matlab的costas环载波恢复,环路滤波器系数有推导

一种改进的变步长LMS算法在Costas环中的应用

一种改进的变步长LMS算法在Costas环中的应用马丛珊;高俊;娄景艺【摘要】针对传统固定步长LMS算法在稳态误差、收敛速度、跟踪速度方面无法兼得的问题,比较多种不同的变步长LMS算法,提出了一种改进变步长LMS算法.通过对该算法进行仿真分析,发现该算法不仅满足稳态误差、收敛速度、跟踪速度各方面的要求,还减小了噪声对算法的干扰.同时,为了解决科斯塔斯(Costas)环在现实硬件实现中两路信号无法完全一致的问题,将改进变步长LMS算法运用到科斯塔斯(Costas)环中,成功实现了载波恢复.【期刊名称】《通信技术》【年(卷),期】2016(049)006【总页数】6页(P673-678)【关键词】LMS算法;变步长;科斯塔斯(Costas)环;载波恢复【作者】马丛珊;高俊;娄景艺【作者单位】海军工程大学电子工程学院,湖北武汉430033;海军工程大学电子工程学院,湖北武汉430033;海军工程大学电子工程学院,湖北武汉430033【正文语种】中文【中图分类】TN911在短波通信系统接收机中，如何产生与载波信号同频同相的本地载波信号，是最后输出优质解调信号的重要条件之一。

而随着通信、导航等行业的发展，对短波接收机的要求也越来越高。

而在传统的载波同步方法中，无论是平方环还是科斯塔斯（Costas）环，都需要I、Q两路信号，且要求经过低通滤波器后的两路信号具有频率相同、相位相差90°的特性。

然而，现实的硬件设计很难满足。

而在LMS算法中，由于传统固定步长LMS算法[1]无法在稳态误差、收敛速度和跟踪速度方面获得最优性能，因此本文在对多种变步长LMS算法进行讨论的基础上，提出一种改进的变步长LMS算法。

仿真分析表明，该算法不仅可满足稳态误差、收敛速度和跟踪速度的要求，而且对噪声有很好的抑制作用。

同时，本文尝试将改进变步长LMS算法运用到科斯塔斯（Costas）环中，只需一路信号，即可完成最后的本地载波提取。

matlab 滤波器系数

MATLAB滤波器系数1. 引言滤波器是信号处理中常用的工具，用于改变信号的频率特性。

在MATLAB中，滤波器系数是滤波器设计的核心要素之一。

本文将详细介绍MATLAB中滤波器系数的概念、设计方法和应用。

2. 滤波器系数的概念滤波器系数是滤波器的权重参数，用于调整输入信号的不同频率分量的幅度和相位。

滤波器系数可以通过不同的设计方法来获得，常见的方法包括：窗函数法、频率采样法、极点零点法等。

3. 窗函数法设计滤波器系数窗函数法是一种常用的滤波器设计方法，它通过将理想滤波器的频率响应与一个窗函数相乘来获得滤波器系数。

常见的窗函数有矩形窗、汉宁窗、汉明窗等。

设计滤波器系数的步骤如下：3.1 确定滤波器类型和截止频率根据实际需求确定滤波器的类型（低通、高通、带通、带阻）和截止频率。

3.2 选择窗函数根据设计要求选择合适的窗函数，不同的窗函数对滤波器的频率响应和时域特性有不同的影响。

3.3 计算理想滤波器的频率响应根据滤波器类型和截止频率计算理想滤波器的频率响应。

理想滤波器的频率响应可以通过MATLAB中的函数进行计算，如fir1、fir2等。

3.4 选择窗函数长度窗函数的长度会影响滤波器的频率响应和时域特性，选择合适的窗函数长度是滤波器设计中的关键一步。

3.5 计算滤波器系数将理想滤波器的频率响应与选择的窗函数相乘，得到滤波器的频率响应。

通过MATLAB中的函数进行计算，如fir1、fir2等。

4. 频率采样法设计滤波器系数频率采样法是一种基于频域的滤波器设计方法，它通过对滤波器的频率响应进行采样和插值来获得滤波器的系数。

设计滤波器系数的步骤如下：4.1 确定滤波器类型和截止频率与窗函数法相同，根据实际需求确定滤波器的类型和截止频率。

4.2 选择采样点数选择足够的采样点数，通常要求采样频率是截止频率的2倍以上。

4.3 计算理想滤波器的频率响应根据滤波器类型和截止频率计算理想滤波器的频率响应。

可以使用MATLAB中的函数进行计算，如firls、firpm等。

Matlab实现滤波器[1]

