6 通过滤波器对信号功率谱中的离散分量进行提取, 如果滤波器的 Q 值较低, 会对 离散分量的提取有什么影响? 7 提取出的载波 位时钟存在相位抖动, 可以采样什么技术来消除? 8 时钟抖动和相位误差在通信系统中会造成什么影响? 四 实验原理 一 : 载波提取与提纯 : 载波提取原理 从调相波中提取

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1 实验六同步技术实验 ( 载波 位时钟提取与提纯 ) 一 实验目的. 了解用直接法从已调信号中提取同步载波的方法和原理 2. 了解从解调信号中直接提取位时钟成份的方法和原理 3. 掌握用平方环电路从 2DPSK 信号里提取载波的原理 4. 了解用锁相环对载波和位时钟进行提纯的方法和原理 二 实验内容. 观察 2DPSK 信号经过平方律器件后的波形特点以及滤波后的波形 2. 观察用锁相环提纯后的载波和位时钟, 与锁相前的波形进行比较 3. 观察码元经过整流以后的波形特点 三 实验预习 画出用直接法从接收信号中提取同步载波的框图; 2 画出从信码中提取位同步时钟的框图; 3 哪些基带信号 频带信号没有离散的谱线? 它们的波形有什么共性? 4 2PSK 2DPSK 信号必需经过什么变换才能进行载波提取? 5 PSK 信号经过非线性变换之后的频谱特性如何? 变换前的频谱特性如何? 6 载波提纯是采用 PLL 中的哪一种跟踪技术? 7 PSK 信号经过滤波器之后会产生什么变化? 提取的载波是应该与发射端的 PSK 信号同步? 还是与相干解调乘法器输入端的 PSK 信号同步? 8 如何消除载波提取中的误差相移? 9 重新给载波提取电路上电, 载波提取电路提取出的载波有可能产生什么变化? 0 相干解调乘法器输出的基带信号必需经过什么变换才能进行时钟提取? 为什么? 时钟提取电路本实验中全波整流电路是怎样的? 2 基带信号连 0 比较多的是时候, 对于时钟提取有什么影响? 为什么? 3 基带信号连 0 比较多会影响时钟的提取, 为了解决这个问题, 可以采取哪些措施? 4 PCM 编译码芯片 TP3067 为了避免编码出现较长的连 0, 用了什么方法? 5 通过滤波器对信号功率谱中的离散分量进行提取, 如果滤波器的中心频率不有偏差, 会对离散分量的提取有什么影响?

2 6 通过滤波器对信号功率谱中的离散分量进行提取, 如果滤波器的 Q 值较低, 会对 离散分量的提取有什么影响? 7 提取出的载波 位时钟存在相位抖动, 可以采样什么技术来消除? 8 时钟抖动和相位误差在通信系统中会造成什么影响? 四 实验原理 一 : 载波提取与提纯 : 载波提取原理 从调相波中提取载波的方法有两类, 一类是插入导频法, 另外一类是直接法 插入导频法要求发射系统在适当的频率上插入一个载波信号, 以便于接收系统提取载波, 这样就会浪费一部分的频带资源 直接法就是直接从调相信号中提取载波信号信息, 这种方法在数字通信系统里是最常用的方法, 本次实验就是采用直接法中的平方法进行提取载波的 设调制信号为, 中无直流分量, 则抑制载波的双边带信号为 (3-) 接收端将该信号进行平方变换, 即经过一个平方律部件后就得到 (3-2) (3-2) 可以看出, 虽然前面假设中无直流分量, 但却一定有直流分量, 这是因为必为大于等于 0 的数, 因此, 的均值必大于 0, 而这个均值就是的直流分量, 这样 e(t) 的第二项中就包含 2 频率的分量 例如, 对于 2PSK 信号, 为双极性矩形脉冲序列, 设为 ±, 那么 =, 这样经过平方率部件后可以得到 (3-3) 由式 (3-3) 可知, 通过 2 窄带滤波器从中很容易取出 2 频率分量 经过一个二分 频器就可以得到 的频率成分, 这就是所需要的同步载波 因而, 利用图 3-- 所示的方框 图就可以提取出载波 2

3 图 3-- 平方变换法提取载波 在上面提取载波的方框图中用了一个二分频电路, 因此, 提取出的载波存在 π 相位模糊 问题 对移相信号而言, 解决这个问题的常用方法就是采用相对移相 图 3--2 平方变换法产生相位模糊的原因 2: 载波提纯的原理在实际电路中, 由于平方率部件和带通滤波器都存在干扰问题, 再加上信道中的白噪声干扰, 使得载波的稳定度不是很理想, 这样会影响整个通信接收系统的性能 为了进一步提高载波的稳定性, 这里采用了锁相环来对二分频后的载波信号进行提纯 由于锁相环具有频率跟踪和相位跟踪特性, 因此采用锁相环来提纯就可以得到高稳定度的同步载波 二 : 位时钟提取与提纯 图 3--3 用锁相环提纯载波原理框图 3

