1、精品文檔通信原理實驗報告實驗十： 載波同步提取試驗系別：信息科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)班級：通信 1003學(xué)生姓名：揭芳學(xué)號：20101182073同組學(xué)生：楊亦奧成績：指導(dǎo)教師：惠龍飛（實驗時間： 20 12年 12月 28日 20 12年 12月 28日）華中科技大學(xué)武昌分校。1歡迎下載精品文檔一、實驗?zāi)康?、 掌握用科斯塔斯（Costas ）環(huán)提取相干載波的原理與實現(xiàn)方法。2、了解相干載波相位模糊現(xiàn)象的產(chǎn)生原因。二、實驗內(nèi)容1、 觀察科斯塔斯環(huán)提取相干載波的過程。2、觀察科斯塔斯環(huán)提取的相干載波，并做分析。三、實驗器材1、 信號源模塊一塊2、 號模塊一塊3、 號模塊一塊4、 60M雙蹤示波器一臺

2、四、實驗原理（一）基本原理同步是通信系統(tǒng)中一個重要的實際問題。當(dāng)采用同步解調(diào)或相干檢測時，接收端需要提供一個與發(fā)射端調(diào)制載波同頻同相的相干載波。這個相干載波的獲取方法就稱為載波提取，或稱為載波同步。提取載波的方法一般分為兩類：一類是在發(fā)送有用信號的同時，在適當(dāng)?shù)念l率位置上，插入一個（或多個）稱為導(dǎo)頻的正弦波，接收端就由導(dǎo)頻提取出載波，這類方法稱為導(dǎo)頻插入法；另一類就是不專門發(fā)送導(dǎo)頻，而在接收端直接從發(fā)送信號中提取載波，這類方法稱為直接法。下面就重點介紹直接法的兩種方法。1、 平方變換法和平方環(huán)法設(shè)調(diào)制信號為m(t) ， m(t ) 中無直流分量，則抑制載波的雙邊帶信號為s(t)m(t ) co

3、sc t接收端將該信號進行平方變換，即經(jīng)過一個平方律部件后就得到由式（ 17-1 ）看出，雖然前面假設(shè)了m(t) 中無直流分量，但m2 (t ) 中卻有直流分量，而 e(t ) 表示式的第二項中包含有2 c 頻率的分量。若用一窄帶濾波器將2c 頻率分量濾出，。2歡迎下載精品文檔再進行二分頻， 就獲得所需的載波。根據(jù)這種分析所得出的平方變換法提取載波的方框圖如圖 17-1 所示。若調(diào)制信號 m(t ) ± 1，該抑制載波的雙邊帶信號就成為二相移相信號，這時e(t) m(t) cos ct 2 11cos 2ct22（ 17-2 ）圖 17-1 平方變換提取載波因而，用圖 17-1 所示

4、的方框圖同樣可以提取出載波。由于提取載波的方框圖中用了一個二分頻電路，故提取出的載波存在 180°的相位模糊問題。對移相信號而言，解決這個問題的常用方法是采用相對移相。平方交換法提取載波方框圖中的 2 fc 窄帶濾波器若用鎖相環(huán)代替，構(gòu)成如圖 17-2 所示的方框圖，就稱為平方環(huán)法提取載波。由于鎖相環(huán)具有良好的跟蹤、窄帶濾波和記憶性能，平方環(huán)法比一般的平方變換法具有更好的性能。因此，平方環(huán)法提取載波應(yīng)用較為廣泛。圖 17-2平方環(huán)法提取載波2、 科斯塔斯環(huán)法科斯塔斯環(huán)又稱同相正交環(huán)，其原理框圖如下：V 3V5低通V 1輸入已調(diào)信號輸出壓控環(huán)路V 7振蕩器濾波器90 相移V 2V4低通

