滤波法及数字锁相环法位同步提取实验和帧同步提取实验

1滤波法及数字锁相环法位同步提取实验和帧同步提取实验一、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时间、同步保持时间、位同步信号同步抖动等概念；4、掌握巴克码识别原理；5、掌握同步保护原理；6、掌握假同步、漏同步、捕捉态、维持态的概念。二、实验内容1、熟悉实验箱2、滤波法位同步带通滤波器幅频特性测量；3、滤波法位同步恢复观测；4、数字锁相环位同步观测；5、帧同步提取实验。三、实验条件/器材滤波法及数字锁相环法位同步提取实验：1、主控&信号源、8号（基带传输编译码）、13号（载波同步及位同步）模块2、双踪示波器（模拟/数字）3、连接线若干帧同步提取实验：1、主控&信号源、7号模块2、双踪示波器（模拟/数字）3、连接线若干四、实验原理滤波法及数字锁相环法位同步提取实验原理见通信原理综合实验指导书P129-P134;帧同步提取实验原理见通信原理综合实验指导书P141。五、实验过程及结果分析（一）熟悉实验箱（二）滤波法位同步带通滤波器幅频特性测量1、连线及相关设置（1）关电，连线。（2）开电，设置主控，选择【信号源】→【输出波形】。设置输出波形为正弦波，调节相应旋钮，使其输出频率为200Khz，峰峰值3V。（3）此时系统初始状态为：输入信号为频率200KHz、幅度为3V的正弦波。2、实验操作及波形观测分别观测13号模块的“滤波法位同步输入”和“BPF-Out”，改变信号源的频率，测量“BPF-Out”的幅度填入下表，并绘制幅频特性曲线。频率（KHz）200210220230240250260270280290300幅度（V）6.126.847.729.1211.013.915.814.913.111.29.442（三）滤波法位同步恢复观测1、连线及相关设置（1）关电，连线。（2）开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【滤波法及数字锁相环位同步法提取】。将13号模块S2拨上。将S4拨为1000.（3）此时系统初始状态为：输入PN为256K。2、实验操作及波形观测（1）以“BPF-Out”为触发，观测“门限判决输出”，记录波形思考：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的时候，门限判决高低电平时容易出错，导致了一些地方的占空比不足，使得门限判决输出的时钟不均匀。（2）以“BPF-Out”为触发，观测“鉴相输入1”，记录波形024681012141618200KHz210KHz220KHz230KHz240KHz250KHz260KHz270KHz280KHz290KHz300KHz幅频特性曲线幅频特性曲线3（3）对比“门限判决输出”和“鉴相输入1”的波形上为“鉴相输入1”，下为“门限判决输出”思考：分析时钟不均匀的情况是否有所改善。答：通过图形可以看出门限判决输出的波形是不均匀的，鉴相输出的波形是相对均匀的。所以信号不均匀的情况有改善。（4）对比观测“鉴相输入1”和“鉴相输入2”，记录波形。比较两路波形的幅度和相位。上为“鉴相输入1”，下为“鉴相输入2”（5）对比观测“滤波法位同步输入”和“BS1”，观测恢复的位同步信号4上为“滤波法位同步输入”，下为“BS1”（四）数字锁相环位同步观测1、连线及相关设置（1）关电，按表格所示进行连线。（见通信原理综合实验指导书P135）（2）开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【滤波法及数字锁相环位同步法提取】。将13号模块的S3拨为0100.（3）此时系统初始状态为：PN码速率为256K。2、实验操作及波形观测(1)观测13号模块的“数字锁相环输入”和“输入跳变指示”。观测当“数字锁相环输入”没有跳变和有跳变时“输入跳变指示”的波形。上为“数字锁相环输入”下为“输入跳变指示”若前一位数据有跳变，则判断有效，“输入跳变指示”输出表示1，否则输出0表示判断无效(2)观测13模块的“数字锁相环输入”和“鉴相输出”。观测相位超前滞后的情况。5上为“数字锁相环输入”，下为“鉴相输出”经观察比较，“鉴相输出”比“数字锁相环输入”超前两个码元(3)观察13模块的“插入指示”和“扣除指示”。上为“插入指示”，下为“扣除指示”思考：分析波形有何特点，为什么会出现这种情况。答：因为可变分频器的输出信号频率与实验所需频率接近，将其和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。(4)以信号源模块的“CLK”为触发，观测13号模块的“BS2”。6思考：BS2恢复的时钟是否有抖动情况，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？答：有抖动的存在，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，而这种引入的误差是无法消除的，减小相位抖动的方法就是将分频器的分频数提高。（五）帧同步提取实验1、连线及相关设置（1）关电，按表格所示进行连线。（见通信原理综合实验指导书P142）（2）开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【帧同步】。（3）此时系统初始状态为：帧同步信号为8K。2、实验操作及波形观测(1)先打开其他模块电源，7号模块最后上电。观测在没有误码的情况下“失步”，“捕获”，“同步”三个灯的变化情况。答：“捕获”先亮，“同步”后亮，“失步”不亮(2)关闭7号模块电源。按住“误码插入”按键不放，打开7号模块电源。再观测“失步”，“捕获”，“同步”三个灯的变化情况。(注:误码插入功能是在巴克码中插入一个差错，若单击则插入一次单个码元差错，若长按则连续插入单个码元差错。)答：与（1）情况相同，“捕获”“同步”依次亮起，“失步”不亮(3)观察同步保护现象:当“同步”指示灯点亮时，设置拨码开关S1为01100100即与复用的巴克码一致，此时应观察到解复用端的开关信号显示光条的亮灭情况与S1一致(0为灭，1为亮)，表明系统此时对已同步的帧同步信号有一定保护。(4)在“同步”状态下长时间按住“误码插入”按键不放，观测帧同步码元出现误码时三个LED灯的变化情况。答：状态从“同步”态调到“捕获”态再调到“同步态”并保持不变。(5)观察假同步现象:将拨码开关S1拨为01110010,即与复用的巴克码一致。将7号模块关电再开电，观察开关信号显示光条的状态，注意是否出现了假同步状态。(注:当出现假同步时，即此时时分复用单元将拨码开关s1的码值作为帧头码，其他码元和原巴克码被当做了数据码元，从而原本应该解复用显示拨马开关的光条没有正常显示。)答：通过观察灯可知，解复用拨码开关的光条没有正常的显示，在实验中光条先于拨码开关的一致，后开始出现不规则的亮灭，最终光条全部熄灭。通过码同步原理可知，这是假同步状态的表现:时分复用单元将拨码开关的码值作为了帧头码，而其他的码元和原来的巴克码被当做了数据码元。这导致在检查01110010时按照8位一个用户的数据，进行下面的采集。7六、实验收获1、对实验箱以及示波器的使用更加熟练了。2、对滤波法位同步提取位同步信号的原理及其对信息码的要求更为清晰。3、掌握了用数字锁相环提取位同步信号的原理及其对信息码的要求。4、对位同步器的同步建立时间、同步保持时间、位同步信号同步抖动等概念有了深刻的了解。5、把巴克码识别原理，同步保护原理，假同步、漏同步、捕捉态、维持态的概念掌握得更加牢固。