1、14/14通信原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告實(shí)驗(yàn)十：載波同步提取試驗(yàn)系別：信息科學(xué)與工程學(xué)院專業(yè)班級(jí)：通信1003學(xué)生姓名：揭芳學(xué)號(hào)：20101182073同組學(xué)生：楊亦奧成績：指導(dǎo)教師：惠龍飛（實(shí)驗(yàn)時(shí)間：2012年12月28日2012年12月28日）華中科技大學(xué)武昌分校一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握用科斯塔斯（Costas）環(huán)提取相干載波的原理與實(shí)現(xiàn)方法。2、認(rèn)識(shí)相干載波相位模糊現(xiàn)象的產(chǎn)生原因。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、察看科斯塔斯環(huán)提取相干載波的過程。2、察看科斯塔斯環(huán)提取的相干載波，并做解析。三、實(shí)驗(yàn)器材1、信號(hào)源模塊一塊2、號(hào)模塊一塊3、號(hào)模塊一塊4、60M雙蹤示波器一臺(tái)四、實(shí)驗(yàn)原理（一）基根源理同步是通信系統(tǒng)中一個(gè)重要的

2、實(shí)際問題。當(dāng)采用同步解調(diào)或相干檢測(cè)時(shí)，接收端需要提供一個(gè)與發(fā)射端調(diào)制載波同頻同相的相干載波。這個(gè)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(hào)的同時(shí)，在適合的頻率地址上，插入一個(gè)（或多個(gè)）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；另一類就是不特意發(fā)送導(dǎo)頻，而在接收端直接從發(fā)送信號(hào)中提取載波，這類方法稱為直接法。下面就重點(diǎn)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(hào)為m(t)，m(t)中無直流分量，則抑制載波的雙邊帶信號(hào)為s(t)m(t)cosct接收端將該信號(hào)進(jìn)行平方變換，即經(jīng)過一個(gè)平方律部件后就獲得由式

3、（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(xiàng)中包含有2c頻率的分量。若用一窄帶濾波器將2c頻率分量濾出，再進(jìn)行二分頻，就獲得所需的載波。根據(jù)這種解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(hào)m(t)1，該抑制載波的雙邊帶信號(hào)就成為二相移相信號(hào)，這時(shí)e(t)m(t)cosct211cos2ct（17-2）22圖17-1平方變換提取載波因而，用圖17-1所示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(gè)二分頻電路，故提取出的載波存在180的相位模糊問題。對(duì)移相信號(hào)而言，解決這個(gè)問題的常用方法是采用相對(duì)移相

4、。平方交換法提取載波方框圖中的2fc窄帶濾波器若用鎖相環(huán)代替，組成如圖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)擁有優(yōu)異的追蹤、窄帶濾波和記憶性能，平方環(huán)法比一般的平方變換法擁有更好的性能。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：V3V5低通V1輸入已調(diào)信號(hào)輸出壓控環(huán)路V7振蕩器濾波器90相移2V4V6低通圖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(hào)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(hào)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(hào)。兩路相乘器的輸出

5、均包含有調(diào)制信號(hào)，兩者相乘今后可以除掉調(diào)制信號(hào)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，進(jìn)而正確地對(duì)壓控振蕩器進(jìn)行調(diào)整，恢復(fù)出原始的載波信號(hào)?，F(xiàn)在從理論上對(duì)科斯塔斯環(huán)的工作過程加以說明。設(shè)輸入調(diào)制信號(hào)為m(t)cosct，則v3v4m(t)cosm(t)cosctcos(ctsin(ctct)1m(t)cos212cos(2sin(2ctct)（17-3）（17-4）經(jīng)低通濾波器后的輸出分別為：v5v61m(t)cos212將v5和v6在相乘器中相乘，得，v7v5v61m2(t)sin28（17-5）（17-5）中是壓控振蕩器輸出信號(hào)與輸入信號(hào)載波之間的相位

6、誤差，當(dāng)較小時(shí)，v714m2(t)（17-6）（17-6）中的v7大小與相位誤差成正比，它就相當(dāng)于一個(gè)鑒相器的輸出。用v7去調(diào)整壓控振蕩器輸出信號(hào)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(hào)而盡量少消耗發(fā)送功率。用直接法提取載波時(shí)，發(fā)端不特意發(fā)送導(dǎo)頻，因而效率高；而用插入導(dǎo)頻法時(shí)，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)是相位盡量正確的相干載波，也就是相位誤差應(yīng)該盡量小。相位誤差平時(shí)由穩(wěn)態(tài)相差和隨機(jī)相差組成。穩(wěn)態(tài)相差主若是指載波信號(hào)經(jīng)過同步信

