通信实验指导书[精编版]
通信技术实验指导书
通信技术实验指导书通信技术实验指导书是为了完成通信技术等学科课程实验而制定的一份指导书，其主要目的是指导学生正确地操作实验仪器与设备，了解实验原理与实验结果分析的方法，培养学生动手能力、实验设计能力和实验观察能力。
本文将从如何编写通信技术实验指导书、其主要内容与特点以及使用的意义等方面进行论述。
一、编写通信技术实验指导书的方法编写通信技术实验指导书是一项需要认真对待的工作，下面列出了编写实验指导书的几个基本方法。
1、制定实验目的在编写实验指导书前，首先需要明确实验的目的，即要说明学生在本次实验中需要研究、探索和分析的问题以及能获得哪些实验结果。
制定实验目的是确保实验内容的合理性，保证实验有意义和价值。
2、确定实验步骤在制作实验指导书时，需要明确定义每一个实验步骤，即落实每一个实验细节，确保学生能够顺利完成实验，并在实验中获得相应的实验结果。
同时在步骤上，需要细致地描述操作方法与过程中的注意事项，从而防止可能出现的误操作，保证实验的安全性。
3、确定实验要求制定实验要求主要是阐述对于学生完成实验所要达到的要求，需要明确了解、思考实验结果并进行分析的能力。
实验要求可分为定性要求和定量要求两种，对于不同实验要求，所需测试的实验数据、实验记录表格等都有所不同。
4、列举实验结果的分析方法在通信技术实验中，结果的正确性往往具有重大影响，因此实验结果的分析方法也会涌现重要性。
通过列举实验结果的分析方法，可以指导学生如何合理地解释实验结果，深入思考实验意义，并根据实验结果否定或推广其原理。
二、通信技术实验指导书的主要内容与特点通信技术实验指导书的主要内容与特点如下：1、实验目的指导学生了解实验所要研究的问题，指导学生对接受机理、调制技术、通信链路性能等方面的理论基础有更深刻的理解。
2、预备知识学习通信技术有一定的基础知识要求，例如信号处理、模拟电路、数字电路等，通过提前介绍这些预备知识以利于学生在实验中了解相关知识，并更好地完成实验。
通信试验指导书(09级)
实验四 离散系统分析一、实验目的１．熟悉离散时间系统的频域分析方法。
２．掌握离散时间系统频域分析的MATLAB 实现方法。
二、实验内容１．三阶归一化的Butterworth 低通滤波器的频率响应为1)(2)(2)(1)(23+++=jw jw jw jw H试画出系统的幅度响应)(jw H 和相位响应)(w ϕ。
２．已知RC 电路如图所示，系统的输入电压信号为f(t),输出信号为电阻两端的电压y(t)。
当RC=0.04，f(t)=cos5t+cos100t,-∞<t<∞。
试求该系统的响应y(t)。
三、实验预备知识利用MATLAB 分析系统的频率特性，当系统的频率响应H （jw ）是jw 的有理式时，有：)1()()()1()()()()()(1)2()1(1)2()1(++++++++==--M a jw a jw a N b jw b jw b w A w B jw H M M N N MATLAB 信号处理工具箱提供的freqs 函数可直接计算函数系统的频率响应。
格式：H=freqs(b,a,w) 说明：（１）b 是上式中分子多项式的系数；a 是上式中分母多项式的系数。
（２）w 为需计算的H （jw ）的抽样点。
（数组w 中最少需包含两个w 的抽样点）。
四、实验步骤 １．编写程序。
２．调试程序。
３．写出程序运行结果。
五、思考题１．总结连续时间系统的频响特性分析方法。
２．总结离散时间系统的频响特性分析方法。
实验五 信号﹑系统及系统响应一、实验目的１．熟悉连续周期、非周期信号的频域分析方法及MATLAB 编程实现方法。
２．掌握离散周期、非周期信号的频域分析方法及MATLAB 编程实现方法。
二、实验内容１．试用MATLAB 计算如图所示周期矩形波序列的DFS 系数。
