下载文档原格式
实验十九滤波法及数字锁相环法位同步提取实验一、实验目的1、掌握滤波法提取位同步信号的原理及其对信息码的要求。
2、掌握用数字锁相环提取位同步信号的原理及其对信息代码的要求。
3、掌握位同步器的同步建立时间、同步保持时间、位同步信号同步抖动等概念。
二、实验器材1、主控&信号源、13、8号模块各一块2、双踪示波器一台3、连接线若干三、实验原理1、滤波法位同步提取实验原理框图滤波法位同步提取实验框图2、滤波法位同步提取实验框图说明将单刀双掷开关S2上拨，选择滤波法位同步提取电路，输入HDB3单极性码信号经一个256K窄带滤波器，滤出同步信号分量，通过门限判决后提取位同步信号。
但由于有其他频率成分的干扰,导致时钟有些部分的占空比不为50%，因此需要通过模拟锁相环进行平滑处理；数字的256K时钟经过4分频之后，已经得到一定的平滑效果，送入CD4046鉴相输入A脚的是64KHz的时钟信号，当CD4046处于同步状态时，鉴相器A脚的时钟频率及相位应该与鉴相器B脚的相同。
由于鉴相器B脚的时钟是VCO经8分频得到的。
因此，VCO输出的频率为512K。
3、数字锁相环法位同步提取实验原理框图数字锁相环位同步提取实验原理框图4、数字锁相环法位同步提取实验框图说明锁相法位同步提取是在接收端利用锁相环电路比较接收码元和本地产生的位同步信号的相位，并调整位同步信号的相位，最终获得准确的位同步信号。
4位拨码开关S3设置BCD 码控制分频比，从而控制提取的位同步时钟频率，例如设置分频频率“0000”输出4096KHz 频率，“0011”输出512KHz频率，“0100”输出256KHz频率，“0111”输出32KHz频率。
数字锁相环(DPLL)是一种相位反馈控制系统。
它根据输入信号与本地估算时钟之间的相位误差对本地估算时钟的相位进行连续不断的反馈调节，从而达到使本地估算时钟相位跟踪输入信号相位的目的。
DPLL 通常有三个组成模块：数字鉴相器(DPD)、数字环路滤波器(DLF)、数控振荡器(DCO)。
xxxx学院毕业设计论文题目：基于单片机和FPGA的位同步信号提取专业班级：电子信息工程学生姓名：学号：完成日期：指导教师：评阅教师：2006 年6月湖南工程学院应用技术学院毕业设计(论文)诚信承诺书本人慎重承诺和声明：所撰写的《基于单片机和FPGA的位同步信号提取》是在指导老师的指导下自主完成，文中所有引文或引用数据、图表均已注解说明来源，本人愿意为由此引起的后果承担责任。
设计(论文)的研究成果归属学校所有。
学生(签名)年月日湖南工程学院应用技术学院毕业设计（论文）任务书设计（论文）题目：基于单片机和FPGA的位同步信号提取姓名专业电子信息工程班级 0281 学号 16指导老师刘正青职称实验师教研室主任刘望军一、基本任务及要求：本课题是设计一具有通用性的输入信号的位同步提取系统，系统可以实现10HZ~1MHZ的信号同步。
使用单片机进行实时控制现场可编程逻辑门阵列FPGA完成位同步信号提取，通过理论和实验研究，完成硬件电路和软件设计并试制样机，要求完成：1、单片机实时控制FPGA，完成实时频率跟踪测量和自动锁相；2、在FPGA 内部，设计完成以下部分：A、全数字锁相环DPLL，主要包含：数控振荡器、鉴相器、可控模分频器B、LED动态扫描电路、FPGA和单片机的数字接口，以完成两者之间的数字传递3、设计辅助电路：键盘、LED；二、进度安排及完成时间：（1）第二周至第四周：查阅资料、撰写文献综述和开题报告；（2）第五周至第六周：毕业实习；（3）第六周至第七周：项目设计的总体框架：各个模块以及各个模块之间的关系确定，各个模块的方案选择与各个模块的所用主要器件的确定；（4）第八周至第十三周：各个模块的主要器件熟悉及相关知识的熟悉；各个模块的具体任务实现：硬件电路、软件编程；（5）第十四周至第十五周：系统的总体仿真与调试（6）第十六周至第十七周：撰写设计说明书；（7）第十八周：毕业设计答辩；目录摘要........................................................................................................ 错误！未定义书签。
FPGA位同步信号提取1. 简介FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，能够根据用户的需求进行重新配置，实现各种不同的数字电路功能。
在FPGA设计中，位同步信号提取是一个重要的任务，它能够从输入信号中提取出同步信息，用于控制和协调各个模块之间的操作。
本文将介绍FPGA位同步信号提取的原理、方法和实现步骤，并且详细说明如何使用FPGA设计工具进行开发。