7、號(hào)提取電路一后，在穩(wěn)態(tài)下所引起的相差；隨機(jī)相差是由于隨機(jī)噪聲的影響而引起同步信號(hào)的相位誤差。相位誤差對(duì)雙邊帶信號(hào)解調(diào)性能的影響只是引起信噪比下降，對(duì)殘留邊帶信號(hào)和單邊帶信號(hào)來說，相位誤差不單引起信噪比下降，而且還引起信號(hào)畸變。載波同步系統(tǒng)的性能除了高效率、高精度外，還要求同步成馬上間快、保持時(shí)間長等。（二）電路組成本實(shí)驗(yàn)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(hào)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(hào)輸入端的輸入信號(hào)分別為0相載波信號(hào)與/2相載波信號(hào)。這樣經(jīng)過兩乘法器輸出的解調(diào)信號(hào)再經(jīng)過有源低通濾波器濾掉其高頻分量，

8、由乘法器U4（MC1496）組成的相乘器電路，去掉數(shù)字基帶信號(hào)中的數(shù)字信息。獲得反響恢復(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(jìn)入CPLDEPM240T）進(jìn)行128分頻，輸出0相載波信號(hào)。該解調(diào)環(huán)路的優(yōu)點(diǎn)是：該解調(diào)環(huán)在載波恢復(fù)的同時(shí)，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(gè)載波恢復(fù)環(huán)路可用模擬和數(shù)字集成電路實(shí)現(xiàn)。但該解調(diào)環(huán)路的缺點(diǎn)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(shí)，即相干信號(hào)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(hào)的相位與載波信號(hào)相位同頻同相，以消除相位誤差。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，一般

9、不用絕對(duì)移相，而用相對(duì)移相，采用相位比較法克服相位模糊。R22+12VC91KR40+12V1041KU3BR18C10R10R21R4R305TL0841K104C25R46R113.3K3.3K1K-12V7C131041K200120R76200pfR43R3923200R2TH2R373.3K3.3K11U3AR83KC6THR9862002323.3KW1VCCTP2104C7TH41R15R19R20TH615K2K21I10U2R48R12470pfTHC23R38863R61K1K1KTH12CRY1MC1496125U1BR26W8k215KTL0821051K3.3K13R

10、2316.384MVCCIC151710TL08420K3104R17C126U4124141K1VCVCC42KMC1496124330pf1U3DE323TH5R16GNDOUTR3TL08414THC2749+12V3.3KR1310uF/16VR315R508TP12001051K3.3K20010PSKIN-12V145U3CTH7R1+12V-12VTH1R14R29THVCOTL0841TH5106.8KC3D4C2C16-12V200C1R321041048.2V104104R256.8KIVCOQ510C21D6C17R45+12V1041048.2V1KR84100R831

11、00R73100R42C24R33R44R281K104R34C11120200470pf235251504948474241403938373635343330292827262120191817161587654321444364621412TH3C22THR3586TP3104C4+12V2K10U5R72R58I/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/O1Q200pfMC1496128k215K3U1AQC261TL

12、082R41C811042K2IO/GCLK3IO/GCLK2IO/GCLK1IO/GCLK04330pf11IO/DEV_OE)1(TNIDNGIO/DEV_CLRn313.3VR27-12V145456)1(TNICCV)1(TNIDNG3620001)1(TNICCV-12VR24OIDNG9R3623)2(1OICCV510C206.8KOIDNG13C18D564)2(1OICCV1041048.2VOIDNG5406)2(1OICCVOIDNG9597)2(2OICCVOIDNG0839)2(2OICCVOIDNG49)2(2OICCVI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/

13、OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OI/OTDOTCKTMSTDIU89998979695929190898887868584838281787776757473727170696867666158575655545325242223100TDIEPM240GT100C5圖17-4載波同步電路五、實(shí)驗(yàn)步驟1、將信號(hào)源模塊和模塊3、7固定在主機(jī)箱上，雙蹤示波器，設(shè)置CH1通道為同步源。2、將信號(hào)源模塊上S5撥為“1010”，將模塊3上開關(guān)K3撥到“PSK”端

