[VIP专享]通信原理 载波同步提取实验
实验十四 同步载波提取实验
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。
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。
载波同步实验报告
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。
“通信原理”课程中载波同步的教学方法研究
ｄ ｅ ｍ ｏ ｄ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ Ｒ Ｄ Ｓ（ ｒ ａ ｄ ｉ ｏ ｄ ａ ｔ ａ ｓ ｙ ｓ ｔ ｅ ｍ）ｉ ｎ Ｆ Ｍ ｒ ａ ｄ ｉ ｏ ｓ ｉ ｇ ｎ ａ １ ．ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ｒ ｏ ｃ ｅ ｓ ｓ ｓ ｈ ｏ ｗ ｓ ｈ ｏ ｗ ｔ ｈ ｅ ｃ ａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｒ ｓ ｙ ｎ ｃ ｈ ｒ ｏ ｎ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ
载波同步是“ 通信 原理” 课程教学 中的一个 重 要 内容 。 当在 通信 中采 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
Ｔｅ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ Ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ Ｃａ ｒ ｒ ｉ ｅ ｒ Ｓ ｙ ｎ ｃ ｈ ｒ ｏ ｎ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
ｉ ｎ Ｃｏ ｍ ｍｕ ｎｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ Ｐｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐｌ ｅ ｓ Ｃｏ ｕｒ ｓ ｅ
Ｗ ＥＩ Ｙｉ － ｍｉ ｎ，Ｈ ＵＡＮＧ Ｂａ ｏ － ｈ ｕ ａ ，ＧＡＯ Ｙｕ ａ ｎ － ｙ ｕ ａ ｎ
的额 外 消耗 ， 因此 通 常 选 用 直 接法 。而直 接 法 中 比 较经 典 的是使 用科 斯塔斯 （ Ｃ ｏ ｓ ｔ ａ ｓ ） 环。
１ 载波 同步的 Ｃ ｏ ｓ ｔ ａ ｓ 环 法
在实 际 系统 中 ， 如 图 １所 示 的 Ｃ ｏ ｓ ｔ ａ ｓ 环 得 到 了
广泛 的应 用 ¨ 。
ｂ ａ ｓ ｅ ｏ ｎ Ｕ Ｓ Ｒ Ｐ（ ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ａ ｌ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗ ａ ｒ ｅ ｒ ａ ｄ ｉ ｏ ｐ ｅ ｉ ｒ ｐ ｈ ｅ ｒ ａ １ ） ．Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ， ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｎ ｃ ｅ ｐ ｔ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｍ ｍｏ ｎ ｌ ｙ ｕ ｓ ｅ ｄ ｍ ｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ａ ｒ ｅ
载波同步提取方法
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。
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-直接提取法
中提取载波信息。
通信技术专业教学资源库 南京信息职业技术学院
谢谢
主讲： 朱国巍
低通 x(t)
01.平方变换法和平方环法
设调制信号中无直流分量，则抑制载波的 双边带信号为：
经过一个平方律部件后就得到
01.平方变换法和平方环法
输入已调 信号
平方律部件
e(t)
2fc 窄带滤波器
二分频 载波输出
输入已调 信号
平方律部件
锁相环 鉴相器
环路滤 波器
压控振 荡器
二分频 载波输出
二分频电路提取出的载波存在π相位模糊问题。
通信技术专业教学资源库 南京信息职业技术学院
《现代通信技术》课程
载波同步— 直接提取法和平方环法 02 同相正交环法
01.平方变换法和平方环法
2PSK
x(t)cos ωct ni(t)
带通
平方律 部件
×
fc 二分频
e(t) 2fc
2fc
窄带滤波
应用：抑制载波的双 边带信号。模拟调制 中的DSB，数字调制 中的2PSK
