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实验十四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、实验仪器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6、连接线若干四、实验原理本实验是采用科斯塔斯环法提取同步载波，科斯塔斯环又称同相正交环，框图如下：Array乘法器PSK乘法器在实际电路中，我们的乘法器使用模拟乘法器MC1496，其中乘法器1为U01，乘法器2为U02，乘法器3为U03；滤波器为运放及其外围元器件组成的二阶巴特沃斯低通滤波器，其中滤波器1由二运放芯片TL082中的一个运放（U06B）及其外围元器件组成，滤波器2由二运放芯片TL082中的一个运放（U07B）及其外围元器件组成；环路滤波器为L01和R29构成的无源低通滤波器；压控振荡器使用集成数字压控振荡器74S124（U04），其自由振荡频率可由电位器W01（频率调节）调节；90°相移用集成D 触发器芯片74HC74（U05）和集成反相器芯片74HC04（U12）共同完成。
由于数字压控振荡器74S124输出的信号为方波信号，要得到正弦波还需经过滤波，我们使用运放U08B和U08C及其外围元器件构成的两级带通滤波器进行滤波，最后再经过运放U08D构成的同相放大器放大得到恢复后的同步载波。
在实验过程中，由于科斯塔斯环频率锁定范围较小，因此需要调节电位器W01（频率调节），使压控振荡器74S124的自由振荡频率接近62.5KHz。
五、实验步骤及注意事项1、将信号源模块、同步信号提取模块、数字调制模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。
2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下三个模块中的开关POWER1、POWER2，对应的发光二极管LED01、LED02发光，按一下信号源模块的复位键，三个模块均开始工作。
一、实验目的1. 理解同步载波在通信系统中的作用和重要性。
2. 掌握同步载波同步原理和实现方法。
3. 通过实验验证同步载波同步方法的有效性和可行性。
二、实验原理1. 同步载波的定义：同步载波是指接收端与发射端的载波相位保持一致，从而实现信号的正确接收和解调。
2. 同步载波同步原理：同步载波同步是通过调整接收端载波与发射端载波的相位差，使两者保持一致，从而实现信号的正确接收。
3. 同步载波同步方法：主要有插入导频法、相位锁定环法、频率锁定环法等。
三、实验设备与仪器1. 发射端：正弦波发生器、调制器、放大器、天线；2. 接收端：低通滤波器、解调器、示波器、频谱分析仪；3. 实验平台：通信实验箱、计算机。
四、实验步骤1. 设置发射端参数：正弦波发生器输出载波信号，频率为10MHz，幅度为1V。
2. 设置接收端参数：低通滤波器截止频率为10MHz，解调器为相干解调器。
3. 插入导频法同步载波实验：（1）将正弦波发生器输出信号作为导频信号，通过放大器放大后，与发射端载波信号叠加，形成导频信号。
（2）将导频信号传输到接收端，经过低通滤波器、解调器后，得到同步载波信号。
（3）使用示波器观察接收端同步载波信号的波形，并与发射端载波信号进行比较，验证同步效果。
4. 相位锁定环法同步载波实验：（1）将发射端载波信号作为相位参考信号，通过解调器解调后，得到相位信号。
（2）将相位信号与接收端载波信号进行比较，通过相位锁定环调整接收端载波相位，使其与发射端载波相位保持一致。
（3）使用示波器观察接收端同步载波信号的波形，并与发射端载波信号进行比较，验证同步效果。
5. 频率锁定环法同步载波实验：（1）将发射端载波信号作为频率参考信号，通过解调器解调后，得到频率信号。
（2）将频率信号与接收端载波信号进行比较，通过频率锁定环调整接收端载波频率，使其与发射端载波频率保持一致。
（3）使用示波器观察接收端同步载波信号的波形，并与发射端载波信号进行比较，验证同步效果。
