载波同步的设计与实现
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。
实验四载波同步
实验四 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()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 )()(2222+== （17-1） 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。
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。
一种改进的载波同步Costas环路设计及实现
应的载波同步方法 。对 于开环载波 同步方法， 人们 多采用某种算法来实现载波频率和相位的估计 ， 而 后对频 率 和相 位 进 行 调 整 ， 样 对 资 源 耗 费 很 大 。 这
Ａｂｓｒ ｃ ： ｎ ｔ ｓ ｐ ｐ ｒ，ａ ｎ ｗ ａｒｅ ｙ ｃ ｒ ｎ ｚ ｒｌｏ ｔ ａ ｉｂ ｅｌ ｐ ｇ ｉ ｎ ｏ ｐ ｂ ｎｄ ｄｈ ｔ ａ ｔ Ｉ ｈｉ ａ ｅ ｅ ｃ ｒｉｒｓ ｎ ｈ ｏ ｉｅ ｏ ｐ ｗｉ ｖ ｒａ ｌ ｏ ａｎ ａ ｄ ｌ ｏ ａ ｗｉ ｔ ｈ ｈ ｓ ｅ ｎ ｉｃ ｓ ｅ ． Ｃｏ ａ ｅ ｗｉ ｔ ｅ ｒ ｄ ｔ ｎ ｌ ｏ ｐ，ｔ ｒ ｅ ｃ ｅ ｓｏ ａ ｃｒ ｕ ｔ ａ ｅ ｍｐｏ ｅ ａ ｂ ｅ ｄｓ ｕ ｓ ｄ ｍｐ ｒ ｄ ｈ ｔ ｈ ｔａ ｉｉ ａ ｌｏ ｈ ｅ ａ ｃ ｓ ｉｎ ｌ ｉｃ ｉ ｏ ｓ ｒ ｅ ｌｙ ｄ：
ａ ｎ ｌ ｐｂ ｎ ｗｄｈ ｓ ａ ｙ—ｓ ｔ ｊｔ ｎ ｐｇ ｉ ｃｎ ｂ ｅ —ｈ ｄ ｄ ｈ ｅ ｏ ａ ｅｎ ｍｏｇｏ ａ ｄ ｉｔ ， ｔ ｄ ｏ ｅ ｔ ｅ ｉｅ ａ ｄｌ ａ ａ ｅｗ ｌ ａ ｔｒ ｏ ｎ ｌ ａ ｅ ．Ｔ ｅｎｗ ｌ ｐ ｈｓｂ ｅ ｎ ｏ
（ 防科 学技 术 大学 电子科 学与工 程学 院 ， 沙 ４ ０７ ） 国 长 １０ ３
摘
要 ： 出了一种 基于 Ｃ ｓ ｓ环 （ 思塔 斯环 ） 提 ｏｍ 科 载波 同步 的 改进 环路 ， 它具 有 可 变环路 增 益
和可 变环路 带宽 。与传 统 的 Ｃｓ 环相 比， ｏｍｓ 改进环路 增加 了频 差估 计 、 益控 制和 环路锁 定检测 三 增 个辅助 电路 。该 方法 能较好 地处 理 环路 带宽 、 稳态相 位误差 与环 路增 益之 间的关 系 ， Ｆ Ｇ 在 Ｐ Ａ上 已
实验8 载波同步仿真实验
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。
基于帧头信息的载波同步设计及FPGA实现
Ｐ ｎ ｌ × Ｐ ｎ 三 ２＝｛ ｐ ｎ ＋ ｐ ｎ ； ＋… ＋ ｐ ｎ ２ Ⅳ ｝Ｘ
ｅ — Ｊ △ ， ’ Ｄ ” ’ ｆ ４）
式中： 表示取共 轭。因此 ，
ａ ｒ ｓ
１ 频偏 相 偏估 计 原理
１ ． １ 频偏估计原理
［ 丽
（ ２ ￣ ｒ Ｄ ｉ ｓ ｔ ・ Ｔ ｓ ）
基于帧头信息的载波同步设计及 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ实现
韦照川 ， 谢 栋， 蔡 成林
（ 桂林电子科技 大学 信 息与通信 学院 ， 广西 桂林 ５ ４ １ ０ ０ ４ ）
【 摘
要 】论述 了一种基 于帧头信 息的载 波 同步设计及 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ实现 方 法。首 先介 绍 了频偏 相偏估 计原 理 ， 然 后分别 介绍 了 Ｆ Ｐ —
【 Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ 】Ａ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｏ ｆ ｅ ａ ｌ Ｔ ｉ ｅ ｒ ｓ ｙ ｎ ｃ ｈ ｒ ｏ ｎ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｂ ｙ ｕ ｓ ｉ ｎ ｇ ｆ ｒ ａ ｍ ｅ ｈ ｅ ａ ｄ ｅ ｒ ｉ ｍ ｆ ｏ ｒ ｍ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｉ ｓ ｅ ｘ ｐ ｏ ｕ ｎ ｄ ｅ ｄ ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｆ Ｐ Ｇ Ａ ． Ｆ ｉ ｒ ｓ ｔ ， ｔ ｈ ｅ ｔ ｈ ｅ ｏ ｒ ｙ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｅ ｎ ｃ ｙ ｏ ｆ ｆ ｓ ｅ ｔ
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。
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。
实验三：模拟锁相环与载波同步.