2. 原理在FPGA设计中，通常会涉及到多个时钟域（clock domain），每个时钟域都有自己的时钟信号。
由于不同时钟域的时钟频率可能不同，因此需要一种机制来确保数据在不同时钟域之间正确地传输和处理。
这就是位同步（bit-level synchronization）的概念。
位同步信号提取就是从输入信号中提取出用于位同步的控制信息。
这些控制信息通常包括数据有效性标志（valid flag）和数据使能标志（enable flag）。
通过这些标志，可以确定数据何时有效以及何时可以被处理。
3. 方法3.1 插入寄存器为了实现位同步信号提取，通常需要在输入信号路径上插入寄存器。
寄存器能够将输入信号同步到目标时钟域的时钟边沿，确保数据在时序上的正确性。
具体方法是，在输入信号路径上插入一个寄存器，并将寄存器的时钟与目标时钟域的时钟相连接。
这样，输入信号就会在目标时钟边沿被锁存，从而达到位同步的效果。
3.2 控制逻辑设计除了插入寄存器外，还需要设计控制逻辑来提取位同步信号。
控制逻辑通常包括状态机（state machine）和组合逻辑电路。
状态机用于控制数据有效性标志和数据使能标志的生成和更新。
它根据输入信号的状态和当前状态来确定下一状态，并输出相应的控制信号。
组合逻辑电路用于根据输入信号和当前状态来生成数据使能标志。
它可以根据需要进行逻辑运算、比较操作等，以判断数据是否有效并生成相应的使能标志。
3.3 时序约束设置为了确保FPGA设计满足时序要求，需要设置正确的时序约束。
实验五位同步信号提取实验一、实验目的1．掌握用数字环提取位同步信号的原理及对信息代码的要求。
2．掌握位同步器的同步建立时间、同步保持时间、位同步信号同步抖动等概念。
二、实验内容1．观察数字环的失锁状态、锁定状态。
2．观察数字环锁定状态下位同步信号的相位抖动现象及相位抖动大小与固有频差的关系。
3．观察数字环位同步器的同步保持时间与固有频差之间的关系。
三、实验器材1．信号源模块2．同步信号提取模块3．20M双踪示波器一台4．频率计（选用）一台四、实验步骤1．将信号源模块、同步信号提取模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。
2．插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下两个模块中的开关POWER1、POWER2，对应的发光二极管LED001、LED002、D500、D501发光，按一下信号源模块的复位键，两个模块均开始工作。
3．将信号源模块的位同步信号的频率设置为15.625KHz（通过拨码开关SW101、SW102进行设置），将信号源模块输出的NRZ码设置为1、0交替码（通过拨码开关SW103、SW104、SW105进行设置）。
4．将同步信号提取模块的拨码开关SW501的第一位拨上，即将数字锁相环的本振频率设置为15.625KHz，然后将信号源模块输出的NRZ码从信号输入点“NRZ-IN”输入，按一下同步信号模块上的“复位”键，使单片机开始工作，以信号源产生的位同步信号“BS”为内触发源，用示波器双踪同时观察信号输出点“位同步输出”的信号与信号源中的“BS”信号。
5．特别注意的是，本模块只能提取NRZ码的位同步信号，而且当信号源模块中的位同步信号的频率偏离同步信号提取模块设置的数字锁相环的本振频率过远时，将无法正确提取输入信号的位同步信号。
本实验中数字锁相环共有15.625KHz、10KHz、8KHz、4KHz四种本振频率可供选择，分别对应拨码开关SW501的1、2、3、4位，实验时请注意正确选择。
FPGA位同步信号提取1. 引言FPGA（Field-Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件，可以通过编程实现不同的电路功能。
在许多应用中，需要对FPGA进行位同步信号提取，以确保各个模块之间的数据传输和处理的准确性和一致性。
本文将详细介绍FPGA位同步信号提取的原理、方法和实现过程。
2. 原理在FPGA中，位同步信号提取是指从输入数据中提取一个用于同步各个模块的时钟信号。
这个时钟信号通常由一个稳定的时钟源产生，并被分配给FPGA内部的各个模块。
位同步信号提取有两个主要任务：检测输入数据中的时钟边沿，以及生成一个与输入数据频率相匹配的稳定时钟。
2.1 时钟边沿检测在FPGA中，通常使用触发器来检测输入数据中的时钟边沿。
触发器是一种存储元件，在时钟上升沿或下降沿触发时将输入数据存储到输出端口。
通过检测触发器输出端口的变化，可以确定输入数据中是否存在时钟边沿。
常见的触发器类型包括D触发器、JK触发器和T触发器。
这些触发器可以根据需要进行级联，以实现更复杂的时钟边沿检测功能。