武汉大学教学实验报告电子信息学院 **** 专业 2016 年 ** 月 ** 日实验名称同步技术指导教师 *** 姓名 *** 年级 14级学号 20143012***** 成绩）看出，虽然前面假设了m(t)中无直流分量，但m2图19-1 平方变换提取载波19-1 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图19-2 平方环法提取载波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19-3 科斯塔斯环原理框图在科斯塔斯环环路中，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m(t)cos经低通滤波器后的输出分别为：大小与相位误差θ成正比，它就相当于一个鉴相器的输出。
用图20-1 开环位同步提取电路框图跳变沿提取电路的作用是，当产生一个边沿脉冲时，它直接反映了输入信号的真实相位。
以它为基准，就可以有效地提取出与输入信号同步的时钟。
时钟同步的原理就是利用这个边沿脉冲清零计数器，输出反映输入码元相位的一个高精度时钟源周期的短脉冲。
图中状态寄存器保证了在接收图20-2 数字锁相环法位同步提取原理框图图20-3 新型位同步提取电路框图图20-4 码元跳变沿脉冲产生电路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目前已找到的所有巴克码组如表21-1所列。
以七位巴克码组{＋＋＋――＋－}为例，求出它的自相关函数如下：实际数字通信系统中，由于采用了数字可编程（FPGA）器件，我们可以设计比效复杂的帧同，从而使漏同步（同步码出错）假同步（信息码中有相同的同步码）的概图21-1 帧同步判决状态机基带信号产生与码型变换模块A2信源编码与复用模块A3（2）科斯塔斯环同步范围（950-1050）1000100010001000 1001100110011001 1011001110001111 0000111100001111(2). AMI编码观测15-PN 全“0” 全“1”(3). 伪随机序列AMI编码位同步信息提取定时信息提取时钟本地补全的位同步信息全“0” 全“1”(5). 修改时钟进行观测全“0” 全“1”2. HDB3位同步时钟提取(1). HDB3编码观测15-PN 全“0” 全“1”1111111100000000 1111111111110000编码位同步信息提取(3). 设置数据位同步信息提取全“0” 全“1”(4). 修改时钟进行观测全“0” 全“1”实验三：帧同步实验（1）帧头数据和帧脉冲观测（3）前向保护测试二．实验操作过程实验一：载波同步实验1.实验模块在位检查在关闭系统电源的情况下，确认下列模块在位：●基带产生与码型变换模块A2；●信道编码与频带调制模块A4；●纠错译码与频带解调模块A5；2.信号线连接：用鼠标在液晶上选择“同步技术”中“载波同步与模拟锁相环”实验，按图3.加电打开系统电源开关，A2.A4和A5模块右上角红色电源指示灯亮，几秒后上角绿色运行指示灯开始闪烁，说明模块工作正常。
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VCOendplot=1000;figure(1);subplot(3,2,1);plot(t(startplot:endplot),msg(startplot:endplot));title('消息信号（频率100Hz）');ylabel('幅度');grid;figure(1);subplot(3,2,2);plot(t(startplot:endplot),real(Signal(startplot:endplot)));title('FM已调信号（用100Hz的消息信号调制1KHz的载波）'); ylabel('幅度');grid;figure(1);subplot(3,2,3);plot(t(startplot:endplot),e(startplot:endplot));title('环路滤波器的输出');ylabel('幅度');grid;subplot(3,2,4);plot(t(startplot:endplot),real(vco(startplot:endplot)));title('压控振荡器');ylabel('幅度');grid;subplot(3,2,5);plot(t(startplot:endplot),phd_output(startplot:endplot));title('鉴相器的输出');xlabel('时间（seconds）');ylabel('幅度');grid;subplot(3,2,6);plot(t(startplot:endplot),real(Signal(startplot:endplot)));title('载波（频率）');xlabel('时间（seconds）');ylabel('幅度');grid;。
