【正文】 碼組。采用 Altera 公司 Cvclone 系列地 EP1C12Q240C8 器件，并且?guī)诫娐穬H用到該器件不到 1％地邏輯單元。 如圖 所示為位同步前后信號(hào)輸出前后對(duì)比圖 幀同步仿真 仿真過程 幀 同步 地 基本思想是在數(shù)字信息流中插入特殊碼組作為每群頭尾 地 標(biāo)記，具體有連貫插入法和分散插入法。載波提取性能 地 好壞是評(píng)價(jià)接收機(jī)性能 地 重要標(biāo)準(zhǔn)，可見為了保證信息 地 可靠傳輸，對(duì)載波頻率偏移和相位偏移 地 估計(jì)方法 地 研究具有重要意義。 只要最后將解調(diào)輸出信號(hào)通過放大器放大，就可完整 地 得到和基帶信號(hào)振幅和頻率完全一致 地 解調(diào)信號(hào)。由于希爾伯特變換是在離散時(shí)間域中實(shí)現(xiàn)地，故VCO 地輸出首先需要通過采樣進(jìn)行離散化，采樣時(shí)間間隔設(shè)置等于系統(tǒng)仿真步進(jìn)，即 1/10s。通過 BPSK 調(diào)制器變成數(shù)字帶通信號(hào)發(fā)射，發(fā)射信號(hào)進(jìn)入模擬加性高斯白噪聲 (AWGN)，被接收機(jī)接收。但是，由于在 BPSK 信號(hào)地載波恢復(fù)過程中存在 180186。其表達(dá)式由公式 給出： ? ? ? ? ? ?iibn n tnTtgats T ?? ??????? ?? ????? c os （ ） 其中 ??nA 為雙極性地二進(jìn)制數(shù)字序列， nA 地取值為177。如圖 所示為起止式傳輸?shù)氐湫蛶Y(jié)構(gòu)： 圖 起止式傳輸 地 典型幀結(jié)構(gòu) 幀同步性能指標(biāo) 漏同步概率 ： 它是 漏識(shí)別已發(fā)出同步碼組地概率，越小越好。 如圖 所示： 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0巴克碼信息碼 信息碼ttt1t1一群識(shí)別器輸入識(shí)別器輸出( a )( b ) 圖 識(shí)別器地輸出波形 巴克碼用于幀同步是常見地，但它并不是惟一地，只要具有良好特性地碼組均可用于幀同步。 這一特性正是連貫式插入群同步碼組地主要要求之一。而我此次地研究方法就是利用巴克碼來實(shí)現(xiàn)位同步和幀同步。對(duì)于容錯(cuò)范圍內(nèi)出現(xiàn)地正同步碼組丟失，通過補(bǔ)幀校正處理，可以提高系統(tǒng)地偽失步判別能力。在通信雙方進(jìn)行數(shù)據(jù)流傳輸時(shí)，幀同步地任務(wù)就是在位同步信息地基礎(chǔ)上，識(shí)別出數(shù)字信息群地起止時(shí)刻，并產(chǎn)生與之一致地定時(shí)脈沖序列即幀同步信號(hào)。該性能反映了位同步恢復(fù)對(duì)深衰落 地 適應(yīng)能力。靜態(tài)相差越小， 誤碼率越低。這是直接法中 地 一種簡單方法，可以稱之為非線性變換 — 濾波法。 假如 解調(diào)器是延遲解調(diào)，它 地 任何一個(gè)碼 地 載波相位是以前 一個(gè)碼 地 載波相位為參考 地 ，再加上傳輸頻帶受 到 限 制 ，在相位 地 翻轉(zhuǎn)處均 會(huì) 產(chǎn)生包絡(luò)陷落。 位同步 地 提取方法總 地 來說可 以 分 成 兩大類，一類是外同步法；另一類是自同步法。 精度 ： 精度是指提取載波與需要 地 載波標(biāo)準(zhǔn)比較，應(yīng)該有盡量小 地 相位誤差。假如我們把圖 中除環(huán)路濾波器（ LF）和壓控振蕩器（ VCO）以外地部分看成一個(gè)等效鑒相器（ PD），其輸出 Vd 正是所需要地誤差電壓。 相移輸出輸入已 調(diào)信號(hào)v3v5v1v2v4v6vd 圖 科斯塔斯（ Costas）環(huán)方框圖 在科斯塔斯環(huán)環(huán)路中，誤差信號(hào) Vd 是由低通濾波器及兩路相乘提供地。我利用科斯塔斯環(huán)法實(shí)現(xiàn)了載波同步。對(duì)移相信號(hào)而言，解決這個(gè)問題地常用方法是采用相對(duì)相移。實(shí)現(xiàn)相干解調(diào) 地 先決條件 就是 載波同步。 (4)現(xiàn)代通信實(shí)際上是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)通信，在一個(gè)通信網(wǎng)里，通信和相互傳遞信息 地 設(shè)備很多，各種設(shè)備產(chǎn)生及需要傳送 地 信息碼流各不 一致 ，為了保 證將低速數(shù)字流合并成高速數(shù)字流時(shí)沒有信息丟失，以及將低速數(shù)字流從高速數(shù)字流正確分離出來，必須建立一個(gè)網(wǎng)同步系統(tǒng)來統(tǒng)一協(xié)調(diào)，使整個(gè)網(wǎng)能按一定 地 節(jié)奏有條不紊 地 工作。 (1)在通信中除了短距離通信采用基帶傳輸外，一般 地 長距離通信都要采用頻帶傳輸，即不論是模 擬通信還是數(shù)字通信都要在發(fā)送端進(jìn)行調(diào)制。對(duì)于通信系統(tǒng)，在性能和接收機(jī)復(fù)雜度之間 地 權(quán)衡一般表現(xiàn)在調(diào)制方法 地 選擇上 ， 采用非相干解調(diào) 地 二進(jìn)制 FSK 系統(tǒng) 地 接收機(jī)系統(tǒng)最簡單，只需要比特定時(shí)和頻率跟蹤。 Simulink 簡介 Simulink 是 一個(gè) 用來建模、分析和仿真各種動(dòng)態(tài)系統(tǒng) 地軟件 ， 其中包含 連續(xù)系統(tǒng)，離散系統(tǒng)和混雜系統(tǒng)。從 此 之 后載波同步和位同步逐漸成為通信研究領(lǐng)域 地 研究 熱 點(diǎn)。近 些 年來，隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù) 地 飛速發(fā)展，人們?cè)絹碓絻A向于盡可能地使用數(shù)字技術(shù)取代原來 地 模擬技術(shù)。 許多先進(jìn) 地 通信技術(shù) 和 系統(tǒng)，都要求精確地實(shí)現(xiàn)載波同步、 碼元同步（位 同步 ） 與幀 同步 （群同步） ，否則系統(tǒng) 地 優(yōu)越性能 值 將 大大降低 ，也 沒辦法發(fā)揮盡致其系統(tǒng)地先進(jìn)性 。陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 I 常見同步技術(shù) 地 仿真與研究 [摘要 ]整個(gè) 通信系統(tǒng)中 相當(dāng) 重要 地部分也就是同步技術(shù) ， 假如 在接收端要成功 地 接收信號(hào)必須 能夠 提供 準(zhǔn)確地 同步信號(hào) 。 研究意義 通信系統(tǒng)中要傳送地信息雖然不包含在同步中，但只有收發(fā)設(shè)備之間開始傳送信息地前提和必要基礎(chǔ)便是要建立同步。而且系統(tǒng) 地 可靠性、靈活性和集成度 也隨之提高 。 剛開始地時(shí)候 ，位同步信息是在一個(gè)單獨(dú) 地 信道中傳輸，但是這種方法占用了大量 地 傳輸能量，數(shù)據(jù)吞吐量 因此 很低 [2]。 Simulink 提供了 一個(gè) 采用鼠標(biāo)拖放 地便捷 方法建立 系統(tǒng)框圖模型 地 圖形交互平臺(tái)。但是假如 采用 BPSK,則當(dāng)信噪比下降 4dB 時(shí)仍然能夠具有 一致地 誤碼率。這樣在接收端就要采取解調(diào)措施，除了非相干解調(diào)外用到 幅度調(diào)制，大部分都要采用相干解調(diào)，而進(jìn)行相干解調(diào)就需要相干載波， 也就是 需要一個(gè)與所接收到信號(hào)中 地 調(diào)制載波完全 同頻同相 地 本地載波信號(hào)，這個(gè)本地載波 地 獲取稱為載波同步，載波同步是實(shí)現(xiàn)相干解調(diào) 地條件 。 通信系統(tǒng)中 地 同步，按實(shí)現(xiàn)方法來劃分主要有外同步和 自 同步。 載波同步在自同步下有平方變換法、平方環(huán)法和同相正交環(huán)法，基本思想都是將不直接包含載 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 3 頁 共 29 頁 波成分 地 信號(hào)進(jìn)行非線性變換后，從中提取載波。 在實(shí)際中，伴隨信號(hào)一起進(jìn)入接收機(jī)地還有加性高斯白噪聲，為了改善平方變換法地性能，使恢復(fù)地相干載波更為純凈，圖 中地窄帶濾波器常用鎖相環(huán)代替，稱為平方環(huán)法提取載波。 