载波同步
同步载波实验报告
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。
同步原理(载波同步与位同步)
载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
实际中，伴随信号一起进入接收机的还有加性高斯白噪声，为了改善平方变换法的性能，使恢复的相干载波更为纯净，常用锁相环代替窄带滤波器。如下图： 平方环法提取载波框图 锁相环具有良好的跟踪，窄带滤波和记忆功能。
等价于：中心频率可调的窄带滤波器
载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
载波同步：是指在相干解调时，接收端需要提供一个与接收信号中的调制载波同频同相的相干载波。 载波同步是实现相干解调的先决条件。 提取相干载波的方法：直接法（自同步法）
插入导频法
载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
直接法：有些信号（DSB-SC,PSK），虽然本身不含有载波分量，但经过某种非线性变化后，将具有载波的谐波分量，因此可以从中提取。下面介绍几种常用的方法：
载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
一：在抑制载波的双边带信号中插入导频法 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出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： 输出信号为：
载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
1
插入导频系统的接收端框图：
平方变换法和平方环法 设调制信号 ，则抑制载波的双边带信号为： 平方变换法提取载波框图： 窄带滤波器输出为：
载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
二分频器输出，可得载波信号： 注意：载波提取的方框图中用了一个二分频电路，由于分频起点的不确定性，使输出的载波相对于接收信号的相位有180度的相位模糊。 相位模糊对模拟通信关系不大（人耳听不出相位变化） 对数字通信影响很大，有可能使2PSK相干解调后出 现“反向工作”的问题。 解决办法：对调制器输入的信息序列进行差分编码。（2DPSK）
载波同步的方法1插入导频法
8.3 群（帧）同步技术 群同步的方法 群同步的性能
25
一、群同步的方法
1. 连贯式插入法
连贯式插入法又称集中插入法，是指在每一信
息群的开头集中插入作为群同步码组的特殊码组
，该码组应在信息码中很少出现，即使偶尔出现
，也不可能依照群的规律周期出现。 连贯插入法的关键是寻找实现群同步的特殊码组。
=
LPF
轾A 犏 臌2
f
(t) +
A 2
f
(t) cos 2w0t
+
A 2
sin
2w0t
=
A 2
f
(t)
11
一、载波同步的方法
2. 直接法 ① 平方变换法
输入已调 信号
. e(t)
( )2
2c
BPF
二分频 载波输出
sm(t) = m(t) coswct
e(t)
= [m(t) coswct]2
=
1 m2 2
A. 位同步
B. 载波同步
C. 网同步
D. 群同步
C. 网同步
D. 群同步
4 ． PCM30/32 的 E1 帧结构中， 第 0 时隙通常用于
同步， 属于 ( ) 。
A. 位同步
B. 载波同步
C. 网同步
D. 群同步
第 8 章 同步原理
5 ．在无线局域网中， 无线信号在帧头部分插入 11 位
巴克码进行同步， 这种同步方法属于 ( ) 。
0 (t)
带通
相乘器
m f(t)
低通
0
窄带 滤波
/2
相移
10
一、载波同步的方法
1. 插入导频法 ----DSB 系统
4.5 载波同步
双边带信号 平方后
sm (t ) m(t ) cosct
e(t ) m(t ) cos ct
(4.5 - 1)
2
1 2 1 2 m (t ) m (t ) cos 2 ct (4.5 - 2) 2 2 若用一窄带滤波器将2ωc频率分量滤出，再进行二分 频，就可获得所需的相干载波。
2.