一、实习目的通过对专业基础课与专业理论课的学习后，以及同学们都具备了一些有关模拟电路及数字电路分析、设计、调试能力。
本次实习主要是针对整个通信系统而言的。
1.掌握通信系统的整体概念及组成模块。
2.理解每个模块的原理及实现的功能。
3.根据自己所完成的模块载波同步模块：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、实习要求在本实习我主要负责完成载波同步单元，该单元采用平方环从2DPSK信号中提取相干载波。
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、实习内容（1）实习题目: 数字通信系统---载波同步（2）原理介绍:通信是通过某种媒体进行的信息传递。
在古代，人们通过驿站、飞鸽传书、烽火报警等方式进行信息传递。
到了今天，随着科学水平的飞速发展，相继出现了无线电，固定电话，移动电话，互联网甚至可视电话等各种通信方式。
通信技术拉近了人与人之间的距离，提高了经济的效率，深刻的改变了人类的生活方式和社会面貌。
:通信系统的一般模型如下在本次实验中, 通过动手焊接部分模块最后通过联试来完成整个通信系统的过程.主要目的是让大家更深刻的理解通信系统的整体概念及基本理论。
1.整个系统试验框图如下：TX-3 ͨÐÅÔÀí½ÌѧʳÑéϳͱ °¼¾ÖʾÒâͼ通信系统中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。
载波同步提取方法载波同步提取方法是数字通信中非常重要的一部分，它主要用于接收端对于发送端发出的信号进行恢复。
在数字通信中，载波同步提取方法是非常必要的，因为发送端的信号往往会受到频率偏移、相位噪声等各种干扰，使得接收端很难对信号进行准确的解调和恢复。
因此，载波同步提取方法的研究和应用对于数字通信系统的性能至关重要。
载波同步提取方法主要包括信号检测、频率估计和相位同步三个方面。
首先，信号检测是通过接收端对接收到的信号进行初步处理，识别出信号的存在和基本特征。
接着，频率估计是对信号的频率进行估计和补偿，以纠正由于频率偏移而引起的信号失真。
最后，相位同步是对信号的相位进行调整，以使得接收端的信号与发送端的同步，从而实现准确的解调和信号恢复。
在实际的数字通信系统中，载波同步提取方法有多种实现方式，下面将介绍一些常见的方法：1. 相关估计法：这是一种基于相关函数的频率估计方法。
它通过计算接收信号和本地参考信号的相关函数来估计两者之间的相位差和频率偏移，从而实现相位同步和频率校正。
2. Costas环路：这是一种常用的数字调制解调中采用的相位同步方法。
它通过在接收端引入一个Costas环路来实现相位同步，从而可以在有载波情况下对QAM、PSK等调制信号进行解调。
3. PLL环路：PLL（Phase-Locked Loop）是一种广泛应用于载波同步提取的方法。
它通过不断调整本地振荡器的相位和频率，使得其与接收信号的相位和频率保持同步，从而实现信号的准确解调。
除了上述方法，还有很多其他的载波同步提取方法，如最大似然估计法、瞬时频率估计法、均值估计法等。
这些方法各有特点，可以根据具体的通信系统要求和环境来选择合适的方法。
总的来说，载波同步提取方法是数字通信系统中不可或缺的一部分，它对于系统的性能和可靠性有着重要的影响。
因此，在设计和实现数字通信系统时，需要认真考虑载波同步提取方法的选择和优化，以确保系统能够在各种复杂的通信环境下都能够实现稳定、准确的信号恢复和解调。
《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：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 2121]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。
