继续按表中顺序观察解调过程， “载波输出”点输出的信号就是从输入的 PSK 调制信号 中提取出来的 0 相载波，率为 128KHz。
图 10-4 0 相鉴相输出波形（CH1 是 32 kb/s PN 基 带信号， CH2 是 PSK 调制信号和 0 相载波相乘滤波后 的波形）
原
创
图 10-3 “TH5”点输出清楚稳定的波形（CH1 是 32 kb/s PN 基带信 号，CH2 是 PSK 调制信号和π/2 相载波相乘滤波后的波形） 图 10-5 误差电压 4 / 15
信息科学与技术系
通信原理实验报告
姓 学 同
名 号 组
指导老师
原
20081181××× × × 惠龙飞
华中科技大学×××× 2010 年 12 月 14 日
创
× ×
专业班级
通信工程 08××
实验十 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。
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拨下为 0，发光二极管灭） ，模块 6 上拨码开关 S1 选 HDB3 码方式。 3、电源关闭状态下，按照下表完成实验连线： 源端口 信号源：NRZ（8K） 信号源：CLK2（8K） 模块 6：DOUT1 模块 6：DOUT2 模块 6： HDB3/AMI-OUT 模块 6：OUT-A 模块 6：OUT-B 模块 6：HDB3/AMI-IN 模块 7：位同步输出 目的端口 模块 6：NRZIN 模块 6：BS 模块 6：IN-A 模块 6：IN-B 模块 6： HDB3/AMI-IN 模块 6：DIN1 模块 6：DIN2 模块 7：输入 模块 6：BSR 连线说明 8KNRZ 码基带传输信号输入 提供编译码位时钟 电平变换 A 路编码输入 电平变换 B 路编码输入 电平反变换输入 电平反变换 A 路编码输出 电平反变换 B 路编码输出 滤波法同步提取输入 提取的位同步输入
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 2、③号模块 3、⑦号模块 4、60M 双踪示波器 5、频率计（选用） 一块 一块 一块 一台 一台
四、实验原理
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
原
创
分析 2：COSTAS 环提取“0”相载波的实现过程。
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实验十一 位同步提取实验
一、 实验目的
1、掌握用滤波法提取位同步信号的原理及其对信息代码的要求。 2、掌握位同步器的同步建立时间、同步保持时间、位同步信号同步抖动等概念。
二、实验内容
1、观察滤波法提取位同步信号各观测点波形。
三、实验器材
图 10-1 128K 同步正弦波
图 10-2 PSK 调制信号（CH1 是 32 kb/s PN 基带信 号，CH2 是 PSK 调制信号）
5、观察提取过程。 观察并记录“PN” （信号源）与“TH5” （PSK 调制信号和 π/2 相载波相乘滤波后的波形） 的波形。 用示波器 CH1 接信号源“PN” ，CH2 接 模块 7“TH5” 。调节电位器 W1，使“TH5” 点输出清楚稳定的波形。如果示波器两路信 号反向，按复位开关 S1 使其同相。
科斯塔斯环又称同相正交环，其原理框图如下：
V3 低通 V5
原
输出
取，或称为载波同步。
输入 已调信 号
创
V1 90 о 相 移 V2 V4
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
压控 振荡 器
环路 滤 波器
V7
低通
V6
在科斯塔斯环环路中，误差信号 V7 是由低通滤波器及两路相乘提供的。压控振荡器输 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 相乘器的输出均包含有调制信号， 两者相乘以后可以消除调制信号的影响， 经环路滤波器得 到仅与压控振荡器输出和理想载波之间相位差有关的控制电压， 从而准确地对压控振荡器进 行调整，恢复出原始的载波信号。
经低通滤波器后的输出分别为：
1 m(t ) cosθ 2 1 v 6 = m(t ) sin θ 2 v5 =
将 v5 和 v6 在相乘器中相乘，得，
1 v 7 = v 5 v 6 = m 2 (t ) sin 2θ 8
其中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，
v7 ≈
1 2 m (t )θ 4
4、打开电源，观察实验前提环境波形。
图 11-1 8K 编译码位时钟
原
创
图 11-2 HDB3 码输出 （CH1 是 32 kb/s PN 基带信号， CH2 是 HDB3 码输出） 图 11-3 HDB3 的“-1”码（CH1 是 HDB3 码，CH2 是 HDB3 的负码） 图 11-4 HDB3 的“+1”码（CH1 是 HDB3 码，CH2 是 HDB3 的正码）
输入基带信号 波形变换 窄带 滤波器 移相 脉冲 形成
1 0
1 1
原
创
滤波法原理图