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。
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。
载波同步算法
默认短时间内收发两端频率相对稳定，所以，仅在训练序列（帧头或者时隙头，BPSK 调制）中做载波同步，方法如下：1 基本原理普通数字Costas 环（在BPSK 调制下可用）结构如下：通用原理图：输入信号为BPSK 调制后的训练序列（PN 序列），数据部分不做同步处理。
原理如下：输入信号：0()()cos()r t a n t ωθ=+ （1） NCO 输出为：0cos()t ω和0sin()t ω， （2） 所以，下变频并低通滤波后的IQ 两路输出为：()cos()a n θ-和()sin()a n θ （3）通过鉴相器相乘后：21[()]sin(2)2a n θ-⨯（4） 考虑到()a n 的取值为1±，所以，当相偏较小时，鉴相器的输出可以近似为：21[()]sin(2)2a n θθ-⨯≈- （5）即，输出信号为相差的相反数。
再将鉴相器的输出经过环路滤波器进行进一步的滤波和参数调整，就可以作为NCO 的输入进行相位调制（跟踪）。
2 基本要求对于LPF ，截止频率可以参考发送端波形成形滤波器的截止频率，并考虑收发两端载波频率不相等引起的15KHz 左右频偏。
阶数可暂定16阶，抽头系数根据AD 进度取12位。
对于NCO ，中心频率20MHz ，相位可调（当无调制信号输入时，NCO 输出稳定正弦波或余弦波），相位调整参数位宽为24~32位待定。
对于鉴相器（即乘法器），输入为LPF 的输出（24位以上，可以考虑截取），输出位数取为输入信号的两倍（考虑截取）。
对于环路滤波器（LF ，原理见下一小节），参数c1，c2位数与鉴相器输出相同，具体值根据LPF ，NCO 调整步长等确定。
另外，LF 中还得考虑消除公式（5）中的负号。
3 参数设计及具体实现其中，LF 实现方法如下（原理参考全数字Costas 环在FPGA 上的设计与实现；代码参考无线通信FPGA 设计，李朝峰）：LF 不仅实现低通滤波，还实现对环路参数的调整。
同步原理(载波同步与位同步)
• 对于移相信号上述两种方法同样都存在载 波相位的模糊问题，其解决方法可采用相 对移相信号予以克服。
2021/10/10
15
载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
•载波同步，插入导频法
•不含有载波分量的发送信号有：
1，抑制载波的双边带信号；
2， 残留边带信号；（虽含有载波分量，但 很难从已调信号中提取。）
• Costas环与平方环具有相同的鉴相特性，如下图：
• 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。这种相位关系的不确定性，称为0，π的 相位模糊度。
7
载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
• 式中： • Kd为鉴相灵敏度，是常数。 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。
2021/10/10
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载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
• 载波同步直接法 • 二：同相正交环法（或称为科斯塔斯（Costas）环法） • 同相正交环法电路框图：
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载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
• 插入导频系统的接收端框图：
• 插入的导频为何要与载波正交？
• 因为接收端收到 后，利用窄带滤波器就
可提取导频信号
，经900移相可得与
调制载波同频同相的信号
，
则乘法器输出：
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载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
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
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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
pwm载波同步 can -回复
pwm载波同步can -回复PWM（Pulse Width Modulation）是一种在电子领域中常用的调制技术，可以通过改变信号的占空比来控制输出电平的矩形波形信号。
而载波同步则是一种使PWM波形与某个参考信号同步的方法。
在本文中，我们将详细介绍PWM载波同步技术，并探讨其在CAN（Controller Area Network）通信中的应用。
第一部分：PWM调制原理在PWM调制中，信号的占空比决定了输出电平的变化。
占空比越高，输出电平越接近高电平；占空比越低，输出电平越接近低电平。
通过调节占空比，可以实现对输出信号的精确控制。
第二部分：PWM载波同步原理在PWM载波同步中，我们引入了一个参考信号，该信号可以是一个正弦波、方波或其他周期性信号。
