1、現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書技現(xiàn)代通信原理實驗指導(dǎo)書14 14 14 實驗十四同步載波提取實驗一、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、實驗儀器1、信號源模塊2、同步信號提取模塊3、數(shù)字調(diào)制模塊4、20M雙蹤示波器一臺5、頻率計(選用)一臺6、連接線若干四、實驗原理當(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

2、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)稱作導(dǎo)頻的正弦波，接收端就由導(dǎo)頻提取出載波，這類方法稱為插入導(dǎo)頻法；另一類是不專門發(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)二m(t)coswtc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m2(t)1e(t)=m2(t)cos2wt=+m2(t)cos2wt(141)c22c由式(141)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

3、示式的第二項中包含有23頻率的分量。若用一窄帶濾波器將23頻率分量濾出，再cc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14-1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，這時輸入已調(diào)平方律e(t)r2fc窄帶二分頻濾波輸出信號部件濾波器0圖14-1平方變換提取載波技mie(t)=m(t)costc112=+22cos2tc142)因而，用圖14-1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。平方交換法提取

4、載波方框圖中的2fc窄帶濾波器若用鎖相環(huán)代替，構(gòu)成如圖14-2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。鎖相環(huán)圖14-2平方環(huán)法提取載波2、科斯塔斯環(huán)法本實驗是采用科斯塔斯環(huán)法提取同步載波的。科斯塔斯環(huán)又稱同相正交環(huán)，其原理框圖如下：圖14-3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V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)900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

5、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。現(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)cosot，則1v=m(t)cosotcos(ot+0)=m(t)cos0+cos(2ot+0)(143)3cc2cv=m(t)cosotsin(ot+0)=m(t)sin0+sin(2ot+0)(144)4cc2c經(jīng)低通濾波器后的輸出分別為：v=m(t)cos052v=m(t)sin062將V和V在相乘器中相乘，得，561v=vv=m2(t)sin20(145)7568當(dāng)0較小時,(146)(145

6、)中8是壓控振蕩器輸出信號與輸入信號載波之間的相位誤差,m2(t)0(146)中的V7大小與相位誤差0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。注意，本實驗?zāi)K只能從PSK調(diào)制信號中提取頻率為62.5KHZ的載波。五、實驗步驟1、將信號源模塊、同步信號提取模塊、數(shù)字調(diào)制模塊小心地固定在主機箱中，確保電源接觸良好。2、插上電源線，打開主機箱右側(cè)的交流開關(guān)，再分別按下三個模塊中的開關(guān)POWER1、POWER2，對應(yīng)的發(fā)光二極管LED01、LED02發(fā)光，按一下信號源模塊的復(fù)位鍵，三個模塊均開

7、始工作。（注意，此處只是驗證通電是否成功，在實驗中均是先連線，后打開電源做實驗，不要帶電連線）3、合理設(shè)置并連接信號源模塊與數(shù)字調(diào)制模塊，使數(shù)字調(diào)制模塊的信號輸出點“PSK調(diào)制輸出”能輸出正確的PSK調(diào)制信號（關(guān)于數(shù)字調(diào)制模塊請參考實驗十五）。4、將數(shù)字調(diào)制模塊信號輸出點“PSK調(diào)制輸出”輸出的PSK調(diào)制信號送入同步信號提取模塊的信號輸入點“S-IN”，按一下同步信號提取模塊的復(fù)位鍵，以數(shù)字調(diào)制模塊信號輸入點“PSK載波輸入”點的波形為內(nèi)觸發(fā)源，用示波器雙蹤同時觀察數(shù)字調(diào)制模塊信號輸入點“PSK載波輸入”與同步信號提取模塊的信號輸出點“載波輸出”的輸出波形。調(diào)節(jié)標(biāo)號為“頻率調(diào)節(jié)”的電位器，使“

8、載波輸出”點輸出清楚的正弦波。此時“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載波，再用示波器觀察信號輸出點“Sin-OUT”、“Cos-OUT”各點波形。5、觀察同步信號提取模塊的信號輸出點“載波輸出”的頻率，可以觀察到此時的頻率為62.5KHZ。六、輸入、輸出點參考說明1、輸入點參考說明S-IN：PSK調(diào)制信號輸入點。2、輸出點參考說明Sin-OUT：壓控振蕩器輸出信號二分頻后0相信號輸出點。Cos-OUT：壓控振蕩器輸出信號二分頻后n/4相信號輸出點。載波輸出：提取出來的載波輸出點。七、實驗報告要求1、分析實驗電路的工作原理，敘述其工作過程。2、根據(jù)實驗測試記錄，在坐標(biāo)紙上畫出