5、V6。3歡迎下載精品文檔圖 17-3 科斯塔斯環(huán)原理框圖在科斯塔斯環(huán)環(huán)路中，誤差信號V7 是由低通濾波器及兩路相乘提供的。壓控振蕩器輸出信號直接供給一路相乘器，供給另一路的則是壓控振蕩器輸出經(jīng)90o 移相后的信號。兩路相乘器的輸出均包含有調(diào)制信號，兩者相乘以后可以消除調(diào)制信號的影響，經(jīng)環(huán)路濾波器得到僅與壓控振蕩器輸出和理想載波之間相位差有關(guān)的控制電壓，從而準(zhǔn)確地對壓控振蕩器進行調(diào)整，恢復(fù)出原始的載波信號?，F(xiàn)在從理論上對科斯塔斯環(huán)的工作過程加以說明。設(shè)輸入調(diào)制信號為m(t )cosct ，則v 3m(t) cosct cos(ct)1 m(t)coscos(2ct)2（17-3 ）v 4m(t)

6、 cosct sin(ct)1 m(t )sinsin(2ct)2（ 17-4 ）經(jīng)低通濾波器后的輸出分別為：v 51 m(t ) cos2v 61m(t )sin2將 v5 和 v6 在相乘器中相乘，得，v 7v 5 v 61 m2 (t ) sin 2（17-5 ）8（ 17-5 ）中是壓控振蕩器輸出信號與輸入信號載波之間的相位誤差，當(dāng)較小時，v 71 m2 (t )（17-6 ）4（ 17-6 ）中的v7 大小與相位誤差成正比，它就相當(dāng)于一個鑒相器的輸出。用v7 去調(diào)整壓控振蕩器輸出信號的相位，最后使穩(wěn)定相位誤差減小到很小的數(shù)值。這樣壓控振蕩器的輸出就是所需提取的載波。載波同步系統(tǒng)的主要

7、性能指標(biāo)是高效率和高精度。所謂高效率就是為了獲得載波信號而盡量少消耗發(fā)送功率。用直接法提取載波時，發(fā)端不專門發(fā)送導(dǎo)頻，因而效率高；而用插入導(dǎo)頻法時， 由于插入導(dǎo)頻要消耗一部分功率，因而系統(tǒng)的效率降低。所謂高精度，就是提取出的載波應(yīng)是相位盡量準(zhǔn)確的相干載波，也就是相位誤差應(yīng)該盡量小。相位誤差通常由穩(wěn)態(tài)相差和隨機相差組成。穩(wěn)態(tài)相差主要是指載波信號通過同步信號提取電路一后，在穩(wěn)態(tài)下所引起的相差； 隨機相差是由于隨機噪聲的影響而引起同步信號的相位誤差。相位誤差對雙邊。4歡迎下載精品文檔帶信號解調(diào)性能的影響只是引起信噪比下降，對殘留邊帶信號和單邊帶信號來說，相位誤差不僅引起信噪比下降，而且還引起信號畸變

8、。載波同步系統(tǒng)的性能除了高效率、高精度外，還要求同步建立時間快、保持時間長等。（二）電路組成本實驗是采用科斯塔斯環(huán)法提取同步載波的。由“ PSK”輸入的PSK 調(diào)制信號分兩路輸出至兩模擬乘法器（MC1496）的輸入端，乘法器 1（ U2）與乘法器2（ U5）的載波信號輸入端的輸入信號分別為0 相載波信號與/2 相載波信號。 這樣經(jīng)過兩乘法器輸出的解調(diào)信號再通過有源低通濾波器濾掉其高頻分量，由乘法器 U4（ MC1496）構(gòu)成的相乘器電路，去掉數(shù)字基帶信號中的數(shù)字信息。得到反映恢復(fù)載波與輸入載波相位之差的誤差電壓Ud, Ud經(jīng)過壓控晶振CRY1（ 16.384M）后，再進入CPLD（ EPM24

9、0T）進行 128 分頻，輸出 0 相載波信號。該解調(diào)環(huán)路的優(yōu)點是：該解調(diào)環(huán)在載波恢復(fù)的同時，即可解調(diào)出數(shù)字信息。該解調(diào)環(huán)電路結(jié)構(gòu)簡單，整個載波恢復(fù)環(huán)路可用模擬和數(shù)字集成電路實現(xiàn)。但該解調(diào)環(huán)路的缺點是：存在相位模糊。當(dāng)解調(diào)出的數(shù)字信息與發(fā)端的數(shù)字信息相位反相時，即相干信號相位和載波相位反相，則按一下按鍵開關(guān)S1，迫使 CPLD復(fù)位，使相干信號的相位與載波信號相位同頻同相，以消除相位誤差。然而，在實際應(yīng)用中，一般不用絕對移相，而用相對移相，采用相位比較法克服相位模糊。5歡迎下載精品文檔R22+12VC91KR40+12V1041KR18C10R21 R4U3BR10R305TL0841K104C