通过将PWM波形与参考信号进行相位比较，并根据比较结果调整PWM波形的相位，使得PWM波形始终与参考信号保持同步。
具体而言，我们可以将PWM波形看作是一个由高电平和低电平组成的周期性信号。
当参考信号与PWM波形的高电平部分相位一致时，PWM 波形的输出为高电平；当相位不一致时，PWM波形的输出为低电平。
通过调整PWM波形的相位，使得其始终与参考信号保持同步，即可实现PWM载波同步。
第三部分：PWM载波同步在CAN通信中的应用CAN通信是一种用于实时控制和通信的串行通信协议，广泛应用于汽车电子、工业控制等领域。
在CAN通信中，PWM载波同步技术可以起到提高通信可靠性和抗干扰能力的作用。
在CAN通信中，数据的传输是通过CAN帧来实现的。
通常情况下，CAN帧的识别是通过位定时来实现的，即根据不同的位时间（bit time）来识别不同的CAN帧。
通过引入PWM载波同步技术，我们可以将参考信号与CAN帧的位定时进行同步。
具体而言，我们可以通过将PWM载波同步的参考信号作为CAN帧的位定时时钟，以确保CAN帧的传输在正确的时间轴上进行，从而提高通信的可靠性和抗干扰能力。
一种变流器的无互连线载波同步方法及装置
一种变流器的无互连线载波同步方法及装置变流器在电力电子领域具有广泛的应用，其同步技术的优劣直接影响到系统的稳定性和效率。
本文将详细介绍一种无互连线载波同步方法及其装置，旨在提高变流器系统的性能。
一、背景变流器作为一种重要的电力电子设备，其核心功能是将直流电转换为交流电。
在多台变流器并联运行时，为了实现各变流器之间的同步，通常采用互连线载波同步方法。
然而，该方法存在一定的局限性，如互连线复杂、成本高、易受干扰等。
因此，研究一种无互连线载波同步方法具有重要意义。
二、无互连线载波同步方法及装置1.方法原理本方法基于载波同步技术，通过在变流器内部产生一个与外部同步信号相位一致的载波信号，实现变流器之间的同步。
具体步骤如下：（1）在每个变流器内部设置一个载波发生器，产生一个频率和相位相同的载波信号。
（2）将各个变流器的载波信号进行相位比较，通过相应的控制策略，使各载波信号的相位差保持在一定范围内。
（3）根据相位差调整各变流器的输出电压，实现变流器之间的同步。
2.装置结构无互连线载波同步装置主要包括以下部分：（1）载波发生器：用于产生频率和相位相同的载波信号。
（2）相位比较器：对各个变流器的载波信号进行相位比较，输出相位差信号。
（3）控制器：根据相位差信号，调整变流器的输出电压，实现同步。
（4）驱动电路：将控制器的输出信号转换为变流器的驱动信号。
（5）反馈环节：监测变流器的输出电流和电压，为控制器提供反馈信号，以实现更精确的控制。
三、优点与应用1.优点（1）无需互连线，简化系统结构，降低成本。
（2）抗干扰能力强，提高系统稳定性。
（3）同步精度高，有利于提高变流器性能。
2.应用本方法及装置可应用于以下领域：（1）风力发电：实现多台变流器并联运行，提高系统容量。
（2）光伏发电：提高光伏阵列的输出功率，提高发电效率。
（3）电力电子设备：提高设备性能，降低能耗。
总结：本文介绍了一种无互连线载波同步方法及其装置，通过在变流器内部产生相位一致的载波信号，实现变流器之间的同步。
逆变器载波同步
逆变器载波同步
逆变器载波同步是指在逆变器工作过程中，控制系统能够实现与电网同步，从而保证输出电流和电压的质量和稳定性。
对于这个问题，我有以下方案：
1. 使用基于硬件的载波同步方案：通过在逆变器中加入专用的硬件电路，实现
与电网精确同步。
这种方案通常需要复杂的电路设计和调试，但具有较高的稳定性和可靠性。
2. 使用基于软件的载波同步方案：通过调整逆变器控制系统的算法和参数，实
现与电网的同步。
这种方案相对较为简洁，但需要对控制算法的设计和调试进行精确的工作。
以上是我对“逆变器载波同步”问题的回答，希望能为您提供一些参考。
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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。
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:( ) = ( )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:12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:1 12 2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 3.2.1.1 所示的方 框图就可以提取出载波。
输入已调 信号平方律 部件e (t )2f c 窄带图 3.2.1.1 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 3.2.1.2 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。
输入已调 平方律 信号¼øÏàÆ÷»·Â· Â˲¨Æ÷ ѹ¿ØÕñµ´Æ÷¶þ·ÖƵ 载波输出v 3 v 5v 4v 6图 3.2.1.2 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。
利用锁相环提取载波的另一种常用方法如图 3.2.1.3 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 和它的正交信号 ，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。
