实验十五 帧同步信号提取实验.doc

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实验十五帧同步信号提取实验
一、实验目的
掌握巴克码识别原理。
掌握同步保护原理。
掌握假同步、漏同步、捕捉态、维持态的概念。
二、实验内容
观察帧同步码无错误时帧同步器的维持态。观察帧同步码有一位错误时帧同步器的维持态和捕捉态。
观察帧同步器的假同步现象、漏识别现象和同步保护现象。
三、实验器材
信号源模块
同步信号提取模块
20M双踪示波器 一台
频率计（选用） 一台
四、实验原理
由于数字通信系统传输的是一个接一个按节拍传送的数字信号单元，即码元，因而在接收端必须按与发送端相同的节拍进行接收，否则，会因收发节拍不一致而导致接收性能变差。此外，为了表述消息的内容，基带信号都是按消息内容进行编组的，因此，编组的规律在收发之间也必须一致。在数字通信中，称节拍一致为“位同步”，称编组一致为“帧同步”。在时分复用通信体统中，为了正确地传输信息，必须在信息码流中插入一定数量的帧同步码，它可以是一组特定的码组，也可以是特定宽度的脉冲，可以集中插入，也可以分散插入。集中式插入法也称为连贯式插入法，即在每帧数据开头集中插入特定码型的帧同步码组，这种帧同步法只适用于同步通信系统，需要位同步信号才能实现。适合做帧同步码的特殊码组很多，对帧同步码组的要求是它们的自相关函数尽可能尖锐，便于从随机数字信息序列中识别出这些帧同步码组，从而准确定位一帧数据的起始时刻。由于这些特殊码组是一个非周期序列或有限序列，在求它的自相关函数时，除了在时延j＝0的情况下，序列中的全部元素都参加相关运算外；在j≠0的情况下，序列中只有部分元素参加相关运算，其表示式为
（15－1）
通常把这种非周期序列的自相关函数称为局部自相关函数。对同步码组的另一个要求是识别器应该尽量简单。目前，一种常用的帧同步码组是巴克码。
巴克码是一种非周期序列。一个n位的巴克码组为{x1，x2，x3，…，xn}，其中xi取值为＋1或－1，它的局部自相关函数为
（15－2）
目前已找到的所有巴克码组如表15-1所列。

表15-1巴克码组

n巴克码组2
3
4
5
7
11
13＋＋
＋＋－
＋＋＋－；＋＋－＋
＋＋＋＋－＋
＋＋＋――＋－
＋＋＋―――＋――＋－
＋＋＋＋＋――＋＋－＋－＋
以七位巴克码组{＋＋＋――＋－}为例，求出它的自相关函数如下：
当j＝0时
当j＝1时
按式（13－1）可求出j＝2、3、4、5、6、7时的R（j）值分别为－1、0、－1、0、－1、0；另外，再求出j为负值时的自相关函数值，两者一起画在图15-1中。由图可见，其自相关函数在j＝0时出现尖锐的单峰。

相加
01
01
01
01
01
01
01
移动方向
输入码元
判决
输出
0
－1
7
5
3
1
－1
－3
－5
－7
j
R（j）
7
5
3
1
图15-1七位巴克码的自相关函数图15-2七位巴克码识别器

巴克码识别器是比较容易实现的，这里也以七位巴克码为例，用7级移位寄存器、相加器和判决器就可以组成一识别器，如图15-2所示。当输入数据的“1”存入移位寄存器时，“1”端的输出电平为＋1，而“0”端的输出电平为－1；反之，存入数据“0”时，“0”端的输出电平为＋1，“1”端的输出电平为－1。各移位寄存器输出端的接法和巴克码的规律一致，这样识别器实际上就是对输入的巴克码进行相关运算。当七位巴克码在图15-3（a）中的t1时刻正好已全部进入了7级移位寄存器时，7级移位寄存器输出端都输出＋1，相加后得最大输出＋7；若判别器的判决门限电平定为＋6，那么就在七位巴克码的最后一位“0”进入识别器时，识别器输出一群同步脉冲表示一群的开头，如图15-3（b）所示。
（a）
t1
巴克码
1
1
0
1
1
0
0
信息码
1
1
0
1
1
0
0
信息码
识别器输入
≈
t
（b）
识别器输出
t
≈
t1
一帧

图15-3识别器的输出波形

帧同步系统要求建立时间很短，并且在帧同步建立后应有较强的抗干扰能力。通常用漏同步概率P1、假同步概率P2来衡量这些性能。这里，主要是分析集中插入法的性能。
漏同步概率P1
由于干扰的影响会引起同步码组中的一些码元发生错误，从而使识别器漏识别已发出的同步码组。出现这种情况的概率就称为漏同步概率P1。例如图15-2识别器的判决门限电平为＋6，若由于干扰，七位巴克码有一位错误，这时相加输出为＋5，小于判决门限，识别器漏识别了帧同步码组；若在这种情况下，将判决门限电平降为＋4，识别器就不会漏识别，这时判决器容许七位同步码组中有一个错误码元。现在就来计算漏同步概率。
设p为码元错误概率，n为同步码组的码元数，