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一、实验目的1. 掌握同步解调的基本原理和方法；2. 理解同步解调在通信系统中的应用；3. 学会使用相关实验设备进行同步解调实验；4. 分析实验结果，提高对同步解调的理解。
二、实验原理同步解调是一种将调制信号还原为原始信号的过程，它是通信系统中重要的解调方式之一。
同步解调的基本原理是：在接收端，通过对接收到的信号进行同步处理，提取出与发送端相同的载波信号，然后利用这个同步载波信号对接收到的调制信号进行解调，最终还原出原始信号。
同步解调可以分为相干解调和非相干解调。
相干解调需要接收端与发送端具有相同的载波信号，而非相干解调则不需要。
本实验主要介绍相干解调。
相干解调的原理如下：1. 载波同步：在接收端，通过锁相环（PLL）或载波恢复电路，提取出与发送端相同的载波信号。
2. 解调：将提取出的同步载波信号与接收到的调制信号相乘，得到解调信号。
3. 低通滤波：对解调信号进行低通滤波，滤除高频分量，得到原始信号。
三、实验器材1. 信号发生器：用于产生调制信号和载波信号；2. 双踪示波器：用于观测实验信号波形；3. 低通滤波器：用于滤波解调信号；4. 锁相环（PLL）：用于载波同步；5. 连接线：用于连接实验设备。
四、实验步骤1. 调制信号产生：使用信号发生器产生一个基带信号，作为调制信号。
2. 载波信号产生：使用信号发生器产生一个与调制信号频率相同的载波信号。
3. 调制：将基带信号与载波信号相乘，得到调制信号。
4. 同步载波提取：使用锁相环（PLL）或载波恢复电路，提取出与发送端相同的载波信号。
5. 解调：将提取出的同步载波信号与接收到的调制信号相乘，得到解调信号。
6. 滤波：对解调信号进行低通滤波，滤除高频分量，得到原始信号。
7. 观测与分析：使用双踪示波器观测调制信号、载波信号、解调信号和原始信号的波形，分析实验结果。
五、实验结果与分析1. 观测调制信号、载波信号、解调信号和原始信号的波形，发现解调信号与原始信号的波形相似，验证了同步解调的正确性。
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。
锁相环实验报告
《锁相环实验报告》
锁相环是一种常见的控制系统，广泛应用于通信、电力、自动控制等领域。
本
实验旨在通过搭建锁相环系统，验证其在信号同步和抑制噪声方面的性能。
实验设备包括信号发生器、锁相环模块、示波器等。
首先，我们将信号发生器
产生一个正弦波信号作为输入信号，然后将其输入到锁相环模块中。
锁相环模
块通过比较输入信号和反馈信号的相位差，控制其输出信号与输入信号同步。
最后，我们使用示波器观察输入信号、锁相环输出信号和反馈信号的波形，并
分析它们之间的相位关系和噪声抑制效果。
实验结果表明，锁相环系统能够有效地实现输入信号和输出信号的同步，且具
有良好的抑制噪声能力。
当输入信号频率发生变化时，锁相环系统能够迅速跟
随并调整输出信号，保持同步状态。
同时，锁相环系统还能够抑制输入信号中
的噪声，输出信号的波形更加稳定。
通过本次实验，我们深入了解了锁相环系统的工作原理和性能特点，为其在实
际应用中提供了有力的支持。
锁相环系统的同步性能和噪声抑制能力对于通信、电力系统等领域具有重要意义，本实验结果对于相关领域的研究和应用具有一
定的参考价值。
模拟锁相环实验报告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 02U P 01512K H z 分频器÷4分频器÷8H 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 06T P P 04T P P 05256K b itp sT P P 07带通滤波器T P P 01U 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：1、跳线开关KP01用于选择UP01的鉴相输出。
兰州大学信息科学与工程学院《通信原理》实验教学大纲一、课程基本信息：实验课程编号：实验课程名称：《通信原理》实验课（Experiment Course for Principles of Communications）实验课程性质：单列实验课实验课程类型：必做实验课程负责人：张冠茂等适用专业：电子信息科学与技术专业、通信工程专业实验总学时：36总 学 分：1必开实验个数：7 选开实验个数：2二、本实验的地位、作用和目的：《通信原理》是高等院校理工科电子信息类、通信工程类等专业的一门重要的专业基础课。
在课堂教学中，主要讲述现代通信系统的基本组成、基本性能指标和基本分析方法，在强调通信信号设计的数学表达和推导的同时，以各种调制技术的分析作为主线，紧紧围绕通信系统的有效性和可靠性这对基本矛盾展开分析，对各种通信系统的性能指标进行评价与比较。
因此在学习了相关理论知识的基础上，《通信原理》实验课程是作为《通信原理》专业基础课的实践教学环节而开设的。
本专业实验的主要作用就是通过实验教学环节使学生对《通信原理》课程的课堂教学内容进行实践检验，使学生对所学过的抽象的理论知识有更进一步的感性认识，从而达到巩固课堂教学效果，加强学生对通信系统基本构成及其工作过程的深层次理解的根本目的。
三、实验基本要求：1、本实验课程属于专业基础实验。
2、本实验课程属于验证型实验。
3、本实验课程对于电子信息科学与技术专业以及通信工程专业都属于必修实验。
4、在实验中，要求每组实验人数为2人/组。
5、本实验进行前要求预先熟悉相关测试仪器的用法和操作步骤。
6、实验进行前要求按照实验指导书并结合课程教材做好实验预习工作；做实验时请先插线，待连线检查无误后方能上电，严禁带电将连接导线在实验箱面板上拖行，避免短路损坏实验设备；实验完成后，等待指导教师检查合格后方能断电拆线，并将实验设备恢复原状放好。
7、实验期间，请遵守实验室纪律，要爱护各种实验仪器仪表，否则造成的损失后果自负。
锁相环实验报告锁相环实验报告一、实验目的本次实验的目的是了解锁相环（PLL）的原理和应用，掌握PLL电路的设计和调试方法，以及了解PLL在通信系统中的应用。
二、实验原理1. PLL原理锁相环是一种基于反馈控制的电路，由比例积分环节、相位检测器、低通滤波器和振荡器等组成。
其基本原理是将输入信号与参考信号进行比较，并通过反馈调整振荡频率，使得输入信号与参考信号同步。
2. PLL应用PLL广泛应用于通信系统中，如频率合成器、时钟恢复器、数字调制解调器等。
三、实验设备和材料1. 实验仪器：示波器、函数发生器等。
