滤波法及数字锁相环法位同步提取实验 模拟锁相环实验 载波同步帧同步实验
同步载波实验报告
一、实验目的1. 理解同步载波在通信系统中的作用和重要性。
2. 掌握同步载波同步原理和实现方法。
3. 通过实验验证同步载波同步方法的有效性和可行性。
二、实验原理1. 同步载波的定义：同步载波是指接收端与发射端的载波相位保持一致，从而实现信号的正确接收和解调。
2. 同步载波同步原理：同步载波同步是通过调整接收端载波与发射端载波的相位差，使两者保持一致，从而实现信号的正确接收。
3. 同步载波同步方法：主要有插入导频法、相位锁定环法、频率锁定环法等。
三、实验设备与仪器1. 发射端：正弦波发生器、调制器、放大器、天线；2. 接收端：低通滤波器、解调器、示波器、频谱分析仪；3. 实验平台：通信实验箱、计算机。
四、实验步骤1. 设置发射端参数：正弦波发生器输出载波信号，频率为10MHz，幅度为1V。
2. 设置接收端参数：低通滤波器截止频率为10MHz，解调器为相干解调器。
3. 插入导频法同步载波实验：（1）将正弦波发生器输出信号作为导频信号，通过放大器放大后，与发射端载波信号叠加，形成导频信号。
（2）将导频信号传输到接收端，经过低通滤波器、解调器后，得到同步载波信号。
（3）使用示波器观察接收端同步载波信号的波形，并与发射端载波信号进行比较，验证同步效果。
4. 相位锁定环法同步载波实验：（1）将发射端载波信号作为相位参考信号，通过解调器解调后，得到相位信号。
（2）将相位信号与接收端载波信号进行比较，通过相位锁定环调整接收端载波相位，使其与发射端载波相位保持一致。
（3）使用示波器观察接收端同步载波信号的波形，并与发射端载波信号进行比较，验证同步效果。
5. 频率锁定环法同步载波实验：（1）将发射端载波信号作为频率参考信号，通过解调器解调后，得到频率信号。
（2）将频率信号与接收端载波信号进行比较，通过频率锁定环调整接收端载波频率，使其与发射端载波频率保持一致。
（3）使用示波器观察接收端同步载波信号的波形，并与发射端载波信号进行比较，验证同步效果。
实验四 利用锁相环实现载波同步
实验四 利用锁相环实现载波同步一、实验目的：利用matlab 验证锁相环实现载波同步的原理和方法。
二、实验要求：设输入已调信号为FM 信号，该调频信号由100HZ 的信息正选拔调制1khz的载频而成。
试用锁相环从已调信号中提取载波信号，实现载波同步。
三、实验原理：FM 调制原理：FM 是由基带信号来调制载波信号的角频率，使其随基带信号线性变化；锁相环提取载波原理：入信号 VCO 输出)(t U o四、实验源码clear all;close all;f=1000;fs=100000;N=5000;Ts=1/fs;t=(0:Ts:(N*Ts)-Ts);f1=100;msg=sin(2*pi*f1*t);kf=.0628;Signal=exp(j*(2*pi*f*t+2*pi*kf*cumsum(msg)));Signal1=exp(j*(2*pi*f*t));phi_hat(1)=30;e(1)=0;phd_output(1)=0;vco(1)=0;kp=0.15;ki=0.1;for n=2:length(Signal)vco(n)=conj(exp(j*(2*pi*n*f/fs+phi_hat(n-1))));phd_output(n)=imag(Signal(n)*vco(n));e(n)=e(n-1)+(kp+ki)*phd_output(n)-ki*phd_output(n-1);phi_hat(n)=phi_hat(n-1)+e(n);end;startplot=1;鉴相器 PD 环路滤波器 LF 