载波、位时钟提取与提纯实验一、实验目的1.了解用直接法从接收信号中提取同步载波的方法和原理。
2.了解从信码中提取位同步时钟的方法和原理。
3.掌握用平方环电路从2DPSK信号里提取载波的方法和电路工作原理。
4.了解载波和位时钟的提纯方法和电路原理二、实验内容1、观察2DPSK信号经过平方率器件后的波形特点以及滤波后的波形。
2、观察用锁相环提纯后的载波和位同步时钟，与锁相前的波形进行比较。
3、观察码元经过整流以后的波形特点。
三、预习要求：1. 复习教材有关同步原理的内容。
2. 认真预习本实验指导书的工作原理和实验内容。
3. 对于选作实验，自行设计实验方案及测试步骤。
四、实验仪器和设备1、四路稳压电源一台2、双踪示波器一台3、数字调制模块一块4、载波提取与提纯模块一块五、实验原理在相位调制的通信系统中，由于传输的信号中只有载频的相位变化，而没有传输相关的同步信息，如载波同步信号、位时钟同步信号等。
因此，要获得这些同步信号，就必需是从载波中或者从解调出来的信码当中提取出来。
本实验就是完成从相位调制波中提取出载波同步信号以及从信码中提取位同步信号，实验的电路方框图见后面的附图1，电路原理图见附图2。
1. 载波提取和提纯原理从调相波中提取载波的方法有两类，一类是插人导频法，另外一类是直接法。
插人导频法要求发射系统在适当的频率上插人一个载波信号，以便于接收系统提取载波，这样就会浪费一部分的频带资源。
直接法就是直接从调相信号中提取载波信息，这种方法在数字通信系统里是最常用的方法。
本次实验也就是采用直接法进行提取载波的。
设无直流成份的调相信号为e(t)，它可以表示为其中，Am为调相信号的幅度，ωc为载波频率，K=1时表示码元为1，K=0时表示码元为0。
从上面的表达式里可以看出，e(t)里没有含有载波信号。
但是如果将e(t)信号作一个平方的非线性变换，情况就会不一样了，就有由于K=±1，所以上式可以简化为由上式可以看出，经过平方后的调相波里不仅含有了直流成份，而且还含有两倍的载波频率，因此，若将平方后的调相信号去掉直流成份，再经过一个中心频率为2ωc的带通滤波器和一个二分频电路就可以将我们所需要的载波频率提取出来了，这种提取载波的方法叫做平方变换法，其方框图见图1。
实验三位同步提取实验与帧同步提取实验一、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。
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、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。
5、观察帧同步码无错误时帧同步器的维持态。
6、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、20M双踪示波器一台4、频率计（选用）一台四、实验原理1、位同步提取实验实验原理数字通信中，除了有载波同步的问题外，还有位同步的问题。
因为消息是一串相继的信号码元的序列，解调时常需要知道每个码元的起止时刻。
在最佳接收机结构中，需要对积分器或匹配滤波器的输出进行抽样判决。
抽样判决的时刻应位于每个码元的终止时刻，因此，接收端必须产生一个用作抽样判决的定时脉冲序列，它和接收码元的终止时刻应对齐。
我们把接收端产生与接收码元的重复频率和相位一致的定时脉冲序列的过程称为码元同步或位同步，而称这个定时脉冲序列为码元同步脉冲或位同步脉冲。
实现位同步的方法也和载波同步类似，可分插入导频法和直接法两类。
这两类方法有时也分别称为外同步法和自同步法。
数字通信中经常采用直接法，这种方法是发端不专门发送导频信号，而直接从数字信号中提取位同步信号的方法。
下面我们着重介绍自同步法。
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。
实验四载波提取实验一、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、观察相干载波相位模糊现象，并做分析。
三、预备知识1、载波提取的原理及实现方法。
2、科斯塔斯（Costas）环提取相干载波的原理与实现方法。
四、实验器材1、移动通信原理实验箱一台2、20M 双踪示波器一台五、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。