在抑制載波 地 相位調(diào)制系統(tǒng)中，參考載波信號(hào)提取 地 性能很大程度上直接決定了系統(tǒng) 地 解調(diào)性能。壓控振蕩器輸出信號(hào)直接供給一路相乘器，供給另一路地則是壓控振蕩器輸出經(jīng)九十度移相后地信號(hào)。它通過環(huán)路濾波器濾波后去控制 VCO 地相位和頻率，最終使穩(wěn)態(tài)相位誤差減小到很小地 數(shù)值，而沒有剩余頻差（即頻率與 c? 同頻）。載波相位誤差分為穩(wěn) 態(tài)誤差和隨機(jī)誤差，系統(tǒng) 主要決定 穩(wěn)態(tài)誤差，隨機(jī)誤差則由隨機(jī)噪聲產(chǎn)生。所謂 地 外同步法就是指位同步信息靠發(fā)端發(fā)送導(dǎo)頻 來 傳遞，或是在調(diào)制信號(hào) 地 包絡(luò)上 寄托 同步信息。經(jīng)過延遲相應(yīng)碼元間隔和相位檢波后，將此類經(jīng)適當(dāng)延時(shí) 地 延陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 6 頁 共 29 頁 遲解調(diào)得到 地 基帶信號(hào)進(jìn)行分解即可證明，對(duì)延遲解調(diào)后 地 基帶信號(hào) 不一定 進(jìn)行非線性處理，只要直接對(duì)所包含 地 位同步線譜分量進(jìn)行提純 就可以了 。其中常用地 變換形式有：對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行微分、整流 ， 如圖 所示 ， 中頻帶限信號(hào)包絡(luò)檢波法 如圖 所示： (a) 基帶信號(hào) (b) 微分后 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 7 頁 共 29 頁 (c)整流后 圖 基帶信號(hào)微分、整流法 (a) 中頻帶限信號(hào) (b) 包絡(luò)檢波后 (c) 濾波反相 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 8 頁 共 29 頁 圖 中頻帶限信號(hào)包絡(luò)檢波法 包絡(luò)檢波 法 也是直接法， 直接法中經(jīng)常采用 地 是鎖相法，它是通過這樣或那樣 地 鎖相環(huán)（一般為數(shù)字環(huán)）直接從基帶信號(hào)中提取位同步信號(hào) 地 。對(duì)于數(shù)字鎖相環(huán)法提取位同步信號(hào)而言，相位誤差主要是由于位同步脈沖 地 相位在跳變地調(diào)整時(shí)所引起 地 。 相位抖動(dòng) : 相位抖動(dòng) 指地是 位同步 地 瞬時(shí)相位和 平均相位之差 地 均方根值。幀同步碼組地識(shí)別主要利用其自身具有尖銳地單峰性。 連貫插入法實(shí)現(xiàn)幀同步： 不需要外加地特殊碼組，類似于載波同步和位同步中地直接法，利用數(shù)據(jù) 碼組本身之間彼此不同地特性實(shí)現(xiàn)自同步。 巴克碼是一種有限長地非周期序列。如圖 所示為 7 位巴克碼地自相關(guān)函數(shù)： ?????????????? ????njnjjnxxjR jijnii,00,100,)(1或陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 10 頁 共 29頁 圖 7 位巴克碼地自相關(guān)函數(shù) 以 7 位巴克碼為例。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 11 頁 共 29頁 起止式群同步法 起止式傳輸是面向字符 地 異步傳輸。 假同步概率 ： 它是 誤認(rèn)為是同步碼組地概率，越小越好。 1， bT 為二進(jìn)制地符號(hào)間隔， ??tgT 基帶地發(fā)送成形濾波器地沖激響應(yīng)，通常具有升余弦特性； i? 是調(diào)制載波地頻率， i? 是調(diào)制載波地初始相位。地相位迷糊（ phase ambiguity），即恢復(fù)地本地載波與所需地相干載波可能同相，也可能反相，這種相位關(guān)系地不確定性將會(huì)造成解調(diào)出數(shù)字基帶信號(hào)與發(fā)送地?cái)?shù)字基帶信號(hào)正好相反，即‘ 1’變?yōu)椤?0’，‘ 0’變?yōu)椤?1’，判決器輸出數(shù)字信號(hào)全部出錯(cuò)。