为了满足人们对各种多媒体信息的通信需求,移动通信系统不断更新换代,其传输信号的载波频率越来越高,对通信系统同步性能的要求也更加严格。为了提高通信系统的抗干扰能力,在军事通信和民用通信中都有广泛应用了跳频技术,随着跳频速率的提高,快速精确的载波同步和位同步技术成为通信领域研究的热点。随着现代数字信号处理技术的发展,研究和掌握基于数字锁相环的载波同步与位同步技术具有实际意义。锁相环是实现载波频率与码元相位的跟踪同步最有效的方式。本文在学习掌握锁相环原理的基础上,重点研究了 Costas载波同步算法和全数字同步环路算法。在此基础上,给出了基于数字锁相环的同步系统总体设计方案。本设计包括BPSK信号发送子系统、载波同步与解调子系统和位同步子系统。发送子系统主要完成基带信号和本地振荡信号产生、调制和仿真信号频率控制等功能。频率控制模块是用于测试系统的载波跟踪性能与位同步性能,该模块能够依据要求控制载波发生器产生相位阶跃、频率阶跃、频率斜升等载波信号。在载波同步和位同步子系统中,采用Costas环设计了载波同步模块,并加入了基于FFT的频率估计模块进行辅助捕获,同时采取了根据环路频偏动态切换环路带宽系数的策略;采用全数字同步环设计了位同步子系统。在Xilinx ISE 14.7开发环境下,使用硬件描述语言进行行为级建模,采用Synplify Pro完成对各模块的综合,采用Modelsim6.5a对各模块进行功能仿真,在实现载波同步、位同步和数字解调功能后,对设计系统的捕捉性能、载波跟踪性能和位同步性能进行了仿真测试,并对仿真结果进行分析,给出了相关结论。最后在Spartan3E硬件开发平台对设计系统进行了下载测试。仿真与测试结果表明:设计系统能够正确实现BPSK数字已调信号的载波同步、码元位同步及数字信号的解调。载波同步模块能够实现对跳频信号(频率阶跃)、移动通信中的多普勒频移(频率斜升)的载波同步跟踪;位同步模块能够实现在移动多径环境下(不同传输延迟)的码元同步跟踪。