目錄

　實驗一

　抽樣定理實驗····································3 3

　實驗 七

　3 HDB3 · 碼型變換實驗················ ······ ········· 14

　實驗十一

　K BPSK 調制與解調實驗···························· 21

　實驗十九

　濾波法及數字鎖相環法位同步提取實驗· ············ · 29

　實驗一

　抽樣定理實驗

　一、

　實驗目的

　1. 了解抽樣定理在通信系統中的重要性。

　2. 掌握自然抽樣與平頂抽樣的實現方法。

　3. 理解低通采樣定理的原理。

　4. 理解實際的采樣系統。

　5. 理解低通濾波器的幅頻特性與對抽樣信號恢復的影響。

　6. 理解帶通采樣定理的原理。

　二、

　實驗器材

　1. 主控&信號源、3 號模塊。

　各一塊 2. 雙蹤示波器

　 一臺 3. 連接線

　若干 三、

　實驗原理

　1. 實驗原理框圖

　2. 實驗框圖說明 抽樣信號由抽樣電路產生。將輸入的被抽樣信號與抽樣脈沖相乘就可以得到自然抽樣信號,自然抽樣信號經過保持電路得到平頂抽樣信號。平定抽樣與自然抽樣信號就是通過 S1 切換輸出的。

　抽樣信號的恢復就是將抽樣信號經過低通濾波器,即可得到恢復的信號。這里濾波器可以選用抗混疊濾波器(8 階 3、4khz 的巴特沃斯低通濾波器)或 fpga 數字濾波器(有 FIR、IIR

　兩種)。反 sinc 濾波器不就是用來恢復抽樣信號的,而就是用來應對孔徑失真現象。

　要注意,這里的數字濾波器就是借用的信源編譯碼部分的端口。在做本實驗室與信源編譯碼的內容沒有聯系。

　四、

　實驗結果與波形觀測

　實驗項目一

　抽樣信號觀測及抽樣定理驗證

　 概述: :通過不同頻率的抽樣時鐘,從時域與頻域兩方面觀測自然抽樣與平頂抽樣的輸出波形,以及信號恢復的混疊情況,從而了解不同抽樣方式的輸出差異與聯系,驗證抽樣定理。

　注:通過觀測頻譜可以瞧到當抽樣脈沖小于 2 倍被抽樣信號頻率時,信號會產生混疊。

　1. 關電,按表格所示進行連線。

　源端口

　目標端口 連線說明 信號源:MUSIC 模塊 3:TH1(被抽樣信號)

　 將被抽樣信號送入抽樣單元 信號源:A-OUT

　模塊 3:TH2(抽樣脈沖) 提供抽樣時鐘 模塊 3:TH3(抽樣輸出) 模塊 3:TH5(LPF-IN) 送入模擬低通濾波器 2、

　開電,設臵主控菜單,選擇【主菜單】→【通信原理】→【抽樣定理】。調節主控模塊的 W1 使 A-out 輸出峰峰值為 3V。

　3、

　此時實驗系統初始狀態為:被抽樣信號 MUSIC 為幅度 4V、頻率 3K+1K 正弦合成波。抽樣脈沖 A-OUT 為幅度 3V、頻率 9khz、占空比 20%的方波。

　4、

　波形觀測 (1)主控 MUSIC 波形 (2)自然抽樣輸出

　 (3)平頂抽樣輸出

　(4)LPF-OUT(此時采樣頻率為 7、9khz) 思考:理論上當采樣頻率低于 2 倍的信號最高頻率時恢復的波形會失真。實驗中當抽樣脈沖頻率為 7、9khz 時,輸出波形剛好有失真,從而驗證了奈奎斯特采樣定理。

　實驗二

　濾波器幅頻特性對抽樣信號恢復的影響

　 概述: :該項目就是通過改變不同抽樣時鐘頻率,分別觀測與繪制抗混疊低通濾波與 FIR 數字濾波的幅頻特性曲線,并比較抽樣信號經過兩種濾波器后的恢復效果,從而了解與探討不同了不起幅頻特性對抽樣信號恢復的影響。

