目录

　实验一

　抽样定理实验····································3 3

　实验 七

　3 HDB3 · 码型变换实验················ ······ ········· 14

　实验十一

　K BPSK 调制与解调实验···························· 21

　实验十九

　滤波法及数字锁相环法位同步提取实验· ············ · 29

　实验一

　抽样定理实验

　一、

　实验目的

　1. 了解抽样定理在通信系统中的重要性。

　2. 掌握自然抽样与平顶抽样的实现方法。

　3. 理解低通采样定理的原理。

　4. 理解实际的采样系统。

　5. 理解低通滤波器的幅频特性与对抽样信号恢复的影响。

　6. 理解带通采样定理的原理。

　二、

　实验器材

　1. 主控&信号源、3 号模块。

　各一块 2. 双踪示波器

　 一台 3. 连接线

　若干 三、

　实验原理

　1. 实验原理框图

　2. 实验框图说明 抽样信号由抽样电路产生。将输入的被抽样信号与抽样脉冲相乘就可以得到自然抽样信号,自然抽样信号经过保持电路得到平顶抽样信号。平定抽样与自然抽样信号就是通过 S1 切换输出的。

　抽样信号的恢复就是将抽样信号经过低通滤波器,即可得到恢复的信号。这里滤波器可以选用抗混叠滤波器(8 阶 3、4khz 的巴特沃斯低通滤波器)或 fpga 数字滤波器(有 FIR、IIR

　两种)。反 sinc 滤波器不就是用来恢复抽样信号的,而就是用来应对孔径失真现象。

　要注意,这里的数字滤波器就是借用的信源编译码部分的端口。在做本实验室与信源编译码的内容没有联系。

　四、

　实验结果与波形观测

　实验项目一

　抽样信号观测及抽样定理验证

　 概述: :通过不同频率的抽样时钟,从时域与频域两方面观测自然抽样与平顶抽样的输出波形,以及信号恢复的混叠情况,从而了解不同抽样方式的输出差异与联系,验证抽样定理。

　注:通过观测频谱可以瞧到当抽样脉冲小于 2 倍被抽样信号频率时,信号会产生混叠。

　1. 关电,按表格所示进行连线。

　源端口

　目标端口 连线说明 信号源:MUSIC 模块 3:TH1(被抽样信号)

　 将被抽样信号送入抽样单元 信号源:A-OUT

　模块 3:TH2(抽样脉冲) 提供抽样时钟 模块 3:TH3(抽样输出) 模块 3:TH5(LPF-IN) 送入模拟低通滤波器 2、

　开电,设臵主控菜单,选择【主菜单】→【通信原理】→【抽样定理】。调节主控模块的 W1 使 A-out 输出峰峰值为 3V。

　3、

　此时实验系统初始状态为:被抽样信号 MUSIC 为幅度 4V、频率 3K+1K 正弦合成波。抽样脉冲 A-OUT 为幅度 3V、频率 9khz、占空比 20%的方波。

　4、

　波形观测 (1)主控 MUSIC 波形 (2)自然抽样输出

　 (3)平顶抽样输出

　(4)LPF-OUT(此时采样频率为 7、9khz) 思考:理论上当采样频率低于 2 倍的信号最高频率时恢复的波形会失真。实验中当抽样脉冲频率为 7、9khz 时,输出波形刚好有失真,从而验证了奈奎斯特采样定理。

　实验二

　滤波器幅频特性对抽样信号恢复的影响

　 概述: :该项目就是通过改变不同抽样时钟频率,分别观测与绘制抗混叠低通滤波与 FIR 数字滤波的幅频特性曲线,并比较抽样信号经过两种滤波器后的恢复效果,从而了解与探讨不同了不起幅频特性对抽样信号恢复的影响。

　1. 测试抗混叠滤波器的幅频特性曲线 (1)关电,按表格所示进行连线。

　源端口

　目标端口

　连线说明

　信号源:A-OUT 模块 3:TH5(LPF-IN) 将信号送入模拟滤波器

　(2)开电,设臵主控模块,选择【信号源】→【输出波形】与【输出频率】,通过调节相应旋钮,使 A-OUT主控&信号源 输出频率 5khz、峰峰值为 3V 的正弦波。