滤波器设计示例1、Matlab 设计IIR 基本示例 (1)（1）直接设计数字滤波器 (1)（2）脉冲相应不变法 (2)（3）双线性变换 (2)（4）双线形变换法设计chebyshev 高通滤波器 (3)（5）使用MatLab6 下的Filter Designed Tool (4)2、Matlab 设计IIR 高级示例 (4)（1）双线性变换实现ButterWorth 低通 (4)（2）双线性变换法实现Chebyshev 低通（I 型） (5)（3）低通变换为高通 (6)（2）低通变换为带通 (7)（3）低通变换为带通（双线性变换） (8)3、Matlab 窗函数设计FIR 滤波器基本示例 (9)（1）低通滤波器实现 (9)（2）带通滤波器实现 (9)1、Matlab设计IIR基本示例[返回]（1）直接设计数字滤波器[返回]低通，采样频率为1Hz，通带临界频率f p =0.2Hz，通带内衰减小于1dB（αp=1）；阻带临界频率f s=0.3Hz，阻带内衰减大于25dB（αs=25）。

设计一个数字滤波器满足以上参数。

% Matlab 使用归一化的频率参数（临界频率除以采样频率的1/2）。

%这样临界频率参数的取值范围在0 和1 之间，1 代表Fs/2（用角频率表示的时候对应π）FS=1[n,Wn]=buttord(0.2/(FS/2),0.3/( FS /2),1,25);[b,a]=butter(n,Wn);freqz(b,a,512, FS);（2）脉冲相应不变法[返回]低通，采样频率为1Hz，通带临界频率f p =0.2Hz，通带内衰减小于1dB（αp=1）；阻带临界频率f s=0.3Hz，阻带内衰减大于25dB（αs=25）。

设计一个数字滤波器满足以上参数。

FS=1[n,Wn]=buttord(0.2*2*pi,0.3*2*pi,1,25,'s'); %临界频率采用角频率表示[b,a]=butter(n,Wn,'s');%freqs(b,a) %设计模拟的[bz,az]=impinvar(b,a,FS); %映射为数字的freqz(bz,az,512,FS)（3）双线性变换[返回]低通，采样频率为1Hz，通带临界频率f p =0.2Hz，通带内衰减小于1dB（αp=1）；阻带临界频率f s=0.3Hz，阻带内衰减大于25dB（αs=25）。

科斯塔斯环路Matlab

end
plot(dfrq_frame/(2*pi));
hold on
plot([1:length(dfrq_frame)], real_fc,'r');
legend('锁相环跟踪','实际的载波频率');
grid
mean_freq=mean(dfrq_frame/2/pi)
p=abs(real_fc-mean_freq)/real_fc;
fs = 50e6; %采样频率
ts = 1/fs;
num = 2e6; %数据长度
SNR = -15;
real_fc = 10000500; %实信号频率
data = sin(2*pi*real_fc*(0:num-1)*ts+pi/4)+sqrt(10^(SNR/10))*randn(1,num); %科斯塔斯环的输入信号
for frame=1:nf
% 产生本地的sin和cos函数
expcol = exp(j*(wfc*ts*nn+phase));
sine = imag(expcol);
cosine = real(expcol);
x = data((1:n)+((frame-1)*n));
%将数据转换到基带
temp = temp+c2*phase_discri(frame);
wfc = wfc-dfrq*2*pi; %改变本地频率
dfrq_frame(frame) = wfc;
phase = wfc*ts*n+phase; %得到不同块的相位
dphase_frame(frame) = phase;

基于COSTAS环的载波恢复技术

细的分析与研究为了提高鉴相精度，用反正切鉴相法替代传统的乘法鉴相法，并且通过仿真数据分析
证明此方法的正确性、可行性。最后对加以改进的Ｃｏｓｔａｓ环进行详细的仿真分析。通过仿真结果可知，
本次设计的Ｃｏｓｔａｓ环能准确对接收信号进行跟踪和同步。关键字：ＣｏｓｔａＳ环；载波恢复；ＭＡＴＬＡＢ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆＣｏｓｔａｓｌｏｏｐｉｎｃａｒｒｉｅｒｒｅｃｏｖｅｒｙｉｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｂａｓｉｃｍｏｄｅｌｏｆＣｏｓｔａｓ，ｔｈｅｂａｓｉｃｐｉｒｎｃｉｐｌｅｏｆＣｏｓｔｓｒｉｎｇｉｓｎａａｌｙｚｅｄ．ＴｈｅｒｏｌｅｓｏｆｔｈｅｖａｒｉｏｕｓｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓｏｆＣｏｓｔａｓｌｏｏｐａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆＭＡＴＬＡＢｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅａＡｎａｌｙｚｅｄａｎｄｓｔｕｄｉｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅａｃｃｕｒａｃｙｏｆｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｒｅｐｌａｃｉｎｇｔｈｅｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｍｅｔｈｏｄｏｆｍｕｌｔｉｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｓｒｅｐｌａｃｅｄｂｙｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｐｈａｓｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｄｅｔａｉｌｅｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｌｙａｓｉｓｏｆＣｏｓｔａｓｌｏｏｐｉｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅＣｏｓｔａｓｌｏｏｐｃａｎａｃ — ｃｕｒａｔｅｌｙｔｒａｃｋａｎｄｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｔｈｅｒｅｃｅｉｖｅｄｓｉｇｎａ１．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｏｓｔａｓｌｏｏｐ；ｃａｒｒｉｅｒｒｅｃｏｖｅｒｙ；ＭＡＴＬＡＢ

