通信原理-載波同步提取實驗.docx

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1、實驗二載波同步提取實驗一、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、③號模塊一塊3、⑦號模塊一塊4、20M雙蹤示波器一臺5、頻率計（選用）一臺四、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

2、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(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)制信號為，中無直流分量，則抑制載波的雙邊帶信號為接收端將該信號進(jìn)行平方變換，即經(jīng)過一個平方律部件后就得到（17-1）由式（17-1）看出，雖然前面假設(shè)了中無直流

3、分量，但中卻有直流分量，而表示式的第二項中包含有2ωc頻率的分量。若用一窄帶濾波器將2ωc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＝±1，該抑制載波的雙邊帶信號就成為二相移相信號，這時（17-2）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

4、取載波方框圖中的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1、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：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

5、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(jìn)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，則（17-3）（17-4）經(jīng)低通濾波器后的輸出分別為：將v5和v6在相乘器中相乘，得，（17-5）（17-5）中θ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)θ較小時，（17-6）（17-6）中的v7大小與相位誤差θ成正比，它就相當(dāng)于一個鑒相器的輸出。用

6、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(jī)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)

7、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的相位誤差。相位誤差對雙邊帶信號解調(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。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π/

8、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(jìn)入CPLD（EPM240T）進(jìn)行128分頻，輸出0相載波信號。該解調(diào)環(huán)路的優(yōu)點(diǎn)是：①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。②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(diǎn)是：存在相位模