10、25R463.3K 3.3K-12VR11120C131041K1K7200R76200pfR43R3923200R2TH2R373.3K 3.3K11U3AR83KC6TH8620023.3KR923W1VCCTP2104C7TH41R15 R195K2K10U2R48R12863R6R20 TH61221I470pfTHC231K1K1KTH1CRY1MC1496128k215K5U1BR383.3KR26TL0821051K13R233W16.384MVCCIC15174TL08420KR17C1210U4141K14104612VC VCC2KMC1496124330pf1U3D23T

11、H5E3GND OUTR16R3TL084145THC2749+12V3.3KR1310uF/16VR31R508TP12001051K3.3K20010PSKIN-12V+12V-12V145U3CTH7R1TH1R14R29THVCOTL084TH5101C3D46.8KC2C16-12V200C1R321041048.2V104104R256.8KIVCOQ510D6C17C21R45+12V1041048.2V1KR84100100R73R83100R42C24R33R44 R281K104R343.3K3.3K120C1120023470pf52 51 50 49 48 47 424

12、1 403938 37 36 35 34 33 3029 2827 2621 20 19 18 17 16 1587 65432 144 43 646214 12TH3C22 THR3586TP3104C42K8+12VQ10U5R72R51200pfI/OI/OI/O I/OI/OI/OI/O I/OI/OI/OI/O I/OI/OI/OI/OI/OI/OI/O I/OI/OI/OI/O I/OI/OI/OI/OI/OI/OI/O I/OI/OI/O I/OI/OI/OI/OMC1496128k215K3U1AQC261TL0821104R41C82IO/GCLK3IO/GCLK2IO/GC

13、LK1IO/GCLK02K4330pf11IO/DEV_OE)1(TNIDNGIO/DEV_CLRn313.3VR274-12V56)1(TNICCV145)1(TNIDNG3620001)1(TNICCV-12VR24OIDNG9R3623)2(1OICCV510C20D56.8KOIDNG13C1864)2(1OICCV1041048.2VOIDNG5406)2(1OICCVOIDNG9597)2(2OICCVOIDNG0839)2(2OICCVOIDNG49)2(2OICCVTDOTMSI/OI/OI/O I/OI/OI/OI/O I/OI/OI/OI/O I/OI/OI/OI/OI/O

14、I/OI/O I/OI/OI/OI/O I/OI/OI/OI/OI/OI/OI/O I/OI/OI/O I/OI/OI/OI/OI/OI/O TCKTDIU899 98 97 96 95 9291 908988 87 86 85 84 83 8281 7877 7675 74 73 72 71 70 6968 6766 6158 57 565554 53 252422 23100TDIEPM240GT100C5圖 17-4載波同步電路五、實驗步驟1、 將信號源模塊和模塊3、 7 固定在主機箱上，雙蹤示波器，設(shè)置CH1通道為同步源。2、 將信號源模塊上S5 撥為“ 1010”，將模塊3 上開關(guān)

15、K3 撥到“ PSK”端。3、 在電源關(guān)閉的狀態(tài)下，按照下表進行實驗連線：源端口目的端口連線說明信號源： PN（ 32K）模塊 3：PSK-NRZS4 撥為“ 1010 ”， PN是 32K 偽隨機碼信號源： 128K 同步正弦波模塊 3：PSK載波提供 PSK調(diào)制載波，幅度為 4V模塊 3： PSK-OUT模塊 7：PSKIN提供載波同步提取輸入4、 打開電源，觀察PSK調(diào)制源狀態(tài)。6歡迎下載精品文檔圖 10-1 128K 同步正弦波圖 10-2 PSK 調(diào)制信號CH1是 32kb/s PN 基帶信號， CH2是 PSK調(diào)制信號5、 觀察提取過程。觀察并記錄“PN”（信號源）與“TH5”（