２．求如图所示周期矩形脉冲信号的Fourier 级数表达式，并用MATLAB 画出由前几项Fourier 级数Fourier 级数系数得出的信号近似波形（N 值由键盘输入）。
通信原理实验指导书(完整)
实验一：抽样定理实验一、实验目的1、熟悉TKCS—AS型通信系统原理实验装置；2、熟悉用示波器观察信号波形、测量频率与幅度；3、验证抽样定理；二、实验预习要求1、复习《通信系统原理》中有关抽样定理的内容；2、阅读本实验的内容，熟悉实验的步骤；三、实验原理和电路说明1、概述在通信技术中为了获取最大的经济效益，就必须充分利用信道的传输能力，扩大通信容量。
因此，采取多路化制式是极为重要的通信手段。
最常用的多路复用体制是频分多路复用(FDM)通信系统和时分多路复用(TDM)通信系统。
频分多路技术是利用不同频率的正弦载波对基带信号进行调制，把各路基带信号频谱搬移到不同的频段上，在同一信道上传输。
而时分多路系统中则是利用不同时序的脉冲对基带信号进行抽样，把抽样后的脉冲信号按时序排列起来，在同一信道中传输。
利用抽样脉冲把一个连续信号变为离散时间样值的过程称为“抽样”，抽样后的信号称为脉冲调幅(PAM)信号。
在满足抽样定理的条件下，抽样信号保留了原信号的全部信息。
并且，从抽样信号中可以无失真地恢复出原信号。
抽样定理在通信系统、信息传输理论方面占有十分重要的地位。
数字通信系统是以此定理作为理论基础的。
在工作设备中，抽样过程是模拟信号数字化的第一步。
抽样性能的优劣关系到整个系统的性能指标。
作为例子，图1-1示意地画出了传输一路语音信号的PCM系统。
从图中可以看出要实现对语音的PCM编码，首先就要对语音信号进行抽样，然后才能进行量化和编码。
因此，抽样过程是语音信号数字化的重要环节，也是一切模拟信号数字化的重要环节。
图1-1 单路PCM系统示意图为了让实验者形象地观察抽样过程，加深对抽样定理的理解，本实验提供了一种典型的抽样电路。
除此，本实验还模拟了两路PAM通信系统，从而帮助实验者初步了解时分多路的通信方式。
2、抽样定理抽样定理指出，一个频带受限信号m(t)如果它的最高频率为f H(即m(t)的频谱中没有f H以上的分量)，可以唯一地由频率等于或大于2f H的样值序列所决定。
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实验一 HDB3码型变换实验一、实验目的通过本实验，学生应达到以下要求：1、了解二进制单极性码变换为HDB3码的编码规则，掌握它的工作原理和实现方法。
2、通过测试电路，熟悉并掌握分析电路的一般规律与方法，学会分析电路工作原理，画出关键部位的工作波形。
3、了解关于分层数字接口脉冲的国际规定，掌握严格按技术指标研制电路的实验方法。
二、实验内容⏹调测HDB3编、译码电路；⏹调测位定时提取电路及信码再生电路。
各部分的输出信号应达到技术指标的要求，同时做到编、解码无误；⏹利用频谱仪，研究经HDB3编码后的频谱特性（条件允许）。
三、实验原理在数字通信系统中，有时不经过数字基带信号与信道信号之间的变换，只由终端设备进行信息与数字基带信号之间的变换，然后直接传输数字基带信号。
数字基带信号的形式有许多种，在基带传输中经常采用AMI码（传号交替反转码）和HDB3码（三阶高密度双极性码）。
1、传输码型在数字复用设备中，内部电路多为一端接地，输出的信码一般是单极性不归零信码。
当这种码在电缆上长距离转输时，为了防止引进干扰信号，电缆的两根线都不能接地（即对地是平衡的），这里就要选用一种适合线路上传输的码型，通常有以下几点考虑：（1）在选用的码型的频谱中应该没有直流分量，低频分量也应尽量少。
这是因为终端机输出电路或再生中继器都是经过变压器与电缆相连接的，而变压器是不能通过直流分量和低频分量的。
（2）传输型的频谱中高频分量要尽量少。