压控振荡器VCOendplot=1000;figure(1);subplot(3,2,1);plot(t(startplot:endplot),msg(startplot:endplot));title('消息信号（频率100Hz）');ylabel('幅度');grid;figure(1);subplot(3,2,2);plot(t(startplot:endplot),real(Signal(startplot:endplot)));title('FM已调信号（用100Hz的消息信号调制1KHz的载波）'); ylabel('幅度');grid;figure(1);subplot(3,2,3);plot(t(startplot:endplot),e(startplot:endplot));title('环路滤波器的输出');ylabel('幅度');grid;subplot(3,2,4);plot(t(startplot:endplot),real(vco(startplot:endplot)));title('压控振荡器');ylabel('幅度');grid;subplot(3,2,5);plot(t(startplot:endplot),phd_output(startplot:endplot));title('鉴相器的输出');xlabel('时间（seconds）');ylabel('幅度');grid;subplot(3,2,6);plot(t(startplot:endplot),real(Signal(startplot:endplot)));title('载波（频率）');xlabel('时间（seconds）');ylabel('幅度');grid;。
模拟锁相环实验报告
模拟锁相环实验报告锁相环（PLL）是一种常见的控制系统，它可以将输入信号的频率和相位与参考信号匹配，从而实现精确的信号同步和频率锁定。
本次实验旨在通过模拟锁相环的实验，了解PLL的基本原理和实现方式，并探究其在频率合成和时钟恢复等应用中的优势和局限性。
一、实验原理1.1 PLL的基本原理PLL由相频比较器、环形控制器、振荡器和分频器等组成。
其基本原理如下：（1）将参考信号和输出信号输入相频比较器，得到误差信号；（2）将误差信号输入环形控制器，控制其输出的控制电压；（3）将控制电压输入振荡器，控制其输出的频率和相位；（4）将振荡器的输出信号通过分频器分频后反馈给相频比较器，形成闭环控制。
通过不断比较和修正，PLL可以使输出信号的频率和相位与参考信号匹配，从而实现锁定。
1.2 实验器材本次实验采用的器材如下：信号发生器、示波器、多路开关、振荡器、计数器等。
1.3 实验步骤（1）将信号发生器产生的正弦波信号作为参考信号，通过示波器观测其频率和相位；（2）将信号发生器产生的方波信号作为输入信号，通过多路开关控制输入信号的频率和幅值；（3）将输入信号和参考信号输入相频比较器，得到误差信号；（4）将误差信号输入环形控制器，控制其输出的控制电压；（5）将控制电压输入振荡器，控制其输出的频率和相位；（6）将振荡器的输出信号通过分频器分频后反馈给相频比较器，形成闭环控制；（7）通过计数器观测输出信号的频率和相位，调整环形控制器的参数，使输出信号与参考信号匹配。
二、实验结果在实验过程中，我们先设置参考信号的频率为1KHz，通过示波器观测其频率和相位，然后将信号发生器产生的方波信号作为输入信号，进行频率和幅值的调节，使其与参考信号匹配。
在调节的过程中，我们观测到输出信号的频率和相位逐渐趋近于参考信号的频率和相位，最终实现了同步锁定。
然后，我们进一步测试了PLL在频率合成和时钟恢复等应用中的性能。
我们将输入信号的频率和幅值进行变化，观测输出信号的变化情况。
载波同步实验报告
一、实习目的通过对专业基础课与专业理论课的学习后，以及同学们都具备了一些有关模拟电路及数字电路分析、设计、调试能力。
本次实习主要是针对整个通信系统而言的。
1.掌握通信系统的整体概念及组成模块。
2.理解每个模块的原理及实现的功能。
3.根据自己所完成的模块载波同步模块：1. 掌握模拟锁相环的工作原理，以及环路的锁定状态、失锁状态、同步带、捕捉带等基本概念。
2. 掌握用平方环法从2DPSK信号中提取相干载波的原理及模拟锁相环的设计方法。
3. 了解相干载波相位模糊现象产生的原因。
二、实习要求在本实习我主要负责完成载波同步单元，该单元采用平方环从2DPSK信号中提取相干载波。
1. 观察模拟锁相环的锁定状态、失锁状态及捕捉过程。
2. 观察环路的捕捉带和同步带。
3. 用平方环法从2DPSK信号中提取载波同步信号，观察相位模糊现象。
三、实习内容（1）实习题目: 数字通信系统---载波同步（2）原理介绍:通信是通过某种媒体进行的信息传递。
在古代，人们通过驿站、飞鸽传书、烽火报警等方式进行信息传递。
到了今天，随着科学水平的飞速发展，相继出现了无线电，固定电话，移动电话，互联网甚至可视电话等各种通信方式。