二相BPSK(DPSK)调制解调实验

电子科技大学通信学院《通信原理及同步技术系列实验八》二相BPSK(DPSK)调制解调实验班级学生学号教师二相BPSK(DPSK)调制解调实验指导书二相BPSK(DPSK)调制解调实验一、实验目的1、掌握二相BPSK(DPSK)调制解调的工作原理。

2、掌握二相绝对码与相对码的变换方法。

3、熟悉BPSK(DPSK)调制解调过程中各个环节的输入与输出波形。

4、了解载波同步锁相环的原理与构成，观察锁相环各部分工作波形。

5、了解码间串扰现象产生的原因与解决方法，能够从时域和频域上分析经过升余弦滚降滤波器前后的信号。

6、掌握Matlab软件的基本使用方法，学会Simulink环境的基本操作与应用。

二、实验原理数字信号载波调制有三种基本的调制方式：幅移键控（ASK），频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。

它们分别是用数字基带信号控制高频载波的参数如振幅、频率和相位，得到数字带通信号。

PSK调制在数字通信系统中是一种极重要的调制方式，它的抗干扰噪声性能及通频带的利用率均优于ASK幅移键控和FSK频移键控。

由于PSK调制具有恒包络特性，频带利用率比FSK高，并在相同的信噪比条件下误码率比FSK低。

同时PSK调制的实现也比较简单。

因此，PSK技术在中、高数据传输中得到了十分广泛的应用。

BPSK是利用载波相位的变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。

在BPSK中，通常用初始相位0和π分别表示二进制“1”和“0”。

其调制原理框图如图1所示，解调原理框图如图2所示。

图1 BPSK的模拟调制方式由于在BPSK 信号的载波恢复过程中存在着载波相位0 和180 的不确定性反向，所以在实际的BPSK 通信系统设计中，往往采用差分编解码的方法克服这个问题。

差分编解码是利用前后信号相位的跳变来承载信息码元，不再是以载波的绝对相位传输码元信息。

差分编解码的原理可用下式描述。

1n n n d b d -=⊕ 1ˆˆˆn n n b d d -=⊕ 其中第一个公式为差分编码原理，第二个公式为差分解码原理。

(完整版)使用MATLAB设计ISE中FIR滤波器系数方法总结

使用MATLAB设计ISE中FIR滤波器系数的方法
1、打开MATLAB，在命令行窗口输入“fdatool”，打开“Filter Designer & Analysis Tool”工具。

如下图所示：
2、由于FPGA中滤波器的系数需要为整数，因此需要在此处将系数设置为“Fixed -point”类型。

点击上图中红色方框内的按钮，在新出现的页面中将“Filter arithmetic”设置为“Fixed -point”。

设置完成后如下图所示：
3、点击上图中红色方框内的按钮，进入滤波器参数设置页面，在其中设置采样频率（Fs）、通带频率（Fpass）、阻带频率（Fstop）以及阻带衰减（Astop）等参数，并按最下面的“Design Filter”按钮生成滤波器系数。

如下图所示，采样频率为62MHz，通带频率为2MHz，阻带频率为4MHz，阻带衰减为-80dB。

4、然后导出coe文件，点击下图方框中的按钮即可导出coe文件：
5、在ISE中新建一个FIR滤波器IP核，在第一页设置中将“Select Source”改为“COE File”，然后在下面选择上一步生成的coe文件即可。

COSTAS环的仿真与实现

COSTAS 环的仿真与实现一． COSTAS 环的原理：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就称为载波恢复，或称为载波同步。

载波恢复的方法通常有两类，一类是在发送信号的同时，在适当的频率上还发送导频信号，实际中这种方法很少采用。

另一类是直接从接收到的信号中提取，可以用平方变换法和COSTAS 环法等。

由于在获得相同的工作性能时，COSTAS 环法的工作频率是平方变换法工作频率的1/2。

因此，COSTAS 环法在实际中更为常用。

其构成原理如图示：设环路的输入信号为 tt m t s t s c PSK ωcos )()()(2==环路锁定时，压控振荡器输出的是与发送信号频率相同相位差为Φ的相干载波，记作 )cos()(φω+=t t u c vco此信号和它的经过相移2π后的正交信号分别在同相支路和正交支路与输入信号相乘，得经低通滤波器后的输出分别为：由于和都包含有调制信号，将它们再相乘可以消除调)i )(0t q (0t 环路锁定时，有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。