16、PSK調(diào)制信號和/2 相載波相乘濾波后的波形）。用示波器CH1接信號源“ PN”， CH2接模塊 7“ TH5”。調(diào)節(jié)電位器W1，使“ TH5”點輸出清楚穩(wěn)定的波形。如果示波器兩路信號反向，按模塊 7 上的復(fù)位開關(guān)S1 使其同相。7歡迎下載精品文檔圖 10-3“ TH5”點輸出清楚穩(wěn)定的波形CH1是 32kb/s PN基帶信號， CH2是 PSK調(diào)制信號和/2 相載波相乘濾波后的波形6、 繼續(xù)按表中順序觀察解調(diào)過程，“載波輸出”點輸出的信號就是從輸入的PSK調(diào)制信號中提取出來的0 相載波，頻率為128K. 。圖 10-40相鑒相輸出波形CH1是 32kb/s PN基帶信號， CH2是 PSK調(diào)

17、制信號和0 相載波相乘濾波后的波形。8歡迎下載精品文檔圖 10-5誤差電壓CH1是 32kb/s PN基帶信號， CH2是誤差電壓圖 10-616.384MHZ振蕩輸出圖 10-70相（載波輸出）和/2 相載波（正交載波）。9歡迎下載精品文檔分析1：根據(jù)選定誤差范圍來選擇振蕩頻率，相對誤差對解調(diào)有影響，根據(jù)誤差公式t e=Ts/n, 當(dāng)振蕩輸出頻率為16.384MHZ 時，即分頻系數(shù)與振蕩頻率相乘為16.384MHZ，此時t e=6×10-8 ；若振蕩輸出為128MHZ，此時 t e=7.8 ×10-6可以看出精度變小，由于實驗提取的是 128K 載波， 16.384M 經(jīng)

18、 CPLD 進行 128K 分頻后，得到的頻率剛好是128K，所以選擇16.384MHZ。分析 2：由 ”PSK”輸入的 PSK解調(diào)信號分兩路輸出至兩模擬乘法器的輸入端, 乘法器的兩路載波信號輸入端的輸入分別是0 相載波信號和/2 相載波信號。經(jīng)過兩乘法器輸出的解調(diào)信號再通過有源低通濾波器濾除高頻成分，由乘法器構(gòu)成的相乘電路，去掉數(shù)字基帶信號中的數(shù)字信息，得到反映恢復(fù)載波與輸入載波相位之差的誤差電壓，誤差電壓經(jīng)過壓控晶振后，再進入 CPLD進行 128 分頻，輸出 0 相載波信號。分析 3：在科斯塔斯環(huán)環(huán)路中，誤差信號是由低通濾波器及兩路相乘提供，壓控振蕩器輸出信號直接供給一路相乘，供給另一路

19、的則是壓控振蕩器輸出經(jīng)過九十度移相后的信號，兩路相乘器的輸出均包含有調(diào)制信號，兩者相乘以后即可以消除調(diào)制信號的影響，經(jīng)過環(huán)路濾波器得到僅與壓控振蕩器輸出和理想載波之間的相位差有關(guān)的壓控電壓，分析 4：誤差電壓與相位誤差成正比，它就相當(dāng)于一個鑒相器的輸出，用誤差電壓去調(diào)整壓控振蕩器輸出信號的相位，最后使穩(wěn)定相位誤差減小到很小的值，這樣壓控振蕩器的輸出就是所需提取的載波。7、 實驗結(jié)束關(guān)閉電源，拆除連線，整理實驗結(jié)果完成實驗報告。六、對實驗十一位同步提取試驗的分析圖 11-1 8K編譯碼位時鐘。10歡迎下載精品文檔圖 11-2 HDB3 碼輸出圖 11-3 HDB3 碼的“ -1 ”碼圖 11-4

20、 HDB3 碼的“ +1”碼。11歡迎下載精品文檔分析： 1：接收端在接收信息的時候， 需要根據(jù)數(shù)字信號的同步脈沖來判斷每一位的開始，試驗中使用的是單極性不歸零碼，單極性不歸零碼不含脈沖信號，故無法直接獲得同步脈沖信號，所以必須將單極性不歸零嗎轉(zhuǎn)換為“0”“ 1”不等概的雙極性碼偽隨機碼，從而提取同步脈沖，HDB3碼的“ +1”“-1 ”碼可為同步脈沖，通過HDB3碼的特性獲取同步脈沖。觀察波形如下圖所示圖 11-5 “ TH9”微分波形CH1是 8K 基帶信號的HDB3碼， CH2是 HDB3碼微分波形圖 11-6全波整流輸出CH1是 HDB3碼微分波形，CH2是全波整流輸出。12歡迎下載精