接下來帶通濾波器 (Digital Filter Designl)濾除有效信號(hào)頻帶以外地噪聲，提高信噪比；將正弦載波通過乘法器（ multiplier）與調(diào)制后地波形相乘。希爾伯特變換是通過解析信號(hào)模塊（ Analytic Signal）來實(shí)現(xiàn)地，該模塊地輸出信號(hào) ??ty 是一個(gè)復(fù)信號(hào)，稱為輸入信號(hào)地解析信號(hào)，其實(shí)部為輸入信號(hào) ??tx ，虛部為輸入信號(hào)地希爾伯特變換 ??tx ，即? ? ? ? ? ?txjtxty ??? 希爾伯特變換地功能是將輸入信號(hào)中地全部頻率分量均移相 π /2 之后地合成信號(hào)作為輸出。 (a) 載波同步后輸出波形 (b)frame_err3 載波同步前過濾波器后地?cái)?shù)據(jù)波 圖 載波同步前后信號(hào)輸出波形對(duì)比圖 分析對(duì)比圖可知，在載波同步時(shí)，會(huì)有些許相位差，相位差在一定范圍內(nèi)是允許出現(xiàn) 地，因此日后在載波同步時(shí)，只要將相位誤差控制在一定范圍內(nèi)，則不會(huì)對(duì)結(jié)果有什么影響。 圖 頻偏對(duì)誤碼率 地 影響曲線 從圖 3． 8 可以看出頻偏對(duì)通信系統(tǒng) 地 誤碼率 地 影響是很大 地 ，為此必須在接收端補(bǔ)償這個(gè)頻偏，使其不再轉(zhuǎn)動(dòng)，要解決這些問題就要進(jìn)行載波恢復(fù)。連貫插入法是在每一群 地 開頭集中插 入由若干個(gè)碼元組成 地 特殊碼組，該碼組應(yīng)在信息碼中很少出現(xiàn)，即使偶爾出現(xiàn)，也不可能依照群 地 規(guī)律周期出現(xiàn)。 幀同步碼是采用集中插入法集中插入到 NRZ 碼地 2～ 8 位地。出現(xiàn)這種情況地概率就稱為漏同步概率 P1。我們希望在同步建立時(shí)要可靠，也就是假同步概率 P2 要小；而在同步建立以 后，就要具有一定地抗干擾性能，也就是漏同步概率 P1 要小。檢測(cè)到 地 幅值極小點(diǎn)就是位同步點(diǎn)，這是因?yàn)榇a元切換處 (即位同步點(diǎn) )由于高頻成分 地 濾除，波形幅度會(huì)明顯小于穩(wěn)定區(qū)，因而所得到 地 載波幅值就會(huì)成為極 小值。 為了提高位同步 地 精確度，每接收到 3 個(gè)采樣值就用最新 地 6 個(gè)采樣值 (對(duì)應(yīng)一個(gè)載波周期，記為 X1X6)進(jìn)行一次 DFT，求出載波幅值： ? ? 2121211 QIA ?? （ ) 其中： ???611 3c o s61K k kxI ? ???611 3s in61k kkxQ ? （ ) 對(duì)前后一 1 值進(jìn)行比較，就可以找出載波幅值極小點(diǎn)，該點(diǎn)值應(yīng)該明顯小于 A1 地 正常值。 假如 幅值極小點(diǎn)超前于現(xiàn)有 地 位同步點(diǎn)，就把位同步點(diǎn)前移一個(gè)采樣點(diǎn)， 假如 幅值極小點(diǎn)落 后于現(xiàn)有 地 位同步點(diǎn)，就把位同步點(diǎn)后移一個(gè)采樣點(diǎn)。由于考慮到了濾波后波形有穩(wěn)定區(qū)和過渡區(qū)之分，只對(duì)穩(wěn)定區(qū)內(nèi) 地 信號(hào)采樣值進(jìn)行 DFT 運(yùn)算提取相位信息，實(shí)際上相當(dāng)于提高了信噪比，更利于對(duì)信號(hào) 地 恢復(fù)判決。 同步是通信領(lǐng)域一個(gè)重要 地 技術(shù)問題，是通信系統(tǒng) 地 重要組成部分。 本次設(shè)計(jì)我還學(xué)到了很多，比如： 頻率漂移率是表征時(shí)鐘在連續(xù)運(yùn)行過程中頻率值隨時(shí)間 地 變化 地 情況，是由時(shí)鐘 地 內(nèi)部元件老化以及外部環(huán)境影響所引起 地； 時(shí)鐘 地 牽 引范圍是指時(shí)鐘能夠鎖定 地 輸入信號(hào) 地 最大頻帶寬度，時(shí)鐘應(yīng)能夠在同等級(jí)時(shí)鐘 地 自由運(yùn)行狀態(tài)最大頻率偏移時(shí)達(dá)到同步 ；同步帶寬是指能夠調(diào)整到同步狀態(tài)所允許 地