　(3)此时实验系统初始状态为:抗混叠低通滤波器的输入信号为频率 5khz、幅度 3V 的正弦波。

　(4)实验数据表格 A-OUT 的频率/khz 5 4、9 4、8 4、7 4、6 4、5 基频幅度/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)幅频特性曲线 思考:对于 3khz 低通滤波器,为了更好的画出幅频特性曲线,我们可以如何调整信号源输入频率的步进值大小？ 答:当输入波形频率远离 3、4khz 时增大频率间隔,当输入波形频率接近 3、4khz 时减小频率间隔。低通滤波器的截止频率为 3、4khz,则选取 0、68khz 的整数倍测幅频得到的曲线会更接近理论曲线,可将信号源输入频率的步进值调整为 680hz。

　2. 测试 FIR 数字滤波器的幅频特性曲线 (1)关电,按表格所示进行连线。

　源端口

　目标端口 连线说明 信号源:A-OUT 模块 3:TH13(编码输入) 将信号送入数字滤波器

　(2)开电,设臵主控菜单:选择【主菜单】→【通信原理】→【抽样定理】→【FIR 滤波器】。调节【信号源】,使 A-OUT 输出频率 5khz、峰峰值为 3V 的正弦波。

　(3)实验数据表格 A-OUT 的频率/khz 5 4、5 4、4 4、3 4、2 4、1 基频幅度/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)幅频特性曲线

　 思考:对于 3khz 低通滤波器,为了更好的画出幅频特性曲线,我们可以如何调整信号源输入频率的步进值大小？ 答:在测量频率特性曲线时,当输入波形频率远离 3khz 时增大频率间隔,当输入波形频率接近 3khz 时减小频率间隔。调整信号源输入频率的步进值为 600hz,能更好的画出幅频特性曲线。

　 3. 分别利用上述两个滤波器对被抽样信号进行恢复,比较被抽样信号的恢复效果。

　(1)关电,按表格所示进行连线:

　源端口

　目标端口 连线说明 信号源:MUSIC 模块 3:TH1(被抽样信号) 提供被抽样信号 信号源:A-OUT 模块 3:TH2(抽样脉冲) 提供抽样时钟 模块 3:TH3(抽样输出) 模块 3:TH5(LPF-IN) 送入模拟低通滤波器 模块 3:TH3(抽样输出) 模块 3:TH13(编码输入) 送入 FIR 数字低通滤波器 (2)开电,设臵主控菜单,选择【主菜单】→【通信原理】→【抽样定理】→【FIR 滤波器】。调节 W1主控&信号源 使信号 A-OUT 输出峰峰值为 3V 左右。

　(3)此时实验系统初始状态为:待抽样信号 MUSIC 为 3K+1K 正弦合成波,抽样时钟信号A-OUT 为频率 9khz、占空比 20%的方波。

　当设臵采样频率为 7、5khz 时,抗混叠滤波器(CH1)在电压为负值时出现严重失真,而 FIR数字滤波器(CH2)的恢复结果说明采样后的信号发生了混叠。

　思考:不同滤波器的幅频特性对抽样恢复有何影响？ 答:模拟滤波器的恢复结果理论上更接近幅频特性,实际中会受到元件因素的影响;FIR 数字滤波器可以实现相位的匹配。

　实验三

　滤波器相频特性对抽样信号恢复的影响

　概述: :该项目就是通过改变不同抽样始终频率,从时域与频域两方面分别观测抽样信号经过 FIR 滤波与 IIR 滤波后的恢复失真情况,从而了解与探讨不同滤波器相频特性对抽样信号恢复的影响。