直接法有两种：1、平方变换法和平方环法2、科斯塔斯环法六、实验步骤1、安装好发射天线和接收天线。
2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再按下开关POWER301、POWER302、POWER401 和POWER402，对应的发光二极管LED301、LED302、LED401 和LED402 发光，CDMA 系统的发射机和接收机均开始工作。
3、发射机拨位开关“信码速率”、“扩频码速率”、“扩频”、“编码”均拨下，接收机拨位开关“信码速率”、“扩频码速率”、“跟踪”、“解码”均拨下。
此时系统的信码速率为1Kbit/s，扩频码速率为100Kbit/s。
4、将“SIGN1 置位”设置成不为全0 或全1 的码字。
将拨位开关“第一路”连接，拨位开关“第二路”断开，此时发射机输出GOLD1 为扩频码的第一路扩频信号。
将拨码开关“GOLD3 置位”拨为与“GOLD1 置位”一致。
说明：为了便于提取不同相位的载波，应将“SIGN1置位”设置为0、1个数相等。
载波同步提取试验概要载波同步提取试验是一种通过提取信号中的载波频率来实现同步的技术。
在无线通信领域，如果发送端和接收端的频率偏差过大，则无法正常通信。
因此，将接收端的频率与发送端同步非常重要。
本文将讨论载波同步提取试验的概述、目的、实验条件、实验步骤以及实验过程中需要注意的问题。
概述载波同步提取试验旨在通过提取接收端信号中的载波频率来实现和发送端的同步。
在无线通信中，载波频率一般是一个已知的常量，这个常量可以通过接收端的信号进行提取。
目的目前的无线通信技术中，载波同步提取技术已经得到了广泛应用。
然而，在实际使用过程中，如何准确地提取载波频率仍然是一个问题。
本实验旨在通过实验验证载波同步提取技术的可行性，并检验其在信号中正确提取载波频率的能力。
实验条件进行载波同步提取试验时应有以下条件：1.发送端和接收端采用同一类型的信号发生器2.发送端和接收端的载波频率应为已知常量3.发送端和接收端低通滤波器的截止频率应该相同实验步骤1.将信号发生器设置成发送端，并将载波频率设置为已知的常量f1。
将信号通过无线信道发送到接收端。
2.将信号发生器设置成接收端，并将载波频率设置为另一个已知的常量f2，注意要确保f2 ≠ f1。
接收器应是软件定义的，所以接收端如何处理数字信号的具体流程将不在讨论范围内。
3.将接收到的信号输入计算机中，并通过软件提取载波频率。
4.将提取的载波频率和已知的载波频率进行比较，如果它们的差异小于一个特定的阈值，则说明载波同步提取成功。
5.重复步骤1-4，分别使用不同频率的载波信号进行实验。
注意事项1.实验中需要确认发送端和接收端低通滤波器的截止频率相同，否则会导致信号被滤波掉。
2.在实验开始之前应该对实验设置和实验步骤进行仔细的计划和准备。
3.对实验结果的处理和分析应该有足够的专业知识和经验。
本文介绍了载波同步提取试验的概述、目的、实验条件、实验步骤以及实验过程中需要注意的问题。
通过实验检验，可以验证载波同步提取技术的可行性，并且检验其是否能够正确地提取载波频率。
实验八 锁相环和载波提取一、实验目的1、了解通信系统中锁相环的建立与仿真2、了解通信系统中载波提取电路的建立与仿真二、实验内容1、建立一个采用乘法器作为鉴相器的一阶锁相环。
2、构建一个抑制载波的双边带调制系统。
载波频率为10K ，被调信号为1K 正弦波，试用平方环恢复载波并进行解调。
三、实验原理：1、一阶锁相环VCOVCO 的振荡频率为100Hz ，控制灵敏度为kc=10Hz/V ，VCO 输出信号振幅为1V ，输入正弦信号振幅为1V 。
设输入信号为()cos(2())r t ft t πφ=+，VCO 输出信号为ˆ()sin(2())s t ft t πφ=+，则乘法鉴相器输出（滤除2倍频分量后）直接用来作为VCO 的控制信号()v t ，即1ˆ()sin()2v t φφ=- 显然，()[0.5,...0.5]v t ∈-。
VCO 的最大控制频偏为max[()]5c f k v t Hz ∆==因此，VCO 的振荡频率范围是95~105Hz ，如果输入信号频率超过该范围，锁相环将不能跟踪。
上图中，系统仿真步进设置为0.0001s ，这样，在100Hz 波形的一个周期中采样点数可达到100点。
