实验报告模板5范文

实验报告模板实验报告模板5 5范文范文 通信原理实验报告学院班级实验日期一实验项目一实验项目实验 五 位同步信号提取学号7姓名成绩指导教师孟昭红学号姓名成绩实 验地点8院A座111二实验设备二实验设备 1 通信原理实验箱型号NWPU 804MZH模块1信号源 SIGN5序号模块 22 混合信号示波器型号6012A MAC序号IP169 254 0 3 函数发生器型号33220A MAC序号IP169 254 0 三实验目的 第2页四实验原理 第2页五波形与数据 第3页六结论 第7页七思考题 第8页 三 实验目的 1 掌握用数字锁相环提取位同步信号的原理及其对信息代码的要求 2 掌握位同步器的同步建立时间 同步保持时间 位同步信号同步 抖动等概念 四 实验原理 1 电路分析位同步也称为位定时恢复或码元同步 在任何形式的数字通信系统中 位同步都是必不可少的 无论数字 基带传输系统还是数字频带传输系统 无论相干解调还是非相干解 调 都必须完成位同步信号的提取 即从接收信号中设法恢复出与 发端频率相同的码元时钟信号 保证解调时在最佳时刻进行抽样判 决 以消除噪声干扰所导致的解调接收信号的失真 使接收端能以 较低的错误概率恢复出被传输的数字信息 因此 位同步信号的稳定性直接影响到整个数字通信系统的工作性 能 位同步的实现方法分为外同步法和自同步法两类 由于目前的数字通信系统广泛采用自同步法来实现位同步 故在此 仅对位同步中的自同步法进行介绍 采用自同步法实现位同步首先会涉及两个问题 1 如果数字基带信号中确实含有位同步信息 即信号功率谱中含 有位同步离散谱 就可以直接用基本锁相环提取出位同步信号 供 抽样判决使用 2 如果数字基带信号功率谱中并不含有位定时离散谱 怎样才能 获得位同步信号 数字基带信号本身是否含有位同步信息与其码型有密切关系 应强调的是 无论数字基带信号的码型如何 数字已调波本身一般 不含有位同步信息 因为已调波的载波频率通常要比基带码元速率 高得多 位同步频率分量不会落在数字已调波频带之内 通常都是 从判决前的基带解调信号中提取位同步信息 二进制基带信号中的位同步离散谱分量是否存在 取决于二进制基 带矩形脉冲信号的占空比 若单极性二进制矩形脉冲信号的码元周期为T s 脉冲宽度为 则NRZ码的 T s 则NRZ码除直流分量外不存在离散谱分量 即没有位同步离散谱 分量1 T s RZ码的 满足0 显然 为了能从解调后的基带信号中获取位同步信息 可以采取两 种措施 1 如原始数字基带码为NRZ码 若传输信道带宽允许 可将NRZ码 变换为RZ码后进行解调 2 如调制时基带码采用NRZ码 就必须在接收端对解调出的基带 信号进行码变换 即将NRZ码变换成RZ码 码变换过程实质上是信号 的非线性变换过程 最后再用锁相环 通常为数字锁相环 提取出 位同步信号离散谱分量 将NRZ码变为RZ码的最简单的办法是对解调出的基带NRZ码进行微分 整流 即可得到归零窄脉冲码序列 下面简单介绍一下数字锁相环的组成原理 数字锁相环的主要特点是鉴相信号为数字信号 鉴相输出也是数字 信号 即环路误差电压是量化的 没有模拟环路滤波器 由于数字锁相环的输入是经过微分和全波整流后的信号 故这种数 字锁相环也称为微分整流型数字锁相环 其原理框图如图12 1所示 该电路由码型变换器 鉴相器 控制调节器组成 各部分的作用如 下图12 1微分整流型数字锁相环组成原理框图图12 1微分整流型数字锁相环组成原理框图 1 码型变换器完成解调出的基带NRZ码到RZ码的变换 使鉴相输 入信号X含有位同步离散谱分量 2 鉴相器用于检测信号X与输出位同步信号 分频输出D 