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实验二 PSK信号载波恢复 实验目的 1、掌握科斯塔斯环的组成、工作原理及在载波恢复中的应用。 2、掌握倍频器的组成、工作原理及在载波恢复中的应用。 实验内容 1、观察科斯塔斯环工作过程，各处信号波形及特性。 2、观察载波恢复的相位模糊现象。 基本原理 当采用同步解调或相干检测时，接收端需要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就称为载波提取，或称为载波同步。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）称作导频的正弦波，接收端就由导频提取出载波，这类方法称为插入导频法；另一类是不专门发送导频，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。 1、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（8-1）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8-1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 图8-1 平方变换提取载波 因而，用图8-1所示的方框图同样可以提取出载波。 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。 平方变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8-2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8-2 平方环法提取载波 2、科斯塔斯环法 本实验是采用科斯塔斯环法提取同步载波的。科斯塔斯环又称同相正交环，其原理框图如下： 图8-3 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， （8-5）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， （8-6）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。 实验原理 1、实验模块简介 本实验需用到基带成形模块、IQ调制解调模块及PSK载波恢复模块。 （1）基带成形模块： 本模块主要功能：产生PN31伪随机序列作为信源；将基带信号进行串并转换；按调制要求进行基带成形，形成两路正交基带信号。 （2）IQ调制解调模块： 本模块主要功能：产生调制及解调用的正交载波；完成射频正交调制及小功率线性放大；完成射频信号正交解调。 （3）PSK载波恢复模块： 本模块主要功能：与IQ调制解调模块上的解调电路连接起来组成一个完整的科斯塔斯环以恢复PSK已调信号的载波，同时可用作一个独立的载波源。 2、实验框图及电路说明 基带成形模块上产生的PN码（由PN31端输出），速率为16K，作为信源输入进该模块中（由NRZ IN端输入），经过差分编码后输出（由I路输出端输出）。基带信号经由IQ调制模块进行PSK调制，放大后输出。调制载波为10.7MHz，是由21.4MHz本振源经2分频产生。 PSK已调信号送入IQ解调电路中，分为两路，分别与两个正交载波相乘，输出的信号经低通滤波后相乘，进行鉴相，鉴相输出经环路滤波后控制VCO，形成一个典型的科斯塔斯环。环路锁定后，解调端“COS”支路的载波与调制端“COS”支路的载波同相。 实验步骤 在实验箱上正确安装基带成形模块（以下简称基带模块）、IQ调制解调模块（以下简称IQ模块）和PSK载波恢复模块（以下简称载波恢复模块）。 关闭实验箱总电源，按如下要求连接好连线。 用台阶插座线完成如下连接： 源端口 目的端口 连线说明 基带模块：PN31 基带模块：NRZ IN 提供PN31伪随机序列 基带模块：I-OUT IQ模块：I IN 基带成形后的I路信号输入 I