这是因为电缆中信号线之间的串话在高频部分更为严重，当码型频谱中高频分量较大时，就限制了信码的传输距离或传输质量。
（3）码型应便于再生定时电路从码流中恢复位定时。
若信号中连“０”较长，则等效于一段时间没有收脉冲，恢复位定时就困难，所以应该使变换后的码型中连“０”较少。
（4）设备简单，码型变换容易实现。
（5）选用的码型应使误码率较低。
双极性基带信号波形的误码率比单极性信号的低。
根据这些原则，在传输线路上通常采用AMI码和HDB3码。
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通信原理实验指导书一、实验目的本实验旨在帮助学生深入理解通信原理的基本概念和原理，通过搭建实验电路和进行实验操作，掌握通信原理的实际应用。
二、实验器材1. 发射器：一台信号发生器2. 接收器：一台示波器3. 连接电缆：适用于信号传输的电缆三、实验步骤1. 准备工作a. 检查实验器材是否齐全，并确保其正常工作。
b. 将信号发生器和示波器连接电源，并确保电源正常。
2. 实验电路的搭建a. 将信号发生器与示波器通过连接电缆连接起来。
b. 确保电缆的连接牢固可靠，避免信号传输过程中出现干扰。
3. 实验操作a. 设置信号发生器的输出频率和幅度，以产生所需的信号波形。
b. 调节示波器的时间和幅度尺度，以正确显示接收到的信号波形。
c. 运行实验电路，观察信号的传输和接收情况。
d. 根据实验结果，记录并分析接收到的信号波形的特点和变化。
四、实验结果记录与分析根据实验操作所得到的结果，记录并分析接收到的信号波形的特点和变化。
可以通过示波器的屏幕截图来展示实验结果，并结合文字对实验结果进行描述和分析。
五、实验总结通过本次实验，我们深入了解了通信原理的基本概念和原理，并通过实验操作掌握了通信原理的实际应用。
通过实验结果的记录和分析，我们对信号的传输和接收过程有了更深入的理解。
本次实验对于我们进一步学习和研究通信原理的知识非常重要，也为今后从事相关工作打下了扎实的基础。
六、实验注意事项1. 在进行实验之前，务必做好准备工作，并确保实验器材的正常工作。
2. 在实验操作过程中，要小心操作，避免对实验器材造成损坏。
3. 注意信号发生器和示波器的连接方式和操作方法，并正确设置参数。
4. 在记录实验结果时，要准确描述实验过程和实验结果，并结合图示进行分析。
5. 在实验结束后，要及时关闭器材电源，并进行相关器材的清理和整理。
七、参考文献[此处请根据实际情况填写所参考的文献或资料]以上为通信原理实验指导书的内容，请照此进行实验操作。
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实验一数字信号发生实验一、实验目的1．了解多种时钟信号的产生方法；2．了解PCM编码中的收、发帧同步信号的产生过程；3．掌握3级、4级、5级伪随机码的编码方法和伪随机码性质。
二、实验仪器与设备1．THEXZ-2B型实验箱、数字信号发生模块；2．20MHz双踪示波器。
三、实验原理时钟信号乃是数字通信各级电路的重要组成部分，在数字通信电路中，若没有时钟信号，则电路基本工作条件将得不到满足而无法工作。
（一）电路组成时钟与伪码发生实验是供给PCM、PSK、FSK、HDB3等实验所需时钟和基带信号，由以下电路组成： 1．内时钟信号源，图18-1。
2．多级分频及脉冲编码调制系统收、发帧同步信号产生电路，图18-1。
3．三级伪随机码发生电路，图18-2；4．四级伪随机码发生电路，图18-3；5．五级伪随机码发生电路，图18-4。
图18-1 时钟及多级分频及脉冲编码调制系统收、发帧同步信号产生电原理图图18-2 三级伪码发生电原理图图18-3 四级伪码发生电原理图18-4 五级伪码发生电原理图（二）电路工作原理1．时钟信号源时钟信号源由钟振Y1提供，若电路加电后，在CLK测试点输出一个比较理想的方波信号，输出振荡频率为4.096MHz，经过D触发器进行二分频，输出为2.048MHz方波信号。