　1. 測試抗混疊濾波器的幅頻特性曲線 (1)關電,按表格所示進行連線。

　源端口

　目標端口

　連線說明

　信號源:A-OUT 模塊 3:TH5(LPF-IN) 將信號送入模擬濾波器

　(2)開電,設臵主控模塊,選擇【信號源】→【輸出波形】與【輸出頻率】,通過調節相應旋鈕,使 A-OUT主控&信號源 輸出頻率 5khz、峰峰值為 3V 的正弦波。

　(3)此時實驗系統初始狀態為:抗混疊低通濾波器的輸入信號為頻率 5khz、幅度 3V 的正弦波。

　(4)實驗數據表格 A-OUT 的頻率/khz 5 4、9 4、8 4、7 4、6 4、5 基頻幅度/V 0、54 0、612 0、7 0、824 0、94 1、08 4、3 4、2 4、1 4 3、9 3、8 3、7 1、4 1、59 1、8 2 2、18 2、34 2、48 3、6 3、5 3、4 3、3 3、2 3、1 3 2、6 2、7 2、76 2、8 2、84 2、86 2、84

　2、5 2 1、5 1 2、9 2、92 2、92 3 (5)幅頻特性曲線 思考:對于 3khz 低通濾波器,為了更好的畫出幅頻特性曲線,我們可以如何調整信號源輸入頻率的步進值大小？ 答:當輸入波形頻率遠離 3、4khz 時增大頻率間隔,當輸入波形頻率接近 3、4khz 時減小頻率間隔。低通濾波器的截止頻率為 3、4khz,則選取 0、68khz 的整數倍測幅頻得到的曲線會更接近理論曲線,可將信號源輸入頻率的步進值調整為 680hz。

　2. 測試 FIR 數字濾波器的幅頻特性曲線 (1)關電,按表格所示進行連線。

　源端口

　目標端口 連線說明 信號源:A-OUT 模塊 3:TH13(編碼輸入) 將信號送入數字濾波器

　(2)開電,設臵主控菜單:選擇【主菜單】→【通信原理】→【抽樣定理】→【FIR 濾波器】。調節【信號源】,使 A-OUT 輸出頻率 5khz、峰峰值為 3V 的正弦波。

　(3)實驗數據表格 A-OUT 的頻率/khz 5 4、5 4、4 4、3 4、2 4、1 基頻幅度/V 0、04 0、076 0、119 0、17 0、203 0、376 4 3、9 3、8 3、7 3、6 3、5 3、4 0、512 0、67 0、876 1、1 1、35 1、64 1、92 3、3 3、2 3、1 3 2、9 2、8 2、7 2、22 2、5 2、84 3、12 3、4 3、64 3、92 2、6 2、5 2、4 2、3 2、2 2、1 2 4、12 4、4 4、56 4、68 4、8 4、88 4、96 1、5

　5 (4)幅頻特性曲線

　 思考:對于 3khz 低通濾波器,為了更好的畫出幅頻特性曲線,我們可以如何調整信號源輸入頻率的步進值大小？ 答:在測量頻率特性曲線時,當輸入波形頻率遠離 3khz 時增大頻率間隔,當輸入波形頻率接近 3khz 時減小頻率間隔。調整信號源輸入頻率的步進值為 600hz,能更好的畫出幅頻特性曲線。

　 3. 分別利用上述兩個濾波器對被抽樣信號進行恢復,比較被抽樣信號的恢復效果。

　(1)關電,按表格所示進行連線:

　源端口

　目標端口 連線說明 信號源:MUSIC 模塊 3:TH1(被抽樣信號) 提供被抽樣信號 信號源:A-OUT 模塊 3:TH2(抽樣脈沖) 提供抽樣時鐘 模塊 3:TH3(抽樣輸出) 模塊 3:TH5(LPF-IN) 送入模擬低通濾波器 模塊 3:TH3(抽樣輸出) 模塊 3:TH13(編碼輸入) 送入 FIR 數字低通濾波器 (2)開電,設臵主控菜單,選擇【主菜單】→【通信原理】→【抽樣定理】→【FIR 濾波器】。調節 W1主控&信號源 使信號 A-OUT 輸出峰峰值為 3V 左右。