　观察被抽样信号经过 fir 低通滤波器与 iir 低通滤波器后,所恢复信号的频谱。

　1. 关电,按表格所示进行连线。

　源端口

　目标端口 连线说明 信号源:MUSIC 模块 3:TH1(被抽样信号) 提供被抽样信号 信号源:A-OUT 模块 3:TH2(抽样脉冲) 提供抽样时钟 模块 3:TH3(抽样输出) 模块 3:TH13(编码输入) 将信号送入数字滤波器 2. 开电,设臵主控菜单,选择【主菜单】→【通信原理】→【抽样定理】。调节 W1主控&信号源 使信号 A-OUT 输出峰峰值为 3V 左右。

　3、

　此时实验系统初始状态为:待抽样信号 MUSIC 为 3K+1K 正弦合成波,抽样时钟信号A-OUT 为频率 9khz、占空比 20%的方波。

　4、

　实验操作及波形观测。

　a、观测信号经 fir 滤波后波形恢复效果:设臵主控模块菜单,选择【抽样定理】→【FIR滤波器】;设臵【信号源】使 A-OUT 输出的抽样时钟频率为 7、5khz;用示波器观测恢复信号译码输出 3#的波形与频谱。

　 b、观测信号经 iir 滤波后波形恢复效果:设臵主控模块菜单,选择【抽样定理】→【IIR 滤波器】;设臵【信号源】使 A-OUT 输出的抽样时钟频率为 7、5khz;用示波器观测恢复信号译码输出 3#的波形(CH1)与频谱。

　c、探讨被抽样信号经不同滤波器恢复的频谱与时域波形:

　被抽样信号与经过滤波器后恢复的信号之间的频谱就是否一致？如果一致,就是否就就是说原始信号能够不失真的恢复出来？用示波器分别观测fir滤波恢复与iir滤波恢复情况下,译码输出 3#的时域波形就是否完全一致,如果波形不一致,就是失真呢？还就是有相位的平移呢？如果相位有平移,观测并计算相位移动时间。

　答:恢复出的信号与被抽样信号不完全一致,同时同一信号经 FIR 与 IIR 滤波器恢复出的波形也不一致,同时两种滤波器输出波形都大约相对于原始波形延迟 1ms。

　五、

　问题分析

　1、 滤波器的幅频特性就是如何影响抽样恢复信号的？简述平顶抽样与自然抽样的原理与实现方法。

　答:抗混叠滤波器的截止频率等于源信号谱中最高频率 fn,将高频分量滤除。经滤波后得到的信号包含了原信号频谱的全部内容,故在低通滤波器输出端可以得到恢复后的原信号。当抽样频率小于 2 倍的原信号的最高频率即滤波器的截止频率时,抽样信号的频谱会发生混叠现象,从发生混叠后的频谱中无法用低通滤波器获得信号频谱的全部内容,从而导致失真。

　平顶抽样原理:抽样脉冲具有一定持续时间,在脉宽期间其幅度不变,每个抽样脉冲顶部不随信号变化。实际应用中就是采用抽样保持电路来实现的。

　自然抽样原理:抽样脉冲具有一定持续时间,在脉宽期间其幅度不变,每个抽样脉冲顶部随信号幅度变化。用周期性脉冲序列与信号相乘就可以实现。

　2、

　思考一下,实验步骤中采用 3K+1K 正弦合成波作为被抽样信号,而不就是单一频率的正弦波,在实验过程中波形变化的观测上有什么区别？对抽样定理理论与实际的研究有什么意义？

　 答:观测波形变化时可以方便地通过比较两个极大值的大小来查瞧失真情况,观测波形变化时更稳定,使抽样定理理论的验证结果更可靠。

　实验七

　3 HDB3 码型变换实验

　一． 实验目的

　1. 了解几种常用的数字基带信号的特征与作用 2. 了解 HDB3 码的编译规则 3. 了解滤波法位同步在码变换过程中的作用 二． 实验器材

　1、主控＆信号源、2 号、8 号、13 号模块

　 各一块 2、双踪示波器

　一台 3、连接线

　 若干 三． 实验原理

　数字通信系统中,有时不经过数字基带信号与信道信号之间的变换,只由终端设备进行信息与数字基带信号之间的变换,然后直接传输数字基带信号。在基带传输中经常采用 AMI 码(符号交替反转码)与 HDB3 码(三阶高密度双极性码)。适合线路上传输的码型,以下几点考虑: 1、在选用的码型的频谱中应该没有直流分量,低频分量也应尽量少。这就是因为终端机输出电路或再生中继器都就是经过变压器与电缆相连接的,而变压器就是不能通过直流分量与低频分量的。

