實驗11位同步提取實驗

1、實驗11 位同步提取實驗通信1301王少丹201308030104一、實驗?zāi)康?1掌握數(shù)字基帶信號的傳輸過程； 2熟悉位定時產(chǎn)生與提取位同步信號的方法。 二、實驗儀器 1復(fù)接/解復(fù)接、同步技術(shù)模塊，位號I 2時鐘與基帶數(shù)據(jù)發(fā)生模塊，位號：G 3信道編碼與ASK、FSK、PSK、QPSK調(diào)制，位號：A、B位 4PSK QPSK解調(diào)模塊，位號C 5100M雙蹤示波器1臺 三、實驗原理 數(shù)字通信系統(tǒng)能否有效地工作，在相當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。在本實驗中主要分析位同步。實現(xiàn)位同步的方法有

2、多種，但可分為兩大類型：一類是外同步法；另一類是自同步法。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，還要專門傳送位同步信號,到了接收端得用窄帶濾波器或鎖相環(huán)進行濾波提取出該信號作為位同步之用。所謂自同步法，就是在發(fā)端不專門向收端發(fā)送位同步信號，而收端所需要的碼元同步信號是設(shè)法從接收信號中或從解調(diào)后的數(shù)字基帶信號中提取出來。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含定時信息的歸零二進制序列（通常占空比為50%）進行濾波，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，但對于無定時信息的非歸零二進制序列，則先要進行微分和整流等變換，使之含有定

3、時信息后，才能用窄帶濾波器實施濾波。鎖相法是指利用鎖相環(huán)來提取位同步信號的方法，本實驗平臺選用鎖相法進行位同步提取的。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)生的位同步信號的相位，如兩者相位不一致，則鑒相器輸出誤差信號去控制本地位同步信號的相位，直至本地的位同步信號的相位與接收信號的相位一致為止。 數(shù)字鎖相環(huán)是一個相位反饋控制系統(tǒng)，在數(shù)字鎖相環(huán)中，由于誤差控制信號是離散的數(shù)字信號不是模擬信號，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?？驁D說明： 1設(shè)要提取的同步時鐘頻率為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

4、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。圖中兩個窄脈沖形成電路的輸出信號要求剛好相差180°。 3添門為常閉門，在沒有滯后脈沖控制時，此門始終關(guān)閉，輸出低電平；扣門為常開門，若無超前脈沖控制時，則來自晶體振蕩器的脈沖信號順利通過扣門。晶振信號（頻率為mf赫茲）經(jīng)過或門到達m分頻器，輸出頻率為f赫茲的脈沖信號。該信號再經(jīng)過脈沖形成電路，輸出規(guī)則的位同步脈沖信號。 4 比相器的功能是比較接收碼元與m分頻器輸出信號（即本地時鐘信號）之間的相位關(guān)系，若本地時鐘信號超前于接收碼元的相位，則比相器輸出一個超前脈沖，加到扣門，扣除一個晶振脈沖，這樣分頻器的輸出脈沖的相位滯后了1/

5、m周期。若本地時鐘信號的相位滯后于接收碼元的相位，比相器輸出一個滯后脈沖，加到添門，控制添門打開，加入一個晶振脈沖到或門。由于加到添門的晶振信號與加到扣門的晶振信號的相位相差，即這兩路晶振信號脈沖在時間上是錯開的，因此當從添門加入一個晶振脈沖到或門時，相當于在扣門輸出的晶振信號中間插入了一個窄脈沖，也就使分頻器輸入端添加了一個脈沖，這樣分頻器輸出相位就提前了1/m周期。整個數(shù)字鎖相環(huán)路按上述方式，反復(fù)調(diào)整本地時鐘相位，以實現(xiàn)位同步。 從圖11-2中，可清楚地理解添扣脈沖的原理。至于數(shù)字鎖相環(huán)的種類，目前比較統(tǒng)一的做法是按數(shù)字鑒相器的實現(xiàn)方法來對數(shù)字鎖相環(huán)進行分類，通常分為下面四類：觸發(fā)器型數(shù)字

6、鎖相環(huán)（FF-DPLL）、奈奎斯特型數(shù)字鎖相環(huán)（NR、DPLL）、過零檢測式數(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看，在第一、三、四類中輸入信號相位是以受控的本地時鐘相位為基準而確定的，本地時鐘在受控過程中是變化的，因而屬于非均勻取樣的形式。而在第二類中則不同，鑒相器輸入信號相位是以固定速率的時鐘信號為基準來確定的，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、建立時間、保持時間等指標來衡量。具體內(nèi)容這里不詳細解釋，請查看有關(guān)資料。 本實驗中運用CPLD芯片EPM240編程實現(xiàn)數(shù)字鎖相環(huán)功能，待提取同步時鐘的基帶信號由39P01鉚