　(3)此時實驗系統初始狀態為:待抽樣信號 MUSIC 為 3K+1K 正弦合成波,抽樣時鐘信號A-OUT 為頻率 9khz、占空比 20%的方波。

　當設臵采樣頻率為 7、5khz 時,抗混疊濾波器(CH1)在電壓為負值時出現嚴重失真,而 FIR數字濾波器(CH2)的恢復結果說明采樣后的信號發生了混疊。

　思考:不同濾波器的幅頻特性對抽樣恢復有何影響？ 答:模擬濾波器的恢復結果理論上更接近幅頻特性,實際中會受到元件因素的影響;FIR 數字濾波器可以實現相位的匹配。

　實驗三

　濾波器相頻特性對抽樣信號恢復的影響

　概述: :該項目就是通過改變不同抽樣始終頻率,從時域與頻域兩方面分別觀測抽樣信號經過 FIR 濾波與 IIR 濾波后的恢復失真情況,從而了解與探討不同濾波器相頻特性對抽樣信號恢復的影響。

　觀察被抽樣信號經過 fir 低通濾波器與 iir 低通濾波器后,所恢復信號的頻譜。

　1. 關電,按表格所示進行連線。

　源端口

　目標端口 連線說明 信號源:MUSIC 模塊 3:TH1(被抽樣信號) 提供被抽樣信號 信號源:A-OUT 模塊 3:TH2(抽樣脈沖) 提供抽樣時鐘 模塊 3:TH3(抽樣輸出) 模塊 3:TH13(編碼輸入) 將信號送入數字濾波器 2. 開電,設臵主控菜單,選擇【主菜單】→【通信原理】→【抽樣定理】。調節 W1主控&信號源 使信號 A-OUT 輸出峰峰值為 3V 左右。

　3、

　此時實驗系統初始狀態為:待抽樣信號 MUSIC 為 3K+1K 正弦合成波,抽樣時鐘信號A-OUT 為頻率 9khz、占空比 20%的方波。

　4、

　實驗操作及波形觀測。

　a、觀測信號經 fir 濾波后波形恢復效果:設臵主控模塊菜單,選擇【抽樣定理】→【FIR濾波器】;設臵【信號源】使 A-OUT 輸出的抽樣時鐘頻率為 7、5khz;用示波器觀測恢復信號譯碼輸出 3#的波形與頻譜。

　 b、觀測信號經 iir 濾波后波形恢復效果:設臵主控模塊菜單,選擇【抽樣定理】→【IIR 濾波器】;設臵【信號源】使 A-OUT 輸出的抽樣時鐘頻率為 7、5khz;用示波器觀測恢復信號譯碼輸出 3#的波形(CH1)與頻譜。

　c、探討被抽樣信號經不同濾波器恢復的頻譜與時域波形:

　被抽樣信號與經過濾波器后恢復的信號之間的頻譜就是否一致？如果一致,就是否就就是說原始信號能夠不失真的恢復出來？用示波器分別觀測fir濾波恢復與iir濾波恢復情況下,譯碼輸出 3#的時域波形就是否完全一致,如果波形不一致,就是失真呢？還就是有相位的平移呢？如果相位有平移,觀測并計算相位移動時間。

　答:恢復出的信號與被抽樣信號不完全一致,同時同一信號經 FIR 與 IIR 濾波器恢復出的波形也不一致,同時兩種濾波器輸出波形都大約相對于原始波形延遲 1ms。

　五、

　問題分析

　1、 濾波器的幅頻特性就是如何影響抽樣恢復信號的？簡述平頂抽樣與自然抽樣的原理與實現方法。

　答:抗混疊濾波器的截止頻率等于源信號譜中最高頻率 fn,將高頻分量濾除。經濾波后得到的信號包含了原信號頻譜的全部內容,故在低通濾波器輸出端可以得到恢復后的原信號。當抽樣頻率小于 2 倍的原信號的最高頻率即濾波器的截止頻率時,抽樣信號的頻譜會發生混疊現象,從發生混疊后的頻譜中無法用低通濾波器獲得信號頻譜的全部內容,從而導致失真。