21、品文檔圖 11-7低通輸出的8K 振蕩信號CH1是全波整流輸出，CH2是 8K 全波整流脈沖產(chǎn)生的振蕩信號分析 2：通過對上下升沿進行微分之后的波形有的頂部失真，這是由于它對應(yīng)的HDB3碼是由 -1 跳變到 +1，微分波形幅度會很大，由于電路的限流作用，導(dǎo)致頂部失真，這種失真對后面的取樣判決有影響，可能會產(chǎn)生誤判，因此需要通過改變?nèi)与娖絹韺M行校正，于不歸零的隨機二進制序列，不能直接從其中濾出位同步信號，但是若對該信號進行某種變化，試樣中通過HDB3碼來提取同步信號，首先進行變化，然后通過一微分，整流，就是為了得到所需的位同步信號。圖 11-8提取的位同步信號CH1是 8KNRZ， CH2是

22、提取的位同步信號。13歡迎下載精品文檔分析 3： 在對不歸零隨機碼提取同步信號的時候，首先應(yīng)該將信號變成其他形式的信號，如變成歸零脈沖后，則該序列中就有f=1/T的位同步信號分量，經(jīng)過一個窄帶濾波器，濾除此信號分量，再將它通過一移相器調(diào)整相位后，就可以形成位同步脈沖，這種方法的特點是先形成含有位同步信息的信號、再用濾波器將其濾出，從而得到我們需要的位同步信號。輸入基帶信號波形變換窄帶移相脈沖濾波器形成1011七、實驗總結(jié)總共做了四次實驗，做這個實驗和以往的實驗相比，最突出的特點是實驗完后有個互動的環(huán)節(jié)，這個環(huán)節(jié)可以對我們不懂的問題老師來進行講解，讓我們對實驗的本質(zhì)有了更深刻的理解，另外每次實驗

23、報告都發(fā)下來給我們，從每次的實驗報告中看到自己的不足之處，為下次的實驗做的更好提供了很好的幫助，像以往的實驗報告，交就交了，也不知道報告哪里寫的不好，哪里的好，也不知道該從哪里進行完善，另外。我覺得每次實驗報告發(fā)下來，老師可以抽取一定的時間對上次的實驗報告做個簡單的說明。通過這個實驗，讓我們把書上的理論知識和實驗中的原理很了很好的結(jié)合，實驗最開始讓我們對試驗箱的了解，幾次實驗下來，對實驗板的了解，能夠熟練的對示波器進行調(diào)試，比如怎樣設(shè)置同步源，怎樣使波形輸出更好，怎樣調(diào)節(jié)使CH1， CH2的輸出波形布局更好等等。第一次實驗抽樣定理和PAM調(diào)制解調(diào)實驗，理解了自然抽樣和脈沖抽樣，即自然抽樣的抽樣

24、脈沖頂部是隨原始信號變化的，即在頂部保持了原始信號變化的規(guī)律，而平頂抽樣可以由理想抽樣和脈沖形成電路得到，原始信號首先與抽樣脈沖相乘，形成理想抽樣信號，然后讓它通過一個脈沖形成電路。鞏固了課本上所學(xué)的抽樣定理，即一個頻帶限制在（0 fh ）內(nèi)的連續(xù)信號， 如果抽樣頻率大于等于兩倍的fh ，這可由脈沖序列無失真的恢復(fù)原始信號。 第二次的實驗是脈沖編碼調(diào)制解調(diào)實驗和兩路PCM時分復(fù)用實驗。 通過這次實驗，掌握了脈沖編碼調(diào)制中的取樣、量化、編碼三個步驟，使我對PCM編碼不僅有理論。14歡迎下載精品文檔上的認(rèn)識，還有實踐上的認(rèn)識，熟悉了PCM編碼和譯碼，熟悉 PMC編譯碼專用集成芯片的功能和使用方法，同時也學(xué)習(xí)PCM變譯碼器的硬件實現(xiàn)電路，掌握它的調(diào)整測試方法。掌握了復(fù)路就是多路信號利用同一信道進行獨立的傳輸