在FPGA中，可以使用硬件描述语言（如Verilog或VHDL）来描述和实现这些触发器电路。
2.2 稳定时钟生成一旦检测到输入数据中的时钟边沿，需要生成一个稳定的时钟信号，并将其分配给FPGA内部的各个模块。
稳定的时钟信号通常由一个PLL（Phase-Locked Loop）电路来生成。
PLL是一种反馈控制系统，可以根据输入参考时钟的相位和频率来生成一个稳定的输出时钟。
PLL通常由相位比较器、环形振荡器和反馈回路组成。
相位比较器用于比较输入参考时钟和反馈时钟之间的相位差，并产生一个控制信号。
环形振荡器根据控制信号调整自身的振荡频率，使得反馈时钟与输入参考时钟保持同步。
通过不断调整振荡频率，PLL能够自动消除相位差，并生成稳定的输出时钟。
3. 方法在FPGA中实现位同步信号提取有多种方法，下面将介绍两种常用的方法：基于触发器的位同步信号提取和基于PLL的位同步信号提取。
提取位同步信号的原理位同步信号是在数字通信中用于同步接收端与发送端数据位的信号。
在使用HDB3（High Density Bipolar of Order 3，三阶高密度双极性）编码进行数据传输时，位同步信号的提取是至关重要的一步。
滤波法是一种常用的方法来提取位同步信号，下面将详细解释滤波法从HDB3码中提取位同步信号的原理。
HDB3编码在了解位同步信号提取的原理之前，首先需要了解HDB3编码的基本概念。
HDB3编码是一种将数字信号转换为双极性的线路代码。
在HDB3编码中，每个数据位被转换为四个信号元素，其中包括正脉冲、负脉冲、零脉冲和跳变脉冲。
跳变脉冲用于保持线路中的直流成分平衡。
HDB3编码的规则如下： 1. 每个1位保留原来的极性，每个0位按照以下规则进行编码： 2. 若前面出现连续的“0”的个数是偶数个，则零编码用“000V”表示，其中“V”表示正脉冲或负脉冲； 3. 若前面出现连续的“0”的个数是奇数个，则零编码用“B00V”表示，其中“V”表示正脉冲或负脉冲，“B”表示跳变脉冲，其极性与前一个跳变脉冲相反。
位同步信号提取的基本原理位同步信号提取的基本原理是利用滤波法对HDB3码进行处理，通过滤波器提取出位同步信号。
具体而言，位同步信号提取的步骤如下：1.HDB3码输入：将经过HDB3编码后的数据输入滤波器。
2.高通滤波：使用高通滤波器对输入的信号进行滤波处理。
高通滤波器可以滤除低频信号，只保留高频信号。
3.脉冲检测：对滤波器的输出进行脉冲检测。
脉冲检测是通过判断信号的幅度是否超过一个设定的门限值来实现的。
4.位同步信号输出：当检测到脉冲时，即可输出位同步信号。
详细原理解释下面对每个步骤进行详细解释，以便更好地理解位同步信号提取的原理。
HDB3码输入HDB3编码的数据被输入到滤波器中。
这些数据是经过数字信号处理后的结果，其中包含了正脉冲、负脉冲、零脉冲和跳变脉冲。
高通滤波滤波器使用高通滤波器进行滤波处理。
2023通信原理实验报告2023通信原理实验报告1一、实验目的1、掌握用数字环提取位同步信号的原理及对信息代码的要求。
2、掌握位同步器的同步建立时间、同步保持时间、位同步信号同步抖动等概念。
二、实验内容1、观察数字环的失锁状态和锁定状态。
2、观察数字环锁定状态下位同步信号的相位抖动现象及相位抖动大小与固有频差的'关系。
3、观察数字环位同步器的同步保持时间与固有频差之间的关系。
三、实验器材1、移动通信原理实验箱2、20M双踪示波器一台一台四、实验步骤1、安装好发射天线和接收天线。
2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再按下开关POWER301、POWER302、POWER401和POWER402，对应的发光二极管LED301、LED302、LED401和LED402发光，CDMA系统的发射机和接收机均开始工作。
3、发射机拨位开关“信码速率”、“扩频码速率”、“扩频”均拨下，“编码”拨上，接收机拨位开关“信码速率”、“扩频码速率”、“跟踪”均拨下，“调制信号输入”和“解码”拨上。
此时系统的信码速率为1Kbit/s，扩频码速率为100Kbit/s。
将“第一路”连接，“第二路”断开，这时发射机发射的是第一路信号。
将拨码开关“GOLD3置位”拨为与“GOLD1置位”一致。
4、根据实验四中步骤8～11的方法，调节“捕获”和“跟踪”旋钮，使接收机与发送机GOLD码完全一致。
5、根据实验五中步骤6～7的方法，调节“频率调节”旋钮，恢复出相干载波。
6、用示波器双踪同时观察“整形前”和“整形电平”，并将双通道置于直流耦合，零电平、电压设为一致。
调节“整形”旋钮，使整形电平置于“整形前”波形上部凸出部分。