COSTAS 环也可以推广到MPSK的载波提取，具体请参阅相关文献当输入信号为QPSK时，相应的COSTAS环如下：这种方法实现起来比较复杂，实际中一般不采用。

一般采用一种改进型的COSTAS环，该方法可以用数字电路实现，具有比传统COSTAS 环更好的性能。

其原理如下：设接收信号为： )sin()()cos()()(1211φφ+++=wt t s wt t s t s 设参考载波为：sin(+wt d 相位误差：鉴相并低通滤波后得到：其中把坐标轴化为8个区间：)2φu =2112)sgn()sgn(u u u u −φφφφsin 2)(cos 2)()(cos 2)(sin 2)()(212211t s t s t u t s t s t u −=+=12φφφ−=⎪⎩⎪⎨⎧<−=>+=0,10,00,1)sgn(x x x x当φ位于不同的区间时： Φ 1 2 3 4 5 6 7 8SGNu1 s2(t) s1(t) s1(t) -s2(t)-s2(t)-s1(t)-s1(t) s2(t) SGNu2 s1(t) -s2(t) -s2(t)-s1(t)-s1(t)s2(t) s2(t) s1(t) ⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧−−=区间，在，区间，在，区间，在，区间，在，76cos 32cos 54sin 81sin φφφφφφφφdd d d d k k k k u 其鉴相曲线为：可见改进型的COSTAS 环鉴相曲线为锯齿性，其鉴相灵敏度比传统的COSTAS 环高其，鉴相特性比COSTAS 环好。

matlab锁相环环路滤波器计算

Matlab锁相环环路滤波器计算一、概述锁相环（PLL）是一种控制系统，通常用于追踪和锁定输入信号的相位和频率。

锁相环系统由相位比较器、环路滤波器、电压控制振荡器（VCO）和分频器组成。

其中，环路滤波器在锁相环系统中起着至关重要的作用，它用于平滑和调节VCO的控制电压，以确保锁相环系统稳定工作。

二、环路滤波器计算环路滤波器通常由一个低通滤波器构成，用于滤除VCO输出的高频噪声，并且在锁相环系统中起到提高系统稳定性和抑制震荡的作用。

在Matlab中，可以通过以下步骤进行锁相环环路滤波器的计算：1. 确定环路滤波器的类型（如一阶低通滤波器、二阶低通滤波器等）和参数（如截止频率、增益等）。

根据具体的系统要求和性能指标，选择合适的滤波器类型和参数。

2. 在Matlab中，可以使用filter函数来实现环路滤波器的计算。

可以定义滤波器的传递函数H(z)，并利用filter函数对输入信号进行滤波处理。

可以利用freqz函数对滤波器的频率响应进行分析和评估。

3. 对于复杂的锁相环系统，可以考虑使用Simulink工具箱进行环路滤波器的建模和仿真。

Simulink提供了丰富的信号处理模块和仿真环境，可以方便地进行锁相环系统的设计、调试和优化。

三、环路滤波器设计注意事项在进行锁相环环路滤波器计算的过程中，需要注意以下几个方面的设计要点：1. 确定滤波器的截止频率和带宽：根据锁相环系统的频率特性和稳定性要求，选择合适的截止频率和带宽，以平衡相位延迟和抖动的性能指标。

2. 考虑滤波器的裙延迟和相位失真：在实际系统设计中，需要考虑滤波器的裙延迟和相位失真对系统稳定性的影响，尽量降低相位延迟和失真，以确保锁相环系统的性能。

3. 考虑VCO的控制电压范围：在设计环路滤波器时，需要考虑VCO的控制电压范围和动态范围，以确保滤波器对VCO控制电压的平滑调节和响应。

4. 考虑环路滤波器对系统稳定性的影响：在整个锁相环系统中，环路滤波器的稳定性和抑制震荡的能力是至关重要的，因此需要对滤波器的频率响应和动态特性进行充分的分析和评估。

科斯塔环载波恢复

为解调抑制载波相位键控(PSK)信号而设计的该相干载波恢复电路，涉及到多种权衡和性能考虑。

虽然有很多的方法是可用的，但本文将把焦点集中在一个多用途PSK解调器上，该解调器不需要改变任何结构，就能适用于不同的调制方案中的不同数据率。

这种解调器对卫星地面站接收来自具有不同有效载荷特性的各种遥感卫星的数据是很理想的。

图1展示了一个PSK解调器的简化结构。

它由一个输入自动增益控制(AGC)放大器、相干载波恢复电路和相干检波器组成。

中频(IF)信号加上噪声经带通滤波AGC放大器放大后,并行加到载波恢复电路和相干数据检波器上。

载波恢复电路再生了加到相干数据检波器的解调相干基准。

相干数据检波器提取了同相(I)和正交(Q)数据流,该数据流经低通滤波后，送到相应的位同步插件和信号调节器(BSSC)单元。

该BSSC单元恢复了用来使数据与符号时钟同步的相干符号时序。

在这种情况下，BSSC单元还提供串行数据和时钟输出。

利用如下的三种载波恢复电路之一，就能满足大多数应用场合：增倍环(像BPSK的平方环)、科斯塔斯(Costas)环和再调制环。

其它类型的载波恢复方案都是这些技术的延伸或改进。

例如，用于MPSK的增倍环(图2)是利用了先用带通滤波器滤除调制的第M阶非线性平方律函数。

一个传统的PLL，工作频率为M×f c，M是谐波乘数，f c是载波频率，锁定在非线性输出的第M谐波分量，而压控振荡器(VOC)除以M，以得到要求到的基准载波频率。