2．三级基准信号分频及PCM编码调制收发帧同步信号产生电路该电路的输入时钟信号为 2.048MH Z的方波，由可预置四位二进制计数器（带直接清零）组成的三级分频电路组成，逐次分频变成1K方波，由第一级分频电路产生的P128KH Z窄脉冲和由第二级分频电路产生的Q8KH窄脉冲进行与非后输出，即为PCM编译码中的收、发分帧同步信号P8K。
3．三级伪随机码发生器电路伪随机序列，也称作m序列，它的显著特点是：（a）随机特性；（b）预先可确定性；（c）可重复实现。
本电路采用带有两个反馈的三级反馈移位寄存器，示意图见图18-5。
若设初始状态为111（Q2Q1Q0=111），则在CP时钟作用下移位一次后，由Q1与Q0模二加产生新的输入Q=Q0○+Q1=1○+1=0，则新状态为Q2Q1Q0=011。
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（2）以发送时钟（TPM01）作同步，观测发送信号（TPi03）的波形。测量过零点抖动与眼皮厚度（换算成码元宽度的百分数）。
（3）用KG02输入不同的测试数据（0/1码，11101010），观察TPi03的信号（主要从信号的最佳点收敛情况、过零抖动情况进行判断）。总结信号特征并解释原因。
其中，α是滚降因子，取值范围为0到1。一般α=0.25~1时，随着α的增加，相邻符号间隔内的时间旁瓣减小，这意味着增加α可以减小位定时抖动的敏感度，但增加了占用的带宽。对于矩形脉冲BPSK信号能量的90%大约在1.6Rb的带宽内，而对于α=0.5升余弦滤波器，所有能量则在1.5Rb的带宽内。如图1.1Nyquist升余弦滤波基带传输频域与时域特性
注意：FSK的数据输入信号来源于基带成形模块的测试序列，其通过KG02来选择不同的数据，数据速率受KG03控制，在FSK实验中KG03设置在500bps（KG03处于2-3状态）。
FSK解调框图见图2.2：
图2.2 FSK解调方框图
FSK解调的工作原理是用一个模拟锁相环UE02(CD4046)对输入的FSK信号进行鉴频。在解调模块中采用一个PLL环，当输入的FSK频率出现变化时，锁相环也随之变化，它是通过控制环路的输入电压TPE04来达到的。这样当输入信号频率为20～24KHz时，锁相环的VCO控制电压为高电平，输出码元为1；反之当输入信号频率为6～9KHz时，锁相环的VCO控制电压为低电平，输出码元为0。压控振荡器(VCO)的控制电压直接反映了FSK信号中的码元变化。将该VCO的输入控制电压送入比较器中之后就能得到的FSK接收解调的数字信号。
图1.4基带传输的框图
5g通信基础实验指导书
5g通信基础实验指导书5G通信是指第五代移动通信技术，是对4G通信技术的进一步升级和发展。
作为一种新型的通信技术，5G通信具有更高的传输速率、更低的延迟和更大的网络容量。
本文将从实验的角度介绍5G通信的基础知识和相关实验指导。
一、实验目的5G通信基础实验旨在帮助学生了解5G通信技术的基本原理和应用，掌握5G通信系统的搭建和调试方法，培养学生的实际操作能力和解决问题的能力。
二、实验器材1. 5G通信模块：使用5G通信模块作为实验的核心设备，用于进行5G通信信号的发射和接收。
2. 5G通信天线：用于接收和发射5G通信信号。
3. 5G通信设备：包括5G基站和5G终端设备。
4. 实验计算机：用于控制和监测5G通信系统。
三、实验步骤1. 搭建实验环境：将5G通信模块与计算机连接，并连接5G通信天线。
2. 配置实验参数：在计算机上配置实验参数，包括频段、频率、功率等。
3. 发射信号：通过计算机控制5G通信模块，发送5G通信信号。
4. 接收信号：使用5G终端设备接收5G通信信号，并进行信号分析和处理。