02.同相正交环法（科斯塔斯环）
02.同相正交环法（科斯塔斯环）
经低通后的输出分别为 乘法器的输出为：
：
v5
v6
1 mtcos
2
1 mtsin
2
v7
v5
v6
1 4
m2
t sin
cos
上式可以近似地表示为： v7
1
1
8
m
4
m2 t
2 t
sin
2
数字通信中经常使用多相移相信号，这类
信号同样可以利用多次方变换法从已调信号
实验六 载波、时钟提取,锁相环提纯
6 示波器CH1接数字调制模块的相对码，CH2分别接低通 滤波输出（T14）、全波整流输出（T15）、整形输出 （T18）、时钟输出（T19），以CH1的波形为基准，比较并 分别记录时钟提取电路CH2的各点波形。
相对码
低通滤波输出
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低通滤波输出
全波整流输出
Company Logo
Company Logo
4 示波器的探头接载波提取模块上的2DPSK输入测试端， 分别测试载波、时钟提取模块平方波形（T3）、整形输出 （T6）、移相输出（P17）、二分频（T8）的波形。
2DPSK输入波形
平方波形
Company Logo
带通滤波前
带通滤波后
Company Logo
整形前
整形输出
滤波前
滤波后
Company Logo
整形前
整形输出
Company Logo
整形输出
时钟输出
Company Logo
实验报告要求
1、CH-1 2DPSK输入端（P1）； CH-2 时钟提取模块平方波形（T3） CH-1 2DPSK输入端（P1）； CH-2 整形输出（T6） CH-1 2DPSK输入端（P1）； CH-2 移相输出（P17） CH-1 2DPSK输入端（P1）； CH-2 二分频（T8） 2、CH-1 调制模块相对吗（T7） ； CH-2 相干解调器码元输出（T13） 3、CH-1 调制模块相对吗（T7） ； CH-2 低通滤波输出（T14） CH-1 调制模块相对吗（T7） ； CH-2 全波整流输出（T15） CH-1 调制模块相对吗（T7） ； CH-2 整形输出（T18） CH-1 调制模块相对吗（T7） ； CH-2 时钟输出（T19）
载波同步提取试验概要
《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。
通信原理 位同步提取实验与帧同步提取实验
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。
信工4 载波提取实验
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。
载波同步实验报告
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。
通信原理实验同步载波报告
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。
通信原理—同步观测
附页:第一部分——载波同步实验1. 科斯塔斯环同步载波信号观察示波器一个通道观测 4TP9（发端载波）并作同步，示波器另一通道测 5TP3（本地载波）；通过“载波频率”按钮，将发端载波频率调节到：1000Khz （1M ）；观测 5TP3 信号频率和相位变化，直到两路载波频率完全同步为止；图1.12. Costas 环同步带测量在 costas 环同步的状态下，通过“载波频率”按钮，通过鼠标滚轮，逐渐向上调节 发端载波频率，直到接收端载波无法跟踪发端载波，记录锁相环同步带上限； 然后通过鼠标，逐渐向下调节发端载波频率，直到接收端载波无法跟踪发端载波，记 录锁相环同步带下限； 重新完成两次该步骤，记录三次测量数据，取平均值；表1 同步带上限数据 表2 同步带下限数据3. Costas 环捕捉带测量用鼠标点击流程图“载波频率”按钮，将发端载波频率调节到 950K（可以调到更小）；通过转动鼠标滚轮逐渐增大发端频率，直到接收端载波完全同步为止，记录锁相环捕捉带下限。
将发端载波频率调节到 1070K，通过转动鼠标滑轮逐渐减小发端载波频率，直到接收端载波完全同步位置，记录锁相环捕捉带上限。
重新完成两次该步骤，记录三次测量数据，取平均值表1 捕捉带上限数据表2 捕捉带下限数据第二部分——位同步提取实验2.HDB3 位同步时钟提取(1). HDB3 编码观测将基带时钟设置为 64K，编码类型为 HDB3，用示波器观测 2P4 位同步输出的 HDB3 编码。
尝试修改基带类型为16bit，设置数据，将数据设置为全“0”，全“1”，其他数据，观察HDB3编码输出，并注意其是否包含位同步信息。
图2.1 全“0”码HDB3编码图2.2 全“1”码HDB3编码图2.3 16bit（1100 1111 0011 0111）(2). 伪随机序列 HDB3 编码位同步信息提取将基带信号设置为 PN-15，观测 2P2 位定时信息，2P8 提取时钟，2P9 本地补全的位同步信息。
通信原理实验 位同步信号提取.