14、。3、在電源關(guān)閉的狀態(tài)下，按照下表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)連線：源端口目的端口連線說明信號(hào)源：PN（32K）模塊3：PSK-NRZS4撥為“1010”，PN是32K偽隨機(jī)碼信號(hào)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，察看PSK調(diào)制源狀態(tài)圖10-1128K同步正弦波圖10-2PSK調(diào)制信號(hào)CH1是32kb/sPN基帶信號(hào)，CH2是PSK調(diào)制信號(hào)5、察看提取過程。察看并記錄“PN”（信號(hào)源）與“TH5”（PSK調(diào)制信號(hào)和/2相載波相乘濾波后的波形）。用示波器CH1接信號(hào)源“PN”，CH2接模塊7“TH5”。調(diào)節(jié)

15、電位器W1，使“TH5”點(diǎn)輸出清楚穩(wěn)定的波形。如果示波器兩路信號(hào)反向，按模塊7上的復(fù)位開關(guān)S1使其同相。圖10-3“TH5”點(diǎn)輸出清楚穩(wěn)定的波形CH1是32kb/sPN基帶信號(hào)，CH2是PSK調(diào)制信號(hào)和/2相載波相乘濾波后的波形6、持續(xù)按表中序次察看解調(diào)過程，“載波輸出”點(diǎn)輸出的信號(hào)就是從輸入的PSK調(diào)制信號(hào)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/sPN基帶信號(hào)，CH2是PSK調(diào)制信號(hào)和0相載波相乘濾波后的波形圖10-5誤差電壓CH1是32kb/sPN基帶信號(hào)，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

16、（正交載波）解析1：根據(jù)選定誤差范圍來選擇振蕩頻率，相對(duì)誤差對(duì)解調(diào)有影響，根據(jù)誤差公式te=Ts/n,當(dāng)振蕩輸出頻率為16.384MHZ時(shí)，即分頻系數(shù)與振蕩頻率相乘為16.384MHZ，此時(shí)te=610-8；若振蕩輸出為128MHZ，此時(shí)te=7.810-6可以看出精度變小，由于實(shí)驗(yàn)提取的是128K載波，16.384M經(jīng)CPLD進(jìn)行128K分頻后，獲得的頻率恰巧是128K，所以選擇16.384MHZ。解析2：由”PSK”輸入的PSK解調(diào)信號(hào)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(hào)輸入端的輸入分別是0相載波信號(hào)和/2相載波信號(hào)。經(jīng)過兩乘法器輸出的解調(diào)信號(hào)再經(jīng)過有源低通濾波器濾除高頻

17、成分，由乘法器組成的相乘電路，去掉數(shù)字基帶信號(hào)中的數(shù)字信息，獲得反響恢復(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(jìn)入CPLD進(jìn)行128分頻，輸出0相載波信號(hào)。解析3：在科斯塔斯環(huán)環(huán)路中，誤差信號(hào)是由低通濾波器及兩路相乘提供，壓控振蕩器輸出信號(hào)直接供給一路相乘，供給另一路的則是壓控振蕩器輸出經(jīng)過九十度移相后的信號(hào)，兩路相乘器的輸出均包含有調(diào)制信號(hào)，兩者相乘今后即可以除掉調(diào)制信號(hào)的影響，經(jīng)過環(huán)路濾波器獲得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，解析4：誤差電壓與相位誤差成正比，它就相當(dāng)于一個(gè)鑒相器的輸出，用誤差電壓去調(diào)整壓控振蕩器輸出信號(hào)的相位，最后使穩(wěn)定相位誤

18、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(shí)驗(yàn)結(jié)束關(guān)閉電源，拆掉連線，整理實(shí)驗(yàn)結(jié)果完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。六、對(duì)實(shí)驗(yàn)十一位同步提取試驗(yàn)的解析圖11-18K編譯碼位時(shí)鐘圖11-2HDB3碼輸出圖11-3HDB3碼的“-1”碼圖11-4HDB3碼的“+1”碼解析：1：接收端在接收信息的時(shí)候，需要根據(jù)數(shù)字信號(hào)的同步脈沖來判斷每一位的開始，試驗(yàn)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(hào)，故無法直接獲得同步脈沖信號(hào)，所以必須將單極性不歸零嗎變換為“0”“1”不等概的雙極性碼偽隨機(jī)碼，從而提取同步脈沖，HDB3碼的“+1”“-1”碼可為同步脈沖，經(jīng)過HDB3碼的特性獲取同步脈沖。察看波