2. 实验元件：电阻、电容等。
四、实验步骤1. 搭建PLL电路并连接到示波器上。
2. 调节函数发生器输出正弦波作为参考信号，并将其输入到PLL电路中。
同时，在函数发生器上设置另一个正弦波作为输入信号，并将其连接到PLL电路中。
3. 调节PLL参数，包括比例积分系数和低通滤波器截止频率等，使得输入信号与参考信号同步。
4. 观察示波器上的输出波形，记录下PLL参数的取值。
五、实验结果与分析1. 实验结果通过调节PLL参数，成功实现了输入信号与参考信号的同步，并在示波器上观察到了稳定的输出波形。
记录下了PLL参数的取值，如比例积分系数和低通滤波器截止频率等。
2. 实验分析通过本次实验，我们深入了解了锁相环的原理和应用，并掌握了PLL电路的设计和调试方法。
同时，我们也了解到PLL在通信系统中的重要作用，如时钟恢复、数字调制解调等。
六、实验结论本次实验成功地实现了输入信号与参考信号的同步，并掌握了PLL电路的设计和调试方法。
同时也加深对于PLL在通信系统中应用的认识。
七、实验注意事项1. 在搭建电路时应注意接线正确性。
2. 在调节PLL参数时应注意逐步调整，避免过度调整导致系统失控。
3. 在观察示波器输出波形时应注意放大倍数和时间基准设置。
锁相环实验报告锁相环实验报告引言：锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种常见的电子系统控制技术，广泛应用于通信、测量、信号处理等领域。
本实验旨在通过设计和搭建一个基本的锁相环电路，深入理解锁相环的原理和应用。
一、实验目的本实验的主要目的是通过搭建锁相环电路，实现对输入信号的频率、相位的跟踪和稳定。
具体目标包括：1. 理解锁相环的基本原理和工作方式；2. 学会设计和搭建基本的锁相环电路；3. 通过实验验证锁相环的频率和相位跟踪性能。
二、实验原理1. 锁相环的基本原理锁相环是一种反馈控制系统，由相位比较器、低通滤波器、电压控制振荡器（Voltage Controlled Oscillator，简称VCO）和分频器组成。
其基本原理如下：（1）相位比较器：将输入信号和VCO输出信号进行相位比较，输出相位误差信号；（2）低通滤波器：对相位误差信号进行滤波，得到控制量；（3）VCO：根据控制量调整输出频率，使其与输入信号保持相位同步；（4）分频器：将VCO输出信号分频后反馈给相位比较器，形成闭环控制。
2. 锁相环的应用锁相环广泛应用于频率合成、时钟恢复、频率/相位调制解调等领域。
例如，在通信系统中，锁相环常用于时钟恢复电路，保证数据传输的稳定性和可靠性。
三、实验内容与步骤1. 实验器材与元件准备（1）信号发生器：产生待测频率的正弦信号；（2）锁相环芯片：如CD4046、PLL565等；（3）电阻、电容等元件：用于搭建锁相环电路；（4）示波器：用于观测和分析实验结果。
2. 搭建锁相环电路根据锁相环的基本原理和实验要求，设计和搭建一个简单的锁相环电路。
电路中包括相位比较器、低通滤波器、VCO和分频器等模块，并连接好电源和地线。
3. 实验操作步骤（1）将信号发生器的输出信号接入锁相环电路的输入端；（2）调节信号发生器的频率，观察锁相环的跟踪效果；（3）通过示波器观察锁相环输出信号的频率和相位稳定性。
用于载波提取的锁相环仿真目的1掌握锁相环的基本原理2介绍锁相环在载波抽取中的促进作用3介绍平方环和科斯塔斯环的工作原理内容设计两个仿真模型，分别采用平方环和科斯塔斯环对遏制载波双边拎调制的模拟信号展开电磁波模拟信号。
原理1平方环路设调制信号为m(t)中无直流分量，则dsb信号为s(t)?m(t)cos?ct（3－1）接收端将该信号经过一个平方律部件后得到m2(t)12e(t)?m(t)cos?ct??m(t)cos2?ct22（3－2）222m(t)的均值是基带信号的功率，是一个正的常数，因此上式中含有2?c频率在上式中分量的谐波，用中心频率为2?c的带通滤波器将这一谐波分量选出后，再通过锁相环选定，最后对锁相环vco输入信号展开2分频即可恢复正常载波。
平方环路的原理框图如下图右图：图3-1平方环载波提取原理框图2科斯塔斯环利用平方环进行解调时，需要三个乘法器，且锁相环工作在载波的二倍频上。
如果载波频率较高，锁相环将需要工作在相当高的频率上，导致成本大大提高。
因此，科斯塔斯环针对这一缺点进行了改进。
本就是使用科斯塔斯环法抽取同步载波的。
科斯塔斯环又称同二者拓扑环路，其原理框图如下：v3低通v5v1输入已调信号输出压控振荡器环路滤波器v790о相移v2v4低通v6图3-2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。
压控振荡器输出来信号轻易供给一路相加器，供给另一路的则就是甩往下压振荡器输入经90o移相后的信号。
两路相加器的输入均涵盖存有调制信号，两者相加以后可以消解调制信号的影响，经环路滤波器获得仅与压控振荡器输入和理想载波之间相位差有关的掌控电压，从而精确地对压往下压振荡器展开调整，恢复正常出来完整的载波信号。
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m(t)cos?ct，则v3?m(t)cos?ctcos(?ct??)?1m(t)[cos??cos(2?ct??)]2（3－3）1m(t)[sin??sin(2?ct??)]2（3－4）v4?m(t)cos?ctsin(?ct??)?经低通滤波器后，倍频项被滤除，输出分别为：v5?1m(t)cos?21v6?m(t)sin?2v7?v5v6?12m(t)sin2?8将v5和v6在相乘器中相乘，得，（3－5）（3－5）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， v7?12m(t)?4（3－6）（3－6）中的v7大小与增益误差θ成正比，它就相等于一个鉴相器的输入。
实验十四模拟锁相环实验一、实验目的1、了解用锁相环构成的调频波解调原理。
2、学习用集成锁相环构成的锁相解调电路。
二、实验内容1、掌握锁相环锁相原理。
2、掌握同步带和捕捉带的测量。
三、实验仪器1、1号模块 1块2、6号模块 1块3、5号模块 1块4、双踪示波器 1台四、锁相环的构成及工作原理1、锁相环路的基本组成锁相环由三部分组成，如图14-1所示，它由相位比较器PD、低通滤波器LF、压控振荡器VCO三个部分组成一个闭合环路，输入信号为V i(t),输出信号为V0(t),反馈至输入端。
下面逐一说明基本部件的作用。