通信原理实验报告学院:电子信息学院班级:实验日期:2014年 06月 03日上面已经求得数字锁相法位同步的相位误差θ有时不用相位差而用时间差西北工业大学通信实验室 2.将 SW01、SW02、SW03 全部设置为 0，观察记录波形。
3.将 SW01、SW02、SW03 的数值从 0 开始，逐渐增加，到获得稳定的BS，记录数值和波形。
制表：孟昭红，Tel：150******** 第 6 页西北工业大学通信实验室六结论……………………………………………………………………第 7 页 1、当输入的 NRZ 码全为 0 时，不能提取出位同步信号，但是当码元中有一个为“1”时，就能提取位同步信号。
2、在提取位同步信号时，信号源模块中的位同步信号的频率与同步信号提取模块的数字锁相环的本振频率应设置相同或者接近，当两者的频率偏差过大时，将不能提取输入信号的位同步信号。
七思考题…………………………………………………………………第 7 页 1.数字锁相环的同步器的同步抖动范围随固有频差增大而增大，试说明原因。
固有频差越大，数控振荡器输出位同步信号与环路输入信号之间的相位误差增大的越快，而环路对数控振荡器的相位调节时间间隔的平均值是不变的（当输入信号一定时），故当固有频差增大时，位同步信号的同步抖动范围增大。
2.此实验位同步恢复是通过锁相环实现的，还有其他的方法吗? 已经知道，对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换，例如，变成归零脉冲后，则该序列中就有 f=1/T 的位同步信号分量，经一个窄带滤波器，可滤出此信号分量，再将它通过移相器调整相位后，就可以形成位同步脉冲。
它的特点是先形成含有位同步信息的信号，再用滤波器将其滤出。
图七—1 滤波法原理图波形变换的实际应用方法: ①通过微分、整流电路实现，微分、整流后的基带信号波形如图图七-2 所示。
这里，整流输出的波形与图图七—1 中波形变换电路的输出波形有些区别，但这个波形同样包含有同步信号分量。
通信原理实验报告波形图
2ASK调制2ASK解调
2FSK调制2FSK调制
同步载波提取：2PSK 同步载波提取：2DPSK
同步载波提取：V5输出同步载波提取：V7输出
同步载波提取：原信号与V3比较同步载波提取：原信号与V5比较
同步载波提取：原信号与V7比较同步载波提取：Sin-OUT Cos-OUT
位同步提取：NRZ & 位同步输出位同步提取：BS & 位同步输出
RZ编码实验BPH编码实验
CMI编码实验HDB3编码实验
AMI编码实验RZ解码实验
BPH解码实验CMI解码实验
HDB3双路输出1与解码输出2 HDB3双路输出2与解码输出2
BRZ解码输出与源码输入BNRZ解码输出与源码输入
BNRZ双路输出1与解码输入2 BNRZ双路输出2与解码输入2
AMI双路输出1与解码输入2 AMI双路输出2与解码输入2。
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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：
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，则()cos c m t t ω （17-)]2cos()[cos (2
1)cos(cos )(v 3θωθθωω++=
+=t t m t t t m c c c 3） （17-
)]2sin()[sin (21)sin(cos )(v 4θωθθωω++=
+=t t m t t t m c c c 4）
经低通滤波器后的输出分别为：θcos )(2
1v 5t m =θsin )(2
1v 6t m =将v 5和v 6在相乘器中相乘，得， （17-5）
θ2sin )(81v v v 2657t m ==（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）
θ)(41v 27t m ≈（17-6）中的v 7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。
五、实验结果
1、以信号源输出点“PN”点的波形为内触发源，用示波器双踪同时观察信号源输出点
“PN”与模块7的信号输出点“TH5”的输出波形。
调节电位器W1，使“TH5”点输出清楚稳定的波形。
2、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。
3、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。
一个周期大约占四小格，一个大格为10us，故一个周期为大约8us，故频率大约为125KHz，符合。
六、实验思考题
1、简述科斯塔斯环法提取同步载波的工作过程。
答：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。
2、提取同步载波的方法除了科斯塔斯环法外，还有什么方法？试设计该电路并分析其
工作过程。
答：平方变换法：
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()e t 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()m t 二相移相信号，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。