通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)

1、通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書湖南文理學(xué)院電氣與信息工程學(xué)院2012年2月44目錄實(shí)驗(yàn)一數(shù)字基帶與頻帶信號(hào)實(shí)驗(yàn)4實(shí)驗(yàn)二同步控制實(shí)驗(yàn)14實(shí)驗(yàn)三模擬信號(hào)數(shù)字化及其調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)33實(shí)驗(yàn)四通信系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)39實(shí)驗(yàn)一數(shù)字基帶與頻帶信號(hào)實(shí)驗(yàn)第一部分?jǐn)?shù)字基帶信號(hào)部分一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 、了解單極性碼、雙極性碼、歸零碼、不歸零碼等基帶信號(hào)波形特點(diǎn)。2 、掌握AMI、HDB的編碼規(guī)則。3 、掌握從HDB碼信號(hào)中提取位同步信號(hào)的方法。4 、掌握集中插入幀同步碼時(shí)分復(fù)用信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。5 、了解HDB（AMI）編譯碼集成電路CD22103二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 、用示波器觀察單極性非歸零碼（NRZ、傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼（AMI）、三階高密度雙極性

2、碼（HDB）、整流后的AMI碼及整流后的HDB碼。2 、用示波器觀察從HDB碼中和從AMI碼中提取位同步信號(hào)的電路中有關(guān)波形。3、用示波器觀察HDB、AMI譯碼輸出波形。三、基本原理本實(shí)驗(yàn)使用數(shù)字信源模塊、HDB編譯碼模塊和可編程邏輯器件模塊。1、數(shù)字信源本模塊是整個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的發(fā)終端。本單元產(chǎn)生NRZ信號(hào)，信號(hào)碼速率約為170.5KB，幀結(jié)構(gòu)如圖1-1所示。幀長(zhǎng)為24位，其中首位無定義，第2位到第8位是幀同步碼（7位巴克碼1110010），另外16位為2路數(shù)據(jù)信號(hào)，每路8位。此NRZ信號(hào)為集中插入幀同步碼時(shí)分復(fù)用信號(hào)。發(fā)光二極管亮狀態(tài)表示1碼，熄狀態(tài)表示0碼。圖1-1幀結(jié)構(gòu)本模塊有以下測(cè)試點(diǎn)及

3、輸入輸出點(diǎn)：?CLK晶振信號(hào)測(cè)試點(diǎn)?BS-OUT信源位同步信號(hào)輸出點(diǎn)/測(cè)試點(diǎn)?FS信源幀同步信號(hào)輸出點(diǎn)/測(cè)試點(diǎn)?NRZ-OUTNRZ信號(hào)輸出點(diǎn)/測(cè)試點(diǎn)FS信號(hào)可用作示波器的外同步信號(hào)，以便觀察2DPSK等信號(hào)。FS信號(hào)、NRZ-OUT言號(hào)之間的相位關(guān)系如圖1-2所示，圖中NRZ-OU啲無定義位為0，幀同步碼為1110010，數(shù)據(jù)1為11110000,數(shù)據(jù)2為00001111。FS信號(hào)的低電平、高電平分別為4位和8位數(shù)字信號(hào)時(shí)間，其上升沿比NRZ-OUT碼第一位起始時(shí)間超前一個(gè)碼丿元。NRZ-OUTFS圖1-2FS、NRZ-OUT波形2. HDB3編譯碼原理框圖如圖1-3所示。本單元有以下測(cè)試點(diǎn)

4、及輸出點(diǎn):?NRZ_IN編碼器輸入信號(hào)?BS_IN位同步輸入信號(hào)?NRZ_OUT譯碼器輸出信號(hào)?BS-OUT鎖相環(huán)輸出的位同步信號(hào)?（AMI）HDB編碼器輸出信號(hào)?（AMI）HDBD（AMI）HDB整流輸出信號(hào)本模塊上的開關(guān)K1用于選擇碼型，K1位于左邊（A端）選擇AMI碼，位于右邊（H端）選擇HDB碼。下面簡(jiǎn)單介紹AMI、HDB碼編碼規(guī)律。AMI碼的編碼規(guī)律是：信息代碼1變?yōu)閹в蟹?hào)的1碼即+1或-1,1的符號(hào)交替反轉(zhuǎn)；信息代碼0的為0碼。AMI碼對(duì)應(yīng)的波形是占空比為0.5的雙極性歸零碼，即脈沖寬度t與碼元寬度（碼元周期、碼元間隔）Ts的關(guān)系是t=0.5Ts。HDB碼的編碼規(guī)律是：4個(gè)連0信

5、息碼用取代節(jié)000V或B00V代替，當(dāng)兩個(gè)相鄰V碼中間有奇數(shù)個(gè)信息1碼時(shí)取代節(jié)為000V,有偶數(shù)個(gè)信息1碼（包括0個(gè)信息1碼）時(shí)取代節(jié)為B00V,其它的信息0碼仍為0碼；信息碼的1碼變?yōu)閹в蟹?hào)的1碼即+1或-1;HDB碼中1、B的符號(hào)符合交替反轉(zhuǎn)原則，而V的符號(hào)破壞這種符號(hào)交替反轉(zhuǎn)原則，但相鄰V碼的符號(hào)又是交替反轉(zhuǎn)的；HDB碼是占空比為0.5的雙極性歸零碼。設(shè)信息碼為00000110000100000，貝yNRZ碼、AMI碼，HDB碼如圖1-4所示。譯碼時(shí)，需將AMI或HDB碼變換成兩路單極性信號(hào)分別送到CD22103的第11、第13腳，此任務(wù)由雙/單變換電路來完成。當(dāng)信息代碼連0個(gè)數(shù)太多時(shí)

6、，從AMI碼中較難于提取穩(wěn)定的位同步信號(hào)，而HDB中連0個(gè)數(shù)最多為3,這對(duì)提取高質(zhì)量的位同信號(hào)是有利的。這也是HDB碼優(yōu)于AMI碼之處。HDB碼及經(jīng)過隨機(jī)化處理的AMI碼常被用在PCMH、二、三次群的接口設(shè)備中。在實(shí)用的HDB編譯碼電路中，發(fā)端的單/雙極性變換器一般由變壓器完成；收端的雙/單極性變換電路一般由變壓器、自動(dòng)門限控制和整流電路完成，本實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖钦莆誋DB編碼規(guī)則，及位同步提取方法，故對(duì)極性變換電路作了簡(jiǎn)化處理，不一定符合實(shí)用要求。信息代碼血疲形00000110110001n0000AM1代碼000001-1000010000AM渡形nH®日代碼B00Vu0-1100-V1

7、000Vhdb我形rLn-PL圖1-4NRZ、AMI、HDB關(guān)系圖CD22103的引腳及內(nèi)部框圖如圖1-5所示，引腳功能如下:NRZ-IN1716CTX215HDB3/AM1-314NRZ-OUT413CRX512RAIS611AIS710V89(a)弓|腳圖1-10CD22103的引腳及內(nèi)部框圖(1)NRZ-IN編碼器NRZ信號(hào)輸入端；(2)CTX編碼時(shí)鐘（位同步信號(hào)）輸入端；(3)HDB/AMI碼型選擇端：接TTL高電平時(shí)，選擇HDB碼；接TTL低電平時(shí)，選擇AMI碼；(4)NRZ-OUTHDB譯碼后信碼輸出端；(5)CRX碼時(shí)鐘（位同步信號(hào)）輸入端；(6)RAIS告警指示信號(hào)（AIS）檢

