数字锁相环提取同步信号实验.docVIP

数字锁相环提取同步信号实验 一、实验目的 1．学习数字通信中位同步恢复的重要性2．位同步恢复的主要技术指标3．了解数字通信位同步恢复的各种方法4．设计一个数字锁相环提取同步信号电路5．了解数字锁相环提取同步信号的优缺点6．用CPLD/FPGA进行位同步信号提取实验。 二、实验仪器与设备 1．THEXZ-2型实验箱、数字锁相环提取同步信号实验模块2．20MHz双踪示波器、万用表三、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，它和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和相位一致的定时脉冲序列的过程称为码元同步或位同步，而称这个定时脉冲序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和减小对邻近频道的干扰，一般采用限带传输。也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和解调器解调，如QPSK系统则输出是I、O二路模拟信号，由于其形状的原因，因此称为眼图。位同步取样位置对眼图的开启位置影响很大。 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。但对于突发模式或跳数模式的数字通信，同步建立时间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 一类方法是发端专门发送导频信号，而另一类是直接从数字信号中提取位同步信号的方法，后者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。窄带法同步提取法是其中的一种。 图34-1 滤波法原理图 图34-1原理图中的波形变换，在实际应用中亦可以是一微分、整流电路，微分、整流后的基带信号波形如图34-2所示。这里，整流输出的波形与图34-1中波形变换电路的输出波形有些区别，但这个波形同样包含有同步信号分量。 图34-2基带信号微分、整流波形 图34-3频带受限二相PSK信号的位同步信号提取 另一种常用的波形变换方法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。 可以看出，它是一直流和图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