5. 数据分析：将接收到的信号数据进行分析，计算信号质量指标，如信噪比、误码率等。
6. 故障排查：对实验中出现的问题进行排查和解决，保证实验的顺利进行。
7. 结果评估：根据实验结果评估5G通信系统的性能和可靠性。
四、实验注意事项1. 实验过程中需注意安全操作，避免对设备和人员造成伤害。
2. 实验中涉及到的参数设置需根据实际情况进行调整，确保实验的准确性。
3. 实验结束后，及时关闭设备，保持实验环境的整洁和安全。
五、实验结果分析通过以上实验步骤，可以获取到5G通信系统的性能数据和实验结果。
根据实验数据和结果，可以评估5G通信系统的性能和可靠性，并对实验中出现的问题进行分析和解决。
同时，实验结果也可用于进一步的研究和开发工作。
六、实验拓展在完成基础实验后，可以进一步拓展实验内容，如探究不同环境条件对5G通信信号的影响、比较不同品牌或型号的5G通信设备的性能差异等。
通信原理实验指导书(26页).(DOC)
实验一HDB3码型变换实验一、实验目的1、了解二进制单极性码变换为HDB3码的编码规则，掌握它的工作原理和实现方法；2、掌握HDB3码的位同步码的提取方法。
二、实验内容1、观察HDB3编译码的各种波形；2、观察全0码和全1码时的HDB3码的编码波形；3、观察从HDB3编码信号中提取位同步信号的过程。
三、实验原理AMI码编码原理：信息代码1变为带有符号的1码即+1或-1，1的符号交替反转；信息代码0仍为0码。
因此，AMI码对应的波形是占空比为0.5的双极性归零码，即脉冲宽度τ与码元宽度（码元周期、码元间隔）Ts的关系是τ=0.5Ts。
AMI码的主要特点是无直流成分，接收端收到的码元极性与发送端完全相反也能正确判断。
译码时只需把AMI码经过全波整流就可以变为单极性码。
HDB3码的编码原理：HDB3码主要解决AMI码在连0过多时同步提取困难的问题。
编码时，将4个连0信息码用取代节000V或B00V代替，当两个相邻V码中间有奇数个信息1码时取代节码000V；有偶数个信息1码（包括0个）时取代节为B00V，其它的信息0码仍为0码。
这样，信息码的1码变为带有符号的1码即+1或-1，HDB3码中1、B的符号符合交替反转原则，而V的符号破坏这种符号交替反转原则，但相邻V码的符号又是交替反转的。
因此，HDB3码是占空比为0.5的双极性归零码。
码如图2-1所示。
设信息码为0000 0110 0001 0000，则NRZ码、AMI码、HDB3信息代码 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0NRZ波形AMI码 0 0 0 0 0 1 -1 0 0 0 0 1 0 0 0 0AMI波形HDB3码 B 0 0 V 0 -1 1 -B 0 0 - V 1 0 0 0 VHDB3波形图1-1 NRZ、AMI、HDB3关系图分析表明，AMI码及HDB3码的功率谱如图1-2所示，它不含有离散谱fs成分（fs=1/T,等于位同步信号的频率）。
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实验一码型变换实验
一、实验目的
（1）了解几种常见的数字基带信号；
（2）掌握常用数字基带传输码型的编码规则；
（3）掌握用FPGA实现码型变换的方法。
二、实验仪器
信号源模块、码型变换模块、20M双踪示波器(一台)、连接线(若干)
c、从“BRZ”处观察BRZ编码。（如果发现波形不正确，请按下复位键后继续观察）
（5）BNRZ编码实验
SW01、SW02、SW03设置为10100110 00000000 00000000
a、将“编码方式选择”拨码开关拨为00000100，则编码实验选择为BNRZ方式。
b、将信号源模块与码型变换模块上以下三组输入/输出点用连接线连接：BS与BS、2BS与2BS、NRZ与NRZ。
