【正文】 在維持態(tài)下對(duì)同步信號(hào)的保護(hù)措施稱為前方保護(hù)，在捕捉態(tài)下的同步保護(hù)措施稱后方保護(hù)。當(dāng)然，同步保護(hù)器中的247。3電路輸出一個(gè)脈沖信號(hào)，使維持狀態(tài)變?yōu)椴蹲綉B(tài)，重新捕捉幀同步碼。3電路不輸出脈沖信號(hào)，維持狀態(tài)保持不變。但由于漏識(shí)別概率比較小，連續(xù)幾幀出現(xiàn)漏識(shí)別的概率更小。實(shí)驗(yàn)中可根據(jù)判決門限指示燈P3判斷同步器處于何種狀態(tài)，P3亮為捕捉態(tài)，P3熄為同步態(tài)。但假識(shí)別信號(hào)與單穩(wěn)輸出信號(hào)不同步，故與門與門4不輸出假識(shí)別信號(hào)，從而使假識(shí)別信號(hào)不影響247。識(shí)別器輸出的GAL脈沖信號(hào)通過(guò)與門1后使?fàn)顟B(tài)觸發(fā)器置“1”，從而打開(kāi)與門3，輸出幀同步信號(hào)FSOUT，同時(shí)使判決器門限降為6（P3燈熄）、打開(kāi)或門、同步器進(jìn)入維持狀態(tài)。24分頻器置零，247。3電路的輸出信號(hào)使?fàn)顟B(tài)觸發(fā)器置“0”，從而關(guān)閉與門3，同步器無(wú)輸出信號(hào)，此時(shí)Q的高電平把判決器的門限置為7（P3燈亮）、且關(guān)閉或門、打開(kāi)與門1，同步器處于捕捉態(tài)。當(dāng)無(wú)基帶信號(hào)輸入（或雖有基帶信號(hào)輸入但相加器輸出低于門限值）時(shí)，識(shí)別器沒(méi)有輸出（即輸出為0），與門1關(guān)閉、與門2打開(kāi)，單穩(wěn)輸出信號(hào)通過(guò)與門2后輸入到247。 同步器最終輸出的幀同步信號(hào)FS是由同步保護(hù)器中的與門3對(duì)單穩(wěn)輸出的信號(hào)及狀態(tài)觸發(fā)器的Q端輸出信號(hào)進(jìn)行“與”運(yùn)算得到的。24信號(hào)再送給后級(jí)的單穩(wěn)電路，單穩(wěn)設(shè)置為下降沿觸發(fā)，其輸出信號(hào)的上升沿比247。24信號(hào)下降沿與GAL信號(hào)的上升沿對(duì)齊。當(dāng)識(shí)別器輸出一個(gè)GAL脈沖信號(hào)時(shí)（即捕獲到一組正確的幀同步碼），在GAL信號(hào)和同步保護(hù)器的作用下，247。圖63 幀同步器信號(hào)波形247。圖中還給出了247。當(dāng)U52輸入端為1的個(gè)數(shù)（即U53的IN2IN1IN0） 大于或等于判決門限于L2L1L0，識(shí)別器就會(huì)輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。判決電平測(cè)試點(diǎn)TH就是L0信號(hào)，它與最右邊的指示燈P3狀態(tài)相對(duì)應(yīng)。INININ0分別與U52的YYY0相連，LLL0與判決門限控制電壓相連，LL1已設(shè)置為1，而L0由同步保護(hù)部分控制，可能為1也可能為0。若Y2Y1Y0=100時(shí)，表示輸入端有4個(gè)1，依此類推，Y2Y1Y0的不同狀態(tài)表示了U52輸入端為1的個(gè)數(shù)。移位寄存器由兩片74175組成，移位時(shí)鐘信號(hào)是位同步信號(hào)。 觸發(fā)器 U55：JK觸發(fā)器4027圖61 幀同步模塊原理框圖 從總體上看，本模塊可分為巴克碼識(shí)別器及同步保護(hù)兩部分。 247。 