在BPSK Costas环(图3)中，通过将附加噪声的输入压缩载波分别与VCO的输出和经90度相移后的VCO输出信号相乘，对这两个乘积的结果进行滤波，并用这两个滤波后的信号的乘积去控制VCO信号的相位和频率。

当在I和Q臂的滤波器由积分陡落(integrate-and-dump)电路控制时,这个环叫做带有源滤波器的Costas环。

最佳的相位评估器需要在I路滤波器之后的双曲正切[tanh(KE b/N O)]非线性特性。

【谷速软件】matlab源码-costas载波同步环

在利用相干解调的数字通信系统中，载波同步是正确解调的前提，也是实际通信中的一项关键技术，没有载波同步就不可能正确的恢复出数字信号。

常用的载波同步方法有平方环和Costas环等，由于Costas环有跟踪低信噪比的抑制载波信号的特性而在实际系统中得到广泛的应用，目前国内外对costas环尤其是改进后的costas环进行了一系列的研究，尚耀波等建立了costas环的Z域模型，通过软件编程实现，称之为软件costas环；李波等根据costas环的结构，在F PGA芯片中完成了硬件实现。

然而，这些研究大部分都是基于传统的costas环结构，同时也没有考虑到程序在实际应用中的资源占用情况。

本文在仔细分析C ostas环的构成原理后，根据实际硬件的片上资源调整了滤波器的结构，提出一种用CIC滤波器来取代传统的环路滤波器。

最后，本文结合项目的应用，首先在simulink平台上实现了该算法，然后移植到Verilog上，用实际的FPGA芯片对此算法进行了验证。

1 Costas环原理1.1传统Costas环的结构科斯塔斯环又称同相正交环Costas环，Costas环由Costas1956年提出，其环路工作频率为载波频率，远远低于平方环的工作频率，实现成本较低。

其原理框图如图1（a）：(a) Costas环原理框图(b) 改进后Costas环原理框图图1改进前后Costas环原理框图在Costas环环路中，误差信号V7是通过两路低通滤波输出相乘得到。

压控振荡器(VCO)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。

两路相乘后经过低通滤波和环路可以得到仅与载波相位偏差信号有关的信号V7.用此信号来控制VCO就可以调整VCO输出和载波信号保持一致的相位。

现在从理论上对Costas环的工作过程加以说明。

设输入调制信号为，则（1-1）（1-2）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，（1-3）（1-3）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，（1-4）（1-4）中的v大小与相位误差θ成正比，它就相当于一个鉴相器的输出。

载波恢复技术(带图)

载波恢复技术及其相关算法4.1 载波恢复的基本原理在数字传输系统中，接收端解调部分通常采用相干解调(同步解调)的方法，因为相干解调无论在误码率、检测门限还是在输出信噪比等方面较非相干解调都具有明显优势。

相干解调要求在接收端必须产生一个与载波同频同相的相干载波。

从接收信号中产生相干载波就称为载波恢复。

相干解调的优越性是以接收端拥有准确相位的参考载波为前提的，如果频率有误差，解调就不能正常工作，如果相位有误差，解调的性能就会下降。

因为星座点数多的QAM(如64QAM,256QAM)对载波相位抖动非常敏感，所以对DVB-C 系统的QAM 调制方式来说，在接收端取得精确频率和相位的相关载波尤为重要。

在数字传输系统中，由于收发端的本振时钟不精确相等或者信道特性的快速变化使得信号偏离中心频谱，都会导致下变频后的基带信号中心频率偏离零点，从而产生一个变化的频偏，同时，信号的相位在传输中也会受到影响，引起信号的相位抖动。

为了消除因此产生的载波频偏Δf 和相偏Δθ，在数字传输系统接收端的QAM 解调器中需要通过载波恢复(Carrier recovery)环路来计算出信号中载波频偏与相偏，并将载波频偏与相偏的值反馈回混频器来消除载波频偏与相偏。

本文论述采用特殊的锁相环来获得相干载波的方法，其基本思想是：对于经过了下变频、滤波器、定时恢复和均衡之后的信号，应用盲载波恢复，通过利用锁相环，提取出频偏并且跟踪相偏。