同相正交环法又叫科斯塔斯(Costas)环。在此环路 中，压控振荡器 (VCO) 提供两路互为正交的载波，与 输入接收信号分别在同相和正交两个鉴相器中进行鉴 相，经低通滤波之后的输出均含调制信号，两者相乘 后可以消除调制信号的影响，经环路滤波器得到仅与 相位差有关的控制压控，从而准确地对压控振荡器进 行调整。 VCO输出
S
m(t ) cos t sin t
解调原理图：
[m(t ).cos c t sin c t ].cos c t m(t ) cos 2 c t sin c t cos c t 1 1 m(t )(1 cos 2c t ) sin 2c t 2 2
2
VCO输出
v0 (t ) Asin(2ct 2 )
(4.5 - 6) (4.5 - 6)
鉴相器误差输出 vd Kd sin 2
输 入 已调 信 号
平 方 律 部 件
鉴相器
环路 滤波器
压控 振荡器
二分频
载 波 输出
锁 相 环
图4.5-2 平方环法提取载波
式中，Kd为鉴相灵敏度，是一个常数。vd仅与相 位差有关，它通过环路滤波器去控制压控振荡器的相 位和频率，环路锁定之后， θ 是一个很小的量。因此， VCO的输出经过二分频后，就是所需的相干载波。
输 入 已调 信 号 平 方 律 部 件 鉴相器 环路 滤波器 压控 振荡器 二分频 载 波 输出
载波同步的作用
载波同步的作用载波同步是现代电信网络中重要的一项功能，它起到极为重要的作用。
本文将就载波同步的作用进行详细的介绍：一、载波同步的定义载波同步（Carrier Synchronization）是将一个通信系统中的多个信号源的载波频率和相位同步地结合到一起，以获得一个完整，高效的传输系统。
载波同步是指对多个终端节点之间正常工作的前提，节点之间的时钟和频率差值非常小，甚至可以让时钟和频率的偏差非常小或者完全为零。
二、载波同步的作用1. 促进网络内部节点间的相互同步。
网络内节点间的时间和频率差异会影响网络的性能，严重影响网络数据传输的质量。
载波同步可以有效抑制节点间的时间和频率差异，从而提高网络性能和传输质量。
2. 减少网络系统故障率及抖动，保证网络中终端设备的正常工作。
频率和相位的正确同步可以使相关节点保持高可系统性，从而减少系统的抖动和故障率。
3. 提高网络的传输速率。
正确的载波同步保证了网络节点间的时钟同步，从而提高了网络的传输速率和效率。
三、载波同步的实现1. 基于硬件的实现方式。
通过硬件芯片实现载波同步，通过检测外界输入信号的频率，相位和幅值，来确保这些输入信号的同步，从而实现载波同步。
2. 基于软件的实现方式。
通过软件实现载波同步，通过检测信号的延时，相位和幅值，来确保信号的同步，从而实现载波同步。
四、总结载波同步的作用是把一个通信系统中的多个信号源的载波频率和相位同步地结合到一起，从而获得一个完整，高效的传输系统。
它的主要作用有：促进网络内部节点间的同步；减少网络系统故障率及抖动；提高网络的传输速率，保证网络正常工作。
此外，载波同步也可以基于硬件和软件的不同方式来实现，硬件实现的载波同步比软件实现的同步更稳定，也更加高效。
载波同步原理
载波同步原理
载波同步原理是指在通信系统中，为了保证信号的稳定性和可靠性，需要对信号的载波进行同步。
载波同步原理是通信系统中非常重要的一部分，它可以有效地提高通信系统的性能和可靠性。
在通信系统中，信号的传输需要通过载波来进行传输。
载波是一种特殊的信号，它可以携带信息信号进行传输。
在传输过程中，如果载波的频率和相位发生了变化，就会导致信号的失真和误码率的增加。
因此，为了保证信号的稳定性和可靠性，需要对载波进行同步。
载波同步的原理是通过接收端的反馈信号来调整本地载波的频率和相位，使其与发送端的载波保持同步。
具体来说，接收端会将接收到的信号与本地载波进行混频，得到中频信号。
然后，通过解调器将中频信号转换为基带信号，再通过解码器将基带信号转换为原始数据。
在这个过程中，如果接收到的信号与本地载波不同步，就会导致解调器和解码器无法正确地解码信号，从而导致误码率的增加。