鉴相器PD 环路滤波器LF压控振荡器VCO)(t V i)(tVD)(tVC)(tV 图14-1 锁相环组成框图一、压控振荡器（VCO）VCO是本控制系统的控制对象，被控参数通常是其振荡频率，控制信号为加在VCO上的电压，故称为压控振荡器，也就是一个电压－频率变换器，实际上还有一种电流－频率变换器，但习惯上仍称为压控振荡器。
二、鉴相器（PD ）PD 是一个相位比较装置，用来检测输出信号V 0(t)与输入信号V i (t)之间的相位差θe (t)，并把θe (t)转化为电压V d (t)输出，V d (t)称为误差电压，通常V d (t)作为一直流分量或一低频交流量。
三、环路滤波器（LF ）LF 作为一低通滤波电路，其作用是滤除因PD 的非线性而在V d (t)中产生的无用的组合频率分量及干扰，产生一个只反映θe (t)大小的控制信号V e (t)。
按照反馈控制原理，如果由于某种原因使VCO 的频率发生变化使得与输入频率不相等，这必将使V 0(t)与V i (t)的相位差θe (t)发生变化，该相位差经过PD 转换成误差电压V d (t)，此误差电压经LF 滤波后得到V c (t)，由V c (t)去改变VCO 的振荡频率使趋近于输入信号的频率，最后达到相等。
环路达到最后的这种状态就称为锁定状态，当然由于控制信号正比于相位差，即)()(t t V e d θ∝因此在锁定状态，θe (t)不可能为零，换言之在锁定状态V 0(t)与V i (t)仍存在相位差。
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ud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ud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ud ，若ud为直流，则调节载波同步模块上的可变电容C34，ud随C34减小而减小，随C34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C34，可使ud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，VP-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，VP-P＞0.2VCAR-OUT 相干载波信号输出点/测试点图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。
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ui(t)与uo(t)之间的相位误差并进行运算形成误差电压ud(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uc(t)，在uc(t)的作用下、uo(t)的相位向ui(t)的相位靠近。
设ui(t)=Uisin[ωit+θi(t)]，uo(t)=Uocos[ωit+θo(t)]，则ud(t)=Udsinθe(t)，θe(t)=θi(t)-θo(t)，故模拟锁相环的PD是一个正弦PD。
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..实验二参考结果实验三 ASK调制与解调实验一、实验目的理解ASK调制方法与解调方法..二、实验原理本实验中ASK调制方法：键控法原始数字信号采用250HZ方波信号代替;载波为2KHZ正弦交流信号;利用方波信号切换开关电路实现调制过程..本实验中ASK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ASK调制方法与解调方法..实验三参考结果实验四 FSK调制与解调实验一、实验目的理解FSK调制方法与解调方法..二、实验原理本实验中FSK调制方法：键控法原始数字信号采用250HZ方波信号代替;载波分别为2KHZ和1KHZ正弦交流信号;利用方波信号切换开关电路实现调制过程..本实验中FSK解调方法：PLL电路+低通滤波＋抽样判决器..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FSK调制方法与解调方法..实验四参考结果实验五时分复用数字基带传输一、实验目的掌握时分复用数字基带通信系统的基本原理及数字信号传输过程..二、实验原理本实验用数字信源模块、数字终端模块、位同步模块及帧同步模块连成一个理想信道时分复用数字基带通信系统;使系统正常工作..用示波器观察分接后的数据信号、用于数据分接的帧同步信号、位同步信号..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PCM调制方法与解调方法..实验五参考结果实验六光纤传输实验一、实验目的掌握抽样定理;了解时分复用原理;了解光纤的基本原理及传输过程..二、实验原理本实验用PCM调制及解调板、光通信发射及接收板、光纤通信模块组成音乐光纤传输通信系统;使系统正常工作..用示波器观察各测试信号..三、实验所需部件调制板、解调板、发射板、接收板、光纤通信模块、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光纤传输方法..实验六参考结果实验七模拟锁相环与载波同步一、实验目的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..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..了解相干载波相位模糊现象产生的原因..二、实验原理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..本实验系统的载波同步提取模块用平方环;原理方框图如图7-1所示..模块内部使用+5V、+12V、-12V电压;所需的2DPSK输入信号已在实验电路板上与数字调制单元2DPSK输出信号连在一起..图7-1 载波同步方框图本模块上有以下测试点及输入输出点：• MU 平方器输出测试点;V＞1VP-P＞0.2V• VCO VCO输出信号测试点;VP-P鉴相器输出信号测试点• Ud• CAR-OUT 相干载波信号输出点/测试点图7-1中各单元与电路板上主要元器件的对应关系如下：•平方器U25：模拟乘法器MC1496•鉴相器U23：模拟乘法器MC1496；U24：运放UA741•环路滤波器电阻R25、R68；电容C11•压控振荡器CRY2：晶体；N3、N4：三极管3DG6•放大整形N5、N6：3DG6；U26:A：74HC04•÷2 U27：D触发器7474•移相器U28：单稳态触发器7474•滤波器电感L2；电容C30下面介绍模拟锁相环原理及平方环载波同步原理..