c、从“编码输出2处”观察AMI编码。（如果发现波形不正确，请按下复位键后继续观察）
5、解码实验：（在每次改变解码方式后，请按下复位键）
（1）RZ解码实验
SW01、SW02、SW03设置为10100110 00000000 00000000
a、将“编码方式选择”拨码开关拨为10000000，则编码实验选择为RZ方式。
（6）HDB3码
HDB3码的全称是三阶高密度双极性码，其编码规则如下：将4个连“0”信息码用取代节“000V”或“B00V”代替，当两个相邻“V”码中间有奇数个信息“1”码时取代节为“000V”；有偶数个信息“1”码（包括0个）时取代节为“B00V”，其它的信息“0”码仍为“0”码，这样，信息码的“1”码变为带有符号的“1”码即“+1”或“－1”。例如：
通信原理实验
指导书
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通信实验指导书[精编版]通信实验指导书电气信息工程学院目录实验一AM调制与解调实验 (1)实验二FM调制与解调实验 (5)实验三ASK调制与解调实验 (8)实验四FSK调制与解调实验 (11)实验五时分复用数字基带传输 (14)实验六光纤传输实验 (19)实验七模拟锁相环与载波同步 (27)实验八数字锁相环与位同步 (32)实验一 AM调制与解调实验一、实验目的理解AM调制方法与解调方法。
二、实验原理本实验中AM调制方法：原始调制信号为1.5V直流＋1KHZ正弦交流信号，载波为20KHZ正弦交流信号，两者通过相乘器实现调制过程。
本实验中AM解调方法：非相干解调（包络检波法）。
三、实验所需部件调制板、解调板、示波器、计算机（数据采集设备）。
四、实验步骤1.熟悉实验所需部件。
2.按下图接线。
3.用示波器（或计算机）分别测出上图所示的几个点的波形，并绘制于下面各图中。
4.结合上述实验结果深入理解AM调制方法与解调方法。
实验一参考结果实验二 FM调制与解调实验一、实验目的理解FM调制方法与解调方法。
二、实验原理本实验中FM调制方法：原始调制信号为2KHZ正弦交流信号，让其通过V/F（电压/频率转换，即VCO压控振荡器）实现调制过程。
本实验中FM解调方法：鉴频法（电容鉴频＋包络检波＋低通滤波）三、实验所需部件调制板、解调板、示波器、计算机（数据采集设备）。
四、实验步骤1.熟悉实验所需部件。
2.按下图接线。
3.用示波器（或计算机）分别测出上图所示的几个点的波形，并绘制于下面各图中。
4.结合上述实验结果深入理解FM调制方法与解调方法。
实验二参考结果实验三 ASK调制与解调实验一、实验目的理解ASK调制方法与解调方法。
二、实验原理本实验中ASK调制方法：键控法（原始数字信号采用250HZ方波信号代替，载波为2KHZ正弦交流信号，利用方波信号切换开关电路实现调制过程。
本实验中ASK解调方法：非相干解调（包络检波法）。
三、实验所需部件调制板、解调板、示波器、计算机（数据采集设备）。
四、实验步骤1.熟悉实验所需部件。
2.按下图接线。
3.用示波器（或计算机）分别测出上图所示的几个点的波形，并绘制于下面各图中。
4.结合上述实验结果深入理解ASK调制方法与解调方法。
实验三参考结果实验四 FSK调制与解调实验一、实验目的理解FSK调制方法与解调方法。
二、实验原理本实验中FSK调制方法：键控法（原始数字信号采用250HZ方波信号代替，载波分别为2KHZ和1KHZ正弦交流信号，利用方波信号切换开关电路实现调制过程。
本实验中FSK解调方法：PLL电路+低通滤波＋抽样判决器。
三、实验所需部件调制板、解调板、示波器、计算机（数据采集设备）。
四、实验步骤1.熟悉实验所需部件。
2.按下图接线。
3.用示波器（或计算机）分别测出上图所示的几个点的波形，并绘制于下面各图中。
4.结合上述实验结果深入理解FSK调制方法与解调方法。