为了解决这个问题，接收端会将解码器输出的数据与发送端发送的数据进行比较，如果发现误码率过高，就会通过反馈信号调整本地载波的频率和相位，使其与发送端的载波保持同步。
这样，就可以有效地降低误码率，提高通信系统的性能和可靠性。
载波同步原理是通信系统中非常重要的一部分，它可以有效地提高通信系统的性能和可靠性。
通过对载波进行同步，可以保证信号的
稳定性和可靠性，从而提高通信系统的传输效率和质量。
载波同步《通信原理》
载波同步1．有辅助导频时的载频提取（1）锁相环的应用为了用相干接收法接收不包含载频分量的信号，在发送信号中加入一个或几个导频信号。
在接收端用锁相环将其从接收信号中滤出，用以辅助产生相干载频。
（2）锁相环的原理框图图13-1 锁相环原理方框图2．无辅助导频时的载波提取采用非线性变换的方法从信号中获取载频。
（1）平方环①原理框图图13-2 平方环原理方框图②原理分析（以2PSK信号模型为例）a．输入信号s(t)（13-1-1）式中：m(t)＝±1。
b．将式（13-1-1）平方，得s2(t)（13-1-2）c．由式（13-1-2）可知，接收信号中包含2倍载频的频率分量，将此2倍频分量用窄带滤波器滤出后再作二分频，即可得出所需载频。
③存在问题a．相位含糊产生原因：二分频器的输出电压有相差180°的两种可能相位，即其输出电压的相位决定于分频器的随机初始状态。
解决方法：发送端采用2DPSK体制。
b．错误锁定产生原因：平方后的接收电压中有可能存在其他的离散频率分量，致使锁相环锁定在错误的频率上。
解决方法：降低环路滤波器的带宽。
（2）科斯塔斯环（同相正交环法）①原理框图图13-3 科斯塔斯环法原理方框图②原理分析a．接收信号s(t)（式（13-1-1））送入二路相乘器，两相乘器输入的a点和b点的压控振荡电压分别为b．v a和v b分别和接收信号电压相乘，得到c点和d点的电压，经过低通滤波器，再通过相乘器，得g点的窄带滤波器输入电压，在（φ－θ）很小时，代入m(t)＝±1化简v g，得c．电压υg通过环路窄带低通滤波器，控制压控振荡器的振荡频率，这个电压控制压控振荡器的输出电压相位，使（φ－θ）尽可能地小，当φ＝0时，υg＝0。
压控振荡器的输出电压υa就是科斯塔斯环提取出的本地载波。
③特点a．同时兼有提取相干载波和相干解调的功能；b．两路低通滤波器的性能完全相同；c．科斯塔斯环法提取出的载频存在相位含糊性。
载波同步的设计与实现
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-cosω180°,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¶þ·ÖƵ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。
载波同步的工作原理
载波同步的工作原理
载波同步是一种在通信系统中用于确保发送和接收设备之间的频率和时钟同步的技术。
它的工作原理可以概括为以下几个步骤：
1. 发送端产生载波信号：发送端的载波信号由本地时钟产生，并根据设定的频率进行振荡。
这个载波信号是无用数据的基础，在其上进行数据调制。
2. 数据调制：发送端将要传输的数据与载波信号进行调制，通常使用调频调制或相位调制等技术。
这一步骤将数据信号转换为载波信号的特定变化形式，便于传输。
3. 发送信号传输：调制之后的信号通过传输介质（例如电缆、光纤或遥控信道）发送给接收端。
在传输中可能会失真、干扰或衰减。
4. 接收端信号采样：接收端对接收到的信号进行采样，得到一系列的信号样本。
5. 频率和时钟的估计：接收端使用一种频率和时钟估计算法来估计接收到的载波信号的频率和时钟偏差。
这些偏差可能由于传输中的失真和噪声引起。
6. 频率和时钟校正：根据估计的偏差，接收端对本地振荡器的频率和时钟进行校正。
这个校正过程旨在使接收端的信号与发送端的信号保持在相同的频率和时钟。
7. 数据解调：接收端使用和发送端相同的调制技术对采样的信号进行解调，还原出发送端传输的原始数据。
通过以上步骤，载波同步技术能够确保发送和接收设备之间的频率和时钟保持同步，从而有效地传输数据。
通信原理8-同步技术