通信技术拉近了人与人之间的距离，提高了经济的效率，深刻的改变了人类的生活方式和社会面貌。
:通信系统的一般模型如下在本次实验中, 通过动手焊接部分模块最后通过联试来完成整个通信系统的过程.主要目的是让大家更深刻的理解通信系统的整体概念及基本理论。
1.整个系统试验框图如下：TX-3 ͨÐÅÔÀí½ÌѧʳÑéϳͱ °¼¾ÖʾÒâͼ通信系统中常用平方环或同相正交环（科斯塔斯环）从2DPSK信号中提取相干载波。
滤波法及数字锁相环法位同步提取实验和帧同步提取实验教学文案
滤波法及数字锁相环法位同步提取实验和帧同步提取实验滤波法及数字锁相环法位同步提取实验和帧同步提取实验一、实验目的1、掌握滤波法提取位同步信号的原理及其对信息码的要求；2、掌握用数字锁相环提取位同步信号的原理及其对信息代码的要求；3、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；4、掌握巴克码识别原理；5、掌握同步保护原理；6、掌握假同步、漏同步、捕捉态、维持态的概念。
二、实验内容1、熟悉实验箱2、滤波法位同步带通滤波器幅频特性测量；3、滤波法位同步恢复观测；4、数字锁相环位同步观测；5、帧同步提取实验。
三、实验条件/器材滤波法及数字锁相环法位同步提取实验：1、主控&信号源、8号（基带传输编译码）、13号（载波同步及位同步）模块2、双踪示波器（模拟/数字）3、连接线若干帧同步提取实验：1、主控&信号源、7号模块2、双踪示波器（模拟/数字）3、连接线若干四、实验原理滤波法及数字锁相环法位同步提取实验原理见通信原理综合实验指导书P129-P134;帧同步提取实验原理见通信原理综合实验指导书P141。
五、实验过程及结果分析（一）熟悉实验箱（二）滤波法位同步带通滤波器幅频特性测量1、连线及相关设置（1）关电，连线。
（2）开电，设置主控，选择【信号源】→【输出波形】。
设置输出波形为正弦波，调节相应旋钮，使其输出频率为200Khz，峰峰值3V。
（3）此时系统初始状态为：输入信号为频率200KHz、幅度为3V的正弦波。
2、实验操作及波形观测分别观测13号模块的“滤波法位同步输入”和“BPF-Out”，改变信号源的频率，测量“BPF-Out”的幅度填入下表，并绘制幅频特性曲线。
（三）滤波法位同步恢复观测1、连线及相关设置（1）关电，连线。
（2）开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【滤波法及数字锁相环位同步法提取】。
将13号模块S2拨上。
将S4拨为1000.（3）此时系统初始状态为：输入PN为256K。
实验二数字锁相环实验报告
实验二数字锁相环
一．实验目的
1. 了解数字锁相环的基本概念
2. 熟悉数字锁相环与模拟锁相环的指标
3. 掌握全数字锁相环的设计
二．实验仪器
1.ZH5001通信原理综合实验系统一台
2.20MHz双踪示波器一台
3.函数信号发生器一台
三．实验内容
3. 同步带宽测量：
增加函数信号发生器输出频率TPMZ03，TPMZ02两点波形失步前频率为62khz
降低函数信号发生器输出频率TPMZ03，TPMZ02两点波形失步前频率为66.1khz
同步带：66.1-62=4.1（KHz）
4. 捕捉带测量
增加函数信号发生器输出频率TPMZ03，TPMZ02两点波形失步前频率为62.1khz
降低函数信号发生器输出频率TPMZ03，TPMZ02两点波形失步前频率为66khz
捕捉带：66-62.1=3.9（KHz）
同步带略大于捕捉带
5. 调整信号脉冲观测
改变函数信号发生器输出频率，观测TPMZ05点波形的变化规律。
滤波法及数字锁相环法位同步提取实验模拟锁相环实验载波同步帧同步实验
实验十九滤波法及数字锁相环法位同步提取实验实验项目三数宇锁相环法位同步观测(1)观测"数字锁相环输入"和"输入跳变指示"，观测当"数字锁相坏输入"没有跳变和有跳变时〃输入跳变指示"的波形。
(2 )观测〃数字锁相环输入〃和〃鉴相输出S观测相位超前滞后的情形(3 )观测"插入指示"和"扣除指示"。
(4 )以信号源模块"CLK"为触发，观测13号模块的"BS2"。
实验二十模拟锁相环实验实验项目一 VCO 自由振荡观测(1)示波器CH1接TH8r CH2接TH4输出，对比观测输入及输出波形。
