通信原理硬件實驗6位同步信號的提取

1、武漢大學教學實驗報告電子信息學院 通信工程 專業(yè) 時間 2015/12/29實驗名稱 位同步信號的提取 指導教師 吳靜 姓名 莫幫杰 年級 2013級 學號 2013301200227 一、實驗目的 1. 掌握數字鎖相環(huán)工作原理； 2. 掌握用鎖相法提取位同步信號的原理； 3. 掌握巴克碼識別原理； 4. 掌握同步保護原理。 二、實驗內容 1. 觀察數字環(huán)的失鎖狀態(tài)、鎖定狀態(tài)。 2. 用數字鎖相環(huán)環(huán)提取位同步信號。 3. 觀察幀同步碼無錯誤時幀同步器的維持態(tài)。 4. 通過波形來加深理解幀同步原理。 三、 基本原理 位同步鎖相法的基本原理和載波同步的類似。在接收端利用鑒相器比較接收碼元和本地產生

2、的位同步信號的相位，若兩者不一致（超前或滯后），鑒相器就產生誤差信號區(qū)調整位同步信號的相位，直至獲取準確的位同步信號為止。把采用鎖相環(huán)來提取位同步信號的方法稱為鎖相法。在數字通信中。常用數字鎖相法提取位同步信號。 （1）數字鎖相 如圖所示，數字鎖相系統(tǒng)由高穩(wěn)定度振蕩器（晶振)，分頻器相位比較器和控制器組成。其中控制器包括扣除門、附加門和或門。高穩(wěn)定度品振產生的信號經整形電路變成周期性脈沖，然后經控制器再送入分頻器,輸出位同步脈沖序列。若接收碼元的速率為f (波特），則要求位同步脈沖的頻率也為fHz。這里晶振的頻率設計在nfHz，它經扣除門或門并n次分頻后，就可得到頻率為fHz的位同步信兮。如果

3、接收端晶振經n次分頻后，不能準確的和收到的碼元同頻同相，這時就要根據比較器輸出的誤差信兮，通過控制器對分頻器進行調整。調整的原理是當分頻器輸出的位同步脈沖超前于接收碼元的相位時，相位比較器就送出一超前脈沖，加到扣除門（常幵）的禁止端，扣除一個a路脈沖，這樣分頻器輸出脈沖的相位就推后1/n個周期；若分頻器輸出的位同步脈沖相位滯后于接收碼元的相位，相位比較器就送出一滯后脈沖，加于附加門，使b路輸出的一個脈沖通過“或門”，插入在原a路脈沖之間，使分頻器的的輸入添加了一個脈沖。于是，分頻器的輸出相位就提前1/n周期。就這樣反復調整實現了相位同步。數字鎖相原理圖（2）位同步電路 接收碼元的相位可以從基帶

4、信號的過零點提取，而對數字信號的微分可獲得過零點的信息。由于數字信號的過零方向有正有負（即由0變到1和由1變到0)，微分再整流就可以獲得接收碼元所有過零信息。接收到碼元的相位以后，再將它加于相位比較器迸行比較，因為相位信息是通過微分、整流而獲得的，所以稱這種辦法為微分整流數字鎖相法法。 框圖工作原理：先不看虛線框內部分，設輸入信號為不歸零碼，如波形a所示，我們將每個碼元的寬度分為兩個區(qū)，前半區(qū)稱為“滯后區(qū)”，即若位同步脈沖波形b落入次區(qū)，表示位同步脈沖滯后于接收碼元的相位；同樣，后半區(qū)稱為“超前區(qū)”。接收碼元經微分整流，并經單穩(wěn)4電路后，輸出如波形e所示的脈沖。當位同步脈沖波形b (它是由n次

5、分頻器d端的輸出.取其上升沿而形成的脈沖）位于超前區(qū)時，波形e和分頻器d端的輸出波形使與門A有輸出，該輸出再經過單穩(wěn)1就產生一超前脈沖（波形f )。若位同步脈沖波形b(閣中虛線所示）落于滯后區(qū)，分頻器c端的輸出波形（c端和d端互為反相關系）如波形c所示，則與門B有輸出，再經過單穩(wěn)2產生一滯后脈沖（波形g)。這樣，無論位同步脈沖超前或滯后,都會分別送出超前或滯后脈沖對分頻器的脈沖迸行扣除成附加，從而達到相位調整的目的。虛線框中的單穩(wěn)3的作用：由波形圖看到，位冋步脈沖是由分頻器d端的輸出波形（波形d)的正沿沿而形成，所以相位調整的的結果應該使波形d的正沿對齊窄脈沖e (即d的正沿在窄脈沖之內）。若

6、d端的輸出波形最后調整到如波形圖d所示的位置.則A、B兩個門都有輸出：先是通過與門B輸出一個滯后脈沖，后是通過與門A輸出一個超前脈沖。這樣調整的結果使位冋步信號的相位穩(wěn)定在這一位置。這是我們需要的。然而，如果d的輸出波形調整到d所示位置，這時，A、B兩個門都有輸出，只是這時先通過A門輸出一個超前脈沖，然后通過B門輸出一個滯后脈沖。如果不采取措施，位同步信號的相位也可以穩(wěn)定到這一位置，而輸出位同步脈沖（波形b)相位就會與接收碼元的相位差180度。克服這種不正確的鎖定的辦法，是利用在這種情況下A門先有輸出這一特點，當A門先有輸出時，這個輸出一方面產生超前脈沖對鎖相環(huán)進行調整，另-方面，這個輸出經單