7、孔輸入。圖11-3和圖11-4為位同步時鐘提取結(jié)構(gòu)框圖和電路原理圖。如圖11-3所示，上述基帶信號由39P01輸入后，至位同步恢復(fù)與信碼再生電路，進行位同步提取、信碼再生功能。測量點有39P06.39P07，其中39P06是同步時鐘提取輸出鉚孔，39P07是信碼再生基帶信號輸出鉚孔。四、各測量點和可調(diào)元件作用 復(fù)接/解復(fù)接、同步技術(shù)模塊 39SW01：功能設(shè)置開關(guān)。設(shè)置“0001”，為2K基帶數(shù)據(jù)的同步時鐘提取、再生功能。設(shè)置“0011”，為32K基帶數(shù)據(jù)的同步時鐘提取、再生功能 39P01：外加基帶信號輸入鉚孔。 39P06：提取同步時鐘輸出鉚孔。 39P07：再生基帶數(shù)據(jù)輸出鉚孔。 五、實

8、驗內(nèi)容及步驟 1插入有關(guān)實驗?zāi)K 在關(guān)閉系統(tǒng)電源的情況下，按照下表放置實驗?zāi)K：對應(yīng)位號可見底板右上角的“實驗?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信號線連接 使用專用導(dǎo)線按照下表進行信號線連接3加電 打開系統(tǒng)電源開關(guān)，底板的電源指示燈正常顯示。若電源指示燈顯示不正常，請立即關(guān)閉電源，查找異常原因。 4實驗內(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、同步技術(shù)模塊”工作在32K碼元同步功能；按動SW01（AB）按鈕，使“L01”指示燈亮，“PSK DPSK”輸出

9、為PSK調(diào)制；將“PSK QPSK解調(diào)模塊”兩個跳線（38K01和38K02）開關(guān)插到左側(cè)，選擇PSK解調(diào)模式。數(shù)字同步各測量點信號波形觀察按前面PSK實驗，調(diào)整好電路狀態(tài)，特別注意使“4P01”(G)與“38P02”(C)兩點波形一致（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，為后面的實驗奠定了基礎(chǔ)。用示波器觀測“39P06”（I）和“39P07”（I）,記錄提取的同步時鐘和同步后的信號；同步后的信號很穩(wěn)定：（3）用示波器觀測“38P02”(C)和39P07”（I），對比同步前和同步后的數(shù)據(jù)（可以減小示波器的掃描時間，觀察波形細節(jié)），分析其差別。同步前碼元

10、相對時鐘會有抖動，同步后的碼元和時鐘完全同步。 抖動在照片中不太明顯，在示波器上觀察可以明顯看出綠色的非同步信號在超前的一小段距離中，信號抖動明顯。6關(guān)機拆線 實驗結(jié)束，關(guān)閉電源，拆除信號連線，并按要求放置好實驗?zāi)K。 六、實驗總結(jié)位同步信號：位同步的目的是使每個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。一般而言，自同步法應(yīng)用較多。外同步法需要另外專門傳輸位同步信息。自同步法則是從信號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，即開環(huán)同步法和閉環(huán)同步法。開環(huán)法采用對輸入碼元做某種變換的方法提取位同步信息。閉環(huán)法則用比較本地時鐘和輸入信號的方法，將本地時鐘鎖定在

11、輸入信號上。閉環(huán)法更為準確，但是也更為復(fù)雜。位同步不準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題。所謂同步，就是要求通信的收發(fā)雙方在時間基準上保持一致，包括在開始時間、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)通信雙方的計算機在時鐘頻率上存在差異，而這種差異將導(dǎo)致不同的計算機的時鐘周期的微小誤差。盡管這種差異是微小的，但在大量的數(shù)據(jù)傳輸過程中，這種微小誤差的積累足以造成傳輸?shù)腻e誤。因此，在數(shù)據(jù)通信中，首先要解決的是收發(fā)雙方計算機的時鐘頻率的一致性問題。一般方法是，要求接收端根據(jù)發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)的起止時間和時鐘頻率，來校正自己的時間基準和時鐘頻率，這個過程叫位同步?？梢姡煌降哪康氖鞘菇邮斩私邮盏拿恳晃?/p>