【正文】 時它們的相位誤差也是固定的，但不符合抽樣判決器的要求）。輸入信號碼速率決定于發(fā)送端的時鐘頻率，數(shù)控振蕩器固有頻率決 定于位同步器的時鐘頻率和數(shù)控振蕩器固有分頻比。由于時鐘信號頻率穩(wěn)定度是有限的，故這兩個時鐘信號的頻率不可能完全相同，因此鎖相環(huán)輸入信號碼速率與數(shù)控振蕩器固有頻率不可能完全相等（即環(huán)路固有頻差不為 0）。數(shù)字環(huán)位同步器是一個離散同步器，只有當(dāng)輸入信號的電平發(fā)生跳變時才可能對輸入信號的相位和反饋信號的相位進(jìn)行比較從而調(diào)整反饋信號的相位，在兩次相位調(diào)整的時間間隔內(nèi)，反饋信號的相位相對于輸入信號的相位是變化的，即數(shù)字環(huán)位同步器提取的位同步信號的相位是抖動的，即使輸入信號無噪聲也是如此。 通信原理課程設(shè)計(jì)報告 5 IE 1 = 1 ?L OO PL OO PL OO PL OO P 1是是是否否否開 始 置 8254B2工作方式 ,計(jì)數(shù)常數(shù) ,P 1 .7 = 0 累加運(yùn)算 P 1 .7 = 1 讀 8254B2 m = 1 6 ,I E 1 = 0求平均值 Nd初始化讀數(shù)大于 N0?累加了 m 次 ?NNNNdooo? ???????// ?/22 12 1N N Nc o d? ?12 置 8254B0和 8254B1工作方式 ,計(jì)數(shù)常數(shù)P1. 4口輸出一個正脈沖是否 圖 56 鎖相環(huán)程序流程 顯然，收發(fā)時鐘頻率穩(wěn)定度越高，數(shù)字環(huán)的固有頻差就越小，提取的位同步信號的相位抖動范圍越小。反之，對同步信號的相位抖動要求越嚴(yán)格，則收發(fā)時鐘的頻率穩(wěn)定度也應(yīng)越高。 位同步信號抖動范圍還與數(shù)字位同步器輸入信號的連“ 1”或“ 0”個數(shù)有關(guān)，連“ 1”或“ 0”個數(shù)越多，兩次相位調(diào)整之間的時間間隔越長，位同步信號的相位抖動越大。 對于 NRZ 碼來說，允許其連“ 1”、連“ 0”的個數(shù)決定于數(shù)字環(huán)的同步保持時間 tc。 tc與收發(fā)時鐘頻率穩(wěn)定度 ?、碼速 率 RB、允許的同步誤差最大值 ??2 的關(guān)系為： tC =η /（ 2RBε） tC的定義是：位同步器輸入信號斷開后，收發(fā)位同步信號相位誤差不超過 ??2 的時間。 關(guān)于數(shù)字環(huán)位同步器的工作原理，可參考文獻(xiàn) [3]、 [4]、 [5]。 用模擬環(huán)位同步器或模數(shù)環(huán)位同步器提取的位同步信號的相位抖動與固有頻差無關(guān)，但隨信息碼連“ 1”、連“ 0”的個數(shù)增多而增大。 四、 實(shí)驗(yàn)步驟 本實(shí)驗(yàn)使用數(shù)字信源單元和位同步單元。 熟悉位同步單元工作原理。將數(shù) 字信源單元的 NRZOUT 用信號連線連接到位同步單元的 SIN 點(diǎn)，接通實(shí)驗(yàn)箱電源。調(diào)整信源模塊的 K K K3 開關(guān)，使 NRZOUT 的連“ 0”和連“ 1”個數(shù)較少。 觀察數(shù)字環(huán)的鎖定狀態(tài)和失鎖狀態(tài)。 通信原理課程設(shè)計(jì)報告 6 將示波器的兩個探頭分別接數(shù)字信源單元的 NRZOUT 和位同步單元的 BSOUT，調(diào)節(jié)位同步單元上的可變電容 C2，觀察數(shù)字環(huán)的鎖定狀態(tài)和失鎖狀態(tài)。鎖定時 BSOUT 信號上升沿位于 NRZOUT 信號的碼元中間且在很小范圍內(nèi)抖動；失鎖時， BSOUT 的相位抖動很大，可能超出一個碼元寬度范圍，變得模糊混亂。 觀察位同步信號抖動范圍與位同步器輸入信號連“ 1”或連“ 0”個數(shù)的關(guān)系。 調(diào)節(jié)可變電容使環(huán)路鎖定且 BSOUT 信號相位抖動范圍最?。垂逃蓄l差最小），增大NRZOUT 信號的連“ 0”或連“ 1”個數(shù)，觀察 BSOUT 信號的相位抖動變化情況。 