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7-2所示..u o (t)图7-2 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 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 tFP;FP 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7-3所示..θi (t)o (t)图7-3 模拟环数学模型当6)(πθ≤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、单位为V/rad;则环路线性化数学模型如图7-4所示..θi (t)θo (t)图7-4 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u i t 是固定频率正弦信号θi 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ωo 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ωi ;此时θo t 也是一个常数;u d t 、u c t 都为直流..我们称此为环路的锁定状态..定义Δωo =ωi -ωo 为环路固有频差;Δωp 表示环路的捕捉带;ΔωH 表示环路的同步带;模拟锁相环中Δωp <ΔωH ..当|Δωo |<ΔωP 时;环路可以进入锁定状态..当|Δωo |<ΔωH 时环路可以保持锁定状态..当|Δωo |>ΔωP 时;环路不能进入锁定状态;环路锁定后若Δωo 发生变化使|Δωo |>ΔωH ;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u d t 是一个上下不对称的差拍电压;当ωi >ωo ;u d t 是上宽下窄的差拍电压；反之u d t 是一个下宽上窄的差拍电压..• 环路对θi t 呈低通特性;即环路可以将θi t 中的低频成分传递到输出端;θi t 中的高频成分被环路滤除..或者说;θo t 中只含有θi t 的低频成分;θi t 中的高频成分变成了相位误差θe t..所以当u i t 是调角信号时;环路对u i t 等效为一个带通滤波器;离ωi 较远的频率成分将被环路滤掉..• 环路自然谐振频率ωn 及阻尼系数ζ具体公式在下文中给出是两个重要参数..ωn 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；ζ越大;环路稳定性越好..• 当环路输入端有噪声时;θi t 将发生抖动;ωn 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..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2ωc 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;ωn 、ζ、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：L n L n d n B fQ B C R C R R K K o21168116825o,)41(8,2,)(=+==+=ζζωωζω 式中f o =4.433×106HZ;等于载频的两倍..设计环路时通过测量得到K d 、K o ;一般选ζ值为0.5~1;根据任务要求选定ωn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C 34也会改变输出信号与输入信号的相位关系为什么;请思考..可对相干载波的相位模糊作如下解释..在数学上对cos2ωct进行除2运算的结果是cosωc t或-cosωct..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、实验所需部件数字信源单元、数字调制单元和载波同步单元..四、实验步骤环路锁定时ud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ud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ud ;若ud为直流;则调节载波同步模块上的可变电容C 34;ud随C34减小而减小;随C34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C34;可使ud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..接通电源后ud 也可能是差拍信号;表示环路已处于失锁状态..失锁时ud的最大值和最小值就是锁定状态下ud的变化范围对应于环路的同步范围..环路处于失锁状态时;CAR和CAR-OUT频率不相等..调节C34使ud的差拍频率降低;当频率降低到某一程度时ud会突然变成直流;环路由失锁状态变为锁定状态..2测量同步带与捕捉带环路处于锁定状态后;慢慢增大C34;使ud增大到锁定状态下的最大值ud1此值不大于+12V；继续增大C34;ud变为交流上宽下窄的周期信号;环路失锁..再反向调节减小C34;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；继续减小C34;使ud减小到锁定状态下的最小值ud3；再继续减小C34;ud变为交流下宽上窄的周期信号;环路再次失锁..然后反向增大C34;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..令ΔV1=ud1- ud3;ΔV2=ud2- ud4;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ΔV1＞ΔV2..设VCO的灵敏度为KHZ/V;则环路同步带ΔfH及捕捉带ΔfP 分别为：ΔfH=KΔV1/2 ;ΔfP=KΔV2/2 ..