8、測(cè)電路復(fù)位端，負(fù)脈沖有效；(7)AISAIS信號(hào)輸出端，有AIS信號(hào)為高電平，無ALS信號(hào)時(shí)為低電平；(8)Vss接地端；(9)ERR不符合HDBAMI編碼規(guī)則的誤碼脈沖輸出端；(10)CKRHDB碼的匯總輸出端；(11)+HD0INHDB譯碼器正碼輸入端；(12)LTFHDE3譯碼內(nèi)部環(huán)回控制端，接高電平時(shí)為環(huán)回，接低電平時(shí)為正常；(13)-HDE3-INHDB譯碼器負(fù)碼輸入端；(14)-HDE3-OUTHDB編碼器負(fù)碼輸出端；（15）+HDB3-OUTHDB3編碼器正碼輸出端；（16）VDD接電源端（+5V）CD22103主要由發(fā)送編碼和接收譯碼兩部分組成，工作速率為50Kb/s10Mb/

9、s。兩部分功能簡(jiǎn)述如下。發(fā)送部分：當(dāng)HDB/AMI端接高電平時(shí)，編碼電路在編碼時(shí)鐘CTX下降沿的作用下，將NRZ碼編成HDB3碼（+HDB3-0UT-HDB3-0UT兩路輸出）；接低電平時(shí)，編成AMI碼。編碼輸出比輸入碼延遲4個(gè)時(shí)鐘周期。接收部分：（1）在譯碼時(shí)鐘CRX的上升沿作用下，將HDB3碼（或AMI碼）譯成NRZ碼。譯碼輸出比輸入碼延遲4個(gè)時(shí)鐘周期。（2）HDB3碼經(jīng)邏輯組合后從CKR端輸出，供時(shí)鐘提取等外部電路使用；（3）可在不斷業(yè)務(wù)的情況下進(jìn)行誤碼監(jiān)測(cè)，檢測(cè)出的誤碼脈沖從ERR端輸出，其脈寬等于收時(shí)鐘的一個(gè)周期，可用此進(jìn)行誤碼計(jì)數(shù)。（4）檢測(cè)出所接收的AIS碼，檢測(cè)周期由外部RAI

10、S決定。據(jù)CCITT規(guī)定，在RAIS信號(hào)的一個(gè)周期（500s）內(nèi)，若接收信號(hào)中“0”碼個(gè)數(shù)少于3，則AIS端輸出高電平，使系統(tǒng)告警電路輸出相應(yīng)的告警信號(hào)，若接收信號(hào)中“0”碼個(gè)數(shù)不少于3，AIS端輸出低電平，表示接收信號(hào)正常。（5）具有環(huán)回功能四、實(shí)驗(yàn)步驟1 、熟悉信源模塊，AMI&HDB3編譯碼模塊（由可編程邏輯器件模塊實(shí)現(xiàn)）和HDB3編譯碼模塊的工作原理。2、打開數(shù)字信號(hào)源模塊和AMI&HDB3編譯碼模塊的電源。用示波器觀察數(shù)字信源模塊上的各種信號(hào)波形。用FS作為示波器的外同步信號(hào)，進(jìn)行下列觀察：（1）示波器的兩個(gè)通道探頭分別接NRZ-OUT和BS-OUT對(duì)照發(fā)光二極管的發(fā)

11、光狀態(tài)，判斷數(shù)字信源單元是否已正常工作（1碼對(duì)應(yīng)的發(fā)光管亮，0碼對(duì)應(yīng)的發(fā)光管熄）；（2）用K1產(chǎn)生代碼X1110010（X為任意代碼，1110010為7位幀同步碼），K2、K3產(chǎn)生任意信息代碼，觀察本實(shí)驗(yàn)給定的集中插入幀同步碼時(shí)分復(fù)用信號(hào)幀結(jié)構(gòu)，和NRZ碼特點(diǎn)。3、打開AMI（HDB3）編譯碼模塊電源。將數(shù)字信源模塊的NRZ-OU和BS-OUT用導(dǎo)線分別連接到AMI（HDB3）編譯碼模塊的NRZ-IN和BS-IN上。用示波器觀察HDB編譯單元的各種波形。用信源模塊的FS信號(hào)作為示波器的外同步信號(hào)。（1）示波器的兩個(gè)探頭CH1和CH2分別接NRZ-OUT和（AMI）HDB,將信源模塊K1、K2、

12、K3的每一位都置1，觀察并記錄全1碼對(duì)應(yīng)的AMI碼和HDB碼；再將K1、K2、K3置為全0，觀察全0碼對(duì)應(yīng)的AMI碼和HDB碼。觀察AMI碼時(shí)將開關(guān)置于A端，觀察HDB3碼時(shí)將K1置于H端，觀察時(shí)應(yīng)注意編碼輸出（AMI）HDB比輸入NRZ-OUT延遲了4個(gè)碼元。（2）將K1、K2、K3置于011100100000110000100000態(tài)，觀察并記錄對(duì)應(yīng)的AMI碼和HDB碼。（3）將K1、K2、K3置于任意狀態(tài)，K1置A或H端，CH1接NRZ-OUTCH2分別接（AMI）HDB3-DBPFBS-R和NRZ，觀察這些信號(hào)波形。觀察時(shí)應(yīng)注意：?NRZ信號(hào)（譯碼輸出）遲后于NRZ-OUT言號(hào)（編碼輸

13、入）8個(gè)碼元。?AMI、HDB碼是占空比等于0.5的雙極性歸零碼，AMI-D、HDBD是占空比等于0.5的單極性歸零碼。?BS-OUT是一個(gè)周期基本恒定（等于一個(gè)碼元周期）的TTL電平信號(hào)。?本實(shí)驗(yàn)中若24位信源代碼中只有1個(gè)“1“碼,則無法從AMI碼中得到一個(gè)符合要求的位同步信號(hào),因此不能完成正確的譯碼。若24位信源代碼全為“0”碼,則更不可能從AMI信號(hào)（亦是全0信號(hào)）得到正確的位同步信號(hào)。信源代碼連0個(gè)數(shù)越多,越難于從AMI碼中提取位同步信號(hào)（或者說要求帶通濾波的Q值越高，因而越難于實(shí)現(xiàn)），譯碼輸出NRZ越不穩(wěn)定。而HDB碼則不存在這種問題。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果

14、。2. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察和紀(jì)錄回答：（1）不歸零碼和歸零碼的特點(diǎn)是什么？（2）與信源代碼中的“1”碼相對(duì)應(yīng)的AMI碼及HDB碼是否一定相同？為什么？第二部分?jǐn)?shù)字頻帶信號(hào)部分一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 、掌握絕對(duì)碼、相對(duì)碼概念及它們之間的變換關(guān)系。2 、掌握用鍵控法產(chǎn)生2ASK2FSK2PSK2DPSK信信號(hào)的方法。3 、掌握相對(duì)碼波形與2PSK信號(hào)波形之間的關(guān)系、絕對(duì)碼波形與2DPSK信號(hào)波形之間的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1 、用示波器觀察絕對(duì)碼波形、相對(duì)碼波形。2 、用示波器觀察2ASK2FSK、2PSK2DPSK信號(hào)波形。三、基本原理本實(shí)驗(yàn)使用數(shù)字信源模塊和數(shù)字調(diào)制模塊。信源模塊向調(diào)制模塊提供位同步信號(hào)和數(shù)字基