　平頂抽樣原理:抽樣脈沖具有一定持續時間,在脈寬期間其幅度不變,每個抽樣脈沖頂部不隨信號變化。實際應用中就是采用抽樣保持電路來實現的。

　自然抽樣原理:抽樣脈沖具有一定持續時間,在脈寬期間其幅度不變,每個抽樣脈沖頂部隨信號幅度變化。用周期性脈沖序列與信號相乘就可以實現。

　2、

　思考一下,實驗步驟中采用 3K+1K 正弦合成波作為被抽樣信號,而不就是單一頻率的正弦波,在實驗過程中波形變化的觀測上有什么區別？對抽樣定理理論與實際的研究有什么意義？

　 答:觀測波形變化時可以方便地通過比較兩個極大值的大小來查瞧失真情況,觀測波形變化時更穩定,使抽樣定理理論的驗證結果更可靠。

　實驗七

　3 HDB3 碼型變換實驗

　一． 實驗目的

　1. 了解幾種常用的數字基帶信號的特征與作用 2. 了解 HDB3 碼的編譯規則 3. 了解濾波法位同步在碼變換過程中的作用 二． 實驗器材

　1、主控＆信號源、2 號、8 號、13 號模塊

　 各一塊 2、雙蹤示波器

　一臺 3、連接線

　 若干 三． 實驗原理

　數字通信系統中,有時不經過數字基帶信號與信道信號之間的變換,只由終端設備進行信息與數字基帶信號之間的變換,然后直接傳輸數字基帶信號。在基帶傳輸中經常采用 AMI 碼(符號交替反轉碼)與 HDB3 碼(三階高密度雙極性碼)。適合線路上傳輸的碼型,以下幾點考慮: 1、在選用的碼型的頻譜中應該沒有直流分量,低頻分量也應盡量少。這就是因為終端機輸出電路或再生中繼器都就是經過變壓器與電纜相連接的,而變壓器就是不能通過直流分量與低頻分量的。

　2、傳輸型的頻譜中高頻分量要盡量少這就是因為電纜中信號線之間的串話在高頻部分更為嚴重,當碼型頻譜中高頻分量較大時,就限制了信碼的傳輸距離或傳輸質量。

　3、碼型應便于再生定時電路從碼流中恢復位定時。若信號中連“0”較長,則等效于一段時間沒有收脈沖,恢復位定時就困難,所以應該使變換后的碼型中連“0”較少。

　4、設備簡單,碼型變換容易實現。(5)選用的碼型應使誤碼率較低。雙極性基帶信號波形的誤碼率比單極性信號的低。根據這些原則,在傳輸線路上通常采用 AMI 碼與 HDB3 碼。

　3 HDB3 碼( ( 三階高密度雙極性碼) )

　①編碼規則:連 0 串<4 時,進行 AMI 編碼,即傳號極性交替;連 0 串>=4 時,將第 4 個 0 變為非 0 符號(+V 或-V),稱破壞脈沖 V 碼;當相鄰 V 之間有偶數個(含 0 個)非 0 符號時,再將該小段的第 1 個 0 變換成 B,稱附加脈沖 B 碼。

　極性規則:極性交替規則——“1”碼與“B”碼一起作極性交替,“V”碼也作極性交替;極性破壞規則——“V”碼必須與前一個“1”碼或“B”碼同極性。

　例:基帶二進制:1 0 0 0 0

　1 0 0 0

　0

　1 1 0 0 0

　0 1 1

　AMI 碼:-1 0 0 0 0 +1 0 0 0

　0 -1+1 0 0 0

　0-1+1

　HDB3 碼:-1 0 0 0-V +1 0 0 0 +V -1+1-B 0 0 -V+1-1

　②特點:無直流分量,且只有很小的低頻分量;HDB3 中連 0 串的數目至多為 3 個,易于提取定時信號;編碼規則復雜,但譯碼較簡單。

　③解碼規則:尋找兩個相鄰的同極性碼,后者即為“V”碼;把“V”碼連同其前 3 位碼均改為“0”,所有的“〒1”均改為“1”,即恢復信號。

　AMI 碼:我們用“0”與“1”代表傳號與空號。AMI 碼的編碼規則就是“0”碼不變,“1”碼 則 交 替 地 轉 換 +1 與 -1 。

　當 碼 序 列 就 是 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 時 ,AMI 碼 就 變為:+1 0 0 -1 0 0 0 +1 -1 +1 0 -1。這種碼型交替出現正、負極脈沖,所以沒直流分量,低頻分量也很少。這種碼的反變換也很容易,在再生信碼時,只要將信號整流,即可將“-1”轉換成“+1”,恢復成單極性碼,這種未能解決信號中的長“0”的問題。