觀察位同步器的快速捕捉現(xiàn)象、位同步信號相位抖動大小及同步保持時間與環(huán)路固有頻差的關(guān)系。 先使 BSOUT 信號的相位抖動最小，按一下復(fù)位鍵，觀察 NRZOUT與 BSOUT 信號的之間的相位關(guān)系變化快慢情況，再按一下復(fù)位鍵，觀察快速捕捉現(xiàn)象（位 同步信號 BSOUT 的相位一步調(diào)整到位）。再微調(diào)位同步單元的可變電容 C2（即增大固有頻差）當(dāng) BSOUT 相位抖動增大時按一下復(fù)位鍵，觀察 NRZOUT 信號與 BSOUT 信號的相位關(guān)變化快慢情況并與固有頻差最小時進(jìn)行定性比較。 五、 實(shí)驗(yàn)報告要求 數(shù)字環(huán)位同步器輸入 NRZ 碼連“ 1”或連“ 0”個數(shù)增加時，提取的位同步信號相位抖動增大，試解釋此現(xiàn)象。 答：輸入 NRZ 碼連“ 1”或連“ 0”個數(shù)增加時，鑒相器輸出脈沖的平均周期增大，數(shù)字環(huán)路濾波器輸出的控制信號平均周期增大，即需要經(jīng)過更長的時間才對 DCO 的相位調(diào)整一次。而DCO 輸出的位同步信號重復(fù)頻率與環(huán)路輸入的 NRZ 碼的碼速率之間有一定誤差，當(dāng)對 DCO 不進(jìn)行相位的調(diào)整時，其輸出信號的上升沿與碼元中心之間的偏差將不斷增大，相位調(diào)節(jié)時間間隔越長這種偏差越大，即位同步信號相位抖動越大。 設(shè)數(shù)字環(huán)固有頻差為Δ f，允許同步信號相位抖動范圍為碼元寬度 TS的η倍，求同步保持時間 tC及允許輸入的 NRZ 碼的連“ 1”或“ 0”個數(shù)最大值。 答： ct 時間內(nèi)有固有頻差產(chǎn)生的相位誤差為 ,4 cft Ts??時間可等效為相位位值為 2?? ，故42 2ccft t f?? ?? ???；即 在 ct 時間內(nèi)不對 DCO 進(jìn)行相位調(diào)節(jié)，位同步信號抖動范圍小于cT? 。設(shè)允許輸入的 NRZ 碼的連“ 1”或連“ 0”最大個數(shù)為 M，鑒相 N 次后 DLF 才有一個輸出信號即對 DCO 進(jìn)行一次相位調(diào)節(jié)，則2scmNT t f???，2 sm NT f?? 數(shù)字環(huán)同步器的同步抖動范圍隨固有頻差增大而增大，試解釋此現(xiàn)象。 答：固有頻差越大， DCO 輸出位同步信號與環(huán)路輸入信號之間的相位誤差增大的越快，而環(huán)路對 DCO 的相位調(diào)節(jié)時間間隔，平均值是不變的（當(dāng)輸入信號一定時），故當(dāng)固有頻差增大通信原理課程設(shè)計(jì)報告 7 時，位同步信號的同 步抖動范圍增大。 若將 AMI 碼或 HDB3碼整流后作為數(shù)字環(huán)位同步器的輸入信號，能否提取出位同步信號 ?為什么？對這兩種碼的信息代碼中連“ 1”個數(shù)有無限制？對 AMI 碼的信息代碼中連“ 0”個數(shù)有無限制？對 HDB3碼的信息代碼中連“ 0”個數(shù)有無限制？為什么？ 答：能。因?yàn)閷?AMI 碼或 HDB3 碼整流后得到的是一個單極性歸零碼，其上升沿使鑒相器輸出高電平，從而使同步正常工作。對這種碼的信息代碼連“ 1”個數(shù)無限制，因?yàn)檫B“ 1”代碼對應(yīng) AMI 碼及 HDB3 碼為寬度等于碼元寬度一半的正脈沖或負(fù)脈沖，整流后全為占空比為 的正 脈沖，脈沖上升沿的個數(shù)等于信息代碼“ 1”碼的個數(shù)；對 AMI 碼的信息代碼中連“ 0”個數(shù)有限制，因 AMI 碼連“ 0”個數(shù)等于信息代碼連“ 0”個數(shù)，不產(chǎn)生脈沖，也就沒有上升沿；對 HDB3 碼的信息代碼中連“ 0”個數(shù)無限制，因?yàn)椴还苄畔⒋a連“ 0”個數(shù)有多大， HDB3 碼中連“ 0”個數(shù)最多為 。 試提出一種新的環(huán)路濾波器算法，使環(huán)路具有更好的抗噪能力。 