　2、传输型的频谱中高频分量要尽量少这就是因为电缆中信号线之间的串话在高频部分更为严重,当码型频谱中高频分量较大时,就限制了信码的传输距离或传输质量。

　3、码型应便于再生定时电路从码流中恢复位定时。若信号中连“0”较长,则等效于一段时间没有收脉冲,恢复位定时就困难,所以应该使变换后的码型中连“0”较少。

　4、设备简单,码型变换容易实现。(5)选用的码型应使误码率较低。双极性基带信号波形的误码率比单极性信号的低。根据这些原则,在传输线路上通常采用 AMI 码与 HDB3 码。

　3 HDB3 码( ( 三阶高密度双极性码) )

　①编码规则:连 0 串<4 时,进行 AMI 编码,即传号极性交替;连 0 串>=4 时,将第 4 个 0 变为非 0 符号(+V 或-V),称破坏脉冲 V 码;当相邻 V 之间有偶数个(含 0 个)非 0 符号时,再将该小段的第 1 个 0 变换成 B,称附加脉冲 B 码。

　极性规则:极性交替规则——“1”码与“B”码一起作极性交替,“V”码也作极性交替;极性破坏规则——“V”码必须与前一个“1”码或“B”码同极性。

　例:基带二进制:1 0 0 0 0

　1 0 0 0

　0

　1 1 0 0 0

　0 1 1

　AMI 码:-1 0 0 0 0 +1 0 0 0

　0 -1+1 0 0 0

　0-1+1

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

　②特点:无直流分量,且只有很小的低频分量;HDB3 中连 0 串的数目至多为 3 个,易于提取定时信号;编码规则复杂,但译码较简单。

　③解码规则:寻找两个相邻的同极性码,后者即为“V”码;把“V”码连同其前 3 位码均改为“0”,所有的“〒1”均改为“1”,即恢复信号。

　AMI 码:我们用“0”与“1”代表传号与空号。AMI 码的编码规则就是“0”码不变,“1”码 则 交 替 地 转 换 +1 与 -1 。

　当 码 序 列 就 是 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 时 ,AMI 码 就 变为:+1 0 0 -1 0 0 0 +1 -1 +1 0 -1。这种码型交替出现正、负极脉冲,所以没直流分量,低频分量也很少。这种码的反变换也很容易,在再生信码时,只要将信号整流,即可将“-1”转换成“+1”,恢复成单极性码,这种未能解决信号中的长“0”的问题。

　四． 实验步骤 与波形

　1、编码输入数据 TH3

　2. 编码输出数据 TH1

　3. 编码输入数据及基带码元奇数位波形 (黄色:编码输入数据)

　(蓝色:基带码元基数位波形)

　4. 码元输入数据及基带码元偶数位波形 (黄色:编码输入数据) (蓝色:基带码元偶数位波形)

　5. TP2 与 TP3 相减后的波形

　 6. 编码输入数据与译码输出数据 (黄色:编码输入数据) (蓝色:译码输出数据)

　思考:译码过后的信号波形与输入信号波形相比延时多少？ 答:波形相比延迟了五个时钟周期

　7. TP4(HDB3-A2)及 TP8(HDB3-B2)

　 8. TP5(HDB3 输入)频谱分量

　9. TP3(单极性码)频谱分量

　 10. 编码输入时钟及译码输出时钟 (黄色:编码输入时钟) (蓝色:译码输出时钟)

　五． 问题分析

　分析电路的实验原理,叙述其工作过程

　(1)先将消息代码变换成 AMI 码,若 AMI 码中连 0 的个数小于 4,此时的 AMI 码就就是HDB3 码 (2)若 AMI 码中连 0 的个数大于 4,则将每 4 个连 0 小段的第 4 个 0 变换成与前一个非 0符号(+或-) 同极性的符号,用 V 表示(前一非零符号极性为+,则第 4 个 0 转换成+V;同理若极性为-,则转换为-V) ; (3)为了不破坏极性交替反转,当相邻 V 符号之间有偶数个非 0 符号时,再将该小段的第 1个 0 变换成＋B 或-B ,B 符号的极性与前一非零符号的极性相反,并让后面的非零符号从 V 符号开始再交替变化。

