實(shí)驗(yàn)11位同步提取實(shí)驗(yàn)

1、標(biāo)準(zhǔn)11 位同步提取實(shí)驗(yàn)通信 1301王少丹201308030104一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握數(shù)字基帶信號(hào)的傳輸過(guò)程；2熟悉位定時(shí)產(chǎn)生與提取位同步信號(hào)的方法。二、實(shí)驗(yàn)儀器1復(fù)接/解復(fù)接、同步技術(shù)模塊，位號(hào)I2時(shí)鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊，位號(hào)：G3 信道編碼與 ASK、FSK、PSK、QPSK調(diào)制，位號(hào)：A、B位4 PSK QPSK 解調(diào)模塊，位號(hào)C5 100M 雙蹤示波器1 臺(tái)三、實(shí)驗(yàn)原理數(shù)字通信系統(tǒng)能否有效地工作， 在相當(dāng)大的程度上依賴于發(fā)端和收端正確地同步。 同步的不良將會(huì)導(dǎo)致通信質(zhì)量的下降， 甚至完全不能工作。 通常有三種同步方式：即載波同步、位同步和群同步。在本實(shí)驗(yàn)中主要分析位同步。實(shí)現(xiàn)位同步的方

2、法有多種，但可分為兩大類(lèi)型：一類(lèi)是外同步法；另一類(lèi)是自同步法。所謂外同步法， 就是在發(fā)端除了要發(fā)送有用的數(shù)字信息外， 還要專(zhuān)門(mén)傳送位同步信號(hào) ,到了接收端得用窄帶濾波器或鎖相環(huán)進(jìn)行濾波提取出該信號(hào)作為位同步之用。所謂自同步法， 就是在發(fā)端不專(zhuān)門(mén)向收端發(fā)送位同步信號(hào)， 而收端所需要的碼元同步信號(hào)是設(shè)法從接收信號(hào)中或從解調(diào)后的數(shù)字基帶信號(hào)中提取出來(lái)。 這種方法大致可分為濾波法和鎖相法。 濾波法是利用窄帶濾波器對(duì)含定時(shí)信息的歸零二進(jìn)制序列（通常占空比為50%） 進(jìn)行濾波，從中濾出所要的位同步分量，并整形、 移相等處理， 即可得到規(guī)則的位同步脈沖信號(hào)， 但對(duì)于無(wú)定時(shí)信息的非歸零二進(jìn)制序列，則先要進(jìn)行微

3、分和整流等變換，使之含有定時(shí)信息后，才能用窄帶 濾波器實(shí)施濾波。鎖相法是指利用鎖相環(huán)來(lái)提取位同步信號(hào)的方法，本實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 選用鎖相法進(jìn)行位同步提取的。鎖相法的基本原理是，在接收端采用鑒相器比較接收碼元和本地產(chǎn)生的位同步信 號(hào)的相位，如兩者相位不一致，則鑒相器輸出誤差信號(hào)去控制本地位同步信號(hào)的 相位，直至本地的位同步信號(hào)的相位與接收信號(hào)的相位一致為止。數(shù)字鎖相環(huán)是一個(gè)相位反饋控制系統(tǒng)，在數(shù)字鎖相環(huán)中，由于誤差控制信號(hào) 是離散的數(shù)字信號(hào)不是模擬信號(hào)，因而受控的輸出相位的改變是離散的而不是連 續(xù)的；常用的數(shù)字鎖相環(huán)的原理方框圖如圖 11-1所示。闈II 1故字餓梃I法時(shí)鐘槌以原JT楙國(guó)框圖說(shuō)明：1 .

4、設(shè)要提取的同步時(shí)鐘頻率為f,則要求晶體振蕩器的振蕩頻率為 mf赫茲，其 中m為分頻器的分頻系數(shù)。2 .窄脈沖形成器的作用是將振蕩波形變成窄脈沖。圖中兩個(gè)窄脈沖形成電路的 輸出信號(hào)要求剛好相差180。3 .添門(mén)為常閉門(mén)，在沒(méi)有滯后脈沖控制時(shí)，此門(mén)始終關(guān)閉，輸出低電平；扣門(mén) 為常開(kāi)門(mén)，若無(wú)超前脈沖控制時(shí)，則來(lái)自晶體振蕩器的脈沖信號(hào)順利通過(guò)扣門(mén)。晶振信號(hào)（頻率為mf赫茲）經(jīng)過(guò)或門(mén)到達(dá)m分頻器，輸出頻率為f赫茲的脈沖 信號(hào)。該信號(hào)再經(jīng)過(guò)脈沖形成電路，輸出規(guī)則的位同步脈沖信號(hào)。4 .比相器的功能是比較接收碼元與 m分頻器輸出信號(hào)（即本地時(shí)鐘信號(hào)）之 間的相位關(guān)系，若本地時(shí)鐘信號(hào)超前于接收碼元的相位， 則