显示波形很光滑。
2、抑制载波的双边带调制系统仿真步进设置为10-6s。
加性高斯白噪声信道中加入噪声方差为0.01的噪声。
用乘法器完成信号的平方运算。
带通滤波器的通带设置为19~21kHz。
后面的乘法器与VCO共同组成锁相环，要使锁相环能够锁定，VCO的中心频率可设置为20K 附近，如20.3K，控制灵敏度可设置为4000Hz/V。
通过COUNTER模块二分频得到恢复载波。
COUNTER模块设置为升计数上升沿触发模式，最大计数值为1，输出端为计数输出，输出数据类型为双精度的。
计数器的初始状态可设置为0或1，这将决定输出恢复载波的相位。
最下面的乘法器是直接使用发送载波进行理想相干解调。
可用开关切换相干解调时的载波。
通信原理实验报告熊谆通信工程一、实验目的1、熟悉各种时钟信号的特点及波形。
2、熟悉各种数字信号的特点及波形。
二、实验内容1、熟悉cpld可编程信号发生器各测量点的波形。
2、测量并分析各测量点的波形及数据。
3、学习cpld可编程器件的编程操作。
三、实验原理Cpld可编程模板用来来产生实验系统所需要的各种时钟信号和各种数字信号，它由cpld 可编程器件ALTERA公司的EPM240T100C5，下载接口电路和一块晶振组成。
晶振JZI用来产生系统内的32.768MHz主时钟。
1）时钟信号产生电路将晶振产生的时钟送入cpld内计数器进行分类，生成实验所需的是时钟信号通过S4和S5来改变时钟频率。
有两组时钟输出，输出点为“CLK1”和“clk2”。
2）伪随机序列产生电路通常产生伪随机序列的电路为宜反馈移存器。
信号源产生的15位的M序列，由“pn”端口输出，可根据需要生成不同频率的位随机码。
3）帧同步信号产生电路信号源产生8K的同步信号，用作脉冲编码调制的帧同步输入，由“FS”输出。
4）NRZ码复用电路以及码选信号产生电路码选信号产生电路：主要是用于8选1电路的码选信号；NRZ复用电路：将三路八位串行信号送入CPLD，进行固定速率时分复用，复用输出一路24位NRZ码，输出端口为“NRZ”，码速率由拨码开关S5控制。
四、实验器材电子通信实验箱、示波器五、实验过程1）实验测试点说明：CLK1：第一组时钟信号输出端口，通过拨码开关S4选择；CLK2：第二组时钟信号输出端口，通过拨码开关S5选择；FS：脉冲编码调制的帧同步信号输出端口。
（窄脉冲，频率为8K）；NRZ：24位NRZ信号输出端口，码型由拨码开关S1,S2，S3控制，码速率与第二组时钟速率相同；PN：伪随机序列输出，码型为010，码速率和第一组时钟速率相同，由S4控制。
NRZIN：解码后NRZ码输入BS：NRZ码解复用时的位同步信号输入；FSIN：NRZ码解复用时的帧同步信号输入。
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。
（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。
（3）观测“插入指示”和“扣除指示”。
从图中可以看出如果，如果前一个输入有跳变出现时，结果被判断为有效，输出结果判定为1，否则判为0，为无效。
由分析可知，，对比数字锁相环输入和鉴相输出，鉴相输出明显有超前现象，大约为2个码元。
分析原因如下： 本实验采用的是微分型LL-DPD 二元鉴相器，抗干扰性能不强但是结构简单，比较容易实现，分析其工作性能可知，LL-DPD 在CLKEst 跳变沿处采样的码值，寄存在Men 中，在CLKEst 下降沿处再将他们对应送到两路异或逻辑中，判断相位误差信息并输出。
思考题：分析波形有何特点，为什么会出现这种情况。
观察插入指示和扣除指示，发现有明显的的扣除现象。
查阅资料发现，分频器输出的信号频率与所需频率十分接近，把它和从信号中提取的相位参考信号同时送入相位比较器，比较结果示出本地频率高了时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，从而达到同步。
在本实验中出现了抹掉脉冲现象，原因是本地振荡频率应降低。
（4）以信号源模块“CLK”为触发，观测13号模块的“BS2”。
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？存在抖动情况。