用示波器观察“整形后”的波形，并与“整形前”比较，如完全相同，则整形电平调节正确。
7、用示波器观察接收机“BS”信号，该点即为接收机恢复出的位同步信号，将其与发射机的“S1-BS”进行比较。
8、改变系统的信码速率，按“发射机复位”和“接收机复位”键，通过与发射机的“S1-BS”对比观察“BS”信号的变化。
能从数据信号波形中提取同步信号的典型编码示例文章篇一：《能从数据信号波形中提取同步信号的典型编码》嘿，你知道吗？在我们这个充满神奇科技的世界里，数据信号波形就像是一种神秘的语言。
而从这复杂的波形里提取同步信号的典型编码，那可真是超级厉害的事情，就像在一堆乱麻里准确地找到那根关键的线一样。
我先来说说曼彻斯特编码吧。
这曼彻斯特编码呀，就像是一个有节奏感的鼓手。
它的规则很有趣呢。
它是把每个比特周期分成两部分，在中间进行跳变。
要是从低电平跳到高电平呢，就表示这个比特是0；要是从高电平跳到低电平，那这个比特就是1啦。
我记得有一次我和我的小伙伴小明在讨论这个。
小明就特别疑惑地问我：“为啥要这么复杂地分成两部分来表示一个比特呀？”我就跟他说：“你想啊，如果没有这种有规律的跳变，那在数据信号波形里，我们怎么能准确地知道什么时候是一个新的比特开始呢？这就像我们排队的时候，如果没有一个明确的间隔标志，大家就会乱成一团啦。
”曼彻斯特编码的这种特性，让它在从波形里提取同步信号的时候特别方便。
就好比我们在黑暗里，它自带了一种闪烁的信号灯，我们很容易就根据这个信号灯找到同步的点。
还有差分曼彻斯特编码呢。
这个编码和曼彻斯特编码有点像亲戚。
它也是在比特周期中间有跳变。
但是它判断0和1的方式有点不同。
如果在比特开始的时候有跳变，不管是从高到低还是从低到高，这个比特就是0；要是没有跳变呢，这个比特就是1。
我的另一个小伙伴小红就问我：“这差分曼彻斯特编码和曼彻斯特编码到底哪个更好呢？”我想了想，说：“这就像不同口味的冰淇淋，各有各的好。
曼彻斯特编码直接根据跳变方向表示比特，很直观；而差分曼彻斯特编码呢，更关注比特开始时的跳变情况。
在一些噪声比较大的环境里，差分曼彻斯特编码可能更能抵抗干扰，因为它主要看起始的跳变情况，就像在大风里，有个更稳固的根基一样。
”再来看看不归零编码（NRZ）。
这个编码就比较简单粗暴啦。
它用高电平表示1，低电平表示0。
位同步提取设计课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解位同步的概念，掌握位同步提取的基本原理；2. 学生能够运用所学知识，分析并设计简单的位同步提取电路；3. 学生了解位同步提取在实际通信系统中的应用及其重要性。
技能目标：1. 学生通过实验和仿真，能够实际操作位同步提取过程，提升实践技能；2. 学生能够运用数学工具和分析方法，解决位同步提取中的问题；3. 学生能够小组合作，进行有效沟通，共同完成位同步提取设计方案。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对通信原理的兴趣，激发探索精神和创新意识；2. 学生通过学习，认识到科技发展对社会进步的重要性，增强社会责任感；3. 学生在小组合作中，学会尊重他人意见，培养团队协作精神。
课程性质：本课程为通信原理的实践应用课程，结合理论知识和实际操作，提高学生的综合能力。
学生特点：学生为高二年级，已具备一定的电子线路基础和数学分析能力，对通信原理有一定了解。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，鼓励学生动手实践，培养解决实际问题的能力。
在教学过程中，注重引导学生主动探究，激发学生的学习兴趣和创新能力。
通过小组合作，培养学生团队协作精神和社会责任感。
课程目标分解为具体学习成果，以便于后续教学设计和评估。
二、教学内容本章节教学内容以《通信原理》教材中“位同步提取”章节为基础，结合以下内容展开：1. 位同步提取基本原理：介绍位同步的概念，同步提取的原理和方法，包括插入导频法、自相关法和锁相环法等；- 教材章节：第三章第五节“位同步提取技术”2. 位同步提取电路设计：分析并设计简单的位同步提取电路，包括电路原理、参数计算和应用实例；- 教材章节：第三章第六节“位同步提取电路的设计与应用”3. 位同步提取在实际通信系统中的应用：介绍位同步提取在数字通信、光纤通信等领域的应用；- 教材章节：第三章第七节“位同步提取在实际通信系统中的应用”4. 实践操作与仿真：安排学生进行位同步提取实验，利用相关软件进行仿真，加深对位同步提取原理和电路设计的理解；- 教材章节：第三章实验“位同步提取实验”教学进度安排：第一课时：位同步提取基本原理第二课时：位同步提取电路设计第三课时：位同步提取在实际通信系统中的应用第四课时：实践操作与仿真教学内容科学系统，注重理论与实践相结合，旨在帮助学生掌握位同步提取技术，提高通信原理应用能力。