　实验十一

　BPSK 调制与解调实验

　一、实验目的

　1、掌握 BPSK 调制与解调的基本原理; 2、掌握 BPSK 数据传输过程,熟悉典型电路; 3、了解数字基带波形时域形成的原理与方法,掌握滚降系数的概念;

　4、熟悉 BPSK 调制载波包络的变化; 5、掌握 BPSK 载波恢复特点与位定时恢复的基本方法; 二、实验器材

　1、主控&信号源、9 号、13 号模块

　 各一块

　2、双踪示波器

　 一台 3、连接线

　若干 三、实验原理

　 1.实验原理框图

　 2、 实验框图说明 基带信号的 1 电平与 0 电平信号分别与 256KHz 载波及 256KHz 反相载波相乘,叠加后得到BPSK调制输出;已调信号送入到13模块载波提取单元得到同步载波;已调信号与相干载波相乘后,经过低通滤波与门限判决后,解调输出原始基带信号。

　四、实验现象及波形观测

　实验项目一

　BPSK 调制信号观测

　概 述: :BPSK 调制实验中,信号就是用相位相差 180°的载波变换来表征被传递的信息。本项目通过对比观测基带信号波形与调制输出波形来验证 BPSK 调制原理。

　1、关电,按表格所示进行连线。

　源端口

　目的端口 连线说明 信号源:PN 模块 9:TH1(基带信号) 调制信号输入 信号源:256KHz 模块 9:TH14(载波 1) 载波 1 输入 信号源:256KHz 模块 9:TH3(载波 2) 载波 2 输入 模块 9:TH4(调制输出) 模块 13:TH2(载波同步输入) 载波同步模块信号输入 模块 13:TH1(SIN) 模块 9:TH10(相干载波输入) 用于解调的载波 模块 9:TH4(调制输出) 模块 9:TH7(解调输入) 解调信号输入 2、开电,设臵主控菜单,选择【主菜单】→【通信原理】→【BPSK/DBPSK 数字调制解调】。将 9 号模块的 S1 拨为 0000,调节信号源模块 W3 使 256 KHz 载波信号峰峰值为 3V。

　3、此时系统初始状态为:PN 序列输出频率 32KHz。

　4、实验操作及波形观测。

　(1)以 9 号模块“NRZ-I”(CH1)为触发,观测“I”(CH2);

　 (2)以 9 号模块“NRZ-Q”(CH1)为触发,观测“Q”(CH2)。

　 (3)以 9 号模块“基带信号”(CH1)为触发,观测“调制输出”(CH2)。

　 思考:分析以上观测的波形,分析与 ASK 有何关系？ 答:BPSK 的基带信号为双极性码,ASK 的基带信号为单极性码。

　实验项目二

　BPSK 解调观测9 (9 号模块)

　 概述: :本项目通过对比观测基带信号波形与解调输出波形,观察就是否有延时现象,并且验证 BPSK 解调原理。观测解调中间观测点 TP8,深入理解 BPSK 解调原理。

　1、保持实验项目一中的连线。将 9 号模块的 S1 拨为“0000”。

　2、以 9 号模块测 13 号模块的“SIN”,调节 13 号模块的 W1 使“SIN”的波形稳定,即恢复出载波。

　恢复的载波如 CH2 所示。

　3、以 9 号模块的“基带信号”(CH1)为触发观测“BPSK 解调输出”(CH2),多次单击 13号模块的“复位”按键。观测“BPSK 解调输出”的变化。

　 恢复出的波形与原信号有时同相,有时反响。

　 4、以信号源的 CLK 为触发,测 9 号模块 LPF-BPSK,观测眼图。

　思考:“BPSK 解调输出”就是否存在相位模糊的情况？为什么会有相位模糊的情况？ 答:BPSK 解调输出存在相位模糊的情况,因为恢复的本地载波与相干载波可能同相也可能反相。