那是因为可变分频器的存在，它使得下一个时钟沿的到来时间不是很确定，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8 载波同步仿真实验8.1 实验目的1. 掌握载波同步几种常见的方法。
2. 掌握科斯塔斯环法实现载波同步的基本原理和过程。
3. 掌握用MATLAB/Simulink对载波同步过程进行建模和分析的方法。
8.2 实验原理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载相干载波；这样分离出的本地相干载波必然和接收信号载波频率相同，但是为了使相位也相同，可能需要对分离出的载波相位作适当调整。
若接收信号中没有离散载频分量，则接收端需要用较复杂的方法从信号中提取载波。
科斯塔斯环法利用锁相环提取载频，相比平方环法，它不需要对接收信号作平方运算，同时还能直接输出解调信号，所以本身就同时兼有提取相干载波和相干解调的功能，而且在理论上与平方环法的性能是一样的。
科斯塔斯环法原理及数学表达式详见教材13.2节相关内容。
8.3 实验内容1、基本要求（1）搭建科斯塔斯环法提取2PSK信号相干载波仿真模型（2）分别观察信源模块输出的2PSK信号波形、载波波形和基带信号波形、科斯塔斯环载频输出信号波形、载频输出与2PSK信号相乘结果波形、上下两路滤波器输出信号波形，并记录相关实验数据。
（注意：记录的波形要有整体和细节展示两部分）。
（3）分别调整2PSK信号载波频率、压控振荡器（VCO）静止频率等参数，重复观察并对比（2）中相关波形，记录相关实验数据，体会并总结出现频率偏差时锁相环的锁定功能以及对各输出信号波形的影响。
（注意：记录的波形要有整体和细节展示两部分）。
2、提高部分结合前面实验中抽样判决器的模型，将解调输出信号变为单极性非归零波形，并与信源提供的基带信号进行对比，记录相关实验数据和波形。
3、扩展部分（1）结合实验2，将2PSK信号生成模块换成2ASK、2FSK或2DPSK信号生成模块，重复上述步骤，提取相应信号的相干载波以及进行相干解调，恢复基带信号，并记录相关实验数据。
《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 2121]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：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 (21)cos(cos )(v 3θωθθωω++=+=t t m t t t m c c c（1７-3))]2sin()[sin (21)sin(cos )(v 4θωθθωω++=+=t t m t t t m c c c(17-4）经低通滤波器后的输出分别为：θcos )(21v 5t m =θsin )(21v 6t m =将ｖ5和v 6在相乘器中相乘,得,θ2sin )(81v v v 2657t m == (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,θ)(41v 27t m ≈ﻩﻩﻩ ﻩﻩﻩﻩ （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。
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性能的影响只是引起信噪比下降,对残留边带信号和单边带信号来说,相位误差不仅引起信噪比下降，而且还引起信号畸变。
载波同步系统的性能除了高效率、高精度外,还要求同步建立时间快、保持时间长等。
(二)电路组成本实验是采用科斯塔斯环法提取同步载波的。
由“PSK”输入的PSＫ调制信号分两路输出至两模拟乘法器（MＣ1496）的输入端，乘法器1(U2)与乘法器2（U5)的载波信号输入端的输入信号分别为0相载波信号与π/2相载波信号。
这样经过两乘法器输出的解调信号再通过有源低通滤波器滤掉其高频分量，由乘法器U4(MC1496)构成的相乘器电路，去掉数字基带信号中的数字信息。
得到反映恢复载波与输入载波相位之差的误差电压Ud，Ud经过压控晶振ＣRＹ1（1６.３84M）后，再进入CPLD （EPM2４0T)进行１28分频，输出0相载波信号。
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。