对比波形可以发现TH8与TH4信号输入与输 出错位半个周期实验项目二同步带测量(1)示波器CH1接13号模块TH8模拟锁相坏输入，CH2接TH4输出BS1 f 观察TH4输出处于锁走状态。
将正弦波频率调小直到输出波形失锁，现在的频率大小fl 为 400Hz ；将孵调大f 直SJ TH4输出处于失锁状态，记下现在频率f2为如右图所示,方波抖动‘说明 处于失锁状态。
记下两次波形失锁的频率，可 计算出同步带仕已实验项目三捕捉带测量0CH1nLfailCa W CHE KOU Tlr.s It.JPC.OOQQ^。
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頤奖独¥±仪曲溺寸Hl1•羽傅寸H1型0HY8H112HH U 噩怒低址 (I )（1 ）调节信号源使输出波形为方波，设置分频器的分频比，测呈锁相环的锁相环输出频率, 观察上图从图（1 ）到（4）可以发现,下面的波形输出频率逐渐变大，这是将分频器的分 频比调大的结果。
模拟锁相环实验实验报告
实验十四模拟锁相环实验一、实验目的1、了解用锁相环构成的调频波解调原理。
2、学习用集成锁相环构成的锁相解调电路。
二、实验内容1、掌握锁相环锁相原理。
2、掌握同步带和捕捉带的测量。
三、实验仪器1、1号模块 1块2、6号模块 1块3、5号模块 1块4、双踪示波器 1台四、锁相环的构成及工作原理1、锁相环路的基本组成锁相环由三部分组成，如图14-1所示，它由相位比较器PD、低通滤波器LF、压控振荡器VCO三个部分组成一个闭合环路，输入信号为V i(t),输出信号为V0(t),反馈至输入端。
下面逐一说明基本部件的作用。
鉴相器PD 环路滤波器LF压控振荡器VCO)(t V i)(tVD)(tVC)(tV 图14-1 锁相环组成框图一、压控振荡器（VCO）VCO是本控制系统的控制对象，被控参数通常是其振荡频率，控制信号为加在VCO上的电压，故称为压控振荡器，也就是一个电压－频率变换器，实际上还有一种电流－频率变换器，但习惯上仍称为压控振荡器。
二、鉴相器（PD ）PD 是一个相位比较装置，用来检测输出信号V 0(t)与输入信号V i (t)之间的相位差θe (t)，并把θe (t)转化为电压V d (t)输出，V d (t)称为误差电压，通常V d (t)作为一直流分量或一低频交流量。
三、环路滤波器（LF ）LF 作为一低通滤波电路，其作用是滤除因PD 的非线性而在V d (t)中产生的无用的组合频率分量及干扰，产生一个只反映θe (t)大小的控制信号V e (t)。
按照反馈控制原理，如果由于某种原因使VCO 的频率发生变化使得与输入频率不相等，这必将使V 0(t)与V i (t)的相位差θe (t)发生变化，该相位差经过PD 转换成误差电压V d (t)，此误差电压经LF 滤波后得到V c (t)，由V c (t)去改变VCO 的振荡频率使趋近于输入信号的频率，最后达到相等。
环路达到最后的这种状态就称为锁定状态，当然由于控制信号正比于相位差，即)()(t t V e d θ∝因此在锁定状态，θe (t)不可能为零，换言之在锁定状态V 0(t)与V i (t)仍存在相位差。
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实验十九滤波法及数字锁相环法位同步提取实验
实验项目三数字锁相环法位同步观测
（1）观测“数字锁相环输入”和“输入跳变指示”，观测当“数字锁相环输入”没有跳变和有跳变时“输入跳变指示”的波形。
从图中可以观察出，若前一位数据有跳变，则判断有效，“输入跳变指示”输出表示1；否则，输出0表示判断无效。
（2）观测“数字锁相环输入”和“鉴相输出”。
观测相位超前滞后的情况
数字锁相环的超前—滞后鉴相器需要排除位流数据输入连续几位码值保持不变的不利影响。
在有效的相位比较结果中仅给出相位超前或相位滞后两种相位误差极性，而相位误差的绝对大小固定不变。
经观察比较，“鉴相输出”比“数字锁相环输入”超前两个码元。
（3）观测“插入指示”和“扣除指示”。
（4）以信号源模块“CLK ”为触发，观测13号模块的“BS2”。
思考题：分析波形有何特点，为什么会出现这种情况。