数据交换，必须实现网同步 使得在整个通信网内有一个统一的时间节
拍标准
二. 同步信号的获取方式
外同步法
– 由发送端发送专门的同步信息， 接收端把这个专门的同步信息检 测出来作为同步信号的方法
– 需要传输独立的同步信号，需付 出额外的功率和频带
三. 同பைடு நூலகம்的技术指标
同步误差小 相位抖动小 同步建立时间短 同步保持时间长
数字通信系统中，要求同步信息传输的可靠性 高于信号传输的可靠性
载波同步是相干解调的基础。
判断
只有数字调制系统存在载波同步
无论是模拟调制信号还是数字调制信 号，都必须有相干载波才能实现相干 解调。
1. 载波同步
载波同步产生的本地载波应该与接收到的信 号中的调制载波同频同相，而不是与发送端 调制载波同频同相
在接收信号中，发送端调制的载波成分可能 存在，也可能不存在。
– 只有定时脉冲正确，才谈得上正确地抽样判 决
– 位同步是正确抽样判决的基础
3. 群同步
包括字同步、句同步、帧同步 接收端为了正确恢复信息就必须识别
句或帧的起始时刻 接收端必须产生与字、句和帧起止时
间相一致的定时信号 群同步是正确译码和分路的基础 数字通信和模拟通信都存在群同步
4. 网同步
– 若接收信号中包含有载波，可用窄带滤波器直 接提取
– 若接收信号中不包含载波成分，则用载波同步 法提取
2. 位同步
是数字通信系统特有的一种同步
– 为了从接收波形中恢复出原始的基带信号， 须对它进行抽样判决，要求接收端提供“定 时脉冲序列”
– 定时脉冲序列的重复频率与码元速率相同， 相位与最佳抽样判决时刻一致
载波同步原理
载波同步原理
载波同步原理是指在通信系统中，发送端和接收端之间的载波频率要保持一致，以确保正确地传输信息。
载波频率是参与通信的无线信号的基础频率，通过在信道中传输的正弦波来携带信息。
为了实现载波同步，通常会采用两种主要方法：相位锁定环（PLL）和频率锁定环（FLL）。
相位锁定环是一种反馈系统，其中包含一个相位比较器、低通滤波器和一对VCO（电压控制振荡器）。
发送端的VCO产生的频率会与接收端的VCO进行比较。
相位比较器将比较结果
转换成电压信号，通过低通滤波器平滑输出信号，再根据输出信号调整发送端VCO的频率，使其与接收端VCO保持一致。
这样，发送和接收端的载波频率就可以同步。
频率锁定环是另一种实现载波同步的方法，其主要组成部分包括一个频率比较器、低通滤波器和一个VCO。
接收端的VCO
产生的频率与发送端的载波频率进行比较，比较器将比较结果转换为电压信号，然后通过低通滤波器平滑输出信号，最后调整接收端的VCO频率，使其与发送端的载波频率保持一致。
这种方法依赖于比较接收端和发送端之间的频率差异，然后根据差异调整接收端的VCO频率，从而实现同步。
通过相位锁定环和频率锁定环这两种方法，通信系统能够实现载波同步，保证发送端和接收端之间的载波频率保持一致。
这样可以有效地传输信息，提高通信系统的可靠性和性能。
载波同步
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。
pwm载波同步 can
PWM载波同步CANPWM载波同步CAN（Pulse Width Modulation Carrier Phase Synchronization Controller Area Network）是一种用于在汽车电子系统中实现载波同步的通信技术。
PWM载波同步CAN通过调节脉冲宽度来控制载波的相位，从而实现多个节点之间的同步。
在汽车电子系统中，载波同步CAN主要用于实现汽车各模块之间的通信和控制，如发动机控制、制动控制、照明控制等。
PWM载波同步CAN的原理是基于CAN总线协议，它将数据和控制信息通过PWM信号传输到其他节点。
PWM信号的频率和占空比可以根据需要进行调整，以实现载波的相位同步。
通过比较PWM信号的相位差，节点可以判断自己的时钟是否与其他节点保持同步。
如果发现时钟存在偏差，节点会自动调整自己的时钟，以实现与总线上的其他节点保持同步。
PWM载波同步CAN的实现需要使用专门的硬件和软件。
硬件上，需要使用具有PWM 功能的CAN收发器和时钟同步电路。