15、帶信號(hào)（NRZ碼）。調(diào)制模塊將輸入的NRZ絕對(duì)碼變?yōu)橄鄬?duì)碼、用鍵控法產(chǎn)生2ASK2FSK、2DPSKB號(hào)。調(diào)制單元的原理方框圖如圖1-11所示。圖1-11數(shù)字調(diào)制方框圖?BS-IN?NRZ-IN?CAR?AK（即NRZ-IN）?BK?2DPSK（2PSK-OUT?2FSK-OUT?2ASK本單元有以下測(cè)試點(diǎn)及輸入輸出點(diǎn):位同步信號(hào)輸入點(diǎn)數(shù)字基帶信號(hào)輸入點(diǎn)2DPSK信號(hào)載波測(cè)試點(diǎn)絕對(duì)碼測(cè)試點(diǎn)（與NRZ-IN相同）相對(duì)碼測(cè)試點(diǎn)2DPSK（2PSK信號(hào)測(cè)試點(diǎn)/輸出點(diǎn)，Vp-p>0.5V2FSK信號(hào)測(cè)試點(diǎn)/輸出點(diǎn)，Vp-p>0.5V2ASKB號(hào)測(cè)試點(diǎn)，Vp-p>0.5VF面重點(diǎn)介紹2

16、PSK2DPSK2PSK2DPSK波形與信息代碼的關(guān)系如圖1-12所示。信息代碼1Q1圖1-122PSK、2DPSK波形圖中假設(shè)碼元寬度等于載波周期的1.5倍。2PSK信號(hào)的相位與信息代碼的關(guān)系是：前后碼元相異時(shí)，2PSK信號(hào)相位變化180，相同時(shí)2PSK信號(hào)相位不變，可簡(jiǎn)稱為"異變同不變”。2DPSK信號(hào)的相位與信息代碼的關(guān)系是：碼元為“1”時(shí)，2DPSK信號(hào)的相位變化180。碼元為“0”時(shí)，2DPSK信號(hào)的相位不變，可簡(jiǎn)稱為“1變0不變”。應(yīng)該說明的是，此處所說的相位變或不變，是指將本碼元內(nèi)信號(hào)的初相與一碼元內(nèi)信號(hào)的末相進(jìn)行比較，而不是將相鄰碼元信號(hào)的初相進(jìn)行比較。實(shí)際工程中，2

17、PSK或2DPSK信號(hào)載波頻率與碼速率之間可能是整數(shù)倍關(guān)系也可能是非整數(shù)倍關(guān)系。但不管是那種關(guān)系，上述結(jié)論總是成立的。本單元用碼變換一一2PSK調(diào)制方法產(chǎn)生2DPSK信號(hào)，原理框圖及波形圖如圖1-14所示。相對(duì)于絕對(duì)碼AK2PSK調(diào)制器的輸出就是2DPSK信號(hào)，相對(duì)于相對(duì)碼、2DPSK調(diào)制器的輸出是2PSK信號(hào)。圖中設(shè)碼元寬度等于載波周期，已調(diào)信號(hào)的相位變化與AKBK的關(guān)系當(dāng)然也是符合上述規(guī)律的，即對(duì)于AK來說是“1變0不變”關(guān)系，對(duì)于BK來說是“異變同不變”關(guān)系，由AK到BK的變換也符合“1變0不變”規(guī)律。圖1-13中調(diào)制后的信號(hào)波形也可能具有相反的相位，BK也可能具有相反的序列即00100

18、，這取決于載波的參考相位以及異或門電路的初始狀態(tài)。2DPSK通信系統(tǒng)可以克服上述2PSK系統(tǒng)的相位模糊現(xiàn)象，故實(shí)際通信中采用2DPSK而不用2PSK（多進(jìn)制下亦如此，采用多進(jìn)制差分相位調(diào)制MDPS）此問題將在數(shù)字解調(diào)實(shí)驗(yàn)中再詳細(xì)介紹。Bk-12DPSK(AK)2PSK調(diào)制I2PSK(BK)AKEK2DPWW2FSK(BK：1011011011產(chǎn)t圖1-132DPSK調(diào)制器2PSK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為S(t)=m(t)Cos3ct式中m(t)為雙極性不歸零碼BNRZ當(dāng)“0”、“1”等概時(shí)m(t)中無直流分量，S(t)中無載頻分量，2DPSK言號(hào)的頻譜與2PSK相同。2ASK信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式與2PS

19、K相同，但m(t)為單極性不歸零碼NRZNRZ中有直流分量，故2ASK信號(hào)中有載頻分量。2FSK信號(hào)(相位不連續(xù)2FSK)可看成是AK與aK調(diào)制不同載頻信號(hào)形成的兩個(gè)2ASK信號(hào)相加。時(shí)域表達(dá)式為S(t)m(t)cosc1tm(t)cosc2t2FSK圖1-142ASK、2PSK(2DPSK、2FSK信號(hào)功率譜設(shè)碼元寬度為Ts，fs=1/Ts在數(shù)值上等于碼速率，2ASK2PSK(2DPSK、2FSK的功率譜密度如圖1-14所示?？梢?，2ASK2PSK(2DPSK的功率譜是數(shù)字基帶信號(hào)m(t)功率譜的線性搬移，故常稱2ASK2PSK(2DPSK為線性調(diào)制信號(hào)。多進(jìn)制的MASKMPSK(MDPSK

20、、MFSK信號(hào)的功率譜與二進(jìn)制信號(hào)功率譜類似。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中m(t)是一個(gè)周期信號(hào)，故m(t)有離散譜，因而2ASK2PSK(2DPSK、2FSK也具有離散譜。四、實(shí)驗(yàn)步驟1、熟悉數(shù)字信源單元及數(shù)字調(diào)制單元的工作原理。2、連線：數(shù)字調(diào)制單元的CLK、BS-IN、NRZ-IN分別連至數(shù)字信號(hào)源單元的CLK、BS-OUT、NRZ-OUT。3、打開數(shù)字信源模塊與數(shù)字調(diào)制模塊得電源。用數(shù)字信源模塊的FS信號(hào)作為示波器的外同步信號(hào)，示波器CH1接AKCH2接BK信源模塊的K、&、K3置于任意狀態(tài)（非全0），觀察AKBK波形，總結(jié)絕對(duì)碼至相對(duì)碼變換規(guī)律以及從相對(duì)碼至絕對(duì)碼的變換規(guī)律。4、示波器CH1

21、接2DPSK-0UTCH2分別接AK及BK,觀察并總結(jié)2DPSK言號(hào)相位變化與絕對(duì)碼的關(guān)系以及2DPSK信號(hào)相位變化與相對(duì)碼的關(guān)系（此關(guān)系即是2PSK信號(hào)相位變化與信源代碼的關(guān)系）。注意：2DPSK信號(hào)的幅度可能不一致，但這并不影響信息的正確傳輸。5、示波器CH1接AKCH2依次接2FSK-0UT和2ASK-0UT觀察這兩個(gè)信號(hào)與AK的關(guān)系（注意“1”碼與“0”碼對(duì)應(yīng)的2FSK信號(hào)幅度可能不相等，這對(duì)傳輸信息是沒有影響的）。應(yīng)該注明的是：由于示波器的原因，實(shí)驗(yàn)中可能看不到很理想的2FSK、2DPSK波形。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1 、設(shè)絕對(duì)碼為全1、全0或10011010，求相對(duì)碼。2 、設(shè)相對(duì)碼為全