因为可变分频器的输出信号频率与实验所需频率接近，将其和从信号中提取的相位参考信号同时送入相位比较器，比较的结果若是载波频率高了，就通过补抹门抹掉一个输入分频器的脉冲，相当于本地振荡频率降低；相反，若示出本地频率低了时就在分频器输入端的两个输入脉冲间插入
一个脉冲，相当于本地振荡频率上升，从而了达到同步的目的。
思考题：BS2恢复的时钟是否有抖动的情况，为什么？试分析BS2抖动的区间有多大？如何减小这个抖动的区间？
有抖动的存在，是因为可变分频器的存在使得下一个时钟沿的到来时间不确定，从而引入了相位抖动。
而这种引入的误差是无法消除的。
减小相位抖动的方法就是将分频器的分频数提高。
实验二十 模拟锁相环实验
实验项目一 VCO 自由振荡观测
（1）示波器CH1接TH8，CH2接TH4输出，对比观测输入及输出波形。
实验项目二 同步带测量
（1） 示波器CH1接13号模块TH8模拟锁相环输入，CH2接TH4输出BS1，观察TH4
输出处于锁定状态。
将正弦波频率调小直到输出波形失锁，此时的频率大小f1为 400Hz ；将频率调大，直到TH4输出处于失锁状态，记下此时频率f2为 9.25kHz 。
对比波形可以发现TH8与TH4信号输入与输出错位半个周期
如右图所示，方波抖动，说明处于失锁状态。
记下两次波形失锁的频率，可计
算
出
同
步
带
f=9.25KHz-400Hz=8.85KHz 。
实验项目三捕捉带测量
（1）将示波器CH1接13模块TH8，CH2接TH4输出，观察TH4输出处于失锁状态。
将S4拨为“0001”，频率调大直到输出波形锁定，记下此时频率大小f3为700Hz ；
将S4拨为“1000”，调节信号源输出频率为200KHz，慢慢减小频率，直到TH4输出处于锁定状态，记下此时频率f4为173.30KHz 。
记下两次波形锁定的频率，可计算出捕捉带f=173.30KHz-700Hz=172.6KHz。
实验项目四锁相频率合成
（1）调节信号源使输出波形为方波，设置分频器的分频比，测量锁相环的锁相环输出频率，观察TH4得输出频率为975.6Hz 。
并观测TH4输出与TH8输入之间的关系。
0010
（1）0001 （2）
（3）0011 （4）0100
观察上图从图（1）到（4）可以发现，下面的波形输出频率逐渐变大，这是将分频器的分频比调大的结果。
图（1）为分频为1时的波形，此时输入输出的频率相等；图（2）时输出的频率是输入的1/2；图（3）图（4）也是相同的原理，在四份频时的输出频率是输入频率的1/4。
实验二十一载波同步实验
实验项目载波同步
（1）本实验利用科斯塔斯环法提取BPSK调制信号的同步载波，对比观测信号源“256K”和13号模块的“SIN”，调节13号模块的压控偏置调节电位器，观测载波同步情况。
通过实验所得波形可以看出，没有调节压控偏置调节电位器时，“SIN“输出的波形与信号源“256K”的波形正好反相，通过调节压控偏置调节电位器使得”SIN”输出的波形与其相同。
实验二十二 帧同步实验
实验项目 帧同步提取实验
（1） 观测在没有误码的情况下“失步”，“捕获”，“同步”三个灯的变化情况。
观察三个灯的情况可发现，“捕获“先亮； ”同步“后亮，”失步“不亮。
（2） 关闭7号模块电源。
按住“误码插入”不放，打开7号模块电源。
再观测“失步”，
“捕获”，“同步”三个灯的变化情况。
观察三个灯情况与（1）中相同，“捕获“”同步“依次亮起，”失步“不亮。
（3） 观察同步保护现象：如下图所示。
（4） 在“同步”状态下长时间按住“误码插入”按键不放，观测帧同步码元出现误码时
三个LED 灯的变化情况。
观察三个灯可以发现，状态从“同步”态调到“捕获”态再调到“同步”态并保持不变。
（5） 观察假同步现象：通过观察灯可知，解复用拨码开关的光条没有正常的显示，在实
验中光条先于拨码开关的一致，后开始出现不规则的亮灭，最终光条全部熄灭。
通过码同步原理可知，这是假同步状态的表现：时分复用单元将拨码开关的码值作为了帧头码，而其他的码元和原来的巴克码被当做了数据码元。
这导致在检查01110010时按照8位一个用户的数据，进行下面的采集。
当“同步”指示灯点亮时，设置拨码开关S1为01110010，即与复用的巴克码一致，此时观察到解复用端的开关信号显示光条亮灭的情况与S1一致，这说明系统此时对以同步的帧同步信号有一定的保护。