　五、问题分析

　1、分析实验电路的工作原理,简述其工作过程。

　输入的基带信号由转换开关转接后分成两路,一路经过差分编码控制 256KHz 的载频,另一路经倒相去控制256KHz的载频。解调采用锁相解调,只要在设计锁相环时,使它锁定在FSK的一个载频上此时对应的环路滤波器输出电压为零,而对另一载频失锁,则对应的环路滤波器输出电压不为零,在锁相环路滤波器输出端就可以获得原基带信号的信息。

　 2、分析 BPSK 调制解调原理。

　调制原理:基带信号先经过差分编码得到相对码,再根据相对码进行绝对调相,

　即将相对码的 1 电平与 0 电平信号分别与 256K 载波及 256K 反相载波相乘,叠加后得到DBPSK 调制输出。

　解调原理:对 2DPSK 信号进行相干解调,恢复出相对码,再经码反变换器变换为绝对码,进而恢复出发送的二进制数字信息。

　实验十九

　滤波法及数字锁相环法位同步提取实验

　一． 实验目的

　1. 掌握滤波法提取位同步信号的原理及其对信息码的要求 2. 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

　3. 掌握位同步器的同步建立空间、同步保持时间、位同步信号同步抖动等概念 二． 实验器材

　1. 主控＆信号源、13、8 模块

　各一块 2. 双踪示波器

　一台 3. 连接线

　若干 三． 实验原理 1、位同步的重要性

　数字通信中,除了有载波同步的问题外,还有位同步的问题。因为信息就是一串相继的 信号码元的序列,解调时常需知道每个码元的起止时刻。因此,接收端必须产生一个用作抽 样判决的定时脉冲序列,它与接收码元的终止时刻应对齐。我们把在接收端产生与接收码元的重复频率与相位一致的定时脉冲序列的过程称为码元同步或位同步,而称这个定时脉冲列为码元同步脉冲或位同步脉冲。要使数字通信设备正常工作,离不开正确的位同步信号。如果位同步脉冲发生严重抖动或缺位,则使数字通信产生误码;严重时使通信造成中断。影响位同步恢复的主要原因: ① 输入位同步电路的信号质量; ② ②信号的编码方式:码元中存在长连“0”或长连“1”。

　在实际通信系统中为了节省传输频带与减小对邻近频道的干扰,一般采用限带传输。也 就就是将调制信号在基带中进行滚降处理或在中频将已调信号进行中频滤波器成形。这样的信 号经过传输与解调器解调,如 QPSK 系统则输出就是 I、O 二路模拟信号,由于其形状的原因, 因此称为眼图。位同步取样位臵对眼图的开启位臵影响很大。

　2.位同步的主要技术指标: (1)静态相差 在相干解调系统中,接收到的信号眼图就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臵。在这个位臵进行判决认为就是最佳,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臵,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就是随着传输距离、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与最小输出抖动能力。

　 (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。但对于突发模式或跳数模式的数字通信,同步建立时间就是一项十分重要的技术指标。

　(4)同步保持时间

　从接收信号消失起,到位同步电路输出的位同步信号中断为止的这段时间称位同步保持时间。在数字通信中我们要求位同步提取电路要求建立时间短,保持时间长。这样可以尽量

　减少由于信道衰减造成位同步的中断。

　3.数字通信位同步恢复的各种方法

　一类方法就是发端专门发送导频信号,而另一类就是直接从数字信号中提取位同步信号的方法,后者就是数字通信中经常采用的一种方法。

　1) 滤波法

　已经知道,对于不归零的随机二进制序列,不能直接从其中滤出位同步信号。但就是,若对该信号进行某种变换,例如,变成归零脉冲后,则该序列中就有 f=1/T 的位同步信号分量,经一个窄带滤波器,可滤出此信号分量,再将它通过一移相器调整相位后,就可以形成位同步脉冲。这种方法的方框图如图 34-1 所示。它的特点就是先形成含有位同步信息的信号,再用滤波器将其滤出。下面,介绍几种具体的实现方法。窄带法同步提取法就是其中的一种。