22、1、全0或10011010，求絕對(duì)碼。3 、設(shè)信息代碼為10011010，載頻分別為碼元速率的1倍和1.5倍，畫出2DPSK及2PSK信號(hào)波形。4 、總結(jié)絕對(duì)碼至相對(duì)碼的變換規(guī)律、相對(duì)碼至絕對(duì)碼的變換規(guī)律并設(shè)計(jì)一個(gè)由相對(duì)碼至絕對(duì)碼的變換電路。5、總結(jié)2DPSK信號(hào)的相位變化與絕對(duì)碼的關(guān)系以及2DPSK信號(hào)的相位變化與相對(duì)碼的關(guān)系（即2PSK的相位變化與信息代碼之間的關(guān)系）。實(shí)驗(yàn)二同步控制實(shí)驗(yàn)第一部分模擬鎖相環(huán)與載波同步實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握模擬鎖相環(huán)的工作原理，以及環(huán)路的鎖定狀態(tài)、失鎖狀態(tài)、同步帶、捕捉帶等基本概念。2. 掌握用平方環(huán)法從2DPSK信號(hào)中提取相干載波的原理及模擬鎖相環(huán)的設(shè)計(jì)

23、方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 觀察模擬鎖相環(huán)的鎖定狀態(tài)、失鎖狀態(tài)及捕捉過程。2. 觀察環(huán)路的捕捉帶和同步帶。3. 用平方環(huán)法從2DPSK言號(hào)中提取載波同步信號(hào)，觀察相位模糊現(xiàn)象。三、基本原理常用平方環(huán)或同相正交環(huán)（科斯塔斯環(huán)）從2DPSK信號(hào)中提取相干載波。本實(shí)驗(yàn)用平方環(huán)，其原理方框圖及電原理圖如圖2-1、圖2-2所示。PSK/N嚴(yán)方放大整形+壓控振蕩器、VCO移相器濾波器CAR-OUT圖2-1載波同步方框圖載波同步模塊上有以下測(cè)試點(diǎn)及輸入輸出點(diǎn):?2DPSK-IN2DPSK言號(hào)輸入點(diǎn)?MU平方器輸出測(cè)試點(diǎn)，VP-P>1V?COMP鎖相環(huán)輸入信號(hào)測(cè)試點(diǎn)?Ud鎖相環(huán)壓控電壓測(cè)試點(diǎn)?VCO鎖相環(huán)輸

24、出信號(hào)測(cè)試點(diǎn)，Vp-p>0.2V?CAR-OUT相干載波信號(hào)輸出點(diǎn)/測(cè)試點(diǎn)圖理原電步同波載2-2圖Z>-工4'-士廠j隹一7第MfrBE-ut氣；-Is-!E塔自口一電7ts詈一豎価筈弋KIfc-ihs-蠱-=-A-j_“三II-!3d=»-T'|11V=e)TAF_l.<吝出01-cN；fa.2yk1<rT-4-m-.鎖相環(huán)由鑒相器(PD)、環(huán)路濾波器(LF)及壓控振蕩器(VCO組成，如圖2-3所示。圖2-3鎖相環(huán)方框圖模擬鎖相環(huán)中，PD是一個(gè)模擬乘法器，LF是一個(gè)有源或無源低通濾波器。鎖相環(huán)路是一個(gè)相位負(fù)反饋系統(tǒng)，PD檢測(cè)Ui(t)與uo(

25、t)之間的相位誤差并進(jìn)行運(yùn)算形成誤差電壓Ud(t)，LF用來濾除乘法器輸出的高頻分量(包括和頻及其他的高頻噪聲)形成控制電壓uc(t)，在uc(t)的作用下、uo(t)的相位向ui(t)的相位靠近。設(shè)u(t)=Uisinwit+0i(t),Uo(t)=UoCOSWit+0o(t)，則Ud(t)=UdSin0e(t),0e(t)=0i(t)-0o(t)，故模擬鎖相環(huán)的PD是一個(gè)正弦PD。設(shè)Uc(t)=ud(t)F(P),F(P)為L(zhǎng)F的傳輸算子，VCO的壓控靈敏度為Ko，則環(huán)路的數(shù)學(xué)模型如圖2-4所示。i(t)o(t)圖2-4模擬環(huán)數(shù)學(xué)模型當(dāng)e(t)云時(shí)，e(t)，令為PD的線性化鑒相靈敏度、單

26、位為V/rad，則環(huán)路線性化數(shù)學(xué)模型如圖2-5所示。o(t)圖2-5環(huán)路線性化數(shù)學(xué)模型由上述數(shù)學(xué)模型進(jìn)行數(shù)學(xué)分析，可得到以下重要結(jié)論：?當(dāng)uI(t)是固定頻率正弦信號(hào)(0I(t)為常數(shù))時(shí)，在環(huán)路的作用下，VCC輸出信號(hào)頻率可以由固有振蕩頻率wo(即環(huán)路無輸入信號(hào)、環(huán)路對(duì)VCC無控制作用時(shí)VCC的振蕩頻率)，變化到輸入信號(hào)頻率3I,此時(shí)Bo(t)也是一個(gè)常數(shù)，Ud(t)、Uc(t)都為直流。我們稱此為環(huán)路的鎖定狀態(tài)。定義厶3o=3I-3o為環(huán)路固有頻差，厶3p表示環(huán)路的捕捉帶，3H表示環(huán)路的同步帶，模擬鎖相環(huán)中厶3p<A3缶當(dāng)|厶3o|<A3P時(shí)，環(huán)路可以進(jìn)入鎖定狀態(tài)。當(dāng)|A3o|

27、<A3H時(shí)環(huán)路可以保持鎖定狀態(tài)。當(dāng)|A3o|>A3P時(shí)，環(huán)路不能進(jìn)入鎖定狀態(tài)，環(huán)路鎖定后若A3o發(fā)生變化使|A3o|>A3H,環(huán)路不能保持鎖定狀態(tài)。這兩種情況下,環(huán)路都將處于失鎖狀態(tài)。失鎖狀態(tài)下ud(t)是一個(gè)上下不對(duì)稱的差拍電壓,當(dāng)3I>3o,ud(t)是上寬下窄的差拍電壓；反之ud(t)是一個(gè)下寬上窄的差拍電壓。?環(huán)路對(duì)0i(t)呈低通特性，即環(huán)路可以將Bi(t)中的低頻成分傳遞到輸出端，Bi(t)中的高頻成分被環(huán)路濾除?；蛘哒f，0o(t)中只含有0i(t)的低頻成分，0i(t)中的高頻成分變成了相位誤差0e(t)。所以當(dāng)Ul(t)是調(diào)角信號(hào)時(shí)，環(huán)路對(duì)Ul(t)等效

