1、實驗十 載波同步提取實驗一、 實驗?zāi)康?、掌握用科斯塔斯（Costas）環(huán)提取相干載波的原理與實現(xiàn)方法。2、了解相干載波相位模糊現(xiàn)象的產(chǎn)生原因。二、 實驗內(nèi)容1、觀察科斯塔斯環(huán)提取相干載波的過程。2、觀察科斯塔斯環(huán)提取的相干載波，并做分析。三、 實驗器材1、信號源模塊 一塊2、 號模塊 一塊3、 號模塊 一塊4、 60M雙蹤示波器 一臺四、 實驗原理提取載波的方法一般分為兩類：一類是在發(fā)送有用信號的同時，在適當(dāng)?shù)念l率位置上，插入一個（或多個）稱為導(dǎo)頻的正弦波，接收端就由導(dǎo)頻提取出載波，這類方法稱為導(dǎo)頻插入法；另一類就是不專門發(fā)送導(dǎo)頻，而在接收端直接從發(fā)送信號中提取載波，這類方法稱為直接法。下面

2、就重點介紹直接法的兩種方法。1、 平方變換法和平方環(huán)法設(shè)調(diào)制信號為，中無直流分量，則抑制載波的雙邊帶信號為接收端將該信號進(jìn)行平方變換，即經(jīng)過一個平方律部件后就得到由式看出，雖然前面假設(shè)了中無直流分量，但中卻有直流分量，而表示式的第二項中包含有2c頻率的分量。若用一窄帶濾波器將2c頻率分量濾出，再進(jìn)行二分頻，就獲得所需的載波。根據(jù)這種分析所得出的平方變換法提取載波的方框圖如圖10-1所示。若調(diào)制信號1，該抑制載波的雙邊帶信號就成為二相移相信號，這時可得到下式，因而，用圖10-1所示的方框圖同樣可以提取出載波。圖10-1 平方變換提取載波由于提取載波的方框圖中用了一個二分頻電路，故提取出的載波存在

3、180的相位模糊問題。對移相信號而言，解決這個問題的常用方法是采用相對移相。平方交換法提取載波方框圖中的窄帶濾波器若用鎖相環(huán)代替，構(gòu)成如圖10-2所示的方框圖，就稱為平方環(huán)法提取載波。由于鎖相環(huán)具有良好的跟蹤、窄帶濾波和記憶性能，平方環(huán)法比一般的平方變換法具有更好的性能。因此，平方環(huán)法提取載波應(yīng)用較為廣泛。圖10-2 平方環(huán)法提取載波2、科斯塔斯環(huán)法科斯塔斯環(huán)又稱同相正交環(huán)，其原理框圖如下：圖10-3 科斯塔斯環(huán)原理框圖在科斯塔斯環(huán)環(huán)路中，誤差信號V7是由低通濾波器及兩路相乘提供的。壓控振蕩器輸出信號直接供給一路相乘器，供給另一路的則是壓控振蕩器輸出經(jīng)90o移相后的信號。兩路相乘器的輸出均包含

4、有調(diào)制信號，兩者相乘以后可以消除調(diào)制信號的影響，經(jīng)環(huán)路濾波器得到僅與壓控振蕩器輸出和理想載波之間相位差有關(guān)的控制電壓，從而準(zhǔn)確地對壓控振蕩器進(jìn)行調(diào)整，恢復(fù)出原始的載波信號?，F(xiàn)在從理論上對科斯塔斯環(huán)的工作過程加以說明。設(shè)輸入調(diào)制信號為：，則 ； 經(jīng)低通濾波器后的輸出分別為：；將v5和v6在相乘器中相乘，得，上式中是壓控振蕩器輸出信號與輸入信號載波之間的相位誤差，當(dāng)較小時，該式中的v7大小與相位誤差成正比，它就相當(dāng)于一個鑒相器的輸出。用v7去調(diào)整壓控振蕩器輸出信號的相位，最后使穩(wěn)定相位誤差減小到很小的數(shù)值。這樣壓控振蕩器的輸出就是所需提取的載波。本實驗是采用科斯塔斯環(huán)法提取同步載波的。五、實驗步驟

5、1、將信號源模塊和模塊3、7固定在主機(jī)箱上。雙蹤示波器，設(shè)置CH1通道為同步源。2、將信號源模塊上S4撥為“1010”，將模塊3上開關(guān)K3撥到“PSK”端。3、在電源關(guān)閉的狀態(tài)下，按照下表進(jìn)行實驗連線：源端口目的端口連線說明信號源：PN（32K）模塊3：PSK-NRZS4撥為“1010”，PN是32K偽隨機(jī)碼信號源：128K同步正弦波模塊3：PSK載波提供PSK調(diào)制載波，幅度為4V模塊3：PSK-OUT模塊7：PSKIN提供載波同步提取輸入4、打開電源， 觀察PSK調(diào)制源狀態(tài)。圖10-1 128K同步正弦波圖10-2 PSK調(diào)制信號（CH1是32 kb/s PN基帶信號，CH2是PSK調(diào)制信號