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C34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ΔfH =Kud1-6或Δf H =K 06-u d3、Δf P =K 0u d2-6或Δf P =K 06-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..此时向某一方向改变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入信号不是一个纯净的正弦信号所造成的.. 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;关闭电源开关;然后再打开电源;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..5. 观察相干载波相位模糊现象使环路锁定;用示波器同时观察调制单元的CAR 和载波同步单元的CAR-OUT 信号;调节电位器P 1或微调电容C 34使两者成为反相或同相..反复断开、接通电源可以发现这两个信号有时同相、有时反相..五、实验报告要求1. 总结锁相环锁定状态及失锁状态的特点..2. 设K 0=18 HZ/V ;根据实验结果计算环路同步带Δf H 及捕捉带Δf P ..3. 由公式116825o )(C R R K K d n +=ω及n CR ωζ21168=计算环路参数ωn 和ζ;式中K d =6 V/rad;K o =2π×18 rad/s.v;R 25=2×104 Ω;R 68=5×103 Ω;C 11=2.2×10-6 F ..f n =ωn /2π应远小于码速率;ζ应大于0.5..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..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..实验八数字锁相环与位同步一、实验目的掌握数字锁相环工作原理以及触发式数字锁相环的快速捕获原理..掌握用数字环提取位同步信号的原理及对信息代码的要求..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、实验原理可用窄带带通滤波器;锁相环来提取位同步信号..实验一中用模数混合锁相环电荷泵锁相环提取位同步信号;它要求输入信号是一个准周期数字信号..实验三中的模拟环也可以提取位同步信号;它要求输入准周期正弦信号..本实验使用数字锁相环提取位同步信号;它不要求输入信号一定是周期信号或准周期信号;其工作频率低于模数环和模拟环..用于提取位同步信号的数字环有超前滞后型数字环和触发器型数字环;此实验系统中的位同步提取模块用的是触发器型数字环;它具有捕捉时间短、抗噪能力强等特点..位同步模块原理框图如图8-1所示..其内部仅使用+5V电压..图8-1 位同步器方框图位同步模块有以下测试点及输入输出点：• S-IN 基带信号输入点/测试点2个• BS-OUT 位同步信号输出点/测试点3个图8-1中各单元与电路板上元器件的对应关系如下：•晶振CRY3：晶体；U39：7404•控制器U48：或门7432；U41：计数器74190•鉴相器U40：D触发器7474•量化器U45：可编程计数器8254•数字环路滤波器由软件完成•数控振荡U46、U45：8254•脉冲展宽器U47：单稳态触发器74123位同步器由控制器、数字锁相环及脉冲展宽器组成;数字锁相环包括数字鉴相器、量化器、数字环路滤波器、数控振荡器等单元..下面介绍位同步器的工作原理..数字锁相环是一个单片机系统;主要器件是单片机89C51及可编程计数器8254..环路中使用了两片8254;共六个计数器;分别表示为8254A 0、8254A 1、8254A 2、8254B 0、8254B 1、8254B 2..它们分别工作在M 0、M 1、M 2三种工作模式..M 0为计数中断方式;M 1为单稳方式;M2为分频方式..除地址线、数据线外;每个8254芯片还有时钟输入端C 、门控信号输入端G 和输出端O ..数字鉴相器电原理图及波形图如图8-2a 、图8-2b 所示..输出信号宽度正比于信号u i 及u o 上升沿之间的相位差;最大值为u i 的码元宽度..称此鉴相器为触发器型鉴相器;称包含有触发器型鉴相器的数字环路为触发器型数字锁相环..u i (b) 波形(a) 电路u du o图8-2 数字鉴相器量化器把相位误差变为多进制数字信号;它由工作于M 0方式、计数常数为N 0的8254 B 2完成N 0为量化级数;此处N 0=52..u d 作为8254B 2的门控信号;u d 为高电平时8254B 2进行减计数;u d 为低电平时禁止计数;计数结束后从8254B 2读得的数字为N d = N 0-N ’d 8-1式中N ’d 为u d 脉冲宽度的量化值下面用量化值表示脉冲宽度和时间间隔;N 0≥N ’d ;读数结束后再给8254B 2写入计数常数N 0..读数时刻由8254A 2控制;它工作在M 1模式;计数常数为N 0;u i 作为门控信号..一个u i 脉冲使8254A 2产生一个宽度为N 0的负脉冲;倒相后变为正脉冲送到89C51的1INT 端;而89C51的外中断1被设置为负跳变中断申请方式..由于8254A 2产生的脉冲宽度不小于u d 脉冲宽度且它们的前沿处于同一时刻;所以可以确保中断申请后对8254B 2读数时它已停止计数..数字环路滤波器由软件完成..可采用许多种软件算法;一种简单有效的方法是对一组N 0作平均处理..设无噪声时环路锁定后u i 与u o 的相位差为N 0/2;则在噪声的作用下;锁定时的相位误差可能大于N 0/2也可能小于N 0/2..这两种情况出现的概率相同;所以平均处理可以减小噪声的影响;m 个N d 值的平均值为∑==mi did m NN 18-2数字滤波器的输出为N c = N o / 2 + N d 8-3数控振荡器由四个8254计数器及一些门电路构成;其原理框图如图8-3所示;图中已注明了各个计数器的工作方式和计数常数..以下分析环路的锁定状态及捕捉过程;此时不考虑噪声的影响..图8-3 数控振荡器环路开始工作时;软件使8254B0和8254B1输出高电平;从而使8254A1处于计数工作状态、8254B1处于停止计数状态;G6处于开启状态;8254A1输出一个周期为N的周期信号..若环路处于锁定状态;则N’d =N/2;由式8-1及式8-2得Nd=N/2..此时89c51的P1.4口不输出触发脉冲;8254A输出端仍保持初始化时的高电平;从而使8254B0的门控端G保持低电平、输出端O保持高电平..