实验十位同步信号提取实验一、实验目的1、掌握用数字锁相环提取位同步信号的原理与实现方法。
2、了解位同步系统的性能分析。
二、实验内容1、观察数字锁相环提取位同步信号的过程。
2、提取信号源模块NRZ码的位同步信号。
三、实验仪器1、信号源模块一块2、基带同步提取模块一块3、频带同步提取模块一块4、20M双踪示波器一台四、实验原理实验中基于闭环同步法的原理，设计数字锁相环，提取位同步信号，如下图26-1所示。
图26-1 数字锁相环提取位同步信号原理框图数字锁相环是由高稳定度振荡器（晶振或钟振）、分频器、相位比较器和控制器组成。
其中，控制器包括上图中的扣除门、添加门和或门。
设要提取的位同步信号的频率为f，则要求振荡器的振荡频率为M f赫兹，其中M为分频器的分频系数。
窄脉冲形成器的作用是将振荡波形变成两个脉冲，分别送给添加门和扣除门。
要求这两个脉冲相位刚好相差180°。
添加门为常闭门，在没有滞后脉冲控制时，这里的滞后脉冲和超前脉冲由相位比较器比较后产生，此门始终关闭，输出低电平；扣除门为常开门，在没有超前脉冲控制时，来自振荡器的窄脉冲信号顺利通过扣除门。
振荡器窄脉冲经或门送入M次分频器中分频，输出频率为f赫兹的脉冲信号。
该信号再经过脉冲形成电路，输出规则的位同步信号。
相位比相器反映接收码元与M次分频器的输出信号，即本地时钟信号，之间的相位关系。
如本地时钟信号超前于接收码元的相位，则比相器输出一个超前脉冲，加到扣除门，扣除一个振荡脉冲，这样分频器的输出脉冲的相位就滞后了1/M周期。
如本地时钟信号滞后于接收码元的相位，则比相器输出一个滞后脉冲，加到添加门，控制添加门打开，加入一个振荡脉冲到或门。
由于加到添加门的与加到扣除门的两个振荡脉冲信号的相位相差180°，即这两个信号在时间上是错开的，因此当从添加门加入一个窄脉冲到或门时，相当于在扣除门输出的振荡信号中间插入了一个窄脉冲，也就使分频器输入端添加了一个脉冲，这样分频器输出相位就提前了1/M周期。
通信原理实验报告学院:电子信息学院班级:实验日期:2014年 06月 03日上面已经求得数字锁相法位同步的相位误差θ有时不用相位差而用时间差西北工业大学通信实验室 2.将 SW01、SW02、SW03 全部设置为 0，观察记录波形。
3.将 SW01、SW02、SW03 的数值从 0 开始，逐渐增加，到获得稳定的BS，记录数值和波形。
制表：孟昭红，Tel：150******** 第 6 页西北工业大学通信实验室六结论……………………………………………………………………第 7 页 1、当输入的 NRZ 码全为 0 时，不能提取出位同步信号，但是当码元中有一个为“1”时，就能提取位同步信号。
2、在提取位同步信号时，信号源模块中的位同步信号的频率与同步信号提取模块的数字锁相环的本振频率应设置相同或者接近，当两者的频率偏差过大时，将不能提取输入信号的位同步信号。
七思考题…………………………………………………………………第 7 页 1.数字锁相环的同步器的同步抖动范围随固有频差增大而增大，试说明原因。
固有频差越大，数控振荡器输出位同步信号与环路输入信号之间的相位误差增大的越快，而环路对数控振荡器的相位调节时间间隔的平均值是不变的（当输入信号一定时），故当固有频差增大时，位同步信号的同步抖动范围增大。
2.此实验位同步恢复是通过锁相环实现的，还有其他的方法吗? 已经知道，对于不归零的随机二进制序列，不能直接从其中滤出位同步信号。
但是，若对该信号进行某种变换，例如，变成归零脉冲后，则该序列中就有 f=1/T 的位同步信号分量，经一个窄带滤波器，可滤出此信号分量，再将它通过移相器调整相位后，就可以形成位同步脉冲。
它的特点是先形成含有位同步信息的信号，再用滤波器将其滤出。
图七—1 滤波法原理图波形变换的实际应用方法: ①通过微分、整流电路实现，微分、整流后的基带信号波形如图图七-2 所示。
这里，整流输出的波形与图图七—1 中波形变换电路的输出波形有些区别，但这个波形同样包含有同步信号分量。
实验11 位同步提取实验通信1301王少丹201308030104 一、实验目的1．掌握数字基带信号的传输过程；2．熟悉位定时产生与提取位同步信号的方法。
二、实验仪器1．复接/解复接、同步技术模块，位号I2．时钟与基带数据发生模块，位号：G3．信道编码与ASK、FSK、PSK、QPSK调制，位号：A、B位4．PSK QPSK解调模块，位号C5．100M双踪示波器1台三、实验原理数字通信系统能否有效地工作，在相当大的程度上依赖于发端和收端正确地同步。