4.2 载波恢复的具体方法以下介绍从抑制载波的己调信号中恢复相干载波的常用的方法：四次方环法、同相正交环法、逆调制环法、判决反馈环法。

4.2.1 四次方环四次方环[6]的基本方法是将接收信号进行四次方运算，然后用选频回路选出4c f 分量，再进行四分频，取得频率为c f 的相干载波。

具体的四次方环载波恢复框图如图4-1所示。

图4-1中接收到的射频信号与本地振荡器混频，在中频处理阶段进行滤波和自动增益控制后，升为四次幂，送入锁相环。

基于全数字Costas环的QPSK信号载波同步

基于全数字Costas环的QPSK信号载波同步李波;万云【摘要】给出了数字costas环法QPSK信号解调的的仿真模型,关键部分的参数设计原则.选择接收信号与本地载波的频差为350Hz进行仿真,观察同步过程和解调结果,改变频差,观察同步时间,最后改变仿真参数,得到costas环的锁相范围和锁相精度.仿真结果表明,该模型能够实现QPSK信号的快速正确解调,载波同步时间与本地载波和接收信号之间的频率差有关.【期刊名称】《移动信息》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】2页(P51-52)【关键词】QPSK;解调;costas环;仿真【作者】李波;万云【作者单位】武警江西省总队,江西南昌330025;武警江西省总队,江西南昌330025【正文语种】中文【中图分类】TN915.05四相相移键控( QPSK) 是在移动通信、卫星通信、数字电视中广泛应用的一种数字调制技术[1]。

在数字卫星通信系统中，QPSK 调制方式由于其频谱利用率高、抗干扰性强等优点成为应用最为广泛的调制方式之一[2]。

文献[3]提出了一种四相Costas环结构用于QPSK信号的载波同步。

文献[4]提出相较于传统Costas环，反正切载波恢复环能将线性带宽提高一倍。

文献[5]提出了BPSK信号的数字Costas环的实现方法。

基于此本文将将提出一种基于QPSK的全数字Costas环的实现方式设输入的QPSK信号为：其中，VCO输出的载波信号为：根据图1，可以得出：当时，有：，，根据（3）和（4）的结果，则有：其中，为频率控制字更新周期，为内的系统采样点数。

根据为定值，那么根据等差数列的求和公式得出：那么而，所以此时将上述鉴相输出通过数字LF滤波器处理即可得到相应的频率和相位控制字，并最终通过NCO模块输出正确的本地载波。

2.1 环路中的低通滤波器考虑到半带滤波器同时兼顾硬件电路的资源和滤波效果。

本文在环路中的低通滤波器使用的是半带滤波器。

如何使用Matlab技术进行信号滤波

如何使用Matlab技术进行信号滤波信号滤波是信号处理中的一个重要环节，其目的是去除噪声、干扰，提取出所关心的信号成分。

Matlab作为一种广泛应用于科学和工程领域的数值分析工具，提供了丰富的信号处理功能和工具包，可以通过编程和算法实现各种信号滤波方法。

本文将介绍如何使用Matlab技术进行信号滤波，包括滤波原理、常用滤波方法和Matlab代码实现等内容。

一、滤波原理信号滤波的基本原理是通过滤波器对信号进行加工处理，使得滤波后的信号具有更好的特性。

滤波器通过一系列的运算来调整信号的幅度、频率和相位等属性，以达到滤除或增强某些特定频率分量的目的。

常见的滤波器类型包括有限冲激响应（FIR）滤波器和无限冲激响应（IIR）滤波器。

FIR滤波器的主要特点是稳定性好、相位线性等，而IIR滤波器具有更高的滤波器阶数和更高的性能指标。

根据信号的特点和需求，选择适当的滤波器类型和参数非常重要。

二、常用滤波方法1. 低通滤波器低通滤波器是常用的一种滤波器，可以使得低于某个截止频率的信号成分通过，而高于该频率的信号成分则被滤除。

在Matlab中，可以使用`designfilt`函数设计低通滤波器。

例如，设计一个截止频率为1000Hz的低通滤波器代码如下：```matlabFs = 10000; % 采样频率Fc = 1000; % 截止频率N = 100; % FIR滤波器阶数h = designfilt('lowpassfir','FilterOrder',N,'CutoffFrequency',Fc,'SampleRate',Fs);```该代码中，`Fs`代表采样频率，`Fc`代表截止频率，`N`代表FIR滤波器的阶数。

设计完成后，可以使用`filter`函数对信号进行滤波处理。

2. 高通滤波器高通滤波器与低通滤波器相反，它只允许高于某个截止频率的信号成分通过，而低于该频率的信号成分则被滤除。

滤波器matlab分析

滤波器m a t l a b分析(总5页) --本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--作业二基于Matlab的滤波器特性分析与比较热自101 蒋俊 6一、简述滤波器的原理、分类及应用。

