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实验十 载波同步提取实验 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。 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。 实验器材 1、信号源模块 一块 2、 ③号模块 一块 3、 ⑦号模块 一块 4、 60M双踪示波器 一台 实验原理 提取载波的方法一般分为两类：一类是在发送有用信号的同时，在适当的频率位置上，插入一个（或多个）称为导频的正弦波，接收端就由导频提取出载波，这类方法称为导频插入法；另一类就是不专门发送导频，而在接收端直接从发送信号中提取载波，这类方法称为直接法。下面就重点介绍直接法的两种方法。 平方变换法和平方环法 设调制信号为，中无直流分量，则抑制载波的双边带信号为 接收端将该信号进行平方变换，即经过一个平方律部件后就得到 由式看出，虽然前面假设了中无直流分量，但中却有直流分量，而表示式的第二项中包含有2ωc频率的分量。若用一窄带滤波器将2ωc频率分量滤出，再进行二分频，就获得所需的载波。根据这种分析所得出的平方变换法提取载波的方框图如图10-1所示。若调制信号＝±1，该抑制载波的双边带信号就成为二相移相信号，这时可得到下式，因而，用图10-1所示的方框图同样可以提取出载波。 图10-1 平方变换提取载波 由于提取载波的方框图中用了一个二分频电路，故提取出的载波存在180°的相位模糊问题。对移相信号而言，解决这个问题的常用方法是采用相对移相。平方交换法提取载波方框图中的窄带滤波器若用锁相环代替，构成如图10-2所示的方框图，就称为平方环法提取载波。由于锁相环具有良好的跟踪、窄带滤波和记忆性能，平方环法比一般的平方变换法具有更好的性能。因此，平方环法提取载波应用较为广泛。 图10-2 平方环法提取载波 2、科斯塔斯环法 科斯塔斯环又称同相正交环，其原理框图如下： 图10-3 科斯塔斯环原理框图 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。现在从理论上对科斯塔斯环的工作过程加以说明。设输入调制信号为：，则 ； 经低通滤波器后的输出分别为：； 将v5和v6在相乘器中相乘，得， 上式中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，该式中的v7大小与相位误差θ成正比，它就相当于一个鉴相器的输出。用v7去调整压控振荡器输出信号的相位，最后使稳定相位误差减小到很小的数值。这样压控振荡器的输出就是所需提取的载波。本实验是采用科斯塔斯环法提取同步载波的。 五、实验步骤 1、将信号源模块和模块3、7固定在主机箱上。双踪示波器，设置CH1通道为同步源。 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 目的端口 连线说明 信号源：PN（32K） 模块3：PSK-NRZ S4拨为“1010”，PN是32K伪随机码 信号源：128K同步正弦波 模块3：PSK载波 提供PSK调制载波，幅度为4V 模块3：PSK-OUT 模块7：PSKIN 提供载波同步提取输入 4、打开电源， 观察PSK调制源状态。 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，按模块7上的复位开关S1使其同相。 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