同步的不良将会导致通信质量的下降，甚至完全不能工作。
通常有三种同步方式：即载波同步、位同步和群同步。
在本实验中主要分析位同步。
实现位同步的方法有多种，但可分为两大类型：一类是外同步法；另一类是自同步法。
所谓外同步法，就是在发端除了要发送有用的数字信息外，还要专门传送位同步信号,到了接收端得用窄带滤波器或锁相环进行滤波提取出该信号作为位同步之用。
所谓自同步法，就是在发端不专门向收端发送位同步信号，而收端所需要的码元同步信号是设法从接收信号中或从解调后的数字基带信号中提取出来。
这种方法大致可分为滤波法和锁相法。
滤波法是利用窄带滤波器对含定时信息的归零二进制序列（通常占空比为50%）进行滤波，从中滤出所要的位同步分量，并整形、移相等处理，即可得到规则的位同步脉冲信号，但对于无定时信息的非归零二进制序列，则先要进行微分和整流等变换，使之含有定时信息后，才能用窄带滤波器实施滤波。
锁相法是指利用锁相环来提取位同步信号的方法，本实验平台选用锁相法进行位同步提取的。
锁相法的基本原理是，在接收端采用鉴相器比较接收码元和本地产生的位同步信号的相位，如两者相位不一致，则鉴相器输出误差信号去控制本地位同步信号的相位，直至本地的位同步信号的相位与接收信号的相位一致为止。
数字锁相环是一个相位反馈控制系统，在数字锁相环中，由于误差控制信号是离散的数字信号不是模拟信号，因而受控的输出相位的改变是离散的而不是连续的；常用的数字锁相环的原理方框图如图11-1所示。
位时钟提取实验报告1. 实验目的通过进行位时钟提取实验，掌握数字信号处理中的位时钟提取方法，并了解其原理和应用。
2. 实验原理位时钟提取是在数字信号处理中常用的技术，在数字通信领域尤为重要。
信号的位时钟是指将数字信号分成一个个的位，并确定每个位开始和结束的时刻。
常用的位时钟提取方法有两种，一种是定时提取，另一种是自适应提取。
定时提取是指在事先确定的时间点进行抽样，自适应提取是根据接收到的信号动态调整提取时刻。
3. 实验步骤3.1 实验器材准备* 位时钟提取实验装置* 数字信号发生器* 示波器* 电缆连接线3.2 实验流程1. 将数字信号发生器与位时钟提取实验装置通过电缆连接线连接。
2. 设置数字信号发生器的频率和幅度等参数。
3. 打开位时钟提取实验装置，并设置合适的采样时钟和门限电压。
4. 使用示波器监测位时钟提取实验装置的输出信号。
5. 分别采集定时提取和自适应提取的实验数据，并记录。
4. 实验结果与分析经过实验操作和数据记录，我们得到了位时钟提取实验装置的输出信号，并进行了分析。
在定时提取实验中，我们观察到输出信号能够准确地按照固定的时间间隔进行抽样，位时钟提取的效果良好。
然而，当信号的频率发生变化时，定时提取方法无法自适应地调整提取时刻，容易导致提取错误。
在自适应提取实验中，我们发现输出信号的提取时刻能够自动根据接收到的信号动态调整，使提取更加准确。
而且，在信号频率变化的情况下，自适应提取能够及时调整提取时刻，减少提取错误的概率。
5. 实验总结经过位时钟提取实验，我们对位时钟提取方法有了更深入的理解，并且掌握了实际操作的步骤和技巧。
总的来说，定时提取和自适应提取都有各自的优缺点，可以根据实际应用场景选择合适的方法。
在日常生活中，位时钟提取应用广泛，如数字通信系统中的时钟恢复、采样异常检测和数据解调等等。
对于从事相关领域的工程师和研究人员，掌握位时钟提取方法是必不可少的基础技能。
通过本次实验，我们不仅学到了理论知识，还懂得了如何运用实验器材进行实际操作，加深了对位时钟提取方法的理解。
实验十二位同步信号提取实验一、实验目的1、掌握用数字锁相环提取位同步信号的原理及其对信息代码的要求。
2、掌握位同步器的同步建立时间、同步保持时间、位同步信号同步抖动等概念。
二、实验内容1、观察数字锁相环的失锁状态和锁定状态。
2、观察数字锁相环锁定状态下位同步信号的相位抖动现象及相位抖动大小与固有频差的关系。
3、观察数字锁相环位同步器的同步保持时间与固有频差之间的关系。
三、实验仪器1、信号源模块2、同步信号提取模块3、20M双踪示波器一台4、频率计（选用）一台5、连接线若干四、实验原理1、电路分析位同步也称为位定时恢复或码元同步。
在任何形式的数字通信系统中，位同步都是必不可少的，无论数字基带传输系统还是数字频带传输系统，无论相干解调还是非相干解调，都必须完成位同步信号的提取，即从接收信号中设法恢复出与发端频率相同的码元时钟信号，保证解调时在最佳时刻进行抽样判决，以消除噪声干扰所导致的解调接收信号的失真，使接收端能以较低的错误概率恢复出被传输的数字信息。
因此，位同步信号的稳定性直接影响到整个数字通信系统的工作性能。
位同步的实现方法分为外同步法和自同步法两类。