答: ①原理：滤波器是一种选频装置，可以使信号中特定的频率成分通过，而极大地衰减其它频率成分。

在测试装置中，利用滤波器的这种选频作用，可以滤除干扰噪声或进行频谱分析。

广义地讲，任何一种信息传输的通道（媒质）都可视为是一种滤波器。

因为，任何装置的响应特性都是激励频率的函数，都可用频域函数描述其传输特性。

因此，构成测试系统的任何一个环节，诸如机械系统、电气网络、仪器仪表甚至连接导线等等，都将在一定频率范围内，按其频域特性，对所通过的信号进行变换与处理。

②分类：根据选频作用可类：低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器。

根据“最佳逼近特性”标准分类：巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、贝塞尔滤波器。

③应用：电源滤波：得到平缓的直流电源或滤除交流电源的高次谐波信号滤波：一般用于滤除干扰信号，保留有用信息。

低通滤波器：一般用于滤除高频干扰。

高通滤波器：一般用于滤除低频干扰或交流耦合。

带通滤波器：一般用于通过限定带宽的有效信号。

带阻滤波器：一般用于滤除特定频率的干扰信号。

全通滤波器：一般用于相位校正。

二、1、一阶无源RC低通滤波器设滤波器的输入电压为e x，输出电压为e y，电路的微分方程，这是一个典型的一阶系统。

令τ=RC=，称为时间常数，对上式取拉氏变换，有H（s）=11+τs或H（f）=11+2πfτ,其幅频、相频特性公式为：,。

可以利用H=freqs(b,a,w)语句进行画图。

Matlab 代码如下。

w=linspace(0,1200,5000);b=[1];a=[ 1];H=freqs(b,a,w);subplot(2,1,1);plot(w,abs(H));grid;xlabel('\omega');ylabel('|H(j\omega|');subplot(2,1,2);plot(w,angle(H));grid;xlabel('\omega');ylabel('\phi(\omega)');图1分析如下：由上图可知当频率很低的时候，信号几乎不受衰减；随着频率的增大，信号在不断衰减；当频率接近于无穷大时，信号会被阻挡。

【matlab代做编程】载波同步costas环研究

1载波同步简介载波同步技术是接收机关键技术之一，是系统稳定工作的保证。

在信号传播过程中，由于受到所经信道特性影响和振荡器不稳定因素的影响，通信系统接收到的调制信号与本地载波会存在一定的频偏和随机的相位误差。

这就需要进行载波同步，消除本地载波与接收到信号间的频率、相位误差，以保证相干解调的正确进行。

相干解调需要在接收端恢复出载波，载波恢复的方法一般有两种，一种是在发送端发送数字信号序列的同时发送载波或与它有关的导频信号，在接收端可用窄带滤波器或锁相环直接提取载波，实现载波同步。

另外一种是接收信号为抑制载波的己调信号，通过对数字信号进行非线性的变换或采用特殊的锁相环来获得相干载波，实现载波同步。

锁相环是一种相位反馈系统，它能使受控振荡器的频率和相位均与输入信号保持确定的关系。

锁相环路具有两种主要工作形式，其一为锁定状态下的跟踪过程，其二为由失锁进入锁定的捕获过程。

在锁定状态下，输入信号与受控振荡器输出信号之间的瞬时相差在为零或保持为一个较小的常数。

在捕获过程中，由于输入信号与受控振荡器输出信号之间可能存在较大瞬时相差，锁相环将控制振荡器的输出信号发生改变，以减小这个相差，从而起到“锁定”的作用。

在载波同步技术从传统的锁相环方式向全数字方式演进的过程中，首先出现的是零中频方式的载波同步方法。

在此种接收机中，本地载波是由高稳振荡器产生，且不需要反馈环路调整振荡器，经模拟下变频后，零中频信号经AD采样送入数字处理部分，然后以数字方式估计出载波误差，并以此估计值纠正输入的数据，从而去掉频偏造成的影响。

此种方法也被称为开环补偿法。

2.载波同步的理论分析与仿真验证2.1环路滤波器介绍环路滤波器是Costas的重要组成部分，它是一种具有低通特性的滤波器，会直接影响到整个环路的性能。

数字环中使用的数字环路滤波器与模拟环中使用的环路滤波器作用一样，都对噪声及高频分量起抑制作用，并且控制着环路相位校正的速度与精度，对环路的捕获带宽和速度有很大的影响，同时稳定环路的跟踪过程。

全数字Costas环在FPGA上的设计与实现

因此, 数字 Costas环的传递函数为: H (z) = ! K dF ( z )N ( z) o (z) = ! ( z) 1 + K dF ( z)N ( z) i
式中: 环路增益 K d = 2 K pK 0 。同时, 误差传递函数为 : ! e (z) 1 H e (z) = = ( 5) ! 1 + K dF ( z )N ( z) i(z) 对于用于载波跟踪的 Costas环 , 根据终值定理有:
R SNR, L = R SN R,
i
# 通信技术 #
电子工程师
2006 年 1 月
式中: R SNR, L为环路信噪比; B i 为输入带宽。计算可得 B L 为 9. 5 k H z, 为留一定余量 , 取 8 kH z。再由公式
[ 4]
部件的截位情况进行了详细说明, 具体实现时的另一个难点在于合理设计各部件的时钟系统 , 即各部件实现的时序关系。图 5为环路系统的时钟时序图。其中 clkmu lt为下变频乘法器驱动时钟 , c lk lf为环路滤波器累加时钟, c lk256k 为 DDS频率字写时钟及驱动时钟。
图 2 数字 Costas环的等效数字锁相环模型
- 82 , 9 , 267 , 511 , 511 , 267 , 9 , - 82 , - 41 , 9 , 16 , 5 ,共 16 级抽头 , 保留所有有效位, 则滤波器输出位数 bLPF 为 37 位。由 IP 核的生成界面中知, LPF 的运算时延为 ( 4) 3 1 个处理时钟周期。F I R 处理时钟 f proces s 频率取 64 MH z。数据有效时钟信号为 ND。 2 . 3 PD 设计数字 PD 设计非常简单, 只需取同相支路的符号位作为过零检测脉冲 , 并与正交支路进行异或运算即可。其鉴相增益为中频信号幅度, 原理框图见图 3 。