28、為一個(gè)帶通濾波器，離3I較遠(yuǎn)的頻率成分將被環(huán)路濾掉。?環(huán)路自然諧振頻率3n及阻尼系數(shù)Z(具體公式在下文中給出)是兩個(gè)重要參數(shù)。3 n越小，環(huán)路的低通特性截止頻率越小、等效帶通濾波器的帶寬越窄；Z越大，環(huán)路穩(wěn)定性越好。?當(dāng)環(huán)路輸入端有噪聲時(shí)，0I(t)將發(fā)生抖動(dòng)，3n越小，環(huán)路濾除噪聲的能力越強(qiáng)。實(shí)驗(yàn)一中的電荷泵鎖相環(huán)4046的性能與模擬環(huán)相似，所以它可以將一個(gè)周期不恒定的信號(hào)變?yōu)橐粋€(gè)等周期信號(hào)。有關(guān)鎖相環(huán)理論的詳細(xì)論述，請(qǐng)讀者參閱文獻(xiàn)。對(duì)2DPSK言號(hào)進(jìn)行平方處理后得222S2(t)m2(t)cos2ct(1cos2ct)/2，此信號(hào)中只含有直流和23c頻率成分，理論上對(duì)此信號(hào)再進(jìn)行隔直流和二

29、分頻處理就可得到相干載波。鎖相環(huán)似乎是多余的，當(dāng)然并非如此。實(shí)際工程中考慮到下述問題必須用鎖相環(huán)：?平方電路不理想，其輸出信號(hào)幅度隨數(shù)字基帶信號(hào)變化，不是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的二倍頻正弦信號(hào)。即平方電路輸出信號(hào)頻譜中還有其它頻率成分，必須濾除。?接收機(jī)收到的2DPSK信號(hào)中含有噪聲(本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為理想信道，無噪聲)，因而平方電路輸出信號(hào)中也含有噪聲，必須用一個(gè)窄帶濾波器濾除噪聲。?鎖相環(huán)對(duì)輸入電壓信號(hào)和噪聲相當(dāng)于一個(gè)帶通濾波器，我們可以選擇適當(dāng)?shù)沫h(huán)路參數(shù)使帶通濾波器帶寬足夠小。當(dāng)固有頻差為0時(shí)，模擬環(huán)輸出信號(hào)的相位超前輸入相位90，必須對(duì)除2電路輸出信號(hào)進(jìn)行移相才能得到相干載波。移相電路由兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器U

30、56:A和U56:B構(gòu)成。U56:A被設(shè)置為上升沿觸發(fā)，U56:B為下降沿觸發(fā)，故改變U56:A輸出信號(hào)的寬度即可改變U56:B輸出信號(hào)的相位，從而改變相干載波的相位。此移相電路的移相范圍小于90?？蓪?duì)相干載波的相位模糊作如下解釋。在數(shù)學(xué)上對(duì)cos23ct進(jìn)行除2運(yùn)算的結(jié)果是cos3ct或-cos3ct。實(shí)際電路也決定了相干載波可能有兩個(gè)相反的相位，因二分頻器的初始狀態(tài)可以為“0”也可以是“1”。在本套實(shí)驗(yàn)裝置中，鑒相器、環(huán)路濾波器、壓控振蕩器采用數(shù)字集成瑣相環(huán)芯片CD4046現(xiàn)對(duì)此芯片介紹如下：CD4046是一數(shù)字集成鎖相環(huán)，它包括鑒相器和壓控振蕩器。它的組成框圖如上圖所示。該片內(nèi)有兩個(gè)鑒相

31、器供選擇，一個(gè)是異或門鑒相器，一個(gè)是鑒頻-鑒相器。四、實(shí)驗(yàn)步驟本實(shí)驗(yàn)使用數(shù)字信源、數(shù)字調(diào)制、載波同步及模擬鎖相環(huán)三個(gè)模塊。1. 熟悉上述四個(gè)模塊的工作原理。2. 將信源模塊的BS-OUTNRZ-OUTCLK分別連接到數(shù)字調(diào)制模塊的BS-IN、NRZ-IN和CLK再將調(diào)制模塊的2DPSK連接到載波同步模塊的2DPSK-IN。將模擬鎖相環(huán)及載波同步單元的KEY波動(dòng)開關(guān)撥到上方，用示波器順序觀察2DPSKMU,VCO,COMP,U0CAR-OUT信號(hào)，結(jié)合原理圖理解從2DPSK信號(hào)中提取載波的過程。3用示波器觀察鎖相環(huán)的鎖定狀態(tài)、失鎖狀態(tài)。環(huán)路鎖定時(shí)，環(huán)路輸入信號(hào)頻率等于反饋信號(hào)頻率，即COMP與V

32、CC的頻率相等，這時(shí)如觀察Ud為近似鋸型波的穩(wěn)定波形。環(huán)路失鎖時(shí)環(huán)路輸入信號(hào)頻率與反饋信號(hào)頻率不相等，即此時(shí)COM與VCC的頻率不相等，這時(shí)如觀察Ud為不穩(wěn)定波形。根據(jù)上述特點(diǎn)可判斷環(huán)路的工作狀態(tài)，具體實(shí)驗(yàn)步驟如下：1）觀察鎖定狀態(tài)與失鎖狀態(tài)向下?lián)軇?dòng)開關(guān)KEY,接通電源后用示波器觀察Ud,若Ud為穩(wěn)定波形，則調(diào)節(jié)載波同步模塊上的電位器R26,Ud隨R26減小而減小，隨R26增大而增大，這說明環(huán)路處于鎖定狀態(tài)。用示波器兩路探頭同時(shí)觀察COMPVCO可以看到兩個(gè)信號(hào)頻率相等。也可以用頻率計(jì)分別測(cè)量COMP口VCO頻率。在鎖定狀態(tài)下，向某一方向變化R26,可使Ud由穩(wěn)定的波形變?yōu)椴环€(wěn)定，COMP口V

33、CC頻率不再相等，環(huán)路由鎖定狀態(tài)變?yōu)槭фi。接通電源后Ud也可能是不穩(wěn)定的差拍信號(hào)，表示環(huán)路已處于失鎖狀態(tài)。失鎖時(shí)Ud的最大值和最小值就是鎖定狀態(tài)下Ud的變化范圍（對(duì)應(yīng)于環(huán)路的同步范圍）。環(huán)路處于失鎖狀態(tài)時(shí)，COMPVCQ頻率不相等。調(diào)節(jié)R26使ud的差拍頻率降低，當(dāng)頻率降低到某一程度時(shí)Ud會(huì)突然變成穩(wěn)定的信號(hào)，環(huán)路由失鎖狀態(tài)變?yōu)殒i定狀態(tài)。2）測(cè)量同步帶與捕捉帶將雙蹤示波器兩路探頭分別接在COMR鎖相環(huán)輸入頻率fi）和VCO端，調(diào)節(jié)R26,使環(huán)路處于良好的鎖定狀態(tài)，即示波器上兩路波形不但清晰穩(wěn)定，而且要盡可能地保持很小的相位差。 同步帶測(cè)量：緩慢調(diào)節(jié)R26使COM端的頻率fi向下，直到剛好出現(xiàn)失

34、鎖現(xiàn)象時(shí)停止調(diào)節(jié)R26,記下此時(shí)的鎖相環(huán)輸入頻率fi1;緩慢調(diào)節(jié)R26使COMP端的頻率fi向上，使環(huán)路重新鎖定,直到再次出現(xiàn)失鎖現(xiàn)象時(shí)停止調(diào)節(jié)R26，記下此時(shí)的信號(hào)源輸出頻率fi2,則環(huán)路的同步帶為fi1-fi2。 捕捉帶測(cè)量：緩慢調(diào)節(jié)R26,使COMP端的頻率fi向下出現(xiàn)失鎖現(xiàn)象，向上緩慢調(diào)節(jié)fi,直到環(huán)路剛好入鎖，記下此時(shí)的信號(hào)源輸出頻率fi3;然后向上調(diào)節(jié)fi,使環(huán)路重新失鎖后,再向下緩慢調(diào)節(jié)fi直到環(huán)路剛好入鎖,記下此時(shí)的信號(hào)源輸出頻率fi4則環(huán)路的捕捉帶為fi4-fi3。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 總結(jié)鎖相環(huán)鎖定狀態(tài)及失鎖狀態(tài)的特點(diǎn)。2. 根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果計(jì)算環(huán)路同步帶厶fH及捕捉帶厶fp。