实验四参考结果实验五时分复用数字基带传输一、实验目的掌握时分复用数字基带通信系统的基本原理及数字信号传输过程。
二、实验原理本实验用数字信源模块、数字终端模块、位同步模块及帧同步模块连成一个理想信道时分复用数字基带通信系统，使系统正常工作。
用示波器观察分接后的数据信号、用于数据分接的帧同步信号、位同步信号。
三、实验所需部件调制板、解调板、示波器、计算机（数据采集设备）。
四、实验步骤1、熟悉实验所需部件。
2、按下图接线。
3、用示波器（或计算机）分别测出上图所示的几个点的波形，并绘制于下面各图中。
4、结合上述实验结果深入理解PCM调制方法与解调方法。
实验五参考结果实验六光纤传输实验一、实验目的掌握抽样定理，了解时分复用原理，了解光纤的基本原理及传输过程。
二、实验原理本实验用PCM调制及解调板、光通信发射及接收板、光纤通信模块组成音乐光纤传输通信系统，使系统正常工作。
用示波器观察各测试信号。
三、实验所需部件调制板、解调板、发射板、接收板、光纤通信模块、示波器、计算机（数据采集设备）。
四、实验步骤1、熟悉实验所需部件。
2、按下图接线。
3、用示波器（或计算机）分别测出上图所示的几个点的波形，并绘制于下面各图中。
4、结合上述实验结果深入理解光纤传输方法。
实验六参考结果实验七模拟锁相环与载波同步一、实验目的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。
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。
了解相干载波相位模糊现象产生的原因。
二、实验原理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。
本实验系统的载波同步提取模块用平方环，原理方框图如图7-1所示。
模块内部使用+5V、+12V、-12V电压，所需的2DPSK输入信号已在实验电路板上与数字调制单元2DPSK输出信号连在一起。
图7-1 载波同步方框图本模块上有以下测试点及输入输出点：＞1V• MU 平方器输出测试点，VP-P＞0.2V• VCO VCO输出信号测试点，VP-P• U鉴相器输出信号测试点d• CAR-OUT 相干载波信号输出点/测试点图7-1中各单元与电路板上主要元器件的对应关系如下：•平方器U25：模拟乘法器MC1496•鉴相器U23：模拟乘法器MC1496；U24：运放UA741•环路滤波器电阻R25、R68；电容C11•压控振荡器CRY2：晶体；N3、N4：三极管3DG6•放大整形N5、N6：3DG6；U26:A：74HC04•÷2 U27：D触发器7474• 移相器U28：单稳态触发器7474 • 滤波器 电感L2；电容C30下面介绍模拟锁相环原理及平方环载波同步原理。
锁相环由鉴相器（PD ）、环路滤波器（LF ）及压控振荡器（VCO ）组成，如图7-2所示。
u o (t)图7-2 锁相环方框图模拟锁相环中，PD 是一个模拟乘法器，LF 是一个有源或无源低通滤波器。
锁相环路是一个相位负反馈系统，PD 检测u i (t)与u o (t)之间的相位误差并进行运算形成误差电压u d (t)，LF 用来滤除乘法器输出的高频分量（包括和频及其他的高频噪声）形成控制电压u c (t)，在u c (t)的作用下、u o (t)的相位向u i (t)的相位靠近。
设u i (t)=U i sin[ωi t+θi (t)]，u o (t)=U o cos[ωi t+θo (t)]，则u d (t)=U d sin θe (t)，θe (t)=θi (t)-θo (t)，故模拟锁相环的PD 是一个正弦PD 。
设u c (t)=u d (t)F(P)，F(P)为LF 的传输算子，VCO 的压控灵敏度为K o ，则环路的数学模型如图7-3所示。