　四． 實驗步驟 與波形

　1、編碼輸入數據 TH3

　2. 編碼輸出數據 TH1

　3. 編碼輸入數據及基帶碼元奇數位波形 (黃色:編碼輸入數據)

　(藍色:基帶碼元基數位波形)

　4. 碼元輸入數據及基帶碼元偶數位波形 (黃色:編碼輸入數據) (藍色:基帶碼元偶數位波形)

　5. TP2 與 TP3 相減后的波形

　 6. 編碼輸入數據與譯碼輸出數據 (黃色:編碼輸入數據) (藍色:譯碼輸出數據)

　思考:譯碼過后的信號波形與輸入信號波形相比延時多少？ 答:波形相比延遲了五個時鐘周期

　7. TP4(HDB3-A2)及 TP8(HDB3-B2)

　 8. TP5(HDB3 輸入)頻譜分量

　9. TP3(單極性碼)頻譜分量

　 10. 編碼輸入時鐘及譯碼輸出時鐘 (黃色:編碼輸入時鐘) (藍色:譯碼輸出時鐘)

　五． 問題分析

　分析電路的實驗原理,敘述其工作過程

　(1)先將消息代碼變換成 AMI 碼,若 AMI 碼中連 0 的個數小于 4,此時的 AMI 碼就就是HDB3 碼 (2)若 AMI 碼中連 0 的個數大于 4,則將每 4 個連 0 小段的第 4 個 0 變換成與前一個非 0符號(+或-) 同極性的符號,用 V 表示(前一非零符號極性為+,則第 4 個 0 轉換成+V;同理若極性為-,則轉換為-V) ; (3)為了不破壞極性交替反轉,當相鄰 V 符號之間有偶數個非 0 符號時,再將該小段的第 1個 0 變換成＋B 或-B ,B 符號的極性與前一非零符號的極性相反,并讓后面的非零符號從 V 符號開始再交替變化。

　實驗十一

　BPSK 調制與解調實驗

　一、實驗目的

　1、掌握 BPSK 調制與解調的基本原理; 2、掌握 BPSK 數據傳輸過程,熟悉典型電路; 3、了解數字基帶波形時域形成的原理與方法,掌握滾降系數的概念;

　4、熟悉 BPSK 調制載波包絡的變化; 5、掌握 BPSK 載波恢復特點與位定時恢復的基本方法; 二、實驗器材

　1、主控&信號源、9 號、13 號模塊

　 各一塊

　2、雙蹤示波器

　 一臺 3、連接線

　若干 三、實驗原理

　 1.實驗原理框圖

　 2、 實驗框圖說明 基帶信號的 1 電平與 0 電平信號分別與 256KHz 載波及 256KHz 反相載波相乘,疊加后得到BPSK調制輸出;已調信號送入到13模塊載波提取單元得到同步載波;已調信號與相干載波相乘后,經過低通濾波與門限判決后,解調輸出原始基帶信號。

　四、實驗現象及波形觀測

　實驗項目一

　BPSK 調制信號觀測

　概 述: :BPSK 調制實驗中,信號就是用相位相差 180°的載波變換來表征被傳遞的信息。本項目通過對比觀測基帶信號波形與調制輸出波形來驗證 BPSK 調制原理。