新型Costas环在2PSK中的研究与硬件实现

新型Costas环在2PSK中的研究与硬件实现梁源;王兴华;向新【摘要】针对先验概率相等的2PSK中的信号不含载波分量,无法通过常规锁相法进行载波同步的缺陷,提出了利用新型科斯塔斯(Costas)环对2PSK进行锁频的方案.利用Simulink搭建框图平台对理论进行了验证,并通过System Generator自动代码生成并将代码下载到FPGA芯片上,同时通过硬件在环协同仿真功能将结果实时在Simulink平台显示出来.输出结果表明该方法能较好地达到实现锁频目的,通过比特流数据实时下载到FPGA开发板来进行调试与验证,提高系统性能.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2014(014)020【总页数】5页(P237-240,262)【关键词】2PSK;载波同步;科斯塔斯环;硬件在环协同【作者】梁源;王兴华;向新【作者单位】空军工程大学航空航天工程学院,西安710038;空军工程大学航空航天工程学院,西安710038;空军工程大学航空航天工程学院,西安710038【正文语种】中文【中图分类】TN911.7当今世界，随着VLSI(very large scale integration)的迅速发展，无线通信技术实现了理论到实践的高速推进。

在通信过程中，发射和接收是通信系统中至关重要的两个部分，而诸如信道中噪声干扰、多普勒频移等因素都将造成接收端本振频率与载波频率之间的频率与相位偏移，因此接收机如何捕获并跟踪载波成为了影响通信质量好坏的关键。

载波同步可以分为有辅助导频的载频提取和无辅助导频的载频提取。

有辅助导频是指发射信号中加入一个或多个导频信号，然后进行载波提取。

例如，对于2PSK信号，当先验概率相等时，其不含载频信号，通过向发送信号添加导频信号后，可以通过相干法来接收此类信号。

但是该类方法必须在发射信号中添加载频信号，这样接收机就必须根据载频信号的范围设定相应的通带滤波器，同时在多普勒频移的影响下，导频信号会出现相位漂移，这样滤波器的带宽过宽过窄都将对接收性能造成影响[1,2]。

matlab的costas环载波恢复,环路滤波器系数有推导

fs = 50e6; %采样频率ts = 1/fs;num = 2e6; %数据长度SNR = -15;real_fc = 10000500; %实信号频率data = sin(2*pi*real_fc*(0:num-1)*ts+pi/4)+sqrt(10^(SNR/10))*randn(1,num); %科斯塔斯环的输入信号fc = 10000000; %本地频率n = fs/10000; %累积时间为0.1msnn = [0:n-1];nf = floor(length(data)/n);% 将输入数据分成1ms的多个数据块wfc = 2*pi*fc; %本地信号phi_prv = 0;temp = 0;frame = 0;carrier_phase = 0;phase = 0;%环路滤波器的参数c1=1203.9*1.5;c2=16.22*1.5;%数据率为4kbps,1bit数据采样点数为12.5K，每5K个点累加一次，相当于4个数据累加清零一次，%w=0.01*4K,T=1/4K,k0=2*pi*T*fs/2^32,c1=2*0.707*w*T/k0,c2=(wT)^2/k0,for frame=1:nf% 产生本地的sin和cos函数expcol = exp(j*(wfc*ts*nn+phase));sine = imag(expcol);cosine = real(expcol);x = data((1:n)+((frame-1)*n));%将数据转换到基带x_sine = x.*sine;x_cosine = x.*cosine;Q = sum(x_sine); %经过滤波器I = sum(x_cosine);phase_discri(frame) = atan(Q/I); %得到锁相环的输入%锁相环dfrq = c1*phase_discri(frame)+temp; %经过环路滤波器temp = temp+c2*phase_discri(frame);wfc = wfc-dfrq*2*pi; %改变本地频率dfrq_frame(frame) = wfc;phase = wfc*ts*n+phase; %得到不同块的相位dphase_frame(frame) = phase;endplot(dfrq_frame/(2*pi));hold onplot([1:length(dfrq_frame)], real_fc,'r');legend('锁相环跟踪','实际的载波频率');gridmean_freq=mean(dfrq_frame/2/pi)p=abs(real_fc-mean_freq)/real_fc;。