與門4 U56:B：與門7408 與門2 U56:C：與門4708 單穩(wěn) U59：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器4528 相加器 U52：可編程邏輯器件GAL20V8 24分頻器 U60、U61：計(jì)數(shù)器4017；U58:C、U58:E：或門4071 FS 幀同步信號(hào)測(cè)試點(diǎn) 圖61中各單元與電路板上元器件的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下： 24 24分頻器輸出信號(hào)測(cè)試點(diǎn) GAL 巴克碼識(shí)別器輸出信號(hào)測(cè)試點(diǎn) SIN 數(shù)字基帶信號(hào)輸入點(diǎn)（2個(gè)） 幀同步模塊的原理框圖如圖61所示，電原理圖如圖62所示（見(jiàn)附錄），其內(nèi)部只使用+5V電壓。 三、基本原理 在時(shí)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。 2. 觀察幀同步碼有一位錯(cuò)誤時(shí)幀同步器的維持態(tài)和捕捉態(tài)。3. 掌握假同步、漏同步、捕捉態(tài)、維持態(tài)概念。實(shí)驗(yàn)六 幀同步 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1. 掌握巴克碼識(shí)別原理。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(hào)，能否提取出位同步信號(hào)？為什么？對(duì)這兩種碼的信息代碼中連“1”個(gè)數(shù)有無(wú)限制？對(duì)AMI碼的信息代碼中連“0”個(gè)數(shù)有無(wú)限制？對(duì)HDB3碼的信息代碼中連“0”個(gè)數(shù)有無(wú)限制？為什么？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。 設(shè)數(shù)字環(huán)固有頻差為Δf，允許同步信號(hào)相位抖動(dòng)范圍為碼元寬度TS的η倍，求同步保持時(shí)間tC及允許輸入的NRZ碼的連“1”或“0”個(gè)數(shù)最大值。再微調(diào)位同步單元上的可變電容（即增大固有頻差）當(dāng)BSOUT相位抖動(dòng)增大時(shí)按一下復(fù)位鍵，觀察NRZOUT信號(hào)與BSOUT信號(hào)的相位關(guān)變化快慢情況并與固有頻差最小時(shí)進(jìn)行定性比較。 觀察位同步器的快速捕捉現(xiàn)象、位同步信號(hào)相位抖動(dòng)大小及同步保持時(shí)間與環(huán)路固有頻差的關(guān)系。 觀察位同步信號(hào)抖動(dòng)范圍與位同步器輸入信號(hào)連“1”或連“0”個(gè)數(shù)的關(guān)系。將示波器的兩個(gè)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)。調(diào)整信源模塊的KKK3開(kāi)關(guān)，使NRZOUT的連“0”和連“1”個(gè)數(shù)較少。 熟悉位同步單元工作原理。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(hào)的相位抖動(dòng)與固有頻差無(wú)關(guān)，但隨信息碼連“1”、連“0”的個(gè)數(shù)增多而增大。tc與收發(fā)時(shí)鐘頻率穩(wěn)定度e、碼速率RB、允許的同步誤差最大值的關(guān)系為：tC =η/（2RBε）tC的定義是：位同步器輸入信號(hào)斷開(kāi)后，收發(fā)位同步信號(hào)相位誤差不超過(guò)的時(shí)間。 位同步信號(hào)抖動(dòng)范圍還與數(shù)字位同步器輸入信號(hào)的連“1”或“0”個(gè)數(shù)有關(guān)，連“1”或“0”個(gè)數(shù)越多，兩次相位調(diào)整之間的時(shí)間間隔越長(zhǎng)，位同步信號(hào)的相位抖動(dòng)越大。圖56 鎖相環(huán)程序流程 顯然，收發(fā)時(shí)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(hào)的相位抖動(dòng)范圍越小。