　1、關電,按表格所示進行連線。

　源端口

　目的端口 連線說明 信號源:PN 模塊 9:TH1(基帶信號) 調制信號輸入 信號源:256KHz 模塊 9:TH14(載波 1) 載波 1 輸入 信號源:256KHz 模塊 9:TH3(載波 2) 載波 2 輸入 模塊 9:TH4(調制輸出) 模塊 13:TH2(載波同步輸入) 載波同步模塊信號輸入 模塊 13:TH1(SIN) 模塊 9:TH10(相干載波輸入) 用于解調的載波 模塊 9:TH4(調制輸出) 模塊 9:TH7(解調輸入) 解調信號輸入 2、開電,設臵主控菜單,選擇【主菜單】→【通信原理】→【BPSK/DBPSK 數字調制解調】。將 9 號模塊的 S1 撥為 0000,調節信號源模塊 W3 使 256 KHz 載波信號峰峰值為 3V。

　3、此時系統初始狀態為:PN 序列輸出頻率 32KHz。

　4、實驗操作及波形觀測。

　(1)以 9 號模塊“NRZ-I”(CH1)為觸發,觀測“I”(CH2);

　 (2)以 9 號模塊“NRZ-Q”(CH1)為觸發,觀測“Q”(CH2)。

　 (3)以 9 號模塊“基帶信號”(CH1)為觸發,觀測“調制輸出”(CH2)。

　 思考:分析以上觀測的波形,分析與 ASK 有何關系？ 答:BPSK 的基帶信號為雙極性碼,ASK 的基帶信號為單極性碼。

　實驗項目二

　BPSK 解調觀測9 (9 號模塊)

　 概述: :本項目通過對比觀測基帶信號波形與解調輸出波形,觀察就是否有延時現象,并且驗證 BPSK 解調原理。觀測解調中間觀測點 TP8,深入理解 BPSK 解調原理。

　1、保持實驗項目一中的連線。將 9 號模塊的 S1 撥為“0000”。

　2、以 9 號模塊測 13 號模塊的“SIN”,調節 13 號模塊的 W1 使“SIN”的波形穩定,即恢復出載波。

　恢復的載波如 CH2 所示。

　3、以 9 號模塊的“基帶信號”(CH1)為觸發觀測“BPSK 解調輸出”(CH2),多次單擊 13號模塊的“復位”按鍵。觀測“BPSK 解調輸出”的變化。

　 恢復出的波形與原信號有時同相,有時反響。

　 4、以信號源的 CLK 為觸發,測 9 號模塊 LPF-BPSK,觀測眼圖。

　思考:“BPSK 解調輸出”就是否存在相位模糊的情況？為什么會有相位模糊的情況？ 答:BPSK 解調輸出存在相位模糊的情況,因為恢復的本地載波與相干載波可能同相也可能反相。

　五、問題分析

　1、分析實驗電路的工作原理,簡述其工作過程。

　輸入的基帶信號由轉換開關轉接后分成兩路,一路經過差分編碼控制 256KHz 的載頻,另一路經倒相去控制256KHz的載頻。解調采用鎖相解調,只要在設計鎖相環時,使它鎖定在FSK的一個載頻上此時對應的環路濾波器輸出電壓為零,而對另一載頻失鎖,則對應的環路濾波器輸出電壓不為零,在鎖相環路濾波器輸出端就可以獲得原基帶信號的信息。