软件上，需要实现CAN总线协议和PWM载波同步算法。
在实现PWM载波同步CAN时，需要注意以下几点：1. PWM信号的频率和占空比应根据系统需求进行合理设置。
频率过低会影响传输速度，占空比过大会导致系统功耗增加。
2. 时钟同步电路的精度和稳定性直接影响PWM载波同步CAN的性能。
应选择高精度、低漂移的时钟同步电路。
3. PWM载波同步算法的实现应考虑系统的实时性和稳定性。
应选择具有快速响应和稳定性的算法，并对其进行优化以提高系统性能。
总之，PWM载波同步CAN是一种有效的载波同步技术，适用于汽车电子系统等需要实现多节点通信和控制的场景。
在实现PWM载波同步CAN时，需要考虑信号。
载波同步
比较式（7）与式（15）可知，Costas环与平方环具有 相同的鉴相特性（vd-θ曲线），如图 4 所示。 由图可知， θ=nπ（n为任意整数）为PLL的稳定平衡点。 PLL工作时可 能锁定在任何一个稳定平衡点上，考虑到在周期π内θ取值可 能为0或π，这意味着恢复出的载波可能与理想载波同相，也 可能反相。
2.科斯塔斯（Costas）环 科斯塔斯（ ） 即同相正交环法， 它的原理框图如图 3 所示。在此环路中， 压控振荡器（VCO）提供两路互为正交的载波，与输入接收信 号分别在同相和正交两个鉴相器中进行鉴相，经低通滤波之后 的输出均含调制信号， 两者相乘后可以消除调制信号的影响， 经环路滤波器得到仅与相位差有关的控制压控，从而准确地对 压控振荡器进行调整。 设输入的抑制载波双边带信号为m(t)cosωct，并假定环路锁 定，且不考虑噪声的影响，则VCO输出的两路互为正交的本地 载波分别为 v1= cos(ωct+θ) v2= sin(ωct+θ) (8) (9)
载波同步
• 电子与通信工程：薛同思，邹维辰，李超，高东惠
信号与信息处理： 杨延强，董旭良，戴小军
载波同步概述 载波同步概述
所谓同步是指收发双方在时间上步调一致，故又称定时。 在数字通信中，按照同步的功用分为：载波同步、位同步、群 同步和网同步。 载波同步是指在相干解调时，接收端需要提供一个与接收 信号中的调制载波严格同频同相的相干载波。在模拟调制和数 字调制中，要想实现相干解调，必须有相干载波。因此，载波 同步是实现相干解调的先决条件。 如果接收信号中包含离散的载波分量时，在接受端可从信 号中分离出信号载波作为本地相干波，这样分离出的本地相干 波必然和接收信号的载波频率相同，但要相位相同，仍要作适 当调整。如果接收信号中没有离散载频分量，就需要用复杂的 方法从信号中提取载波。
载波同步的作用
载波同步的作用
载波同步是一种重要的电信技术，它可以被应用于多种不同的场景，并且有着极其重要的作用。
从简单的介绍载波同步技术开始。
载波同步主要用于控制信号中的频率，其特点是可以在发送和接收信号之间进行频率一致性的维持。
它的主要应用是用于调节高速数据传输中的时钟信号，从而使不同的语音和数据信号能够正确的接收和传输。
在电信系统中，载波同步可以应用于多种不同的场景，其中最常见的是在无线电网络中实现链路层和信道层之间的同步。
无线电网络中使用载波同步技术可以保证信号在整个网络中能够正确传输，同时也可以提高传播效率和改善网络的可靠性。
另外，载波同步还可以应用于传输多媒体数据，例如视频流、音频流和数据流，可以保证多媒体数据的顺利传输。
此外，载波同步还可以用于实现对数据的加密、压缩和解压缩的功能，可以有效的提高电信系统的安全性。
当通过电信系统传输重要的数据时，可以利用载波同步技术对数据进行加密和压缩，从而有效防止未经授权的访问和传输，保证电信系统的数据安全性。
最后，载波同步还可以用于实现深度学习和机器学习技术，可以更好地促进电信系统的智能化升级。
利用深度学习和机器学习技术，可以极大提高电信系统的处理能力，更好地满足不同的用户的需求，也有助于提升电信系统的性能和稳定性。
总而言之，载波同步技术有着重要的作用，它可以用于多种不同的应用场景，可以改善电信系统的处理效率，同时也可以有效的提升
电信系统的安全性。
同时，载波同步还可以用于实现深度学习和机器学习技术，为电信系统的智能化升级和优化提供了可靠的保障。