由于時(shí)鐘信號(hào)頻率穩(wěn)定度是有限的，故這兩個(gè)時(shí)鐘信號(hào)的頻率不可能完全相同，因此鎖相環(huán)輸入信號(hào)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）。圖55 捕獲過(guò)程波形 當(dāng)數(shù)字環(huán)輸入信號(hào)的碼速率與數(shù)控振蕩器的固有頻率完全相同時(shí)，環(huán)路鎖定后輸入信號(hào)與反饋信號(hào)（即位同步信號(hào)）的相位關(guān)系是固定的且符合抽樣判決器的要求（當(dāng)然開(kāi)環(huán)時(shí)它們的相位誤差也是固定的，但不符合抽樣判決器的要求）。程序中令m=16，進(jìn)行16次鑒相后做一次平均運(yùn)算，若發(fā)現(xiàn)環(huán)路失鎖，則對(duì)數(shù)控振蕩器進(jìn)行一次調(diào)整。 程序流程如圖56所示，輸入信號(hào)ui使IE1置“1”，且使8254B2計(jì)數(shù)，對(duì)IE1進(jìn)行位操作時(shí)又使之置“0”。O為環(huán)路鎖定狀態(tài)下數(shù)控振蕩器的輸出信號(hào)。N0分頻。在這段時(shí)間內(nèi)，8254A1停止計(jì)數(shù)工作，8254B1進(jìn)行減計(jì)數(shù)且在此時(shí)間內(nèi)的最后一個(gè)時(shí)鐘周期輸出一個(gè)負(fù)脈沖。在G1輸出的寬度為N 0的正脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)，8254A1一定有（也只有）一個(gè)負(fù)脈沖信號(hào)輸入，此負(fù)脈沖經(jīng)G4倒相后與G1輸出的正脈沖相與后給8254B0的G端送一個(gè)觸發(fā)信號(hào)u4。若環(huán)路失鎖，則N’d≠N0/2，Nd≠N0/2，在u2作用下，8254A0輸出一個(gè)寬度為N0的負(fù)脈沖，倒相后變?yōu)檎}沖u3送給與門G2。8254A0輸出端仍保持初始化時(shí)的高電平，從而使8254B0的門控端G保持低電平、輸出端O保持高電平。圖54 數(shù)控振蕩器 環(huán)路開(kāi)始工作時(shí)，軟件使8254B0和8254B1輸出高電平，從而使8254A1處于計(jì)數(shù)工作狀態(tài)、8254B1處于停止計(jì)數(shù)狀態(tài)，G6處于開(kāi)啟狀態(tài)，8254A1輸出一個(gè)周期為N0的周期信號(hào)。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(gè)Nd值的平均值為 （52）數(shù)字濾波器的輸出為 Nc = No / 2 + Nd (53）數(shù)控振蕩器由四個(gè)8254計(jì)數(shù)器及一些門電路構(gòu)成，其原理框圖如圖54所示，圖中已注明了各個(gè)計(jì)數(shù)器的工作方式和計(jì)數(shù)常數(shù)?？刹捎迷S多種軟件算法，一種簡(jiǎn)單有效的方法是對(duì)一組N0作平均處理。由于8254A2產(chǎn)生的脈沖寬度不小于ud脈沖寬度且它們的前沿處于同一時(shí)刻，所以可以確保中斷申請(qǐng)后對(duì)8254B2讀數(shù)時(shí)它已停止計(jì)數(shù)。讀數(shù)時(shí)刻由8254A2控制，它工作在M1模式，計(jì)數(shù)常數(shù)為N0，ui作為門控信號(hào)。圖53 數(shù)字鑒相器量化器把相位誤差變?yōu)槎噙M(jìn)制數(shù)字信號(hào)，它由工作于M0方式、計(jì)數(shù)常數(shù)為N0的8254 B2完成（N0為量化級(jí)數(shù)，此處N0=52）。輸出信號(hào)寬度正比于信號(hào)ui及uo上升沿之間的相位差，最大值為ui的碼元寬度。除地址線、數(shù)據(jù)線外，每個(gè)8254芯片還有時(shí)鐘輸入端C、門控信號(hào)輸入端G和輸出端O。它們分別工作在M0、MM2三種工作模式。 