　另一种常用的波形变换方法就是对带限信号进行包络检波。在某些数字微波中继通信系统中,经常在中频上用对频带受限的二相移相信号进行包络检波的方法来提取位同步信号。频带受限的二相 PSK 信号波形如图 34-3(a)所示。因频带受限,在相邻码元的相位变换点附近会产生幅度的平滑“陷落”。经包络检波后,可得图 34-3(b)所示的波形。

　可以瞧出,它就是一直流与图 34-3(c)所示的波形相减而组成的,因此包络检波后的波形中包含有如图 34-3(c)所示的波形,而这个波形中已含有位同步信号分量。因此,将它经滤波器后就可提取出位同步信号。

　2) 锁相法

　位同步锁相法的基本原理与载波同步的类似。在接收端利用鉴相器比较接收码元与本地产生的位同步信号的相位,若两者相位不一致(超前或滞后),鉴相器就产生误差信号去调整位同步信号的相位,直到获得准确的位同步信号为止。前面讨论的滤波法原理中,窄带滤波器可以就是简单的单调谐回路或晶体滤波器,也可以就是锁相环路。

　我们把采用锁相环来提取位同步信号的方法称为锁相法。下面介绍在数字通信中常采用的数字锁相法提取位同步信号的原理。

　四． 实验步骤 与结果

　1、分别观测滤波法位同步输入与“BPF-OUT” 不同频率下的 BPF-OUT 幅度 频率(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 为触发,观测“门限判决输出”

　思考:分析在什么情况下门限判决输出的时钟会不均匀,为什么？ 答:当滤波器输出的信号频率成分较为复杂时,门限判决高低电频容易出错,导致一些地方占空比不足,使得门限判决输出不均匀。

　3、以 BPF-OUT 为触发,观测“鉴相输入 1”

　 4、对比“门限判决输出”与“鉴相输入 1” 思考:分析时钟不均匀的情况就是否有所改善。

　答:信号不均匀的情况有所改善,占空比接近 50％

　5、对比观测“鉴相输入 1”与“鉴相输入 2” 6、对比观测“滤波法位同步输入”与“BS1”

　7. 观测数字锁相环输入与输入跳变指示

　 8、观测数字锁相输入与鉴相输出

　观测“插入指示”与“扣除指示”

　 思考:分析波形有何特点,为什么出现这种情况。

　答:因为可变分频器的输出信号频率与实验所需频率接近,将其与从信号中提取的相位参考信号同时送入相位比较器,比较的结果若就是载波频率高了,就通过补抹门抹掉一个输入分频器的脉冲,相当于本地振荡频率降低;相反,若示出本地频率低了时就在分频器输入端的两个输入脉冲间插入一个脉冲,相当于本地振荡频率上升,从而了达到同步的目的 9、以 CLK 为触发,观测“BS2”

　 思考题:BS2 恢复的时钟就是否有抖动的情况,为什么？试分析 BS2 抖动的区间有多大？如何减小这个抖动的区间？

　有抖动的存在,就是因为可变分频器的存在使得下一个时钟沿的到来时间不确定,从而引入了相位抖动。而这种引入的误差就是无法消除的。减小相位抖动的方法就就是将分频器的分频数提高。

　 五． 问题分析

　1. 对实验思考题加以分析,按照要求做出回答,并尝试画出本实验的电路原理图 （1）

　滤波法

　 （2）

　数字锁相环法

　2. 结合实验波形分析数字锁相环原理

　超前-滞后型数字锁相环路由鉴相器,数控振荡器,环路滤波器组成。在该环路中,超前滞后数字鉴相器在每一个周期内将输入信号与本地时钟信号进行相位比较,输出相位误差信号送到环路滤波器,经低通滤波消除噪声与干扰,产生控制信号。数控振荡器根据控制信号插入或延迟高速时钟的脉宽,使得本地时钟信号的相位向输入信号相位靠近。

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