5、比相器輸出一個(gè)超前 脈沖，加到扣門(mén)，扣除一個(gè)晶振脈沖，這樣分頻器的輸出脈沖的相位滯后了 1/m周期。若本地時(shí)鐘 信號(hào)的相位滯后于接收碼元的相位， 比相器輸出一個(gè)滯后脈沖，加到添門(mén)，控制 添門(mén)打開(kāi)，加入一個(gè)晶振脈沖到或門(mén)。由于加到添門(mén)的晶振信號(hào)與加到扣門(mén)的品 振信號(hào)的相位相差J!,即這兩路晶振信號(hào)脈沖在時(shí)間上是錯(cuò)開(kāi)的， 因此當(dāng)從添門(mén) 加入一個(gè)晶振脈沖到或門(mén)時(shí)，相當(dāng)于在扣門(mén)輸出的晶振信號(hào)中間插入了一個(gè)窄脈 沖，也就使分頻器輸入端添加了一個(gè)脈沖， 這樣分頻器輸出相位就提前了 1/m周 期。整個(gè)數(shù)字鎖相環(huán)路按上述方式，反復(fù)調(diào)整本地時(shí)鐘相位，以實(shí)現(xiàn)位同步。 從圖11-2中，可清楚地理解添扣脈沖的原理。用

6、11 2涉扣脈沖原理府圖至于數(shù)字鎖相環(huán)的種類(lèi)，目前比較統(tǒng)一的做法是按數(shù)字鑒相器的實(shí)現(xiàn)方法來(lái)對(duì)數(shù) 字鎖相環(huán)進(jìn)行分類(lèi)，通常分為下面四類(lèi)：觸發(fā)器型數(shù)字鎖相環(huán)（ FF-DPLL）、奈 奎斯特型數(shù)字鎖相環(huán)（NR、DPLL）、過(guò)零檢測(cè)式數(shù)字鎖相環(huán)（ZC-DPLL）、超前滯后型數(shù)字鎖相 環(huán)（LL、DPLL）。若從取樣或者等效取樣觀點(diǎn)看，在第一、三、四類(lèi)中輸入信 號(hào)相位是以受控的本地時(shí)鐘相位為基準(zhǔn)而確定的，本地時(shí)鐘在受控過(guò)程中是變化 的，因而屬于非均勻取樣的形式。而在第二類(lèi)中則不同，鑒相器輸入信號(hào)相位是 以固定速率的時(shí)鐘信號(hào)為基準(zhǔn)來(lái)確定的，屬于均勻取樣的形式。位同步系統(tǒng)的性能通常是用相位誤差、建立時(shí)間、保持時(shí)

7、間等指標(biāo)來(lái)衡量。具體內(nèi)容這里不詳細(xì) 解釋?zhuān)?qǐng)查看有關(guān)資料。本實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用CPLD芯片EPM240編程實(shí)現(xiàn)數(shù)字鎖相 環(huán)功能，待提取同步時(shí)鐘的基帶信號(hào)由 39P01怫孔輸入。圖11-3和圖11-4為位 同步時(shí)鐘提取結(jié)構(gòu)框圖和電路原理圖。如圖11-3所示，上述基帶信號(hào)由39P01輸入后，至位同步恢復(fù)與信碼再生電路， 進(jìn)行位同步提取、信碼再生功能。測(cè)量點(diǎn)有39P06.39P07,其中39P06是同步時(shí)鐘提取輸出怫孔，39P07是信碼再生基帶信號(hào)輸出怫孔。文案四、各測(cè)量點(diǎn)和可調(diào)元件作用復(fù)接/解復(fù)接、同步技術(shù)模塊、再生39SW01:功能設(shè)置開(kāi)關(guān)。設(shè)置“ 0001”，為2K基帶數(shù)據(jù)的同步時(shí)鐘提取功能。設(shè)置“

8、0011”，為32K基帶數(shù)據(jù)的同步時(shí)鐘提取、再生功能39P01:外加基帶信號(hào)輸入怫孔。39P06:提取同步時(shí)鐘輸出怫孔。39P07:再生基帶數(shù)據(jù)輸出怫孔五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1 .插入有關(guān)實(shí)驗(yàn)?zāi)K在關(guān)閉系統(tǒng)電源的情況下，按照下表放置實(shí)驗(yàn)?zāi)K:模塊名稱(chēng)放置位號(hào)時(shí)鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊G信道編碼與ASK. FSK. PSK. QPSK調(diào)制A BPSK. QPSK解調(diào)模塊噪聲模塊卜、良接/解復(fù)接同步技術(shù)模塊I對(duì)應(yīng)位號(hào)可見(jiàn)底板右上角的“實(shí)驗(yàn)?zāi)K位置分布表”，注意模塊插頭與底板插座 的防呆口一致。2 .信號(hào)線連接使用專(zhuān)用導(dǎo)線按照下表進(jìn)行信號(hào)線連接源端目的增連踐作用| 4PCI (G)JD (AB)為PSK調(diào)制

