排
1、设计时间：2周
2、设计时间安排：
熟悉实验设备、收集资料：6 天
设计图纸、实验、计算、程序编写调试： 4 天
编写课程设计报告： 3 天
答辩：1 天
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。
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
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。
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）。
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。
《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
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
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。
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 摘要................................................................ I 1. 二进制移相键控(2PSK)原理.. (1) 2．载波同步原理 (3) 2.1直接法（自同步法） (3) 2.2插入导频法 (5) 3.各模块及总体电路设计 (7) 3.1 调制模块的设计 (7) 3.3载波提取电路 (11) 3.4载波同步系统总电路图 (13) 4.仿真结果 (14) 5.心得体会 (16) 参考文献 (17)
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