7、穩(wěn)3產生一個脈沖將B門封閉，不再產生滯后脈沖。這樣通過A門不斷輸出超前脈沖，就可以調整分頻器輸出相位.直至波形d的正沿對齊窄脈沖（波形e)為止。 位同步電路方框圖位同步電路時序釋義圖四、實驗步驟 1、將信源模塊的電源打開，使之正常工作；將數字調制模塊電源打開，信號接 入開關接通，使其正常工作；打開載波同步模塊電源，使其正常工作；打開數字解調模塊，使之正常工作。打開位同步與幀同步模塊電源，使之工作。 2、本試驗注意兩個跳線組 S-PD 和 S-FS 的跳線放置。S-PD 表示供位同步與幀同步模塊鑒相的輸入信號，S-FS 表示供位同步與幀同步模塊提取幀同步信號的輸入信號。首先將兩組跳線都拿掉，同時

8、觀察位同步與幀同步模塊的 BS-OUT 和信源模塊的 BS 信號?？梢钥吹狡渲兄槐容^模糊的現象，這就表示兩者沒有同步。觀察 FS-OUT 和 DATA-OUT，這兩個信號表示幀同步信號和經過調整 后的數據流。因為沒有連接 S-FS 信號，所以這兩個測試點無信號。 3、將S-PD和S-FS的跳線分別置于1.NRZ和a.NRZ上邊，這表示對信源的NRZ 信號來進行鑒相和幀同步的提取。同時觀察位同步與幀同步模塊的 BS-OUT 和 信源模塊的 BS 信號?？梢钥吹絻蓚€同步信號都清晰可見，表示兩者同步。這也就說明位同步模塊在數據 NRZ 中提取出了信源中的位同步信號的相位信息。 同時觀察 FS-OU

9、T 和 DATA-OUT，看到有波形輸出，可以看到這二者信號有固 定的相位關系。記錄波形。 4、將S-PD和S-FS的跳線分別置于2.CM-D和b.AK-DPSK上邊，這表示對DPSK 解調電路的比較器輸出信號來進行鑒相，將 DPSK 解調電路的絕對碼輸出作為 幀同步提取的輸入。同時觀察位同步與幀同步模塊的 BS-OUT 和信源模塊的 BS 信號?？梢钥吹絻蓚€同步信號都清晰可見，表示兩者同步。這也就說明位同步 模塊在數據 CM-D 中提取出了信源中的位同步信號的相位信息。同時觀察 FS-OUT 和 DATA-OUT，看到有波形輸出，可以看到幀同步電路從解調出來的絕對碼中提取出了幀同步信號，這兩

10、個信號有固定的相位關系。記錄波形。同時觀察 DATA-OUT 和 S-FS 信號，看到兩者有著一個相位差，這表示位同步與 幀同步電路把輸入的絕對碼進行了相位調整，調整后的信號就是 DATA-OUT， 剛才已經看到它和 FS-OUT 有著固定的相位關系。FS-OUT 也就標志著這幀信號數據的開始。 5、將 S-PD 和 S-FS 的跳線分別置于 3.CM-F 和 c.AK-FSK 上邊，這表示對 FSK 解調電路的比較器輸出信號來進行鑒相，將 FSK 解調電路的絕對碼輸出作為幀 同步提取的輸入。同時觀察位同步與幀同步模塊的 BS-OUT 和信源模塊的 BS 信號?？梢钥吹絻蓚€同步信號都清晰可見，

11、表示兩者同步。這也就說明位同步 模塊在數據 CM-F 中提取出了信源中的位同步信號的相位信息。同時觀察 FS-OUT 和 DATA-OUT，看到有波形輸出，可以看到幀同步電路從解調出來的 絕對碼中提取出了幀同步信號，這兩個信號有固定的相位關系。記錄波形。同時觀察 DATA-OUT 和 S-FS 信號，看到兩者有著一個相位差，這表示位同步與 幀同步電路把輸入的絕對碼進行了相位調整，調整后的信號就是 DATA-OUT， 剛才已經看到它和 FS-OUT 有著固定的相位關系。FS-OUT 也就標志著這幀信號的數據的開始！ 6、以上的過程就是位同步與幀同步模塊在三種通信模型：基帶通信、DPSK 通 信系統(tǒng)和 FSK 通信系統(tǒng)中的作用。整理試驗記錄。四、實驗結果1、將S-PD、S-FS兩組跳線都拿掉，BS和BS-OUT的波形：NRZ和FS-OUT的波形：FS-OUT 和 DATA-OUT的波形：2、將S-PD和S-FS的跳線分別置于1.NRZ和a.NRZ上邊，同時觀察位同步與幀同步模塊的 BS-OUT 和信源模塊的 BS 信號的波形：FS-OUT 和 DATA-OUT的波形：DATA-OUT和S-FS的波形：3、將S-PD和S-FS的跳線分別置于2.CM-D和b.AK-DPSK上邊，同時觀察位同步與幀同步模