19、形如下列圖所示圖11-5“TH9”微分波形CH1是8K基帶信號(hào)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是全波整流輸出圖11-7低通輸出的8K振蕩信號(hào)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(hào)解析2：經(jīng)過對(duì)上下升沿進(jìn)行微分之后的波形有的頂部失真，這是由于它對(duì)應(yīng)的HDB3碼是由-1跳變到+1，微分波形幅度會(huì)很大，由于電路的限流作用，致使頂部失真，這種失真對(duì)后邊的取樣判決有影響，可能會(huì)產(chǎn)生誤判，因此需要經(jīng)過改變?nèi)与娖絹韺?duì)進(jìn)行校正，于不歸零的隨機(jī)二進(jìn)制序列，不能直接從其中濾出位同步信號(hào)，但是若對(duì)該信號(hào)進(jìn)行某種變化，試樣中經(jīng)過H

20、DB3碼來提取同步信號(hào)，首先進(jìn)行變化，然后經(jīng)過一微分，整流，就是為了獲得所需的位同步信號(hào)。圖11-8提取的位同步信號(hào)CH1是8KNRZ，CH2是提取的位同步信號(hào)解析3：在對(duì)不歸零隨機(jī)碼提取同步信號(hào)的時(shí)候，首先應(yīng)該將信號(hào)變成其他形式的信號(hào)，如變成歸零脈沖后，則該序列中就有f=1/T的位同步信號(hào)分量，經(jīng)過一個(gè)窄帶濾波器，濾除此信號(hào)分量，再將它經(jīng)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(diǎn)是先形成含有位同步信息的信號(hào)、再用濾波器將其濾出，進(jìn)而獲得我們需要的位同步信號(hào)。輸入基帶信號(hào)波形變換窄帶移相脈沖濾波器形成1011七、實(shí)驗(yàn)總結(jié)總合做了四次實(shí)驗(yàn)，做這個(gè)實(shí)驗(yàn)和過去的實(shí)驗(yàn)相比，最突出的特點(diǎn)

21、是實(shí)驗(yàn)完后有個(gè)互動(dòng)的環(huán)節(jié)，這個(gè)環(huán)節(jié)可以對(duì)我們不懂的問題老師來進(jìn)行講解，讓我們對(duì)實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)有了更深刻的理解，別的每次實(shí)驗(yàn)報(bào)告都發(fā)下來給我們，從每次的實(shí)驗(yàn)報(bào)告中看到自己的不足之處，為下次的實(shí)驗(yàn)做的更好提供了很好的幫助，像過去的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，交就交了，也不知道報(bào)告哪里寫的不好，哪里的好，也不知道該從哪里進(jìn)行完善，別的。我感覺每次實(shí)驗(yàn)報(bào)告發(fā)下來，老師可以抽取一定的時(shí)間對(duì)上次的實(shí)驗(yàn)報(bào)告做個(gè)簡單的說明。經(jīng)過這個(gè)實(shí)驗(yàn)，讓我們把書上的理論知識(shí)和實(shí)驗(yàn)中的原理很了很好的結(jié)合，實(shí)驗(yàn)最開始讓我們對(duì)試驗(yàn)箱的了解，幾次實(shí)驗(yàn)下來，對(duì)實(shí)驗(yàn)板的認(rèn)識(shí)，可以熟練的對(duì)示波器進(jìn)行調(diào)試，比方怎樣設(shè)置同步源，怎樣使波形輸出更好，怎樣調(diào)節(jié)使CH

22、1，CH2的輸出波形布局更好等等。第一次實(shí)驗(yàn)抽樣定理和PAM調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)，理解了自然抽樣和脈沖抽樣，即自然抽樣的抽樣脈沖頂部是隨原始信號(hào)變化的，即在頂部保持了原始信號(hào)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獲得，原始信號(hào)首先與抽樣脈沖相乘，形成理想抽樣信號(hào)，然后讓它經(jīng)過一個(gè)脈沖形成電路。牢固了課本上所學(xué)的抽樣定理，即一個(gè)頻帶限制在（0fh）內(nèi)的連續(xù)信號(hào)，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(hào)。第二次的實(shí)驗(yàn)是脈沖編碼調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)和兩路PCM時(shí)分復(fù)用實(shí)驗(yàn)。經(jīng)過這次實(shí)驗(yàn)，掌握了脈沖編碼調(diào)制中的取樣、量化、編碼三個(gè)步驟，使我對(duì)PCM編碼不單有理論上的認(rèn)識(shí)，還有實(shí)踐上的認(rèn)識(shí)，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(shí)也學(xué)習(xí)PCM變譯碼器的硬件實(shí)現(xiàn)電路，掌握它的調(diào)整測(cè)試方法。掌握了復(fù)路就是多路信號(hào)利用同一信道進(jìn)行獨(dú)立的傳輸，時(shí)分復(fù)用的主要特點(diǎn)是利用不用時(shí)隙來傳達(dá)各路不同信號(hào)，其建立在抽樣定理的基