相位间 的超前 滞后关系 并以量化形式提供表示实时相位误差的超前脉 冲F和滞后脉冲G 供控制调节器使用 当分频输出位同步信号D相位超前于信号X时 鉴相器输出超前脉冲F 低电平有效 反之 则输出滞后脉冲G 高电平有效 二者均 为窄脉冲 3 控制调节器的作用是根据鉴相器输出的误差指示脉冲 在信号 D与信号X没有达到同频与同相时调节信号D的相位 高稳定晶振源输出180 相位差 重复频率为nf0的A B两路窄脉冲 序列作为控制调节器的输入 经n分频后输出重复频率为f0的被调位 同步信号D 它与信号X在鉴相器中比相 因超前脉冲F低电平有效并作用于扣除门 与门 平时扣除门总是 让脉冲序列A通过 故扣除门为常开门 又因滞后脉冲G高电平有效 并作用于附加门 与门 平时附加门总是对序列B关闭的 故附加 门为常闭门 当信号D的相位超前与信号X的相位时 鉴相器输出窄的低电平超前 脉冲F 扣除门 与门 将从脉冲序列A中扣除一个窄脉冲 则n分频 器输出信号D的相位就推迟了Ts n 相移360 n 信号D的瞬时频 率也被调低 当信号D的相位滞后于信号X的相位时 鉴相器输出窄 的高电平滞后脉冲G 附加门 与门 此时打开让脉冲序列B 与脉 冲序列A保持180 固定相差 中的一个脉冲通过 经或门插进扣除 门输出x微分整流NRZ码单稳4单稳5单稳1单稳2单稳3与门a与门b晶振 整形或门扣除门分频器附加门码型变换器鉴相器控制调节器位同步 信号常闭门常开门CBADF GH RZ码 Ynf0的脉冲序列A中 则分频器输入多插入的这个脉冲使 n分频器输出信号的D相位提前了Ts n 相移360 n 信号D的瞬 时频率则被提高 由此可见 环路对信号D相位和频率的控制调节是通过对n分频器输 入脉冲序列步进式加 减脉冲实现的 经环路的这种反复调节 最 终可达到相位锁定 从而提取出位同步信号 2 性能指标位同步系统的性能通常是用相位误差 建立时间 保持 时间等指标来衡量 数字锁相法位同步系统的性能如下 1 相位误差 e数字锁相法提取位同步信号时 相位误差主要是 由于位同步脉冲的相位在跳变地调整所引起的 因为每调整一步 相位改变2 n n是分频器地分频次数 故最 大的相位误差为2 n 用这个最大的相位误差来表示e 可得360 en 12 1 上面 已经求得数字锁相法位同步的相位误差e 有时不用相位差而用时间 差T e来表示相位误差 因每码元的周期为T 故得 eT Tn 12 2 2 同步建立时间t s同步建立时间即为失去同步后重建同步所需的最长时间 为了求这个最长时间 令位同步脉冲的相位与输入信号码元的相位 相差T 2秒 而锁相环每调整一步仅能移T n秒 故所需最大的调整 次数为2 2 nn TTN 12 3 接收随机数字信号时 可近似认为两相邻码元中出 现 01 10 11 00的概率相等 其中 有过零点的情况占一半 由于数字锁相法中是从数据过零点中提取作比相用的标准脉冲的 因此平均来说 每2T秒可调整一次相位 故同步建立时间为T s 2T N nT 秒 12 4 3 同步保持时间t c当同步建立后 一旦输入信号中断 由于收发双方的固有位定时重 复频率之间总存在频差 F 收端同步信号的相位就会逐渐发生漂移 时间越长 相位漂移量越大 直至漂移量达到某一准许的最大值 就算失步了 设收发两端固有的码元周期分别为T1 1 F1和T2 1 F2 则202112212 111FFF FFFF FT T 12 5 式中的F0为收发两端固有码元重复频率的几何 平均值 且有00 1F T 12 6 由式 12 5 可得FFT TF0210 12 7 再由式 12 6 上式可写为FFTT T0021 12 8 