( a ) t t ( b ) t ( c )
0
0
0
基带信号经微分、整流波形
本实验用滤波法只能提取 8KHz 时钟信号。
五、实验步骤
一、滤波法位同步提取 1、将信号源模块和模块 6、7 固定在主机箱上。 2、 将信号源模块上 S5 拨为 “1100” ， 选 8KNRZ 码。 拨动拨码开关 S1、 S2、 S3， 使 “NRZ” 输出的 24 位 NRZ 码设置为 01110010 01011001 10101010（开关拨上为 1，发光二极管亮；
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原
接收端必须产生一个用作抽样判决的定时脉冲序列， 它和接收码元的终止时刻应对齐。 我们
创
号码元的序列，解调构中，需要对积分
冲宽度为τ，则 NRZ 码的τ＝ Ts，则 NRZ 码除直流分量外不存在离散谱分量，即没有位 同步离散谱分量 1/Ts；RZ 码的τ满足 0<τ<Ts，且τ通常占空比为 50％，此时的 RZ 码含 有 n 为奇数的 n/ Ts 离散谱分量，无 n 为偶数的离散谱分量，这就是说，RZ 码含有位同步离 散谱分量。显然，为了能从解调后的基带信号中获取位同步信息，可以采取两种措施：（1） 如原始数字基带码为 NRZ 码， 若传输信道带宽允许， 可将 NRZ 码变换为 RZ 码后进行解调； （2）如调制时基带码采用 NRZ 码，就必须在接收端对解调出的基带信号进行码变换，即将 NRZ 码变换成 RZ 码，码变换过程实质上是信号的非线性变换过程。 本实验采用有滤波法提取位同步时钟。 已经知道，对于不归零的随机二进制序列，不能直接从其中滤出位同步信号。但是若对 该信号进行某种变换，例如，变成归零脉冲后，则该序列中就有 f = 1/ T 的位同步信号分 量。经一个窄带滤波器，可滤出此信号分量，再将它通过一移相器调整相位后，就可以形成 位同步脉冲。这种方法的方框图如图 18-1 所示，它的特点是先形成含有位同步信息的信号、 再用滤波器将其滤出。
五、实验步骤
1、将信号源模块和模块 3、7 固定在主机箱上。 2、将信号源模块上 S4 拨为“1010” ，将模块 3 上开关 K3 拨到“PSK”端。 3、在电源关闭的状态下，按照下表进行实验连线： 源端口
信号源：PN（32K） 信号源：128K 同步正弦波 模块 3：PSK-OUT
原
载波同步系统的主要性能指标是高效率和高精度。 所谓高效率就是为了获得载波信号而
1、 2、 3、 4、 5、 信号源模块 ⑥号模块 ⑦号模块 60M 双踪示波器 频率计（选用） 一块 一块 一块 一台 一台
四、实验原理
数字通信中，除了有载波同步的问题外，还有位同步的问题。因为消息是一串相继的信
器或匹配滤波器的输出进行抽样判决。抽样判决的时刻应位于每个码元的终止时刻，因此，
把接收端产生与接收码元的重复频率和相位一致的定时脉冲序列的过程称为码元同步或位 同步，而称这个定时脉冲序列为码元同步脉冲或位同步脉冲。 实现位同步的方法也和载波同步类似， 可分插入导频法和直接法两类。 这两类方法有时 也分别称为外同步法和自同步法。 数字通信中经常采用直接法， 这种方法是发端不专门发送 导频信号，而直接从数字信号中提取位同步信号的方法。下面我们着重介绍自同步法。 采用自同步法实现位同步首先会涉及两个问题：（1）如果数字基带信号中确实含有位 同步信息， 即信号功率谱中含有位同步离散谱， 就可以直接用基本锁相环提取出位同步信号， 供抽样判决使用；（2）如果数字基带信号功率谱中并不含有位定时离散谱，怎样才能获得 位同步信号。 数字基带信号本身是否含有位同步信息与其码型有密切关系。 应强调的是， 无论数字基 带信号的码型如何， 数字已调波本身一般不含有位同步信息， 因为已调波的载波频率通常要 比基带码元速率高得多， 位同步频率分量不会落在数字已调波频带之内， 通常都是从判决前 的基带解调信号中提取位同步信息。 二进制基带信号中的位同步离散谱分量是否存在， 取决 于二进制基带矩形脉冲信号的占空比。若单极性二进制矩形脉冲信号的码元周期为 Ts，脉
图 10-6 16.384MHz 振荡输出
图 10-7 0 相和π/2 相载波（CH1 是 128K 的“0” 相载波，CH2 是 128K 的“π/2”相载波）
六、实验分析
分析 1：选择 16.384MHz 的原因。 本实验要提取 128KHz 的载波，16.384MHz 经 CPLD 进行 128 分频后，得到的频率为 16.384MHz/128=128KHz，正好为所需要的载波频率，从而准确地对压控振荡器进行调整，恢 复出原始的 128KHz 载波信号。
由“PSK”输入的 PSK 调制信号分两路输出至两模拟乘法器（MC1496）的输入端，乘法 器 1（U2）与乘法器 2（U5）的载波信号输入端的输入信号分别为 0 相载波信号与π/2 相载 波信号。 这样经过两乘法器输出的解调信号再通过有源低通滤波器滤掉其高频分量， 由乘法 器 U4（MC1496）构成的相乘器电路，去掉数字基带信号中的数字信息。得到反映恢复载波 与输入载波相位之差的误差电压 Ud, Ud 经过压控晶振 CRY1（16.384M）后，再进入 CPLD （EPM240T）进行 128 分频，输出 0 相载波信号。