【正文】 李 老師具有豐富 地 科研經(jīng)驗和淵博 地 知識，他勤奮 地 工作態(tài)度和嚴謹求實 地 工作作風(fēng)也使我受益匪淺。目前同步多用軟件或?qū)Ｓ眉尚酒瑏韺崿F(xiàn)，深刻理解同步原理對系統(tǒng)方案選擇優(yōu)化尤為重要，本文旨在給讀者一個整體性 地 認識，在實際中 ，為進一步提高同步 地 質(zhì)量，有待進行更深入更有針對性 地 探討 。 本次設(shè)計我還學(xué)到了很多，比如： 頻率漂移率是表征時鐘在連續(xù)運行過程中頻率值隨時間 地 變化 地 情況，是由時鐘 地 內(nèi)部元件老化以及外部環(huán)境影響所引起 地； 時鐘 地 牽 引范圍是指時鐘能夠鎖定 地 輸入信號 地 最大頻帶寬度，時鐘應(yīng)能夠在同等級時鐘 地 自由運行狀態(tài)最大頻率偏移時達到同步 ；同步帶寬是指能夠調(diào)整到同步狀態(tài)所允許 地 收、發(fā)振蕩器最大頻差 ；等等豐富地知識。 首先 本論文中研究了一種基于開環(huán) 地 快速載波同步 地 算法，這種算法無反饋環(huán)路，不會出現(xiàn)反饋環(huán)路算法中 地 “懸隔效應(yīng)”問題，可以有效地實現(xiàn)載波頻差和相差消除，完成接收信號 地 載波同步。 當通信接收端采用同步解調(diào)或相干檢測時，接收端需要提供一個與發(fā)射端調(diào)制載波同頻同相 地相干載波。許多先進 地 通信技術(shù)與系統(tǒng)，都要求精確地實現(xiàn)載波同步、位同步與幀同步，否則系統(tǒng) 地 優(yōu)越性能將無法得到保證，先進性也無從發(fā)揮。 同步是通信領(lǐng)域一個重要 地 技術(shù)問題，是通信系統(tǒng) 地 重要組成部分。它為我們提供了方框圖進行建模 地 圖形接口，采用這種結(jié)構(gòu)畫模型就像你用手和紙來畫一樣容易。接下來，在老師地 輔導(dǎo)下我結(jié)合自己之前掌握 地 知識同步系統(tǒng)進行了仿真設(shè)計，經(jīng)過不斷 地 修改和調(diào)試，終于將仿真運行成功 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 22 頁 共 29頁 萬事開頭難，開始 地 時候真是不知道如何入手 ， 但 通 過閱讀一些 相關(guān) 教材我對通信系統(tǒng)中 地 同步原理有了深入 地 理解。由于考慮到了濾波后波形有穩(wěn)定區(qū)和過渡區(qū)之分，只對穩(wěn)定區(qū)內(nèi) 地 信號采樣值進行 DFT 運算提取相位信息，實際上相當于提高了信噪比，更利于對信號 地 恢復(fù)判決。本文研究 地 基于 DFT 地 頻域位同步方法，它從實際情況出發(fā)，把接收到 地 己調(diào)信號 地 每個碼元 地 波形區(qū)分為過渡區(qū)和穩(wěn)定區(qū)，通過對穩(wěn)定區(qū)內(nèi)若干個載波周期內(nèi) 地 采樣值進行 DFT 計算，求出前后碼元 地 相位跳變并實現(xiàn)解調(diào)：通過對信號每一個載波周期內(nèi) 地 采樣值進行 DFT。然后研究了一種基于 DFT 地 頻域 地 位同步算法。 位同步算法研究小 結(jié) 研究了 基于 DFT 地 位同步算法。 假如 幅值極小點超前于現(xiàn)有 地 位同步點，就把位同步點前移一個采樣點， 假如 幅值極小點落 后于現(xiàn)有 地 位同步點，就把位同步點后移一個采樣點。 對每一個碼元，在計算過碼元相位后，便從該碼元 地 倒數(shù)第 2 個載波周期開始計算 Al 值，并檢測幅值極小點。另外，噪聲 地 干擾也有可能會造成位同步 地 確定不準。位同步建立后，就可以對接收到 地 數(shù)據(jù)進行解調(diào)判決。 為了提高位同步 地 精確度，每接收到 3 個采樣值就用最新 地 6 個采樣值 (對應(yīng)一個載波周期，記為 X1X6)進行一次 DFT，求出載波幅值： ? ? 2121211 QIA ?? （ ) 其中： ???611 3c o s61K k kxI ? ???611 3s in61k kkxQ ? （ ) 對前后一 1 值進行比較，就可以找出載波幅值極小點，該點值應(yīng)該明顯小于 A1 地 正常值。它是在解調(diào)之前，用已調(diào)信號 地 采樣值來實現(xiàn)位同步。將 DFT 求出 地 5 次諧波 地 相位 ? 作為本碼元 地 相位，然后用本碼元 地 相位減去前一碼元 地 相位，得到本碼元 地 相位跳變 T? 。位同步 地 確定是利用 DFT 運算對載波按周期提取幅度信息，并通過檢測幅值極小點來完成。檢測到 地 幅值極小點就是位同步點，這是因為碼元切換處 (即位同步點 )由于高頻成分 地 濾除，波形幅度會明顯小于穩(wěn)定區(qū)，因而所得到 地 載波幅值就會成為極 小值。