　 2、分析 BPSK 調制解調原理。

　調制原理:基帶信號先經過差分編碼得到相對碼,再根據相對碼進行絕對調相,

　即將相對碼的 1 電平與 0 電平信號分別與 256K 載波及 256K 反相載波相乘,疊加后得到DBPSK 調制輸出。

　解調原理:對 2DPSK 信號進行相干解調,恢復出相對碼,再經碼反變換器變換為絕對碼,進而恢復出發送的二進制數字信息。

　實驗十九

　濾波法及數字鎖相環法位同步提取實驗

　一． 實驗目的

　1. 掌握濾波法提取位同步信號的原理及其對信息碼的要求 2. 掌握用數字鎖相環提取位同步信號的原理及其對信息代碼的要求

　3. 掌握位同步器的同步建立空間、同步保持時間、位同步信號同步抖動等概念 二． 實驗器材

　1. 主控＆信號源、13、8 模塊

　各一塊 2. 雙蹤示波器

　一臺 3. 連接線

　若干 三． 實驗原理 1、位同步的重要性

　數字通信中,除了有載波同步的問題外,還有位同步的問題。因為信息就是一串相繼的 信號碼元的序列,解調時常需知道每個碼元的起止時刻。因此,接收端必須產生一個用作抽 樣判決的定時脈沖序列,它與接收碼元的終止時刻應對齊。我們把在接收端產生與接收碼元的重復頻率與相位一致的定時脈沖序列的過程稱為碼元同步或位同步,而稱這個定時脈沖列為碼元同步脈沖或位同步脈沖。要使數字通信設備正常工作,離不開正確的位同步信號。如果位同步脈沖發生嚴重抖動或缺位,則使數字通信產生誤碼;嚴重時使通信造成中斷。影響位同步恢復的主要原因: ① 輸入位同步電路的信號質量; ② ②信號的編碼方式:碼元中存在長連“0”或長連“1”。

　在實際通信系統中為了節省傳輸頻帶與減小對鄰近頻道的干擾,一般采用限帶傳輸。也 就就是將調制信號在基帶中進行滾降處理或在中頻將已調信號進行中頻濾波器成形。這樣的信 號經過傳輸與解調器解調,如 QPSK 系統則輸出就是 I、O 二路模擬信號,由于其形狀的原因, 因此稱為眼圖。位同步取樣位臵對眼圖的開啟位臵影響很大。

　2.位同步的主要技術指標: (1)靜態相差 在相干解調系統中,接收到的信號眼圖就是由調制器成型濾波器的衰降系統決定的。為了充分利用接收到的信號能量,通常把位同步的抽樣脈沖相位調到眼圖最大開啟位臵。在這個位臵進行判決認為就是最佳,稱靜態相差為零。相反位同步的抽樣脈沖相位偏離了眼圖的最大開啟位臵,就會造成誤碼或接收機門限特性下降。通常很多位同步提取電路都存在著一個固定靜態相差。要通過電路補償及移相方法來調正位同步的最佳取樣點。

　 (2)相位抖動

　數字通信中相位抖動就是隨著傳輸距離、中繼次數及復接/分接數目的增加而積累,它對數字通信的影響類似于噪聲對模擬通信的影響。因此相位抖動也常被稱為數字噪聲。

　當考慮抖動對數字網的影響時,常用相位抖動最大峰峰值概念。它表示相位抖動時間函數的最大值與最小值之間的差值。在數字網設計時我們要求位同步提取能夠有較好的承受最大輸入抖動與最小輸出抖動能力。

　 (3)同步建立時間

　由于位同步恢復一般要采用帶有時間常數的電路。例如采用鎖相環提取同步信號方法。因鎖相環中的頻分器的時間常數取值不一樣,同步的建立時間也不一樣。對于常規的數字通信系統,同步建立時間都能滿足一定的要求。但對于突發模式或跳數模式的數字通信,同步建立時間就是一項十分重要的技術指標。

　(4)同步保持時間

　從接收信號消失起,到位同步電路輸出的位同步信號中斷為止的這段時間稱位同步保持時間。在數字通信中我們要求位同步提取電路要求建立時間短,保持時間長。這樣可以盡量

　減少由于信道衰減造成位同步的中斷。

　3.數字通信位同步恢復的各種方法

　一類方法就是發端專門發送導頻信號,而另一類就是直接從數字信號中提取位同步信號的方法,后者就是數字通信中經常采用的一種方法。

　1) 濾波法

　已經知道,對于不歸零的隨機二進制序列,不能直接從其中濾出位同步信號。但就是,若對該信號進行某種變換,例如,變成歸零脈沖后,則該序列中就有 f=1/T 的位同步信號分量,經一個窄帶濾波器,可濾出此信號分量,再將它通過一移相器調整相位后,就可以形成位同步脈沖。這種方法的方框圖如圖 34-1 所示。它的特點就是先形成含有位同步信息的信號,再用濾波器將其濾出。下面,介紹幾種具體的實現方法。窄帶法同步提取法就是其中的一種。

　另一種常用的波形變換方法就是對帶限信號進行包絡檢波。在某些數字微波中繼通信系統中,經常在中頻上用對頻帶受限的二相移相信號進行包絡檢波的方法來提取位同步信號。頻帶受限的二相 PSK 信號波形如圖 34-3(a)所示。因頻帶受限,在相鄰碼元的相位變換點附近會產生幅度的平滑“陷落”。經包絡檢波后,可得圖 34-3(b)所示的波形。