这样可保持8254A1、8254B1的工作状态不变、环路仍处于锁定状态..若环路失锁;则N’d ≠N/2;Nd≠N/2;P1.4口输出一个正脉冲u2;在u2作用下;8254A输出一个宽度为N的负脉冲;倒相后变为正脉冲u3送给与门G2..G2的另一个输入信号u1来自8254A1..在G1输出的宽度为N的正脉冲持续时间内;8254A1一定有也只有一个负脉冲信号输入;此负脉冲经G4倒相后与G1输出的正脉冲相与后给8254B的G端送一个触发信号u4..在u4的作用下;8254B0输出一个宽度为N-2的负脉冲..在这段时间内;8254A1停止计数工作;8254B1进行减计数且在此时间内的最后一个时钟周期输出一个负脉冲..8254B输出的负脉冲的后沿重新启动8254A1;使它重新作÷N分频..设m=1;上述过程的有关波形如图8-4所示;图中uO为环路锁定状态下数控振荡器的输出信号..由图8-4可见;不管失锁时相位误差多少不会大于N;只要对数控振荡器作一次调整;就可使环路进入锁定状态;从而实现快速捕捉..程序流程如图8-5所示;输入信号ui 使IE1置“1”;且使8254B2计数;对IE1进行位操作时又使之置“0”..由于量化误差;故当Nd 为N／2;N/2＋1或N/2－1时;环路皆处于锁定状态;不对数控振荡器进行调整..程序中令m=16;进行16次鉴相后做一次平均运算;若发现环路失锁;则对数控振荡器进行一次调整..控制器的作用是保证每次对8254B2进行读操作之前鉴相器只输出一个正脉冲;它由或门7432U5:B及16分频器74190U13组成..uiu1u 2u 3u4u5u6uOu’O图8-4 捕获过程波形当数字环输入信号的码速率与数控振荡器的固有频率完全相同时;环路锁定后输入信号与反馈信号即位同步信号的相位关系是固定的且符合抽样判决器的要求当然开环时它们的相位误差也是固定的;但不符合抽样判决器的要求..输入信号码速率决定于发送端的时钟频率;数控振荡器固有频率决定于位同步器的时钟频率和数控振荡器固有分频比..由于时钟信号频率稳定度是有限的;故这两个时钟信号的频率不可能完全相同;因此锁相环输入信号码速率与数控振荡器固有频率不可能完全相等即环路固有频差不为0..数字环位同步器是一个离散同步器;只有当输入信号的电平发生跳变时才可能对输入信号的相位和反馈信号的相位进行比较从而调整反馈信号的相位;在两次相位调整的时间间隔内;反馈信号的相位相对于输入信号的相位是变化的;即数字环位同步器提取的位同步信号的相位是抖动的;即使输入信号无噪声也是如此..图8-5 锁相环程序流程显然;收发时钟频率稳定度越高;数字环的固有频差就越小;提取的位同步信号的相位抖动范围越小..反之;对同步信号的相位抖动要求越严格;则收发时钟的频率稳定度也应越高..位同步信号抖动范围还与数字位同步器输入信号的连“1”或“0”个数有关;连“1”或“0”个数越多;两次相位调整之间的时间间隔越长;位同步信号的相位抖动越大..对于NRZ码来说;允许其连“1”、连“0”的个数决定于数字环的同步保持时间tc ..tc与收发时钟频率稳定度ε、码速率RB、允许的同步误差最大值πη2的关系为：t C =η/2RBεt C 的定义是：位同步器输入信号断开后;收发位同步信号相位误差不超过πη2的时间..用模拟环位同步器或模数环位同步器提取的位同步信号的相位抖动与固有频差无关;但随信息码连“1”、连“0”的个数增多而增大..三、实验所需部件数字信源单元和位同步单元..四、实验步骤1、熟悉位同步单元工作原理..将数字信源单元的NRZ-OUT连接到位同步单元的S-IN点;接通实验箱电源..调整信源模块的K1、K2、K3开关;使NRZ-OUT的连“0”和连“1”个数较少..2、观察数字环的锁定状态和失锁状态..将示波器的两个探头分别接数字信源单元的NRZ-OUT和位同步单元的BS-OUT;调节位同步单元上的可变电容C;观察数字环的锁定状态和失锁状态..锁定时2BS-OUT信号上升沿位于NRZ-OUT信号的码元中间且在很小范围内抖动；失锁时;BS-OUT的相位抖动很大;可能超出一个码元宽度范围;变得模糊混乱..3、观察位同步信号抖动范围与位同步器输入信号连“1”或连“0”个数的关系..调节可变电容使环路锁定且BS-OUT信号相位抖动范围最小即固有频差最小;增大NRZ-OUT信号的连“0”或连“1”个数;观察BS-OUT信号的相位抖动变化情况..4、观察位同步器的快速捕捉现象、位同步信号相位抖动大小及同步保持时间与环路固有频差的关系..先使BS-OUT信号的相位抖动最小;按一下复位键;观察NRZ-OUT与BS-OUT信号的之间的相位关系变化快慢情况;再按一下复位键;观察快速捕捉现象位同步信号BS-OUT的相位一步调整到位..再微调位同步单元上的可变电容即增大固有频差当BS-OUT相位抖动增大时按一下复位键;观察NRZ-OUT信号与BS-OUT信号的相位关变化快慢情况并与固有频差最小时进行定性比较..五、实验报告要求1、数字环位同步器输入NRZ码连“1”或连“0”个数增加时;提取的位同步信号相位抖动增大;试解释此现象..的η倍;2、设数字环固有频差为Δf;允许同步信号相位抖动范围为码元宽度TS及允许输入的NRZ码的连“1”或“0”个数最大值..求同步保持时间tC3、数字环同步器的同步抖动范围随固有频差增大而增大;试解释此现象..4、若将AMI码或HDB码整流后作为数字环位同步器的输入信号;能否提取出位3同步信号为什么对这两种码的信息代码中连“1”个数有无限制对AMI码的信码的信息代码中连“0”个数有无限制为息代码中连“0”个数有无限制对HDB3什么5、试提出一种新的环路滤波器算法;使环路具有更好的抗噪能力..6、试解释本实验使用的数字锁相环快速捕捉机理;并与超前滞后型数字环进行比较..。
载波同步实验报告载波同步实验报告一、引言在无线通信中，载波同步是一项重要的技术，它能够确保发送端和接收端之间的频率和相位保持一致，从而实现可靠的数据传输。
本实验旨在通过实际操作，验证载波同步的可行性和效果，并探讨其在无线通信中的应用。
二、实验目的1. 了解载波同步的原理和作用；2. 学习使用数字信号处理工具箱实现载波同步算法；3. 进行实际的载波同步实验，验证算法的有效性。
三、实验原理1. 载波同步的原理载波同步是通过接收端的算法和技术，将接收到的信号与本地的本振信号进行频率和相位的匹配，从而实现信号的解调和恢复。
2. 实验所用的算法本实验采用了最常用的两种载波同步算法：Costas环路和Mueller-Muller算法。