35、3. 總結(jié)用平方環(huán)提取相干載波的原理及相位模糊現(xiàn)象產(chǎn)生的原因。4. 設(shè)VCC固有振蕩頻率fo不變，環(huán)路輸入信號(hào)頻率可以改變，試擬訂測(cè)量環(huán)路同步帶及捕捉帶的步驟。第二部分全數(shù)字鎖相環(huán)與位同步實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握數(shù)字鎖相環(huán)工作原理以及微分整流型數(shù)字鎖相環(huán)的快速捕獲原號(hào)理。2. 掌握用數(shù)字環(huán)提取位同步信號(hào)的原理及對(duì)信息代碼的要求。3. 掌握位同步器的同步建立時(shí)間、同步保持時(shí)間、位同步信號(hào)同步抖動(dòng)等概念。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 觀察數(shù)字環(huán)的失鎖狀態(tài)、鎖定狀態(tài)。2. 觀察數(shù)字環(huán)鎖定狀態(tài)下位同步信號(hào)的相位抖動(dòng)現(xiàn)象及相位抖動(dòng)大小與固有頻差、信息代碼的關(guān)系。3. 觀察數(shù)字環(huán)位同步器的同步保持時(shí)間與固有頻差之間

36、的關(guān)系。三、基本原理位同步電路的原理框圖、波形圖和電路圖分別如圖2-6、圖2-7和圖2-8所示。一、位同步模塊有以下測(cè)試點(diǎn)及輸入輸出點(diǎn)：?S-IN基帶信號(hào)輸入、測(cè)試點(diǎn)?BS-OUT位同步信號(hào)輸出、測(cè)試點(diǎn)圖2-6中各單元與圖2-7中兀器件的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：?晶振XI：晶體；?微分器U1DLF347?放大器U1CLF347?整流器U1BU1ALF347?單穩(wěn)電路U2、U3:74LS123?分頻器U4:EPM7064?門電路U4:EPM7064三、工作原理在本系統(tǒng)中采用的是微分整流型數(shù)字鎖相環(huán)，它主要由波形轉(zhuǎn)換電路及數(shù)字鎖相器組成。1. 波形轉(zhuǎn)換電路波形轉(zhuǎn)換電路主要由一微分、整流電路組成，碼元信號(hào)經(jīng)微

37、分、整流后就可以提出位同步信號(hào)分量，其波形如圖2-9所示，原理框圖如圖2-6所示。J.1aIkhfT圖2-9基帶信號(hào)微分、整流波形2. 數(shù)字鎖相數(shù)字鎖相的原理方框圖如圖2-6所示，它由穩(wěn)定度振蕩器、分頻器、相位比較器和控制器組成。其中，控制器包括圖中的扣除門、附加門和“或門”。高穩(wěn)定度振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)經(jīng)整形電路變成周期性脈沖，然后經(jīng)控制器再送入分頻器，輸出位同步脈沖序列。若接收碼元的速率為F（波特），則要求位同步脈沖的重復(fù)速率也為F（赫）。這里晶振的圖2-6位同步器方框圖振蕩頻率設(shè)計(jì)在nF（赫），由晶振輸出經(jīng)整形得到重復(fù)頻率為nF（赫）的窄脈沖（圖2-7中的b（b'）。如果接收端晶振輸

38、出經(jīng)n次分頻后，不能準(zhǔn)確地和收到的碼元信號(hào)同頻同相，這時(shí)就要根據(jù)相位比器輸出的誤差信號(hào)，通過控制器對(duì)分頻器進(jìn)行調(diào)整。從經(jīng)微分、整流后的碼元信息中就可以獲得接收碼元所有過零點(diǎn)的信息，其工作波形如圖2-9所示。得到接收碼元的相位后，再將它加于相位比較器去比較。首先，先不管圖中的單穩(wěn)3,設(shè)接收信號(hào)為不歸零脈沖（波形a），我們將每個(gè)碼元的寬度分兩個(gè)區(qū)，前半碼元稱為“滯后區(qū)”，即若位同步脈沖波形b落入此區(qū)，表示位同步脈沖的相位滯后于接收碼元的相位；同樣，后半碼元稱為“超前區(qū)”。接收碼元經(jīng)微分整流，并經(jīng)單穩(wěn)4電路后，輸出如波形e所示的脈沖。當(dāng)位同步脈沖波形b（它是由n次分頻器d端的輸出，取其上升沿而形成的

39、脈沖）位于超前區(qū)時(shí)，波形e和分頻器d端的輸出波形d使與門A有輸出，該輸出再經(jīng)過單穩(wěn)1就產(chǎn)生一超前脈沖（波形f）。若位同步脈沖波形b'（圖中的虛線表示）落于滯后區(qū)，分頻器c端的輸出波形（c端波形和d端波形為反相關(guān)系）如波形c'所示，則與門B有輸出，再經(jīng)過單穩(wěn)2產(chǎn)生一滯后脈沖（波形g）。這樣，無論位同步脈沖超前或滯后，都會(huì)分別送出超前或滯后脈沖對(duì)加于分頻器的脈沖進(jìn)行扣除或附加，因而達(dá)到相位調(diào)整的目的。超前區(qū)I滯號(hào)區(qū)|超前區(qū)|滯后區(qū)|.圖2-7波形圖現(xiàn)在討論圖中的單穩(wěn)3的作用。同波形圖看到，位同步脈沖帥分頻器d端輸出波形（波形d）的正沿而形成的，所以相位調(diào)整的最后結(jié)果應(yīng)該合波形d的正

40、沿對(duì)齊窄脈沖e（即d的正沿位于窄脈沖之內(nèi)）。若d端產(chǎn)輸出波形最后調(diào)整到如波形圖d'所示的位置，則A、B兩個(gè)與門都有輸出；先是通過與門B輸出一個(gè)滯后脈沖，后是通過與門A輸出一超前脈沖。這樣調(diào)整的結(jié)果使位同步信號(hào)的相位穩(wěn)定在這一位置，這是我們所需要的。然而，如果d端的輸出波形調(diào)整到波形圖d'的位置，這時(shí)，AB兩個(gè)與門出都有輸出，只是這時(shí)是先通過A門輸出一超前脈沖，而后通過B門輸出一滯后脈沖。如果不采取措施，位同步信號(hào)的相位也可以穩(wěn)定在這一位置，則輸出的位同步脈沖（波形b）就會(huì)與接收碼元的相位相差180°?？朔@種不正確鎖定的辦法，是利用在這種情況下A門先有輸出的這一特點(diǎn)。