9、輸入32K的15位皿序列：I m2 CG)JC1.K (AR)為PSK調(diào)制輸入32K的星帶時(shí)鐘二PSKJ)PSK(AB)3PO1 (E)將調(diào)制輸出送入噪聲模塊，為PSK調(diào)制后信號(hào)加噪；3P02 (E)(C)超加噪后的調(diào)制信號(hào)送入PSK解調(diào)轆入模塊138Po2 (C)39PO1 (I)將解調(diào)后的數(shù)據(jù)送入碼元同步輸入端,3 .加電打開(kāi)系統(tǒng)電源開(kāi)關(guān)，底板的電源指示燈正常顯示。若電源指示燈顯示不正常，請(qǐng) 立即關(guān)閉電源，查找異常原因。4 .實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)置撥碼器“4SW02（G）設(shè)置為“ 00001，4P01產(chǎn)生32K的15位m序列輸出； 撥碼器“39SW01（I）設(shè)置為“0011”，“復(fù)接/解復(fù)接、同步技

10、術(shù)模塊”工作在 32K碼元同步功能；按動(dòng)SW01 （AB）按鈕，使“L01”指示燈亮，“PSK DPSK” 輸出為PSK調(diào)制；將“ PSK QPSK解調(diào)模塊”兩個(gè)跳線（38K01和38K02）開(kāi) 關(guān)插到左側(cè)，選擇PSK解調(diào)模式。數(shù)字同步各測(cè)量點(diǎn)信號(hào)波形觀察按前面PSK實(shí)驗(yàn)，調(diào)整好電路狀態(tài)，特別注意使“ 4P01”（G）與“38P02 （C）兩 點(diǎn)波形一致（可以反相），若不一致應(yīng)調(diào)整38W01電位器。調(diào)節(jié)38w01之后，波形基本一致，為后面的實(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)。用示波器觀測(cè)“ 39P06（I）和“39P07 （I）,記錄提取的同步時(shí)鐘和同步后的信 號(hào)；同步后的信號(hào)很穩(wěn)定:（3）用示波器觀測(cè)“38P0

11、2（C）和39P07（I）,對(duì)比同步前和同步后的數(shù)據(jù)（可 以減小示波器的掃描時(shí)間，觀察波形細(xì)節(jié)），分析其差別。同步前碼元相對(duì)時(shí)鐘 會(huì)有抖動(dòng)，同步后的碼元和時(shí)鐘完全同步。抖動(dòng)在照片中不太明顯，在示波器上觀察可以明顯看出綠色的非同步信號(hào)在超前的一小段距離中，信號(hào)抖動(dòng)明顯6.關(guān)機(jī)拆線實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉電源，拆除信號(hào)連線，并按要求放置好實(shí)驗(yàn)?zāi)K六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)位同步信號(hào)：位同步的目的是使每個(gè)碼元得到最佳的解調(diào)和判決。 位同步可以分為外同步 法和自同步法兩大類(lèi)。一般而言，自同步法應(yīng)用較多。外同步法需要另外專(zhuān)門(mén)傳 輸位同步信息。自同步法則是從信號(hào)碼元中提取其包含的位同步信息。自同步法又可以分為兩種，即開(kāi)環(huán)同步法和

12、閉環(huán)同步法。開(kāi)環(huán)法采用對(duì)輸入碼元做某種變 換的方法提取位同步信息。閉環(huán)法則用比較本地時(shí)鐘和輸入信號(hào)的方法， 將本地 時(shí)鐘鎖定在輸入信號(hào)上。閉環(huán)法更為準(zhǔn)確，但是也更為復(fù)雜。位同步不準(zhǔn)確將引起誤碼率增大。同步是數(shù)字通信中必須解決的一種重要的問(wèn)題。 所謂同步， 就是要求通信的收發(fā)雙方在時(shí)間基準(zhǔn)上保持一致， 包括在開(kāi)始時(shí)間、 位邊界、 重復(fù)頻率等上的一致。數(shù)據(jù)通信中的位同步：數(shù)據(jù)通信雙方的計(jì)算機(jī)在時(shí)鐘頻率上存在差異， 而這種差異將導(dǎo)致不同的計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘周期的微小誤差。 盡管這種差異是微小的， 但在大量的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中，這種微小誤差的積累足以造成傳輸?shù)腻e(cuò)誤。因此，在數(shù)據(jù)通信中，首先要解決的是收發(fā)雙方計(jì)算機(jī)的時(shí)鐘頻率的一致性問(wèn)題。 一般方法是， 要求接收端根據(jù)發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的起止時(shí)間和時(shí)鐘頻率， 來(lái)校正自己的時(shí)間基準(zhǔn)和時(shí)鐘頻率， 這個(gè)過(guò)程叫位同步。 可見(jiàn)，