图17-４载波同步电路五、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S5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：4、打开电源,观察PSK调制源状态图10-１1２8Ｋ同步正弦波图10-2 PSＫ调制信号CH1是3２kｂ/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)。
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32ｋｂ／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6、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，频率为1２８K.。
图10-4 0相鉴相输出波形ＣＨ1是３2kb/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１０-５误差电压CＨ1是32ｋb/s PN基带信号，ＣH2是误差电压图１0-6 16．384MHZ振荡输出图１0－7０相（载波输出）和π/２相载波(正交载波)分析1:根据选定误差范围来选择振荡频率，相对误差对解调有影响，根据误差公式ｔe ＝Tｓ/n,当振荡输出频率为16.384ＭHZ时，即分频系数与振荡频率相乘为１6.384ＭHＺ，此时ｔe=6×10－８;若振荡输出为128MＨZ，此时t e＝7．8×１0－6 可以看出精度变小,由于实验提取的是128K载波，１6.３84M经CPLD进行1２8K分频后,得到的频率刚好是128K,所以选择１6.384ＭHZ。
分析2：由”PSK”输入的PSK解调信号分两路输出至两模拟乘法器的输入端,乘法器的两路载波信号输入端的输入分别是0相载波信号和π／2相载波信号。
经过两乘法器输出的解调信号再通过有源低通滤波器滤除高频成分,由乘法器构成的相乘电路,去掉数字基带信号中的数字信息,得到反映恢复载波与输入载波相位之差的误差电压,误差电压经过压控晶振后，再进入CPＬＤ进行１28分频，输出０相载波信号。
分析3：在科斯塔斯环环路中,误差信号是由低通滤波器及两路相乘提供，压控振荡器输出信号直接供给一路相乘,供给另一路的则是压控振荡器输出经过九十度移相后的信号,两路相乘器的输出均包含有调制信号,两者相乘以后即可以消除调制信号的影响,经过环路滤波器得到仅与压控振荡器输出和理想载波之间的相位差有关的压控电压，分析4:误差电压与相位误差成正比，它就相当于一个鉴相器的输出，用误差电压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值,这样压控振荡器的输出就是所需提取的载波。
7、实验结束关闭电源，拆除连线,整理实验结果完成实验报告。
六、对实验十一位同步提取试验的分析图1１－１８Ｋ编译码位时钟图１1-2 ＨDB3码输出图11-3 HＤB3码的“-1”码图11-4HDB3码的“+1”码分析:1:接收端在接收信息的时候，需要根据数字信号的同步脉冲来判断每一位的开始,试验中使用的是单极性不归零码，单极性不归零码不含脉冲信号,故无法直接获得同步脉冲信号，所以必须将单极性不归零吗转换为“０”“1”不等概的双极性码伪随机码，从而提取同步脉冲，HＤB3码的“+1”“-１”码可为同步脉冲，通过HDB3码的特性获取同步脉冲。
观察波形如下图所示图11-５“TH9”微分波形ＣH1是８Ｋ基带信号的HDB3码,CH2是ＨDB3码微分波形图1１-6 全波整流输出ＣＨ1是HDB3码微分波形，ＣH2是全波整流输出图１1-7 低通输出的8K振荡信号CH1是全波整流输出，ＣH2是8K全波整流脉冲产生的振荡信号分析２:通过对上下升沿进行微分之后的波形有的顶部失真，这是由于它对应的HＤB３码是由-1跳变到+1，微分波形幅度会很大，由于电路的限流作用,导致顶部失真，这种失真对后面的取样判决有影响,可能会产生误判,因此需要通过改变取样电平来对进行校正,于不归零的随机二进制序列，不能直接从其中滤出位同步信号,但是若对该信号进行某种变化，试样中通过HDＢ3码来提取同步信号，首先进行变化，然后通过一微分，整流，就是为了得到所需的位同步信号。