6、）5、觀察提取過程。觀察并記錄“PN”（信號源）與“TH5”（PSK調(diào)制信號和/2相載波相乘濾波后的波形）的波形。用示波器CH1接信號源“PN”，CH2接模塊7“TH5”。調(diào)節(jié)電位器W1，使“TH5”點輸出清楚穩(wěn)定的波形。如果示波器兩路信號反向，按模塊7上的復(fù)位開關(guān)S1使其同相。 圖10-3 “TH5”點輸出清楚穩(wěn)定的波形 CH1是32 kb/s PN基帶信號，CH2是PSK調(diào)制信號和/2相載波相乘濾波后的波形。 繼續(xù)按表中順序觀察解調(diào)過程，“載波輸出”點輸出的信號就是從輸入的PSK調(diào)制信號中提取出來的0相載波，率為128KHz。圖10-4 0相鑒相輸出波形 圖10-5 誤差電壓CH1是32

7、kb/s PN基帶信號，CH2是PSK調(diào)制信號和0相載波相乘濾波后的波形。圖10-6 16.384MHz振蕩輸出 圖10-7 0相載波（載波輸出端）和/2相載波（正交載波端） CH1是128K 的“0”相載波， CH2是128K的“/2”相載波。實驗十二 幀同步提取實驗一、實驗?zāi)康?、 掌握巴克碼識別原理。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)的概念。二、實驗內(nèi)容1、 觀察幀同步碼無錯誤時幀同步器的維持態(tài)。2、 觀察幀同步器的假同步現(xiàn)象、漏識別現(xiàn)象和同步保護(hù)現(xiàn)象。三、實驗器材1、 信號源模塊 一塊2、 號模塊 一塊3、 60M雙蹤示波器 一臺四、實驗原理數(shù)字通信時，一

8、般總是以一定數(shù)目的碼元組成一個個的“字”或“句”，即組成一個個的“群”進(jìn)行傳輸，因此群同步信號的頻率很容易由于位同步信號經(jīng)分頻而得出，但是每群的開頭和末尾時刻卻無法由分頻器的輸出決定。群同步的任務(wù)就是要給出這個“開頭”和“末尾”的時刻。群同步有時也稱為幀同步。為了實現(xiàn)群同步，通常有兩類方法：一類是在數(shù)字信息流中插入一些特殊碼組作為每群的頭尾標(biāo)記，接收端根據(jù)這些特殊碼組的位置就可以實現(xiàn)群同步；另一類方法不需要外加的特殊碼組，它類似于載波同步和位同步中的直接法，利用數(shù)據(jù)碼組本身之間彼此不同的特性來實現(xiàn)同步。我們將主要討論用插入特殊碼組實現(xiàn)群同步的方法。插入特殊碼組實現(xiàn)群同步的方法有兩種，即連貫式插

9、入法和間隔式插入法。1、 連貫式插入法連貫式插入法就是在每幀數(shù)據(jù)開頭集中插入特定碼型的幀同步碼組，這種幀同步法只適用于同步通信系統(tǒng)，需要位同步信號才能實現(xiàn)。適合做幀同步碼的特殊碼組很多，對幀同步碼組的要求是它們的自相關(guān)函數(shù)盡可能尖銳，便于從隨機(jī)數(shù)字信息序列中識別出這些幀同步碼組，從而準(zhǔn)確定位一幀數(shù)據(jù)的起始時刻。由于這些特殊碼組是一個非周期序列或有限序列，在求它的自相關(guān)函數(shù)時，除了在時延j0的情況下，序列中的全部元素都參加相關(guān)運算外，在j0的情況下，序列中只有部分元素參加相關(guān)運算，其表示式為通常把這種非周期序列的自相關(guān)函數(shù)稱為局部自相關(guān)函數(shù)。對同步碼組的另一個要求是識別器應(yīng)該盡量簡單。目前，一種

10、常用的幀同步碼組是巴克碼。巴克碼是一種非周期序列。一個n位的巴克碼組為x1，x2，x3，xn，其中xi取值為1或1，它的局部自相關(guān)函數(shù)為 （1目前已找到的所有巴克碼組如表12-1所列。表12-1 巴克碼組n巴克碼組234571113；以七位巴克碼組為例，求出它的自相關(guān)函數(shù)如下：當(dāng)j0時 當(dāng)j1時 按式（19-1）可求出j2、3、4、5、6、7時的R（j）值分別為1、0、1、0、1、0；另外，再求出j為負(fù)值時的自相關(guān)函數(shù)值，兩者一起畫在圖19-1中。由圖可見，其自相關(guān)函數(shù)在j0時出現(xiàn)尖銳的單峰。巴克碼識別器是比較容易實現(xiàn)的，這里也以七位巴克碼為例，用7級移位寄存器、相加器和判決器就可以組成一識別