因此，载波同步技术在电信系统中发挥着至关重要的作用，是千篇一律电信系统的重要基础技术之一。
调幅收音机中的载波同步
调幅收音机中的载波同步调幅收音机中的载波同步一、引言调幅收音机是我们日常生活中常见的一种收音设备，它通常用来接收广播电台的信号。
在调幅收音机的原理中，载波同步起着至关重要的作用。
本文将深入探讨调幅收音机中的载波同步原理，以及它在实际应用中的重要性。
二、调幅收音机的基本原理调幅（Amplitude Modulation，AM）是一种调制技术，其基本原理是将音频信号的幅度变化转化为载波信号的幅度变化，从而将音频信号传输到接收端。
在调幅过程中，载波同步能够确保接收端能够准确恢复原始音频信号。
三、载波同步的意义和作用良好的载波同步对于调幅收音机的正常工作至关重要。
它能够保持接收端和发送端的频率一致性，消除接收到的信号中的杂散和失真。
载波同步还能提高信号的抗干扰能力，使得调幅收音机在复杂的无线电环境中仍能稳定地接收到音频信号。
四、载波同步的实现方法1. 直接检测方法：直接检测方法是一种简单而常见的载波同步方法。
它通过将接收到的信号直接与本地振荡器的频率进行比较，从而实现频率同步。
这种方法虽然简单，但由于受到接收信号中的噪声和干扰的影响，容易产生误判。
2. 相位锁定环路（PLL）方法：相位锁定环路方法是一种更为精确和稳定的载波同步方法。
它通过将接收到的信号与本地一致频率的参考信号进行比较，并通过不断调整本地振荡器的相位，使其与接收到的信号相位同步。
这种方法具有较高的抗噪声和干扰能力，能够更准确地实现载波同步。
五、载波同步的挑战和解决方案在实际应用中，载波同步可能会面临一些挑战，例如多径信号、频率衰减和噪声干扰等。
为了解决这些问题，可以采取以下措施：1. 使用复杂的调制方案，如相位调制（PM）或正交振幅调制（QAM），以提高系统的容错能力和抗干扰能力。
2. 引入信号预处理技术，如滤波器和均衡器，以减少多径信号和噪声干扰对载波同步的影响。
3. 增加接收端的灵敏度和动态范围，以适应不同信号强度和频率衰减情况下的载波同步需求。
数字通信系统的载波同步技术研究与实现
数字通信系统的载波同步技术研究与实现数字通信系统的载波同步技术研究与实现摘要：数字通信系统的载波同步技术是保证通信系统正常运行的重要环节。
本文将介绍载波同步技术的基本原理和常见方法，并通过实验仿真的方式进行验证，展示了载波同步技术的实际应用效果。
一、引言在数字通信系统中，载波同步技术是一项基础而重要的技术之一。
载波同步技术的任务是保证发送端和接收端的载波信号在频率、相位和时间上保持一致，从而保证信息的可靠传输。
本文将重点介绍数字通信系统中的载波同步技术研究与实现。
二、载波同步技术的基本原理1. 频率同步频率同步是指在数字通信系统中实现发送端和接收端载波信号频率的一致性。
频率同步的主要目标是使接收端能够正确地解调出发送端传输的数字信号。
常见的频率同步方法包括：（1）基于周期和滤波器的频率同步方法：通过对接收信号进行周期测量，并利用滤波器对测量值进行平滑处理，从而得到准确的频率估计值。
（2）基于导频信号的频率同步方法：发送端在发送信号的头部添加导频信号，接收端通过检测导频信号的相位偏移来进行频率同步。
（3）基于相位锁定环的频率同步方法：利用相位锁定环对接收信号进行相位差测量，并通过反馈控制来实现频率同步。
2. 相位同步相位同步是指在数字通信系统中实现发送端和接收端载波信号相位的一致性。
相位同步的主要目标是在频率同步的基础上，使接收端能够正确地解调出发送端传输的数字信号。
常见的相位同步方法包括：（1）基于动态符号定时的相位同步方法：利用接收信号中的信号能量进行符号定时，从而得到准确的相位估计值。
（2）基于导频信号的相位同步方法：发送端在发送信号的头部添加导频信号，接收端通过检测导频信号的相位偏移来进行相位同步。
（3）基于相位锁定环的相位同步方法：利用相位锁定环对接收信号进行相位差测量，并通过反馈控制来实现相位同步。
三、载波同步技术的实现方法在实际的数字通信系统中，为了实现载波同步，通常会采用组合多种同步方法的方式。
载波同步技术
通信信号处理
42ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
数据辅助的频偏估计器
将rc(k)经过长度为L的延时得到rc(k-L) 将rc(k)与rc(k-L)共轭相乘，并在长度L内求和 将求和的结果取复角，即可得载波频偏估计值
通信信号处理
43
数据辅助的频偏估计器
具体推导
L −1
L −1
rc* (k )rc (k − L) = xP*N (k )e− j(ΔωkTs +Δϕ ) ⋅ xPN (k )e j[Δω(k −L)Ts +Δϕ ]
接收端直接从接收信号中提取载波信号18通信信号处理18外同步法19通信信号处理插入导频法用于已调制的数字信号中没有载波分量以及虽有载波分量但难以实现载波分离的情况可在适当的频率位置上插入一个低功率的线谱此线谱对应的时域正弦波称为导频信号接收端用窄带滤波器将导频取出经过适当处理得到相干载波插入导频的方法包括时域插入导频法20通信信号处理频域插入导频在载波中心频率f的位置插入导频信号插入的导频必须是正交导频导频与调制载波相差90度21通信信号处理频域插入导频22通信信号处理频域插入导频发射信号接收端sincossincossinsincossin23通信信号处理时域插入导频在时域中插入导频以传送和提取同步载波的方法时域插入法中对被传输数据信号和导频信号在时间上加以区别把一定数目的数字信号分作一组称为一帧在每一帧中除有一定数目的数字信号外在特定的时隙位置插入同步信号24通信信号处理时域插入导频信号帧结构图25通信信号处理时域插入导频接收机提取相干载波26通信信号处理26自同步法27通信信号处理自同步法直接从接收信号中提取同步载波的方法数据辅助的频偏估计器28通信信号处理非线性变换法适用于无载频分量的信号和抑制载频的双边带信号经过非线性变换后可以得到载频的倍频分量再用窄带滤波器或等效锁相环提取经过分频可得相干载波两种常用的方法平方环法29通信信号处理平方变换法平方律部件二分频2f30通信信号处理平方变换法经过平方变换之后的信号为t经过非线性变换平方律部件后得31通信信号处理平方变换法经过2f窄带滤波器可得到2倍频的载波信号经过2分频之后可以得到cost也可能是cost称为相位模糊32通信信号处理平方环法为了改善平方变换法的性能使恢复的相干载波更为纯净图中的窄带滤波器常用锁相环代替称为平方环法提取载波锁相环具有良好的跟踪窄带滤波和记忆功能平方环法比一般的平方变换法具有更好的性能
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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
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。
2、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。
实验框图
科斯塔斯环法提取载波方框图
实验步骤
1、按照下表进行实验连线：
源端口目的端口连线说明
信号源：PN（32K）模块3：PSK-NRZ S4拨为“1010”，PN是32K伪随
机码
信号源：128K同步正弦
模块3：PSK载波提供PSK调制载波，幅度为4V
波
模块3：PSK-OUT模块7：PSKIN提供载波同步提取输入
2、参考如下方式连接示波器和测试点：
示波器通道目标测试点说明
通道１模块0：128K同步正弦波输入载波信号
通道２模块7：载波输出输出载波信号
启动仿真开关，开启各模块的电源开关。
3、将信号源模块上S5拨为“1010”，将模块3上开关K3拨到“PSK”端。
4、以信号源输出点“128K同步正弦波”为触发源，用示波器观察信号源输出点“128K同步正弦波”与模块7的信号输出点“载波输出”的波形。
5、如果示波器两路信号反向，按复位开关S1使其同相。
此时“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。
6、用示波器观察模块7的信号输出点“载波输出”的频率，可以观察到此时波形的频率为128KHz。