θi (t)o (t)图7-3 模拟环数学模型当6)(πθ≤t e 时，e d e d U t U θθ=)(sin ，令K d =U d 为PD 的线性化鉴相灵敏度、单位为V/rad ，则环路线性化数学模型如图7-4所示。
θi (t)θo (t)图7-4 环路线性化数学模型由上述数学模型进行数学分析，可得到以下重要结论：• 当u i (t)是固定频率正弦信号(θi (t)为常数)时，在环路的作用下，VCO 输出信号频率可以由固有振荡频率ωo （即环路无输入信号、环路对VCO 无控制作用时VCO 的振荡频率），变化到输入信号频率ωi ，此时θo (t)也是一个常数，u d (t)、u c (t)都为直流。
我们称此为环路的锁定状态。
定义Δωo =ωi -ωo 为环路固有频差，Δωp 表示环路的捕捉带，ΔωH 表示环路的同步带，模拟锁相环中Δωp <ΔωH 。
当|Δωo |<ΔωP 时，环路可以进入锁定状态。
当|Δωo |<ΔωH 时环路可以保持锁定状态。
当|Δωo |>ΔωP 时，环路不能进入锁定状态，环路锁定后若Δωo 发生变化使|Δωo |>ΔωH ，环路不能保持锁定状态。
这两种情况下，环路都将处于失锁状态。
失锁状态下u d (t)是一个上下不对称的差拍电压，当ωi >ωo ，u d (t)是上宽下窄的差拍电压；反之u d (t)是一个下宽上窄的差拍电压。
• 环路对θi (t)呈低通特性，即环路可以将θi (t)中的低频成分传递到输出端，θi (t)中的高频成分被环路滤除。
或者说，θo (t)中只含有θi (t)的低频成分，θi (t)中的高频成分变成了相位误差θe (t)。
所以当u i (t)是调角信号时，环路对u i (t)等效为一个带通滤波器，离ωi 较远的频率成分将被环路滤掉。
• 环路自然谐振频率ωn 及阻尼系数ζ(具体公式在下文中给出)是两个重要参数。
ωn 越小，环路的低通特性截止频率越小、等效带通滤波器的带宽越窄；ζ越大，环路稳定性越好。
• 当环路输入端有噪声时，θi (t)将发生抖动，ωn 越小，环路滤除噪声的能力越强。
实验一中的电荷泵锁相环4046的性能与模拟环相似，所以它可以将一个周期不恒定的信号变为一个等周期信号。
对2DPSK 信号进行平方处理后得2/)2cos 1(cos )()(222t t t m t S c c ωω+==，此信号中只含有直流和2ωc 频率成分，理论上对此信号再进行隔直流和二分频处理就可得到相干载波。
锁相环似乎是多余的，当然并非如此。
实际工程中考虑到下述问题必须用锁相环：• 平方电路不理想，其输出信号幅度随数字基带信号变化，不是一个标准的二倍频正弦信号。
即平方电路输出信号频谱中还有其它频率成分，必须滤除。
• 接收机收到的2DPSK 信号中含有噪声（本实验系统为理想信道，无噪声），因而平方电路输出信号中也含有噪声，必须用一个窄带滤波器滤除噪声。
• 锁相环对输入电压信号和噪声相当于一个带通滤波器，我们可以选择适当的环路参数使带通滤波器带宽足够小。
对于本模拟环，ωn 、ζ、环路等效噪声带宽B L 及等效带通滤波器的品质因数Q 的计算公式如下：L n L n d n B fQ B C R C R R K K o 21168116825o,)41(8,2,)(=+==+=ζζωωζω 式中f o =4.433×106（HZ ），等于载频的两倍。
设计环路时通过测量得到K d 、K o ，一般选ζ值为0.5~1，根据任务要求选定ωn 后即可求得环路滤波器的元件值。
当固有频差为0时，模拟环输出信号的相位超前输入相位90︒，必须对除2电路输出信号进行移相才能得到相干载波。
移相电路由两个单稳态触发器U28:A 和U28:B 构成。
U28:A 被设置为上升沿触发，U28:B 为下降沿触发，故改变U28:A 输出信号的宽度即可改变U28:B 输出信号的相位，从而改变相干载波的相位。