數(shù)字鎖相環(huán)是一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)，主要器件是單片機(jī)89C51及可編程計(jì)數(shù)器8254。 脈沖展寬器 U47：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器74123 位同步器由控制器、數(shù)字鎖相環(huán)及脈沖展寬器組成，數(shù)字鎖相環(huán)包括數(shù)字鑒相器、量化器、數(shù)字環(huán)路濾波器、數(shù)控振蕩器等單元。 數(shù)字環(huán)路濾波器 由軟件完成 鑒相器 U40：D觸發(fā)器7474 晶振 CRY3：晶體；U39：7404 SIN 基帶信號(hào)輸入點(diǎn)/測(cè)試點(diǎn)（2個(gè)）其內(nèi)部?jī)H使用+5V電壓。用于提取位同步信號(hào)的數(shù)字環(huán)有超前滯后型數(shù)字環(huán)和觸發(fā)器型數(shù)字環(huán)，此實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中的位同步提取模塊用的是觸發(fā)器型數(shù)字環(huán)，它具有捕捉時(shí)間短、抗噪能力強(qiáng)等特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)三中的模擬環(huán)也可以提取位同步信號(hào)，它要求輸入準(zhǔn)周期正弦信號(hào)。三、 基本原理 可用窄帶帶通濾波器，鎖相環(huán)來(lái)提取位同步信號(hào)。 2. 觀察數(shù)字環(huán)鎖定狀態(tài)下位同步信號(hào)的相位抖動(dòng)現(xiàn)象及相位抖動(dòng)大小與固有頻差、信息代碼的關(guān)系。3. 掌握位同步器的同步建立時(shí)間、同步保持時(shí)間、位同步信號(hào)同步抖動(dòng)等概念。實(shí)驗(yàn)五 數(shù)字鎖相環(huán)與位同步一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1. 掌握數(shù)字鎖相環(huán)工作原理以及觸發(fā)式數(shù)字鎖相環(huán)的快速捕獲原理。五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求 1. 設(shè)絕對(duì)碼為1001101，根據(jù)實(shí)驗(yàn)觀察得到的規(guī)律，畫出CAROUT與CAR同相、反相時(shí)2DPSK相干解調(diào)MU、LPF、BS、BK、AK波形示意圖，總結(jié)2DPSK克服相位模糊現(xiàn)象的機(jī)理。將數(shù)字信源單元的BSOUT換接到2FSK解調(diào)單元的BSIN點(diǎn),示波器探頭CH1接數(shù)字調(diào)制單元中的AK，CH2分別接2FSK解調(diào)單元中的FD、LPF、CM及AKOUT，觀察2FSK過(guò)零檢測(cè)解調(diào)器的解調(diào)過(guò)程（注意：低通及整形2都有倒相作用）。用示波器觀察2DPSK解調(diào)單元LPF點(diǎn)，即可看到無(wú)噪聲的眼圖。（5）斷開(kāi)、接通電源若干次，使發(fā)端CAR信號(hào)與載波同步CAROUT信號(hào)的相位關(guān)系出現(xiàn)跳變，重新進(jìn)行步驟（4）中的觀察。（3）示波器的CH1接Vc，調(diào)節(jié)電位器R39，使Vc為L(zhǎng)PF的中值（當(dāng)BK中“1”與“0”等概時(shí)LPF的中值為0電平），此即為抽樣判決器的最佳門限。 （2）示波器的CH2接2DPSK解調(diào)單元的LPF，可看到LPF與MU同相。 3. 2DPSK解調(diào)實(shí)驗(yàn) （1）將數(shù)字信源單元的BSOUT連接到2DPSK解調(diào)單元的BSIN點(diǎn),以信源單元的FS信號(hào)作為示波器外同步信號(hào)，將示波器的CH1接數(shù)字調(diào)制單元的BK，CH2（請(qǐng)用衰減X10探頭）接2DPSK解調(diào)單元的MU。