式 12 8 说明了当有频差 F存在时 每经 过T0时间 收发两端就会产生12 TT 的时间漂移 反过来 若规定两端容许的最大时间漂移为T0 K秒 K为一常数 需要经过多少时间才会达到此值呢 这样求出的时间就是同步保持 时间t c 代入式 12 8 后 得FFtKTc00 解得FKt c 1 12 9 若同步保持时间t c的指标给定 也可由上式求出收发两端振荡器频率稳定度的要求为 1cFt K 此频率误差是由收发两端振荡器造成的 若两振荡器的频率稳定度相同 则要求每个振荡器的频率稳定度不 能低于F KtFFc00212 12 10 图12 2位同步电路原理图本实验只能从码速率为15 625KHz 10KHz 8KHz 4KHz 通过拨码开关SW01选择 SW0中 较两出的 五 波形的NRZ码1的第一位单片机U09两个信号的的相位进行波形与 数据形1位同步码中提取出位位拨上后 数9将输入的的上升沿 行调整 最后据信号 频率位同步信号数字锁相环NRZ码与数用将相 位差后得到正确16 625Khz号 以码速率的本振频率数字锁相环本差进行量化确的位同步信z 率为 15 62率就被设置本振输出的化后得到的数信号 25KHz的NR置在15 625K的信号的相位数值对数字RZ码为例 KHz 在图1位进行鉴相字锁相环本振 将12 2相 比振输波形波形形2BS 位同形3全 0 同步输出码输出波形 五 五 1 输数字的相率之中心号相2 2 信号鉴相mN形4稳定数结论 输入NRZ码字环路滤波相位调整一之间有一定心之间的偏相位抖动越 c t时间内有 故4 号抖动范围相N次后2s cNT t 值00004f码连 1 或波器输出的控一次 而DCO误差 当对偏差将不断增越大 有固有频差2c ft 小于c T 后DLF才有f 2mN 或连 0 个控制信号平输出的位同对DCO不进 行增大 相位调产生的相位2c tf 设允许输入有一个输出s NTf 个数增加时 平均周期增大同步信号重行相位的调调节时间 间位误差为4 即在c t时间入的NRZ码出信号即 鉴相器输大 即需要重复频率与环调整 时 其输间隔越长这种 c ftTs 时间内不对DC码的连 1 或对DCO进输出脉冲的平经过更 长的环路输入的输出信号的种偏差越大时间可等效CO进行相位或连 0 最进行一次相平均周期增的时间才对的NRZ码的码的上升沿与 码大 即位同步效为相位位值位调节 位同最大个数为相位调节 增大 对DCO码速码元步信值为同步M 则3 位同步的主要技术指标1 静态相差在相干解调系统中 接收到的信号眼图是由调制器成型 滤波器的衰降系统决定的 为了充分利用接收到的信号能量 通常把位同步的抽样脉冲相位调 到眼图最大开启位置 在这个位置进行判决认为是最佳 称静态相差为零 相反位同步的抽样脉冲相位偏离了眼图的最大开启位置 就会造成 误码或接收机门限特性下降 通常很多位同步提取电路都存在着一个固定静态相差 要通过电路补偿及移相方法来调正位同步的最佳取样点 2 相位抖动数字通信中相位抖动是随着传输距离 中继次数及复接 分接数目的增加而积累 它对数字通信的影响类似于噪声对模拟通 信的影响 因此相位抖动也常被称为数字噪声 当考虑抖动对数字网的影响时 常用相位抖动最大峰峰值概念 它表示相位抖动时间函数的最大值与最小值之间的差值 在数字网设计时我们要求位同步提取能够有较好的承受最大输入抖 动和最小输出抖动能力 3 同步建立时间由于位同步恢复一般要采用带有时间常数的电路 例如采用锁相环提取同步信号方法 因锁相环中的频分器的时间常数取值不一样 同步的建立时间也不 一样 对于常规的数字通信系统 同步建立时间都能满足一定的要求 但对于突发模