Costas环路通过估计信号的相位差来实现同步，而Mueller-Muller算法则是通过最小化误差函数来实现同步。
四、实验步骤1. 准备工作搭建实验所需的硬件平台，包括发射端和接收端。
在发射端，使用信号发生器产生待发送的调制信号；在接收端，使用天线接收信号，并将信号输入到数字信号处理工具箱中。
2. 载波同步算法实现在Matlab环境下，使用数字信号处理工具箱实现Costas环路和Mueller-Muller 算法。
根据实验要求，设置合适的参数，并编写相应的代码。
3. 实验操作通过无线传输，将发送端产生的调制信号传输到接收端。
在接收端，利用数字信号处理工具箱进行载波同步处理，得到解调后的信号。
4. 结果分析对比接收到的解调信号与原始信号，分析载波同步算法的效果和准确性。
通过测量误码率等指标，评估算法的性能。
五、实验结果与讨论经过多次实验，我们得到了不同条件下的实验结果。
通过对实验数据的分析，我们发现Costas环路在某些情况下能够实现较好的同步效果，而Mueller-Muller算法在其他条件下表现更好。
这表明不同的载波同步算法适用于不同的场景，需要根据具体情况选择合适的算法。
锁相环实验报告1. 引言锁相环（Phase-Locked Loop，简称PLL）是一种常用的控制系统，可以实现输入信号与参考信号之间的相位同步。
在通信、控制、测量等领域有广泛的应用。
本实验旨在通过搭建锁相环电路并进行实验，深入了解锁相环的工作原理和特性。
2. 实验设备和器材本实验所用设备和器材如下： - 函数发生器 - 直流稳压电源 - 射频信号源 - 锁相环芯片 - 示波器 - 电阻、电容等器件 - 连接线等3. 实验原理锁相环是由相位比较器、低通滤波器、控制电压产生电路和VCO（Voltage Controlled Oscillator）组成。
其工作原理可分为以下几个步骤：1.输入信号与参考信号经过相位比较器进行比较，得到相位误差信号。
2.相位误差信号经过低通滤波器得到控制电压。
3.控制电压经过控制电压产生电路产生驱动VCO的控制信号。
4.VCO根据控制信号输出频率可变的信号。
5.输出信号经过除频器和低通滤波器得到稳定的参考信号。
4. 实验步骤1.连接实验电路，将函数发生器作为输入信号源，射频信号源作为参考信号源，分别接入相位比较器的输入端和参考输入端。
将相位比较器的输出接入低通滤波器，再将低通滤波器的输出接入控制电压产生电路。
控制电压产生电路的输出接入VCO的控制信号输入端，VCO的输出信号接入除频器和低通滤波器，最后将低通滤波器的输出与相位比较器的输入相连。
2.将实验电路接通电源，调节函数发生器和射频信号源，使得函数发生器输出的波形为正弦波，在示波器上观察输入信号和输出信号。
3.调节控制电压产生电路中的参数，观察输出信号的频率和相位变化。
4.调节VCO的参数，观察输出信号的频率和相位变化。
5.记录实验数据并进行分析。
5. 实验数据和结果分析根据实验步骤中的操作，记录下实验数据，并进行结果分析。
可以观察到输入信号和输出信号的频率和相位的变化情况，通过对比分析得出锁相环的工作特性。
6. 结论通过本次实验，我们深入了解了锁相环的工作原理和特性。
实验1 数字基带信号与AMI/HDB3编译码
实验内容及实验步骤（根据实验数据填写）
本模块有以下信号测试点：
∙ NRZ 译码器输出信号测试点
∙ BS-R 锁相环输出的位同步信号测试点
∙ AMI-HDB3 编码器输出信号测试点
1、熟悉数字信源模块和AMI/HDB3编译码模块的工作原理，接好电源线，打开实验设备电源开关。
2、用示波器观察数字信源模块上的各种信号波形。
将示波器置于外同步触发状态，用信源模块的FS信号作为示波器的外同步触发信号。
示波器探头的地线接在信源模块的GND点，进行下列观察：
实验1 数字基带信号与AMI/HDB3编译码
实验2 数字调制
实验2 数字调制
2DPSK相干解调波形示意图
实验4 数字解调与眼图
实验5数字锁相环与位同步
实验9 PCM时分复用通话与抽样定理
实验9 PCM时分复用通话与抽样定理** 阴影表示频谱混叠。
基于 FLL 与 PLL级联的高动态载波跟踪技术高动态给载波的跟踪带来了很大的困难, 本文研究采用锁频环( FLL)和锁相环( PLL) 相结合的方法来实现载波跟踪。
对常用的叉积自动频率跟踪环(CPAFC) 提出了改进, 改进后的鉴频算法具有更宽的鉴频范围和更小的估计误差。
通过 MATLAB 对整体环路进行了仿真, 结果表明该环路可实现在低信噪比、多普勒频移为300kH z、频率一次变化率为 30 kHz/s 下实现载波的跟踪。
引言载波的同步分为载波的捕获和跟踪, 捕获通常采用FFT 来实现载波频率粗捕, 载波的跟踪通常采用锁相环( PL L) 来实现, PLL 在低动态时, 具有较高的跟踪精度和较好的抗噪性能。
但是在高动态环境下由于多普勒效应使接收信号产生的频偏可能会达到几百千赫兹, 频率变化率会达到几千赫兹/秒甚至几十千赫兹/ 秒。
这时为了满足高动态的要求, PLL 必须具有较宽的带宽,这意味着抗噪性能和跟踪精度降低。
此时采用锁相环很难满足系统要求, 可取的方案是采用锁频环( FLL) 。
故在高动态接收机中, 采用 FLL 来跟踪载波的频率而不是相位, FLL 具有较好的动态性能, 但是跟踪精度比PLL低, 二者存在一定的矛盾所以在高动态和低信噪比下, 采用 FLL 和 PLL 相结合来实现载波的跟踪, 用FLL进行载波频率的跟踪, 在频率跟踪之后采用 PLL来进行相位补偿。
FLL 通常采用叉积自动频率跟踪环( CPAFC). 但是这种鉴频算法得到的频差估计值受输入信号的幅度的影响是非线性的、估计误差大。
本文在此基础上进行了改进, 改进后的算法线性鉴频范围比前者宽, 估计误差小。
采用此改进的自动频率跟踪环和锁相环来实现载波的跟 踪, 最后用Matlab 对整体环路进行了仿真。
1 系统的结构整体的环路结构如图 1 所示。
输入信号与数控振荡器混频后, 产生的信号首先要进行多采样抽取, 因为输入信号的采样频率高达数十兆, 如此高的频率给后续的数据处理增加了负担, 因此在混频后要进行 D 倍的频率抽取使频率降低到信号波特率相近的水平。
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 ∙ ÷2U6：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)(πθ≤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、单位为V/rad ，则环路线性化数学模型如图3-5所示。