4 : 位时钟提取提纯原理 位时钟的提取方法也有两类, 一类是插入导频法, 另外一类是直接法 在本实验中, 我们采用的是直接法在解调出来的信号中提取出位时钟成分 通常的基带数字信号是不归零脉冲序列, 如果传输系统的频率是不受限制的, 则解调电路输出的基带数字信号是比较好的方波 于是可以采用微分 全波整流的方法将不归零序列变换成归零序列, 然后用窄带滤波器来滤取位同步线谱分量 由于一般传输系统的频率总是受限的, 因此解调电路输出的基带数字信号不可能是方波, 所以在微分 全波整流电路之前通常加一放大限幅器, 用它来形成方波 微分 全波整流滤波法是一种常规的位同步提取方法 图 3--4 提取位时钟的原理框图从发送端发送过来的已调信号经过相乘器与相干载波相乘后, 得到一个非归零的随机码元序列 由于受到载漏和白噪声的干扰, 这个码元序列并不是一个很规整的码元序列, 其波形见图 3--5(a) 因此要经过一个低通滤波器将干扰去掉 波形见图 3--5 (b) 由于频带受限的码元序列里还是没有含有位时钟分量, 这里就需要将这个码元序列做一个非线性变换, 也就是将频带受限的码元经过一个全波整流变换 经过变化后的码元序列就已经含有位时钟成份了, 波形见图 3--5(c) 然后再通过一个中心频率为位时钟频率的带通滤波器, 将位时钟的频率成份提取出来 由于传输的码元信号为随机的二进制码, 在连零数目较多的时候, 时钟成份的能量非常少, 这对于位时钟信号的提取非常不利, 连零数目多时带通滤波器的输出是一个非等幅的正弦信号, 波形见图 3--5 (d) 为了让电路在时钟能量较少的情况下还能准确的提取时钟分量, 有必要将滤波输出的时钟分量进行限幅放大并整形, 波形见图 3--5(e) 最后, 为了让系统能得到一个稳定度较高的位时钟, 还需要用锁相环电路来对时钟信号进行提纯, 波形如图 3--5(f) 4

5 图 3--5 位时钟提取过程芯片 4046 简介 : 集成锁相环芯片 CD4046 是由 CMOS 电路构成的多功能单片集成锁相环, 具有功耗低 输入阻抗高 电源电压范围宽等优点 在信号处理和数字系统中,CD4046 都得到了广泛的应用, 常被用于频率调制 频率锁定 时钟同步和频率合成等方面 CD4046 的工作频率小于.2MHz, 属于低频锁相环 电源电压为 5~5V, 输出驱动电流大于 2.6mV 其内部结构及典型应用电路如图 3-2 所示 图 3--6 CD4046 内部结构图与其他锁相环不同的是 :CD4046 具有两个可选用的鉴相器 Ⅰ 和 Ⅱ: 相位比较器 Ⅰ 是一个异或门, 适用于输入信号中噪声分量较多 信噪比较低的场 5

6 合, 但必须要求输入信号具有 50% 的占空比 当无输入信号或噪声信号输入时, 异或门输出 平均电压等于 UDD/2, 经低通滤波器后送到 VCO 输入端 9, 使 VCO 在中心频率上起振 相位比较器 Ⅱ 由四个触发器 控制门和三态输出电路组成, 是边缘触发工作方式的鉴相 器, 因而对输入信号占空比无特定的要求, 但相位比较器 Ⅱ 的信噪比容限不如相位比较器 Ⅰ 高 选用相位比较器 Ⅱ 为鉴相器时, 捕获带和同步带具有相同的带宽 fc f L ( f max f min ) 2 如图 a 所示,CD4046 采用的是 RC 型压控振荡器, 必须外接电容 C 和电阻 R 作为充 放电元件, 当锁相环对跟踪的输入信号的频率宽度有要求时还需要外接电阻 R2 CD4046 的工作频率与芯片外围的器件取值有关 为使锁相环工作在最佳状态, 在选择外 接元件参数时, 既要考虑压控振荡器的中心频率 f O, 也要兼顾最高频率 f max 和最低频率 f min 根据经验公式得 f min 2 R ( C C ) fmax f, 压控振荡器的中心频率 2 R ( C C ) min 为 f0 ( fmax fmin ) 2 五 实验仪器和设备. 四路稳压电源 一台 2. 双踪示波器 一台 3. 数字调制模块 一块 4. 载波 时钟提取模块一块 六 实验步骤. 检查供电是否正常 : 实验电路板的两个电源指示灯是否亮 2. 将数字调制器模块的开关 S 置内码,S2 置本地时钟,S4 置相对码,S5 置本地载波,S6 置 MHz 正弦, 同时码元设为

7 S2 S S5 S4 S6 3. 用连接线将数字调制模块上的 2DPSK 输出与载波 时钟提取模块上的 2DPSK 输入相连, 同时把载波提取模块上的开关 K 拨至 内载波 打开开关, 检查锁定指示灯是否亮, 若灯不亮, 检查信号通道上各点的信号是否正常 4. 示波器的探头接载波提取模块上的 2DPSK 输入端 (P), 分别测试载波 时钟提取模块平方波形 (T3) 整形输出(T6) 移相输出(P7) 二分频(T8) 的波形 分析各点信号的特性 5. 拔插载波 时钟提取模块上的 2DPSK 输入信号线, 同时观测二分频 (T8) 的波形有何变化 ; 重复进行多次拔插并观测 并分析原因 6. 关闭后再次打开载波 时钟提取模块的电源, 同时观测二分频 (T8) 的波形有何变化, 重复进行多次开关, 同时观测 ; 并分析原因 7. 示波器 CH 接数字调制模块的相对码 (T7),CH2 接载波提取模块的相干解调器码元输出 (T3), 以 CH 的波形为基准, 比较并记录 CH2 的波形 8. 示波器 CH 接数字调制模块的相对码,CH2 分别接低通滤波输出 (T4) 全波整流输出 (T5) 整形输出(T8) 时钟输出(T9), 以 CH 的波形为基准, 比较并分别记录时钟提取电路 CH2 的各点波形 ; 并析各点信号的特性 7

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