41、當(dāng)A門先有輸出時(shí)，這個(gè)輸出一方面產(chǎn)和超前脈沖對(duì)鎖相環(huán)進(jìn)行調(diào)整；另一方面，這個(gè)輸出經(jīng)單穩(wěn)3產(chǎn)生一脈沖將與門B封閉，不會(huì)再產(chǎn)生滯后脈沖。這樣通過A六不斷輸出超前脈沖，就可以高速分頻器的輸出的相位，直到波形d的正沿對(duì)齊窄脈沖（波形e）為止。2-8位同步器電路圖3. 數(shù)字鎖相抗干擾性能的改善由圖2-7可見，若干擾很小，它使波形e中窄脈沖左右擺動(dòng)的幅度不大，那么，波形d的正沿位置可能仍在波形e的窄脈沖寬度之內(nèi)。這時(shí)，由于送出的超前、滯后脈沖相互抵消，因而位同步脈沖的相位仍穩(wěn)定不變。若干擾較大，使波形圖b的位同步脈沖忽落入超前區(qū)，忽落入?yún)^(qū)滯后，鎖相環(huán)就要進(jìn)行調(diào)整了，這就會(huì)引起不希望的相位抖動(dòng)。此時(shí)，我們可

42、以仿照模擬鎖相環(huán)鑒相器后加有環(huán)路濾波器的方法，在數(shù)字鎖相環(huán)的鑒相器后也可加一個(gè)數(shù)字式濾波器。圖2-10顯示了這種方案的原理框圖。在圖中包含了一個(gè)計(jì)超前脈沖數(shù)和一個(gè)計(jì)滯后脈沖數(shù)的N計(jì)數(shù)器，超前脈沖或滯后脈沖還通過或門加于一M計(jì)數(shù)器。選擇（N<M<2）無論哪個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)滿，都會(huì)使所有的計(jì)數(shù)器重新置0'當(dāng)鑒相器送出超前脈沖或滯后脈沖時(shí)，濾波器并不馬上就將它送去進(jìn)行相位調(diào)整，而是要分別對(duì)輸入的超前或滯后脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。如果位同步信號(hào)的相位確實(shí)是超前或滯后了，則連續(xù)輸入的超前或滯后脈沖就會(huì)使超前滯后脈沖的N計(jì)數(shù)器先計(jì)滿。這時(shí)，濾波器就輸出一超前或滯后脈沖，使觸發(fā)器C1或C2輸出高電平打開

43、與門1或與門2，輸入的超前或滯后脈沖就通過這兩個(gè)與門加到相位調(diào)整電路，若連續(xù)輸入超前或滯后脈沖，那么，由于這時(shí)觸發(fā)器的輸出已使與門打開，這些脈沖就可以連續(xù)送到相位調(diào)整電路，同時(shí)將三個(gè)計(jì)數(shù)器都置0'如果是同于干擾的作用，使鑒相器輸出零星的超前或滯后脈沖，而且這兩種脈沖是隨機(jī)出現(xiàn)，那么，當(dāng)兩個(gè)N計(jì)數(shù)器中的任何一個(gè)都沒有計(jì)滿時(shí)，M計(jì)數(shù)器就可能已經(jīng)計(jì)滿了，并將三個(gè)計(jì)數(shù)器又置0'因此濾波器沒有輸出，就樣就消除了隨機(jī)干擾對(duì)同步信號(hào)相位的調(diào)整。圖2-10數(shù)字濾波器方案四、實(shí)驗(yàn)步驟本實(shí)驗(yàn)使用數(shù)字信源模塊和位同步模塊。1 、熟悉數(shù)字信源模塊和位同步模塊。將數(shù)字信源的輸出信號(hào)NRZ-OUT連接到位

44、同步模塊NRZIN端，打開電源開關(guān)、數(shù)字信源模塊和位同步模塊開關(guān)。調(diào)整信源模塊的K1、K2、K3,使NRZ-OUT勺連“0”和連“1”個(gè)數(shù)較少。2 、觀察數(shù)字環(huán)的鎖定狀態(tài)和失鎖狀態(tài)。將示波器的兩個(gè)探頭分別接數(shù)字信源模塊的NRZ-OUT和位同步模塊的BS-OUT調(diào)節(jié)位同步模塊上的可變電阻R1,觀察數(shù)字環(huán)的鎖定狀態(tài)和失鎖狀態(tài)。鎖定時(shí)BS-OUT信號(hào)上升沿位于NRZ-OUT言號(hào)的碼元中間且在很小范圍內(nèi)抖動(dòng)；失鎖時(shí)，BS-OUT的相位抖動(dòng)很大，可能超出一個(gè)碼元寬度范圍，變得模糊混亂。3 、觀察位同步信號(hào)抖動(dòng)范圍與位同步器輸入信號(hào)連“1”或連“0”個(gè)數(shù)的關(guān)系。調(diào)節(jié)可變電阻環(huán)路鎖定且BS-OUT信號(hào)相位抖

45、動(dòng)范圍最?。垂逃蓄l差最?。?，增大NRZ-OUTW號(hào)的連“0”或連“1”個(gè)數(shù)，觀察BS-OUT信號(hào)的相位抖動(dòng)變化情況。4、觀察位同步器的快速捕捉現(xiàn)象、位同步信號(hào)相位抖動(dòng)大小及同步保持時(shí)間與環(huán)路固有頻差的關(guān)系。使BS-OUT信號(hào)的相位抖動(dòng)最小，斷開位同步單元的輸入信號(hào)，觀察NRZ-OUT與BS-OUT信號(hào)的相位關(guān)系變化快慢情況，接通位同步單元的輸入信號(hào)，觀察快速捕捉現(xiàn)象（位同步信號(hào)BS-OUT的相位一步調(diào)整到位）。再微調(diào)位同步單元上的可變電路（即增大固有頻差）當(dāng)BS-OUT相位抖動(dòng)增大時(shí)斷開位同步單元的輸入信號(hào)，觀察NRZ-OUT言號(hào)與BS-OUT信號(hào)的相位關(guān)變化快慢情況并與固有頻差最小時(shí)進(jìn)行定

46、性比較。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1 、數(shù)字環(huán)位同步器輸入NRZ碼連“1”或連“0”個(gè)數(shù)增加時(shí)，提取的位同步信號(hào)相位抖動(dòng)增大，試解釋此現(xiàn)象。2 、設(shè)數(shù)字環(huán)固有頻差為厶f,允許同步信號(hào)相位抖動(dòng)范圍為碼元寬度Ts的n倍，求同步保持時(shí)間tc及允許輸入的NRZ碼的連“1”或“0”個(gè)數(shù)最大值。3 、數(shù)字環(huán)同步器的同步抖動(dòng)范圍隨固有頻差增大而增大，試解釋此現(xiàn)象。4、若將AMI碼或HDB碼整流后作為數(shù)字環(huán)位同步器的輸入信號(hào)，能否提取出位同步信號(hào)？為什么？對(duì)這兩種碼的連“1”個(gè)數(shù)有無限制？對(duì)AMI碼的信息代碼中連“0”個(gè)數(shù)有無限制？對(duì)HDB碼的信息代碼中連“0”個(gè)數(shù)有無限制？為什么？5、提出一種新的環(huán)路濾波器，使環(huán)路具

