通信原理課程 實驗四數(shù)字同步及眼圖

1、實驗四 數(shù)字同步及眼圖實驗(理論課:教材第13章P404）實 驗 內(nèi) 容1.位定時、位同步提取實驗2.信碼再生實驗3.眼圖觀察及分析實驗4.仿真眼圖觀察測量實驗一、 實驗?zāi)康?.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。3.學(xué)會觀察眼圖及其分析方法。二、實驗電路工作原理（一）、眼圖概念一個實際的基帶傳輸系統(tǒng)，盡管經(jīng)過十分精心的設(shè)計，但要使其傳輸特性完全符合理想情況是不可能的。碼間干擾是不可能完全避免的，碼間干擾問題與信道特性、發(fā)送濾波器、接受濾波器特性等因素有關(guān)。因而計算由于這些因素所引起的誤碼率就十分困難，尤其是在信道特性不能完全確知的情況下，甚至得不到一種合適的

2、定量分析方法。在碼間干擾和噪聲同時存在的情況下，系統(tǒng)性能的定量分析，就是想得到一個近似的結(jié)果都是十分繁雜的。那么，怎樣來衡量整個系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量呢? 眼圖，就是一種可以直觀地、方便地估價系統(tǒng)性能一種方法。這種方法具體做法是：用一個示波器接在接受濾波器的輸出端，然后調(diào)整示波器水平掃描周期，使其與接受碼元的周期同步。這時就可以從示波器顯示的圖形上，觀察出碼間干擾和噪聲的影響，從而估計出系統(tǒng)性能的優(yōu)劣程度。所謂眼圖是指示波器顯示的這種圖像。干擾和失真所產(chǎn)生的傳輸畸變，可以在眼圖上清楚地顯示出來。因為對于二進制信號波形，它很像一只人的眼睛而得名。如圖43所示。（二）、同步信號的作用與電路工作原理數(shù)字通信

3、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。在本實驗中主要位同步。實現(xiàn)位同步的方法有多種，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)端并不專門向收端發(fā)送位同步信號，而收端所需要的位同步信號是設(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。本實驗中，位同步提取的方法是從二相PSK(DPSK)信號中，

4、對解調(diào)出的數(shù)字基帶信息再直接提取恢復(fù)出位同步信號。圖4-1是位同步恢復(fù)與信碼再生電路方框圖,圖4-2是電原理圖。圖9-8 位定時恢復(fù)與信碼再生電路方框圖圖4- 位同步恢復(fù)與信碼再生電路方框圖1.帶通濾波與全波整流電路設(shè)計該電路時，以數(shù)字基帶碼元速率為32Kbit/s為例，數(shù)字基帶信號由測量點TP705輸入，經(jīng)過電解電容E701與電阻R717進入該電路，帶通濾波器由U710組成，測量點TP706為眼圖測量點，利用雙蹤示波器的YB通道測量TP303或TP705，YA通道測量TP706時，調(diào)節(jié)示波器相應(yīng)的開關(guān)與旋鈕，就可以測量出眼圖信號來。關(guān)于眼圖的具體測量在后面再作進一步的介紹。由運算 恢復(fù)出的眼

5、圖信號經(jīng)過全波整波電路即完成了對32KHz/2基頻的倍頻作用，即在該電路的輸出中已含有32KHz的頻率成分。在測量點TP711上可以測量出波形圖來。 2.位定時處理電路 從圖中可知,運算放大器U712(LM311)組成限幅放大電路。 32KHz諧振電路由電阻R731、R732、R722、電容C716、CA701(在電路板上這里為一可插入不同容量的電容作為實驗調(diào)試，實驗值為4700pf)、諧振線圈L701組成。由運算放大器U711A(TL084)組成射隨器電路。圖42 位定時恢復(fù)與信碼再生電路電原理圖放大器U711C組成全波整流電路。 A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路由運算放大器U713(LM311)組成。

6、占空比調(diào)整電路由單穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器U714A(74LS123)、電位器W703等組成。 電路工作過程如下：由全波整流電路輸出的含有32KHz的頻率信號，通過限幅放大變成數(shù)字信號后送入32KHz諧振電路，調(diào)諧后取出32KHz的正弦波信號，再經(jīng)過射隨器電路隔離送至A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換電路變成32KHz的尖脈沖信號，再經(jīng)過位定時調(diào)整電路，調(diào)節(jié)W705，可改變32KHz的時鐘脈沖的占空比寬度，以進一步保證與發(fā)送端的時鐘信號同頻但不同相。再生時鐘的輸出是從U714A(74LS123)的Q端(第13引腳)上輸出。在測量點TP711上可以測出再生時鐘信號的波形來。 3.信碼再生電路 信碼再生器電路比較簡單，由D觸發(fā)