θi (t)θo (t)图3-5 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u I (t)是固定频率正弦信号(θI (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ωo （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ωI ，此时θo (t)也是一个常数，u d (t)、u c (t)都为直流。
我们称此为环路的锁定状态。
定义Δωo =ωI -ωo 为环路固有频差，Δωp 表示环路的捕捉带，ΔωH 表示环路的同步带，模拟锁相环中Δωp <ΔωH 。
当|Δωo |<ΔωP 时，环路可以进入锁定状态。
当|Δωo |<ΔωH 时环路可以保持锁定状态。
当|Δωo |>ΔωP 时，环路不能进入锁定状态，环路锁定后若Δωo 发生变化使|Δωo |>ΔωH ，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u d (t)是一个上下不对称的差拍电压，当ωI >ωo ，u d (t)是上宽下窄的差拍电压；反之u d (t)是一个下宽上窄的差拍电压。
∙ 环路对θI (t)呈低通特性，即环路可以将θI (t)中的低频成分传递到输出端，θI(t)中的高频成分被环路滤除。
或者说，θo (t)中只含有θI (t)的低频成分，θI (t)中的高频成分变成了相位误差θe (t)。
所以当u I (t)是调角信号时，环路对u I (t)等效为一个带通滤波器，离ωI 较远的频率成分将被环路滤掉。
∙ 环路自然谐振频率ωn 及阻尼系数ζ(具体公式在下文中给出)是两个重要参数。
ωn 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；ζ越大，环路稳定性越好。
∙ 当环路输入端有噪声时，θI (t)将发生抖动，ωn 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2ωc 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。
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U56:A和U56:B构成。
U56:A被设置为上升沿触发，U56:B为下降沿触发，故改变U56:A输出信号的宽度即可改变U56: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︒。
可对相干载波的相位模糊作如下解释。
在数学上对cos2ωc t进行除2运算的结果是cosωc t或-cosωc t。
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”。
在本套实验装置中，鉴相器、环路滤波器、压控振荡器采用数字集成琐相环芯片CD4046，现对此芯片介绍如下：CD4046是一数字集成锁相环，它包括鉴相器和压控振荡器。
它的组成框图如上图所示。
该片内有两个鉴相器供选择，一个是异或门鉴相器，一个是鉴频-鉴相器。
四、实验步骤本实验使用数字信源(EL-TS-M6)、数字调制(EL-TS-M4)、载波同步及模拟锁相环(EL-TS-M4)两个模块。
1.熟悉上述四个单元的工作原理。
2. 将信源模块的BS-OUT、NRZ-OUT、CLK分别连接到数字调制模块的BS-IN、NRZ-IN 和CLK，再将调制模块的2DPSK连接到载波同步模块的2DPSK-IN。
将模拟锁相环及载波同步单元的KEY波动开关拨到上方，用示波器顺序观察2DPSK，MU,VCO,COMP,Ud,CAR-OUT信号，结合原理图理解从2DPSK信号中提取载波的过程。
3．用示波器观察锁相环的锁定状态、失锁状态。
环路锁定时，环路输入信号频率等于反馈信号频率，即COMP与VCO的频率相等，这时如观察u d为近似锯型波的稳定波形。
环路失锁时环路输入信号频率与反馈信号频率不相等，即此时COMP与VCO的频率不相等，这时如观察u d为不稳定波形。
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向下拨动开关KEY, 接通电源后用示波器观察u d，若u d为稳定波形，则调节载波同步模块上的电位器R128，u d随R128减小而减小，随R128增大而增大，这说明环路处于锁定状态。
用示波器两路探头同时观察COMP和VCO，可以看到两个信号频率相等。
也可以用频率计分别测量COMP和VCO频率。
在锁定状态下，向某一方向变化R128，可使u d由稳定的波形变为不稳定，COMP和VCO频率不再相等，环路由锁定状态变为失锁。
接通电源后u d也可能是不稳定的差拍信号，表示环路已处于失锁状态。
失锁时u d的最大值和最小值就是锁定状态下u d的变化范围（对应于环路的同步范围）。
环路处于失锁状态时，COMP和VCO频率不相等。
调节R128使u d的差拍频率降低，当频率降低到某一程度时u d会突然变成稳定的信号，环路由失锁状态变为锁定状态。
2）测量同步带与捕捉带将双踪示波器两路探头分别接在COMP（锁相环输入频率fi ）和VCO端，调节R128, 使环路处于良好的锁定状态，即示波器上两路波形不但清晰稳定，而且要尽可能地保持很小的相位差。
a)同步带测量：缓慢调节R128使COMP端的频率fi向下，直到刚好出现失锁现象时停止调节R128，记下此时的锁相环输入频率fi１；缓慢调节R128使COMP端的频率fi向上，使环路重新锁定, 直到再次出现失锁现象时停止调节R128，记下此时的信号源输出频率fi２，则环路的同步带为fi１－fi２。
（2）捕捉带测量：缓慢调节R128，使COMP端的频率fi向下出现失锁现象，向上缓慢调节fi，直到环路刚好入锁，记下此时的信号源输出频率fi３; 然后向上调节fi，使环路重新失锁后，再向下缓慢调节fi直到环路刚好入锁，记下此时的信号源输出频率fi４则环路的捕捉带为fi４－fi３。
五、实验报告要求1.总结锁相环锁定状态及失锁状态的特点。
2.根据实验结果计算环路同步带Δf H及捕捉带Δf P 。
3.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。
4.设VCO固有振荡频率f0 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。