由于目前的数字通信系统广泛采用自同步法来实现位同步，故在此仅对位同步中的自同步法进行介绍。
采用自同步法实现位同步首先会涉及两个问题：（1）如果数字基带信号中确实含有位同步信息，即信号功率谱中含有位同步离散谱，就可以直接用基本锁相环提取出位同步信号，供抽样判决使用；（2）如果数字基带信号功率谱中并不含有位定时离散谱，怎样才能获得位同步信号。
数字基带信号本身是否含有位同步信息与其码型有密切关系。
应强调的是，无论数字基带信号的码型如何，数字已调波本身一般不含有位同步信息，因为已调波的载波频率通常要比基带码元速率高得多，位同步频率分量不会落在数字已调波频带之内，通常都是从判决前的基带解调信号中提取位同步信息。
二进制基带信号中的位同步离散谱分量是否存在，取决于二进制基带矩形脉冲信号的占空比。
若单极性二进制矩形脉冲信号的码元周期为T s，脉冲宽度为τ，则NRZ码的τ＝ T s，则NRZ码除直流分量外不存在离散谱分量，即没有位同步离散谱分量1/T s；RZ码的τ满足0<τ<T s，且τ通常占空比为50％，此时的RZ码含有n为奇数的n/ T s离散谱分量，无n为偶数的离散谱分量，这就是说，RZ码含有位同步离散谱分量。
显然，为了能从解调后的基带信号中获取位同步信息，可以采取两种措施：（1）如原始数字基带码为NRZ码，若传输信道带宽允许，可将NRZ码变换为RZ码后进行解调；（2）如调制时基带码采用NRZ码，就必须在接收端对解调出的基带信号进行码变换，即将NRZ码变换成RZ码，码变换过程实质上是信号的非线性变换过程，最后再用锁相环（通常为数字锁相环）提取出位同步信号离散谱分量。
将NRZ 码变为RZ码的最简单的办法是对解调出的基带NRZ码进行微分、整流，即可得到归零窄脉冲码序列。
下面简单介绍一下数字锁相环的组成原理。
数字锁相环的主要特点是鉴相信号为数字信号，鉴相输出也是数字信号，即环路误差电压是量化的，没有模拟环路滤波器。
由于数字锁相环的输入是经过微分和全波整流后的信号，故这种数字锁相环也称为微分整流型数字锁相环，其原理框图如图12-1所示。
该电路由码型变换器、鉴相器、控制调节器组成，各部分的作用如下：码型变换器图12-1 微分整流型数字锁相环组成原理框图（1）码型变换器完成解调出的基带NRZ码到RZ码的变换，使鉴相输入信号X含有位同步离散谱分量。
（2）鉴相器用于检测信号X与输出位同步信号（分频输出D）相位间的超前、滞后关系，并以量化形式提供表示实时相位误差的超前脉冲F和滞后脉冲G，供控制调节器使用。
当分频输出位同步信号D 相位超前于信号X时，鉴相器输出超前脉冲F（低电平有效）；反之，则输出滞后脉冲G（高电平有效），二者均为窄脉冲。
（3）控制调节器的作用是根据鉴相器输出的误差指示脉冲，在信号D与信号X没有达到同频与同相时调节信号D的相位。
高稳定晶振源输出180°相位差、重复频率为nf0的A、B两路窄脉冲序列作为控制调节器的输入，经n分频后输出重复频率为f0的被调位同步信号D，它与信号X在鉴相器中比相。
因超前脉冲F低电平有效并作用于扣除门（与门），平时扣除门总是让脉冲序列A通过，故扣除门为常开门，又因滞后脉冲G高电平有效并作用于附加门（与门），平时附加门总是对序列B关闭的，故附加门为常闭门。
当信号D的相位超前与信号X的相位时，鉴相器输出窄的低电平超前脉冲F，扣除门（与门）将从脉冲序列A中扣除一个窄脉冲，则n分频器输出信号D的相位就推迟了Ts /n（相移360°/n），信号D的瞬时频率也被调低；当信号D的相位滞后于信号X的相位时，鉴相器输出窄的高电平滞后脉冲G，附加门（与门）此时打开让脉冲序列B（与脉冲序列A保持180°固定相差）中的一个脉冲通过，经或门插进来自扣除门输出的脉冲序列A中，则分频器输入多插入的这个脉冲使n分频器输出信号的D相位提前了Ts /n（相移360°/n），信号D的瞬时频率则被提高。
由此可见，环路对信号D相位和频率的控制调节是通过对n 分频器输入脉冲序列步进式加、减脉冲实现的，经环路的这种反复调节，最终可达到相位锁定，从而提取出位同步信号。
2、性能指标位同步系统的性能通常是用相位误差、建立时间、保持时间等指标来衡量。
数字锁相法位同步系统的性能如下。
（1）相位误差θe数字锁相法提取位同步信号时，相位误差主要是由于位同步脉冲的相位在跳变地调整所引起的。
因为每调整一步，相位改变2π/n （n 是分频器地分频次数），故最大的相位误差为2π/n 。
用这个最大的相位误差来表示e θ，可得360/e n θ=o （12－1）上面已经求得数字锁相法位同步的相位误差e θ有时不用相位差而用时间差T e 来表示相位误差。
因每码元的周期为T ，故得/e T T n =（12－2）（2）同步建立时间t s 同步建立时间即为失去同步后重建同步所需的最长时间。