7、器U715A組成，數(shù)字基帶信碼從D端(第2引腳)輸入，再生時鐘信號從CLK端(第3引腳輸入)，利用恢復(fù)出來的再生時鐘對數(shù)字基帶信碼進行重新取樣判決，使再生收信碼與發(fā)信碼保持準確的相位關(guān)系。因此，把D觸發(fā)器稱為信碼再生器。再生收信碼從D觸發(fā)器的Q端(第5引腳)輸出。收端碼變換電路由D觸發(fā)器U715B、模二加電路U706B、轉(zhuǎn)碼器開關(guān)K704組成。若信道傳輸?shù)氖窍鄬Υa，則要經(jīng)過轉(zhuǎn)碼器變成絕對碼，若傳輸?shù)慕^對碼，則就不用進行轉(zhuǎn)碼了，直接從K703的第1腳輸出?？傊?，再生信碼通過K705的第2腳輸出。位定時恢復(fù)電路的各主要測量點波形如圖4-4所示。 圖4-3 實驗室理想狀態(tài)下的眼圖 4-4 位定時恢復(fù)

8、電路各主要測試點波形三、實驗內(nèi)容1.位定時、位同步提取實驗2.信碼再生實驗3.眼圖觀察及分析實驗4.CPU仿真眼圖觀察測量實驗詳細內(nèi)容具體如下：將二相PSK(DPSK)的調(diào)制電路調(diào)整好后，再將解調(diào)電路調(diào)整到最佳狀態(tài)，逐一測量TP705TP711各點處的波形，畫出波形圖并作記錄，注意相位、幅度之間的關(guān)系。四、實驗步驟及注意事項1按下按鍵開關(guān)：K02、K01、K700。2跳線開關(guān)設(shè)置：K304的23、K301的23、K302的12或K302的23 或K302的56或K302的67、K303的1-2與3-4。3PSK調(diào)制時： K302的1-2：偽隨機碼，速率為32KHz的絕對碼。4PSK解調(diào)時：（1

9、）首先要使PSK調(diào)制電路正常工作。即：K701的2-3、K702的1-2、 K703的1-2（2）在CA701插上電容，使振蕩器工作頻率為4.096MHz，電容在 80Pf120Pf之間。（3）做觀察眼圖實驗時： 示波器一根探頭放在TP303（CHI），另一根探頭放在TP706(CH2)，使同步，能看到眼圖；觸發(fā)源應(yīng)選擇TO303的通道觸發(fā)，即CH1通道觸發(fā)。 示波器一根探頭放在TP705, 另一根探頭放在TP706，使同步，看到升余弦波形。（4）CPU仿真眼圖觀察測量實驗，具體步驟如下：接通K704的2-3；示波器的一根探頭放在TP303，另一根探頭放在TP706，使之同步，能看到CPU仿真

10、眼圖；它和PSK解調(diào)電路觀察到的實際眼圖基本一樣。五、測量點說明 TP702：壓控振蕩器輸出4.096MHz的載波信號，用頻率計監(jiān)視測量點TP704上的頻 率值有偏差時，此時一方面可改變CA701中的電容值，另一方面也可調(diào)節(jié) W701和W702，使其準確而穩(wěn)定地輸出4.096MHz的載波信號。 TP705：PSK解調(diào)輸出波形，即數(shù)字基帶信碼。 TP706：眼圖觀察測量點或升余弦波形測量點。 TP707：全波整流輸出測量點。 TP708：32KHz的選頻輸出測量點，若沒有波形時，可調(diào)節(jié)W703。 TP709：32KHz的尖脈沖輸出測量點，若沒有波形時，可調(diào)節(jié)W704。 TP710：位定時輸出測量點，為32KHz的時鐘信號，它輸出到增量調(diào)制 譯碼電路中的工作時鐘輸入開關(guān)K801的6腳，作為增量調(diào)制 譯碼電路中的輸入工作時鐘。若沒有波形時，可調(diào)節(jié)W705。 TP711：信碼再生輸出波形，即經(jīng)過位定時提取與信碼再生整形后的數(shù)字基帶信碼。（與調(diào)制波形TP304相同）六、實驗報告要求1.根據(jù)實驗結(jié)果，畫出BPSK(DPSK)相干解調(diào)電路的波形圖，在圖上標上相位關(guān)系。2.根據(jù)實驗結(jié)果，記錄并繪出眼圖的波形圖，并表明眼圖的各項參數(shù)。七、實測各點波形TP705 二相PSK解調(diào)輸出波形，即數(shù)字基帶信碼TP706：眼圖觀察測量點或升余弦波形測量點TP