將數(shù)字調(diào)制單元單刀雙擲開(kāi)關(guān)K7置于N端。在做2DPSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)時(shí)，位同步信號(hào)送給2DPSK解調(diào)單元，做2FSK解調(diào)實(shí)驗(yàn)時(shí)則送到2FSK解調(diào)單元。實(shí)際通信系統(tǒng)中，解調(diào)器需要的位同步信號(hào)來(lái)自位同步提取單元。U34對(duì)抽樣判決輸出信號(hào)進(jìn)行整形。 單穩(wěn)單穩(wěn)2分別被設(shè)置為上升沿觸發(fā)和下降沿觸發(fā)，它們與相加器一起共同對(duì)TTL電平的2FSK信號(hào)進(jìn)行微分、整流處理。整形1將正弦2FSK信號(hào)變?yōu)門TL電平的2FSK信號(hào)。 整形1和整形2的功能與比較器類似。 圖44為2FSK過(guò)零檢測(cè)解調(diào)器各點(diǎn)波形示意圖，圖中設(shè)“1”碼載頻等于碼速率的兩倍，“0”碼載頻等于碼速率。DPSK相干解調(diào)器模塊各點(diǎn)波形示意圖如圖43所示。 比較器的輸出CM為TTL電平信號(hào)，它不能作為相對(duì)碼直接送給碼反變器，因?yàn)樗⒉皇且粋€(gè)標(biāo)準(zhǔn)的單極性非歸零碼，其單個(gè)“1”碼對(duì)應(yīng)的正脈沖的寬度可能小于碼元寬度、也可能大于碼元寬度。實(shí)際通信系統(tǒng)中的2DPSK相干解調(diào)器（或差分相干解調(diào)器）不需要調(diào)節(jié)判決電平。因?yàn)榇藭r(shí)LPF信號(hào)的正電平或負(fù)電平非常接近0電平，抽樣脈沖（位同步信號(hào)）稍不理想就會(huì)造成誤碼。本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，Vc決定判決電平。 信源是周期為24bit的周期信號(hào)，當(dāng)24bit的相對(duì)碼BK中“1”碼和“0”碼個(gè)數(shù)不相等時(shí)，相乘器U29的輸出信號(hào)MU及低通濾波器輸出信號(hào)LPF是正負(fù)不對(duì)稱的信號(hào)。 MU的波形接近圖43所示的理論波形，略有區(qū)別。 下面對(duì)2DPSK相干解調(diào)電路中的一些具體問(wèn)題加以說(shuō)明。 抽樣器 U38:A：雙D觸發(fā)器7474 在實(shí)際應(yīng)用的通信系統(tǒng)中，解調(diào)器的輸入端都有一個(gè)帶通濾波器用來(lái)濾除帶外的信道白噪聲并確保系統(tǒng)的頻率特性符合無(wú)碼間串?dāng)_條件。 低通濾波器 U37：運(yùn)算放大器LM318；若干電阻、電容 單穩(wěn)單穩(wěn)2 U35：?jiǎn)畏€(wěn)態(tài)觸發(fā)器74123 碼反變換器 U32:B：雙D觸發(fā)器7474；U33:A：異或門7486 2FSK解調(diào)器方框圖中各單元與電路板上元器件對(duì)應(yīng)關(guān)系如下： 比較器 U31：比較器LM710 低通濾波器 R31；C2 AKOUT 解調(diào)輸出信號(hào)的輸出點(diǎn)/測(cè)試點(diǎn)（3個(gè)） 2DPSK解調(diào)器方框圖中各單元與電路板上元器件的對(duì)應(yīng)關(guān)系如下： CM 整形輸出輸出點(diǎn)/測(cè)試點(diǎn) FD 2FSK過(guò)零檢測(cè)輸出信號(hào)測(cè)試點(diǎn) AKOUT 解調(diào)輸出絕對(duì)碼的輸出點(diǎn)/測(cè)試點(diǎn)（3個(gè)） CM 比較器輸出信號(hào)的輸出點(diǎn)/測(cè)試點(diǎn) LPF 低通、運(yùn)放輸出信號(hào)測(cè)試點(diǎn) 2DPSK解調(diào)模塊上有以下測(cè)試點(diǎn)及輸