　可以瞧出,它就是一直流與圖 34-3(c)所示的波形相減而組成的,因此包絡檢波后的波形中包含有如圖 34-3(c)所示的波形,而這個波形中已含有位同步信號分量。因此,將它經濾波器后就可提取出位同步信號。

　2) 鎖相法

　位同步鎖相法的基本原理與載波同步的類似。在接收端利用鑒相器比較接收碼元與本地產生的位同步信號的相位,若兩者相位不一致(超前或滯后),鑒相器就產生誤差信號去調整位同步信號的相位,直到獲得準確的位同步信號為止。前面討論的濾波法原理中,窄帶濾波器可以就是簡單的單調諧回路或晶體濾波器,也可以就是鎖相環路。

　我們把采用鎖相環來提取位同步信號的方法稱為鎖相法。下面介紹在數字通信中常采用的數字鎖相法提取位同步信號的原理。

　四． 實驗步驟 與結果

　1、分別觀測濾波法位同步輸入與“BPF-OUT” 不同頻率下的 BPF-OUT 幅度 頻率(kKz) 2

　24

　80 290 300 幅度(V) 2、60 2、80 3、12 3、52 4、08 4、80 5、76 6、72 7、00 6、48 5、68

　 2、以 BPF-OUT 為觸發,觀測“門限判決輸出”

　思考:分析在什么情況下門限判決輸出的時鐘會不均勻,為什么？ 答:當濾波器輸出的信號頻率成分較為復雜時,門限判決高低電頻容易出錯,導致一些地方占空比不足,使得門限判決輸出不均勻。

　3、以 BPF-OUT 為觸發,觀測“鑒相輸入 1”

　 4、對比“門限判決輸出”與“鑒相輸入 1” 思考:分析時鐘不均勻的情況就是否有所改善。

　答:信號不均勻的情況有所改善,占空比接近 50％

　5、對比觀測“鑒相輸入 1”與“鑒相輸入 2” 6、對比觀測“濾波法位同步輸入”與“BS1”

　7. 觀測數字鎖相環輸入與輸入跳變指示

　 8、觀測數字鎖相輸入與鑒相輸出

　觀測“插入指示”與“扣除指示”

　 思考:分析波形有何特點,為什么出現這種情況。

　答:因為可變分頻器的輸出信號頻率與實驗所需頻率接近,將其與從信號中提取的相位參考信號同時送入相位比較器,比較的結果若就是載波頻率高了,就通過補抹門抹掉一個輸入分頻器的脈沖,相當于本地振蕩頻率降低;相反,若示出本地頻率低了時就在分頻器輸入端的兩個輸入脈沖間插入一個脈沖,相當于本地振蕩頻率上升,從而了達到同步的目的 9、以 CLK 為觸發,觀測“BS2”

　 思考題:BS2 恢復的時鐘就是否有抖動的情況,為什么？試分析 BS2 抖動的區間有多大？如何減小這個抖動的區間？

　有抖動的存在,就是因為可變分頻器的存在使得下一個時鐘沿的到來時間不確定,從而引入了相位抖動。而這種引入的誤差就是無法消除的。減小相位抖動的方法就就是將分頻器的分頻數提高。

　 五． 問題分析

　1. 對實驗思考題加以分析,按照要求做出回答,并嘗試畫出本實驗的電路原理圖 （1）

　濾波法

　 （2）

　數字鎖相環法

　2. 結合實驗波形分析數字鎖相環原理

　超前-滯后型數字鎖相環路由鑒相器,數控振蕩器,環路濾波器組成。在該環路中,超前滯后數字鑒相器在每一個周期內將輸入信號與本地時鐘信號進行相位比較,輸出相位誤差信號送到環路濾波器,經低通濾波消除噪聲與干擾,產生控制信號。數控振蕩器根據控制信號插入或延遲高速時鐘的脈寬,使得本地時鐘信號的相位向輸入信號相位靠近。

推薦訪問： 原理 實驗 通信