答：數(shù)字環(huán)路濾波器由軟件完成?？刹捎迷S多種軟件算法，一種簡單有效的方法是對一組N0 作平均處理。設(shè)無噪聲時環(huán)路鎖定后 ui 與 uo 的相位差為 N0/2，則在噪聲的作用下，鎖定時的相位誤差可能大于 N0/2 也可能小于 N0/2。這兩種情況出現(xiàn)的概率相同，所以平均處理可以減小噪聲的影響， m 個 Nd 值的平均值為 N 1 ， 數(shù)字濾波器的輸出為 Nc = No / 2 + Nd。 試解釋本實(shí)驗(yàn)使用的數(shù)字鎖相環(huán)快速捕捉機(jī)理，并與超前滯后型數(shù)字環(huán)進(jìn)行比較。 答：這個實(shí)驗(yàn)中可對 DCO 的分頻比任意調(diào)節(jié)，一次調(diào)節(jié)就可以使環(huán)路鎖定，而在超前滯后型數(shù)字環(huán)中每次調(diào)節(jié)只能使 DCO 的分頻比增大 1或者減 1，需多次調(diào)節(jié)才能使環(huán)路鎖定。 通信原理課程設(shè)計(jì)報告 8 實(shí)驗(yàn)六 幀同步 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1. 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)概念。 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1. 觀察幀同步碼無錯誤時幀同步器的維持態(tài)。 2. 觀察幀同步碼有一位錯誤時幀同步器的維持態(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)中幀同步識別碼為 7 位巴克碼，集中插入到每幀的第 2 至第 8 個碼元位置上。 幀同步模塊的原理框圖如圖 61 所示，電原理圖如圖通信原理課程設(shè)計(jì)報告 9 62 所示（見附錄），其內(nèi)部只使用 +5V 電壓。 本模塊有以下測試點(diǎn)及輸入輸出點(diǎn)： ? SIN 數(shù)字基帶信號輸入點(diǎn)（ 2 個） ? BSIN 位同步信號輸入點(diǎn)（ 2 個） ? GAL 巴克碼識別器輸出信號測試點(diǎn) ? 247。 24 24 分頻器輸出信號測試點(diǎn) ? TH 判決門限電平測試點(diǎn) ? FS 幀同步信號測試點(diǎn) 圖 61 中各單元與電路板上元器件的對應(yīng)關(guān)系如下 ： ? 247。 24 分頻器 U60、 U61：計(jì)數(shù)器 4017； U58:C、 U58:E：或門 4071 ? 移位寄存器 U50、 U51：四位移位寄存器 74175 ? 相加器 U52：可編程邏輯器件 GAL20V8 ? 判決器 U53：可編程邏輯器件 GAL20V8 ? 單穩(wěn) U59：單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 4528 ? 與門 1 U56:A：與門 7408 ? 與門 2 U56:C：與門 4708 ? 與門 3 U56:D：與門 7408 ? 與門 4 U56:B：與門 7408 ? 或門 U58:A：或門 4071 ? 247。 3 分頻器 U54：計(jì)數(shù)器 4017 ? 觸發(fā)器 U55： JK 觸發(fā)器 4027 247。 24 單穩(wěn)與門 3與門4移 位寄存器相加器判決器 S 觸 Q 發(fā) R 器 Q與門1與門2247。 3或 門THB SINFSO U TSIN置零VCGAL247。 24 圖 61 幀同步模塊原理框圖 通信原理課程設(shè)計(jì)報告 10 從總體上看，本模塊可分為巴克碼識別器及同步保護(hù)兩部分。巴克碼識別器包括移位寄存器、相加器和判決器，圖 61 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 時鐘信號是位同步信號。當(dāng) 7 位巴克碼全部進(jìn)入移位寄存器時， U50 的 Q Q Q Q4及 U51 的 Q Q Q4都為 1，它們輸入到相加器 U52