为了求这个最长时间，令位同步脉冲的相位与输入信号码元的相位相差T/2秒，而锁相环每调整一步仅能移T/n 秒，故所需最大的调整次数为2/2/n n T T N == （12－3）接收随机数字信号时，可近似认为两相邻码元中出现01、10、11、00的概率相等，其中，有过零点的情况占一半。
由于数字锁相法中是从数据过零点中提取作比相用的标准脉冲的，因此平均来说，每2T 秒可调整一次相位，故同步建立时间为T s =2T ·N=nT （秒）（12－4）（3）同步保持时间t c当同步建立后，一旦输入信号中断，由于收发双方的固有位定时重复频率之间总存在频差ΔF ，收端同步信号的相位就会逐渐发生漂移，时间越长，相位漂移量越大，直至漂移量达到某一准许的最大值，就算失步了。
设收发两端固有的码元周期分别为T 1=1/F 1和T 2=1/F 2，则 202112212111F F F F F F F F T T ∆=-=-=- （12－5）式中的F 0为收发两端固有码元重复频率的几何平均值，且有00/1F T =（12－6）由式（12－5）可得 F F TT F 0210∆=- （12－7）再由式（12－6），上式可写为F F T TT 0021∆=- （12－8）式（12－8）说明了当有频差ΔF 存在时，每经过T 0时间，收发两端就会产生12||T T -的时间漂移。
反过来，若规定两端容许的最大时间漂移为T 0/K 秒（K 为一常数），需要经过多少时间才会达到此值呢？这样求出的时间就是同步保持时间t c 。
代入式（12－8）后，得解得 FK t c ∆=1 （12－9）若同步保持时间t c 的指标给定，也可由上式求出收发两端振荡器频率稳定度的要求为此频率误差是由收发两端振荡器造成的。
若两振荡器的频率稳定度相同，则要求每个振荡器的频率稳定度不能低于F K t F Fc 00212±=∆ （12－10）图12-2 位同步电路原理图本实验只能从码速率为、10KHz 、8KHz 、4KHz （通过拨码开关SW01选择）的NRZ 码中提取出位同步信号。
以码速率为的NRZ 码为例，将SW01的第一位拨上后，数字锁相环的本振频率就被设置在。
在图12-2中，单片机U09将输入的NRZ 码与数字锁相环本振输出的信号的相位进行鉴相（比较两个信号的上升沿），用将相位差进行量化后得到的数值对数字锁相环本振输出的相位进行调整，最后得到正确的位同步信号。
五、实验步骤1、将信号源模块、同步信号提取模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。
2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下两个模块中的开关POWER1、POWER2，对应的发光二极管LED01、LED02发光，按一下信号源模块的复位键，两个模块均开始工作。
（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）3、将信号源模块的位同步信号的频率设置为（通过拨码开关SW04、SW05进行设置），将信号源模块输出的NRZ 码设置为1、0交替码（通过拨码开关SW01、SW02、SW03进行设置）。
4、将同步信号提取模块的拨码开关SW01的第一位拨上，即将数字锁相环的本振频率设置为，然后将信号源模块输出的NRZ 码从信号输入点“NRZ-IN ”输入，按一下同步信号模块上的“复位”键，使单片机开始工作，以信号源产生的位同步信号“BS ”为内触发源，用示波器双踪同时观察信号输出点“位同步输出”的信号与信号源中的“BS ”信号。
5、应特别注意的是，本模块只能提取NRZ 码的位同步信号，而且当信号源模块中的位同步信号的频率偏离同步信号提取模块设置的数字锁相环的本振频率过远时，将无法正确提取输入信号的位同步信号。
本实验中数字锁相环共有、10KHz 、8KHz 、4KHz 四种本振频率可供选择，分别对应拨码开关SW01的1、2、3、4位，实验时请注意正确选择。
（注意当锁相频率改变时，需重新按下同步模块上的“复位”键，位同步信号才能正确提取）六、输入、输出点参考说明1、输入点参考说明NRZ-IN ： NRZ 码输入点。
2、输出点参考说明位同步输出： 提取的位同步信号输出点。
3、拨码开关SW01的1、2、3、4位分别对应数字锁相环的、10KHz 、8KHz 、4KHz 四种本振频率。
七、实验报告要求1、分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。
2、根据实验测试记录，在坐标纸上画出各测量点的波形图，并分析实验现象。
3、对实验思考题加以分析，按照要求做出回答，并尝试画出本实验的电路原理图。