11、器，如圖19-2所示。當(dāng)輸入數(shù)據(jù)的“1”存入移位寄存器時，“1”端的輸出電平為1，而“0”端的輸出電平為1；反之，存入數(shù)據(jù)“0”時，“0”端的輸出電平為1，“1”端的輸出電平為1。各移位寄存器輸出端的接法和巴克碼的規(guī)律一致，這樣識別器實際上就是對輸入的巴克碼進(jìn)行相關(guān)運算。當(dāng)七位巴克碼在圖19-3（a）中的t1時刻正好已全部進(jìn)入了7級移位寄存器時，7級移位寄存器輸出端都輸出1，相加后得最大輸出7；若判別器的判決門限電平定為6，那么就在七位巴克碼的最后一位“0”進(jìn)入識別器時，識別器輸出一群同步脈沖表示一群的開頭，如圖19-3（b）所示。圖19-1 七位巴克碼的自相關(guān)函數(shù) 圖19-2 七位巴克碼識別

12、器圖19-3 識別器的輸出波形幀同步系統(tǒng)要求建立時間很短，并且在幀同步建立后應(yīng)有較強(qiáng)的抗干擾能力。通常用漏同步概率P1、假同步概率P2來衡量這些性能。這里，主要是分析集中插入法的性能。漏同步概率P1由于干擾的影響會引起同步碼組中的一些碼元發(fā)生錯誤，從而使識別器漏識別已發(fā)出的同步碼組。出現(xiàn)這種情況的概率就稱為漏同步概率P1。例如圖19-2識別器的判決門限電平為6，若由于干擾，七位巴克碼有一位錯誤，這時相加輸出為5，小于判決門限，識別器漏識別了幀同步碼組；若在這種情況下，將判決門限電平降為4，識別器就不會漏識別，這時判決器容許七位同步碼組中有一個錯誤碼元?，F(xiàn)在就來計算漏同步概率：設(shè)p為碼元錯誤概率

13、，n為同步碼組的碼元數(shù)，m為判決器容許碼組中的錯誤碼元最大數(shù)，則同步碼組碼元n中所有不超過m個錯誤碼元的碼組都能被識別器識別，因而，未漏概率為故得漏同步概率為 假同步概率P2在消息碼元中，也可能出現(xiàn)與所要識別的同步碼組相同的碼組，這時會被識別器誤認(rèn)為是同步碼組而實現(xiàn)假同步，出現(xiàn)這種情況的可能性就稱為假同步概率P2。因此，計算假同步概率P2就是計算信息碼元中能被判為同步碼組的組合數(shù)與所有可能的碼組數(shù)之比。設(shè)二進(jìn)制信息碼元出現(xiàn)“0”和“1”的概率相等，都為1/2，則由該二進(jìn)制碼元組成n位碼組的所有可能碼組數(shù)為2n個，而其中能被判為同步碼組的組合數(shù)顯然也與m有關(guān)。若m0，只有一個（）碼組能被識別；若

14、m1，即與原同步碼組差一位的碼組都能被識別，共有個碼組。依此類推，就可求出信息碼元中可被判為同步碼組的組合數(shù)，因而可得假同步概率為比較式（10-3）和式（10-4）可見，m增大，即判決門限電平降低時，P1減小，但P2增大，所以這兩項指標(biāo)是有矛盾的，判決門限的選取要兼顧兩者。在分析判決門限電平對P1和P2的影響時，講到兩者是有矛盾的。我們希望在同步建立時要可靠，也就是假同步概率P2要??；而在同步建立以后，就要具有一定的抗干擾性能，也就是漏同步概率P1要小。為了滿足以上要求以及改善同步系統(tǒng)性能，幀同步電路應(yīng)加有保護(hù)措施。最常用的保護(hù)措施是將幀同步的工作劃分為兩種狀態(tài)捕捉態(tài)和維持態(tài)。終端接收機(jī)由非同

15、步工作狀態(tài)轉(zhuǎn)入同步工作的過程，稱為“捕捉態(tài)”，終端機(jī)進(jìn)入同步工作后則稱為“維持態(tài)”?？砂巡蹲竭^程分成兩步進(jìn)行，先在信碼中找到與該時刻本地幀同步碼型相同的信碼碼位。當(dāng)找到和幀同步碼型一致的信碼碼位后，再進(jìn)行第二步，即逐幀比較下去，也就是在該時隙上按本地同步碼的周期進(jìn)行比較。在比較過程中，一旦發(fā)現(xiàn)在收端本地同步碼的相位與信碼碼型不同時，則重新移一個碼元相位，重新從第一步開始找?guī)酱a位，以上兩步交替進(jìn)行，即可建立真正的同步。2、 間隔式插入法在某些情況下，群同步碼組不是集中插入在信息碼流中，而是將它分散地插入，即每隔一定數(shù)量的信息碼元，插入一個群同步碼元。群同步碼型選擇的主要原則是：一方面要便于收端識別，即要求