低通输入已调信号输出v 190¡ã相移压控环路v dv 2振荡器 滤波器低通图 3.2.1.3 Costas 环法提取载波设输入的抑制载波双边带信号为，则经低通后的输出分别为乘法器的输出为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上式中 的大小与相位误差 成正比，因此，它就相当于一个鉴相器的输出。
用 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就是所需要提取的载波。
不仅如此，当减小到很小的时候，就接近于调制信号m(t)。
3.2.2插入导频法在模拟通信系统中，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3.2.2.1（a）图所示。
根据图3.2.2.1（a）的结构，其输出信号可表示为uo(t)=am(t)sinωct-a cosωct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的窄带滤波器就可以得到导频，再将它移相90°，就可得到与调制载波同频同相的信号。
收端的方框图如图3.2.2.2（b）所示。
m(t)调制信号相乘调制带通相加uo(t)输出uo(t)带通相乘器v(t)低通m(t)～90¡ã相移f c窄带滤波器90¡ã相移a sin c t图3.2.2.1(a)插入导频法发端框图图3.2.2.2（b）插入导频法收端框图由图3.2.2.1可知，解调输出为经过低通滤波器后，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：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（见图3.2.2.3），而是调制信号的带宽。
图3.2.2.3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。
四．各模块及总体电路设计4.1调制模块的设计（1）调制模块整体图：图4.1.1调制模块整体图(2)分频器：分频器实际上是一D触发器，实现二分频的功能。
图4.1.2分频器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。
最户是通过加两个电阻直接将两个电压耦合起来。
调制器的电路如下所示:（5）2PSK信号调制电路图4.1.52PSK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；低电平变为负电平）。
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。
4.2调制模块的设计图4.2.1载波提取电路（1）平方律模块图4.2.2平方律模块（2）锁相环模块：锁相环由环路滤波器和压控振荡器构成，然后集成为一块。
图4.2.3锁相环（3）二分频模块图4.2.4二分频模块（4）谐波提取电路图4.2.5谐波提取电路由图4.1.1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。
4.3载波同步系统总电路图图4.3.1载波同步系统总体电路五．仿真结果各分模块电路及总电路用EWB仿真波形如下：(1)M序列仿真波形图:观察图4.1可以看出仿真得出的序列为：111100010011010图5.1M序列仿真波形图（2）2PSK信号仿真波形：图5.22PSK信号仿真波形（3）载波同步仿真结果：图4.3载波同步仿真结果仿真结果分析：①观察图5.1可以看出仿真得出的序列为：111100010011010，②观察图5.3，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。
六．心得体会课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。
“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。
我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。
说实话，课程设计真的有点累。
然而，当我一着手清理自己的设计成果，漫漫回味这1周的心路历程，一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消．虽然这是我刚学会走完的第一步，也是人生的一点小小的胜利，然而它令我感到自己成熟的许多。
通过课程设计，使我深深体会到，干任何事都必须耐心，细致．课程设计过程中，许多计算有时不免令我感到有些心烦意乱：有2次因为不小心我计算出错，只能毫不情意地重来。
但一想起苏扬老师平时对我们耐心的教导，想到今后自己应当承担的社会责任，想到世界上因为某些细小失误而出现的令世人无比震惊的事故，我不禁时刻提示自己，一定呀养成一种高度负责，认真对待的良好习惯。
这次课程设计使我在工作作风上得到了一次难得的磨练。
短短一周是课程设计，使我发现了自己所掌握的知识是真正如此的缺乏，自己综合应用所学的专业知识能力是如此的不足。
在以后学习中要加强自己的实践动手能力，让自己能跟好的适应未来的工作需要。
参考文献[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。