47、有更好的抗噪能力。7、設(shè)計(jì)出一種新的鎖相環(huán)，并且使用CPLD來實(shí)現(xiàn)。第三部分幀同步實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 掌握巴克碼識(shí)別原理。2. 掌握同步保護(hù)原理。3. 掌握假同步、漏同步、捕捉態(tài)、維持態(tài)概念。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 觀察幀同步碼無錯(cuò)誤時(shí)幀同步器的維持態(tài)。2. 觀察幀同步碼有一位錯(cuò)誤時(shí)幀同步器的維持態(tài)和捕捉態(tài)。3. 觀察同步器的假同步現(xiàn)象和同步保護(hù)作用。三、基本原理在時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)中，為了正確地傳輸信息，必須在信息碼流中插入一定數(shù)量的幀同步碼，可以集中插入、也可以分散插入。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中幀同步碼為7位巴克碼，集中插入到每幀的第2至第8個(gè)碼元位置上。幀同步模塊的原理框圖及電原理圖分別如圖2-11、圖2

48、-12所示。本模塊有以下測(cè)試點(diǎn)及輸入輸出點(diǎn)：?S-IN數(shù)字基帶信號(hào)輸入點(diǎn)?BS-IN位同步信號(hào)輸入點(diǎn)?GAL巴克碼識(shí)別器輸出信號(hào)測(cè)試點(diǎn)?-2424分頻器輸出信號(hào)測(cè)試點(diǎn)?FS-OUT幀同步信號(hào)輸出點(diǎn)/測(cè)試點(diǎn)圖2-11中各單元與圖2-12中元器件的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下：?相加器?判決器?單穩(wěn)?與門1?與門2?與門3?與門4?或門?3分頻器U52:可編程邏輯器件GAL20V8U53:可編程邏輯器件GAL20V8U59:A:單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS123U56:D:與門7408U56:B:與門4708U56:A:與門7408U56:C:與門7408U58:A:或門74LS32U54:計(jì)數(shù)器74LS393U55:A

49、:JK觸發(fā)器74LS109?觸發(fā)器?十24分頻器U60:計(jì)數(shù)器79LS393;U61:A,C:與門74LS08;U58:C:或門74LS32?移位寄存器U50U51:四位移位寄存器74175圖2-11幀同步模塊原理框圖從總體上看，本模塊可分為巴克碼識(shí)別器及同步保護(hù)兩部分。巴克碼識(shí)別器包括移位寄存器、相加器和判決器，圖2-11中的其余部分完成同步保護(hù)功能。移位寄存器由兩片74175組成，移位時(shí)鐘信號(hào)是位同步信號(hào)。當(dāng)7位巴克碼全部進(jìn)入移位寄存器時(shí)，U50的Q、Q、Q、Q及U51的Q、Q、Q都為1，它們輸入到相加器U52的數(shù)據(jù)輸入端DoD6，U52的輸出端Y。、丫1、丫2都為1,表示輸入端為7個(gè)1。

50、若Y2YYo=1OO時(shí)，表示輸入端有4個(gè)1,依此類推，丫2丫丫0的不同狀態(tài)表示了U52輸入端為1的個(gè)數(shù)。判決器U53有6個(gè)輸入端。IN2、IN1、INo分別與U52的YY、Y0相連，L2、L1、Lo與判決門限控制電壓相連，L2、L1已設(shè)置為1，而Lo由同步保護(hù)部分控制，可能為1也可能為0。在幀同步模塊電路中有發(fā)光二極管指示燈P3與判決門限控制電壓相對(duì)應(yīng)，即與Lo對(duì)應(yīng)，燈亮對(duì)應(yīng)1,燈熄對(duì)應(yīng)0。判決電平測(cè)試點(diǎn)TH就是Lo信號(hào)，它與指示燈P3狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。當(dāng)L2L1Lo=111時(shí)門限為7,燈亮，TH為高電平；當(dāng)L2LLo=11o時(shí)門限為6，P3熄，TH為低電平。當(dāng)U52輸入端為1的個(gè)數(shù)（即U53的IN

51、zNINo）大于或等于判決門限于L2L1Lo,識(shí)別器就會(huì)輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。當(dāng)基帶信號(hào)里的幀同步碼無錯(cuò)誤時(shí)（七位全對(duì)），把位同步信號(hào)和數(shù)字基帶信號(hào)輸入給移位寄存器，識(shí)別器就會(huì)有幀同步識(shí)別信號(hào)GAL輸出，各種信號(hào)波形及時(shí)序關(guān)系如圖2-13所示，GAL信號(hào)的上升沿與最后一位幀同步碼的結(jié)束時(shí)刻對(duì)齊。圖中還給出了十24信號(hào)及幀同步器最終輸出的幀同步信號(hào)FS-OUTFS-OUT的上升沿稍遲后于GAL的上升沿。s-in_LjinrLTLTLrLrLrLrLJl_tltlgal_+24IIFS-OUT圖2-13幀同步器信號(hào)波形flsEblIBlrLITLL匚二=JLi.Ju一二_口a-VJwwx_urn-W4

52、V4圖路電塊模步冋幀21-Ip十24信號(hào)是將位同步信號(hào)進(jìn)行24分頻得到的，其周期與幀同步信號(hào)的周期相同（因?yàn)橐粠?4位是確定的），但其相位不一定符合要求。當(dāng)識(shí)別器輸出一個(gè)GAL脈沖信號(hào)時(shí)（即捕獲到一組正確的幀同步碼），在GAL信號(hào)和同步保護(hù)器的作用下，十24電路置零，從而使輸出的十24信號(hào)下降沿與GAL信號(hào)的上升沿對(duì)齊。十24信號(hào)再送給后級(jí)的單穩(wěn)電路，單穩(wěn)設(shè)置為下降沿觸發(fā)，其輸出信號(hào)的上升沿比十24信號(hào)的下降沿稍有延遲。同步器最終輸出的幀同步信號(hào)FS-OUT是由同步保護(hù)器中的與門3對(duì)單穩(wěn)輸出的信號(hào)及狀態(tài)觸發(fā)器的Q端輸出信號(hào)進(jìn)行“與”運(yùn)算得到的。電路中同步保護(hù)器的作用是減小假同步和漏同步。當(dāng)無基

53、帶信號(hào)輸入（或雖有基帶信號(hào)輸入但相加器輸出低于門限值）時(shí)，識(shí)別器沒有輸出（即輸出為0）,與門1關(guān)閉、與門2打開，單穩(wěn)輸出信號(hào)通過與門2后輸入到十3電路，十3電路的輸出信號(hào)使?fàn)顟B(tài)觸發(fā)器置“0”，從而關(guān)閉與門3,同步器無輸出信號(hào)，此時(shí)Q的高電平把判決器的門限置為7（P3燈亮）、且關(guān)閉或門、打開與門1，同步器處于捕捉態(tài)。只要識(shí)別器輸出一個(gè)GAL信號(hào)（因?yàn)榕袥Q門限比較高，這個(gè)GAL信號(hào)是正確的幀同步信號(hào)的概率很高），與門4就可以輸出一個(gè)置零脈沖使十24分頻器置零，十24分頻器輸出與GAL信號(hào)同頻同相的的周期信號(hào)（見圖2-12）。識(shí)別器輸出的GAL脈沖信號(hào)通過與門1后使?fàn)顟B(tài)觸發(fā)器置“1”，從而打開與門3，輸出幀同步信號(hào)FS-OUT同時(shí)使判決器門限降為6（P3燈熄）、打開或門、同步器進(jìn)入維持狀態(tài)。在維持狀態(tài)下，因?yàn)榕袥Q門限較低，故識(shí)別器的漏識(shí)別概率減小，假識(shí)別概