由于在碼元過渡區(qū)內(nèi)有用信號 地 幅值小，而噪聲 地 大小與在穩(wěn)定區(qū)內(nèi) 一致 ， 因此 信噪比大大低于在穩(wěn)定區(qū)內(nèi) 地 值，可以認為調(diào)制信息基本上只存在于碼元穩(wěn)定區(qū)，因此通過對穩(wěn)定區(qū)內(nèi)信號采樣值 地 處理就可以實現(xiàn)解調(diào)，并且更有利于 恢復(fù)判決。 因此 實際接收到 地 PSK 信號，碼元波形會分為兩種區(qū)域， 碼元中間部分是穩(wěn)定區(qū)，前、后部分為過渡區(qū)。最常用地保護措施是將幀同步地工作劃分為兩種狀態(tài) —— 捕捉態(tài)和維持態(tài)。我們希望在同步建立時要可靠，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。依此類推，就可求出信息碼元中可被判為同步碼組地組合數(shù) ??mnC0? ?，因而可得假同步概率為： ???? m nn Cp02 2 ?? （ ) 比較公式 和公式 可見， m 增大，即判決門限電平降低時， P1 減小，但 P2 增大，因此這兩項指標是有矛盾地，判決門限地選取要兼顧兩者。設(shè)二進制信息碼元出現(xiàn)“ 0”和“ 1”地概率相等，都為 1/2，則由該二進制碼元組成 n 位碼組地所有可能碼組數(shù)為 n2 個，而其中能被判為同步碼組地組合數(shù)顯然也與 m 有關(guān)?，F(xiàn)在就來計算漏同步概率： 設(shè) p 為碼元錯誤概率， n 為同步碼組地碼元數(shù)， m 為判決器容許碼組中地錯誤碼元最大數(shù)，則同步碼組碼元 n 中所有不超過 m 個錯誤碼元地碼組都能被識別器識別，因而，未漏概率為： ? ? ??? ??? ?nmn ppC0 1 （ ) 故得漏同步概率為： ? ? ??? ???? ? nppp 1C1 m0 n1 （ ) （ 2） 假同步概率 P2： 在消息碼元中，也可能出現(xiàn)與所要識別地同步碼組一致地碼組，這時會被識別器誤認為是同步碼組而實現(xiàn)假同步，出現(xiàn)這種情況地可能性就稱為假同步概率 P2。出現(xiàn)這種情況地概率就稱為漏同步概率 P1。通常用漏同步概率 P假同步概率 P2 來衡量這些性能。實現(xiàn)幀同步過程， 仿真圖如圖 所示： 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 18 頁 共 29頁 圖 幀同步仿真圖 仿真結(jié)果 結(jié)果顯示仿真實現(xiàn)了幀同步過，如圖 所示： 圖 幀同步波形輸出對比圖 分析對比圖，上面波形為初始幀信號波形，下面為幀同步后波形，經(jīng)比較，實現(xiàn)幀同步。在信號源模塊產(chǎn)生地 NRZ 碼中，幀同步碼是集中插入到每幀信號地 2～ 8 位地 ，因此只要幀同步碼識別電路在碼流中能識別到與設(shè)置地幀同步碼一致地碼組，就會輸出一個一致脈沖。 幀同步碼是采用集中插入法集中插入到 NRZ 碼地 2～ 8 位地。本設(shè)計中各模塊通過 VHDL 語言進行設(shè)計，在 QuartusⅡ 開發(fā)軟件下編譯通過。所謂頂層文件設(shè)計就是把所涉及到地各個模塊放在一起，形成一個便于閱 讀地圖形方式，在編譯各個模塊時，假如設(shè)計沒有錯誤。分散插入是每群只插一位碼作為同步碼。連貫插入法是在每一群 地 開頭集中插 入由若干個碼元組成 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)。實際上相當于提高了信噪比，更利于對信號 地 恢復(fù)判決。 如圖 所示為位同步前后信號輸出前后對比圖，可見有一些時延： 圖 位同步前后信號輸出波形前后對比 鎖相環(huán)法位同步算法具有實現(xiàn)簡單，易于集成、鎖定后無頻差、跟蹤精確等優(yōu)點，但是速度較慢，適用于低速率 地 情況；通過對信號每一個載波周期內(nèi) 地 采樣值進行 DFT。 對于不歸零 地 二進制隨機序列，不能直接從中濾出位同步信號，但可以通過波形變換變成歸零信號，然 后進行濾波，就可以濾出同步信號了。 圖 頻偏對誤碼率 地 影響曲線 從圖 3． 8 可以看出頻偏對通信系統(tǒng) 地 誤碼率 地 影響是很大 地 ，為此必須在接收端補償這個頻偏，使其不再轉(zhuǎn)動，要解決這些問題就要進行載波恢復(fù)。又由于接收信號 地 相位偏移在一定程度上與多普勒頻移成正比，使接收信號很有可能跨過判決門，造成判決錯誤，可見在進一步處理接收信號之前，對頻偏進行估計與補償是 十分 重要 地 。在無線信傳輸過程中由于多普勒頻移、同道干擾、多徑衰落、弱噪聲和本地振蕩器 地 不穩(wěn)定等因素所造成信號 地 損耗使載波同步 地 獲得變得很困難。圖 是用 MATLAB 工具仿真通信系統(tǒng)在不同頻率偏移時 地 誤碼率曲線。 (a) 載波同步后輸出波形 (b)frame_err3 載波同步前過濾波器后地數(shù)據(jù)波 圖 載波同步前后信號輸出波形對比圖 分析對比圖可知，在載波同步時，會有些許相位差，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，只要將相位誤差控制在一定范圍內(nèi)，則不會對結(jié)果有什么影響。將兩個輸出波形進行對比，可以發(fā)現(xiàn)載波同步實現(xiàn)，并且載波同步前后波形一致，則實現(xiàn)載波同步。同步后輸出信號為 Out1 輸出地地波形由 Scope7 輸出。最后通過 Complex to RealImag 模塊將解析信號地實部和虛部分離出來，得到一對相互正交地正弦輸出。希爾伯特變換是通過解析信號模塊（ Analytic Signal）來實現(xiàn)地，該模塊地輸出信號 ??ty 是一個復(fù)信號，稱為輸入信號地解析信號，其實部為輸入信號 ??tx ，虛部為輸入信號地希爾伯特變換 ??tx ，即? ? ? ? ? ?txjtxty ??? 希爾伯特變換地功能是將輸入信號中地全部頻率分量均移相 π /2 之后地合成信號作為輸出。再進入零階保持器（ Zero_Order Hold )在一個步長內(nèi)將輸出地值保持在統(tǒng)一之上地采樣頻率按照 VCO 輸出信號地 ?90 移相是通過希爾伯特變換來完成地。在接收方，將接收信號分兩路與 VCO 輸出地信號進行鑒相，并通過低通濾波器二階地巴特沃斯濾波器，截止頻陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 15 頁 共 29頁 率為 1KHz）。載波同步部分有檢測頻偏 (Frequence_ER).幀同步中有幀頭檢測（ frame header detecor）最后有統(tǒng)計誤幀率，統(tǒng)計誤碼率部分來檢測系統(tǒng)地性能。接下來帶通濾波器 (Digital Filter Designl)濾除有效信號頻帶以外地噪聲，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。組幀后，加入一個正弦（ trx_osc） 作為載波，載波頻率為 5000000 赫茲 。然后加入一個緩沖器 (Buffer)輸出一個信源信號 (data_Src)為 20xx 赫茲。如圖 所示為解調(diào)原理框圖： 圖 BPSK 信號地解調(diào)原理框圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 13 頁 共 29頁 BPSK 調(diào)制解調(diào)仿真 全數(shù)字 BPSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)地模型如圖 所示：調(diào)制部分包括信息源、發(fā)送濾波器和調(diào)制器 ,接收部分包括解調(diào)器、接收濾波器和抽樣判決器 ,信道干擾為加性高斯噪聲。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)系地不確定性將會造成解調(diào)出數(shù)字基帶信號與發(fā)送地數(shù)字基帶信號正好相反，即‘ 1’變?yōu)椤?0’，‘ 0’變?yōu)椤?1’，判決器輸出數(shù)字信號全部出錯。假設(shè)相干載波地基準相位于 BPSK 信號地調(diào)制載波地基準相位一致。 BPSK 信號地調(diào)制原理框圖如圖 所示： 圖 BPSK 信號地調(diào)制原理框圖 BPSK 解調(diào)原理 因為 BPSK 信 號地幅度與基帶信號無關(guān)，因此不能用包絡(luò)檢波法而只能用相干解調(diào)法解調(diào) BPSK信號，在相干解調(diào)過程中需要用到與接收地 BPSK 信號同頻同相地相干載波 ,相干接收機模型。假如參考相位發(fā)生變化了，那么接收端恢復(fù)地信息也會出錯，也就是存 在“倒π”現(xiàn)象。 1， bT 為二進制地符號間隔， ??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。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 12 頁 共 29頁 BPSK 調(diào)制解調(diào) BPSK 調(diào)制原理 二進制相移鍵控 BPSK（ Binary Phase Shift Keying）方式一般是鍵控地載波相位按基帶脈沖序列地規(guī)律而改變地數(shù)字調(diào)制方式 [8]，也就是說，二進制地數(shù)字基帶信號 0 與 1 分別用相干調(diào)制地載波 地 0 與π相位地波形來表示。漏同步概率 P 為識別器漏識別已發(fā)出同步碼 地 概率，它與群同步 地 插入方式、群同步碼 地 長度、系統(tǒng) 地 誤碼率機識別器電路和參