实验六--帧同步

1、实验六帧同步一、实验目的1. 掌握集中插入式帧同步码识别器工作原理。2. 掌握同步保护原理。3. 掌握假同步、漏同步、捕捉态失步态、维持态同步态概念二、实验原理在时分复用通信系统中，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。帧同步码可以集中插入，也可以分散插入。本实验系统中帧同 步码为7位巴克码，集中插入到每帧的第2至第8个码元位置上。帧同步模块的 原理框图如图6-1所示。本模块使用+5v电压。从总体上看，本模块可分为巴克码识别器及同步保护两局部。巴克码识别器包括移位存放器、相加器和判决器，图 6-1中的其余局部完成同步保护功能。移位存放器由两片74175组成，移位时钟信号

2、是位同步信号。当7位巴克码 全部进入移位存放器时，U50的&,QLq3,Q?及U51的Q2QQ都为1,它们输 入到相加器U52的数据输入端D0D6,U52的输出端丫0 丫1、Y2都为1,表示输 入端为7个I。假设丫2丫1丫。 100时，表示输入端有4个I，依此类推，丫:半丫。的不同状态表示了 U52输入端为1的个数。判决器U53有6个输入端。IN2、IN1、 IN0分别与U52的Y2、Y1、Y0相连，L2、L1、L0与判决门限控制电压相连，L2、 L1已设置为1，而L0由同步保护局部控制，可能为1也可能为0。在帧同步模 块电路中有三个发光三极管指示灯 P1、P2、P3与判决门限控制电压相对应，

3、即 从左到右与L2、L1、L0 一一对应，灯亮对应1,灯熄对应0。判决电平测试点 TH就是L0信号，它与最右边的指示灯P3状态相对应。当L2L1L0=111时门限为 7 ,三个灯全亮，TH为高电平；当L2L1L0=110时门限为6，P1和P2亮，而P3 熄，TH为低电平。当U52输入端为l的个数即U53的IN2 IN1 IN0丨大于或等 于判决门限于L2L1L0，识别器就会输出一个脉冲信号。当基带信号里的帧同步码无错误时七位全对，把位同步信号和数字基带 信号输入给移位存放器，识别器就会有帧同步识别信号 GAL俞出，各种信号波形 及时序关系如图6-3所示，GAL信号的上升沿与最后一位帧同步码的结

4、束时刻对 齐。图中还给出了十24信号及帧同步器最终输出的帧同步信号 FS-OUT FS-OUT 的上升沿稍迟后于GAL的上升沿。小 uvLnrLrLnrLnrLJltltlCALnTL-r24|jLFS-OCT_L图&3師同步番信号被形-24信号是将位同步信号进行24分频得到的，其周期与帧同步信号的周期 相同因为一帧24位是确定的，但其相位不一定符合要求。当识别器输出一 个GALB冲信号时即捕获到一组正确的帧同步码，在GAL信号和同步保护器 的作用下，十24电路置零，从而使输出的十24信号下降沿与GAL信号的上升沿 对齐。宁24信号再送给后级的单稳电路，单稳设置为下降沿触发，其输出信号 的上升

5、沿比宁24信号的下降沿稍有延迟。同步器最终输出的帧同步信号 FS-OUT是由同步保护器中的与门3对单稳输 出的信号及状态触发器的Q端输出信号进行“与运算得到的.电路中同步保护器的作用是减小假同步和漏同步。当无基带信号输入或虽有基带信号输入但相加器输出低于门限值时，识别器没有输出即输出为0)，与门1关闭、与门2翻开，单稳输出信号通过与 门2后输入到* 3电路，* 3电路的输出信号使状态触发器置“ 0，从而关闭与门3,同步器无输出信号，此时Q的高电平把判决器的门限置为 7P3灯亮、 且关闭或门、翻开与门1,同步器处于捕捉态。只要识别器输出一个GAL信号因 为判决门限比拟高，这个 GAL信号是正确的

6、帧同步信号的概率很高，与门4就 可以输出一个置零脉冲使宁24分频器置零，宁24分频器输出与GAL信号同频同 相的的周期信号见图6-3。识别器输出的GAL脉冲信号通过与门1后使状态 触发器置“I，从而翻开与门3,输出帧同步信号FS-OUT同时使判决器门限降 为6( P3灯熄、翻开或门、同步器进入维持状态。在维持状态下，因为判决门 限较低，故识别器的漏识别概率减小，假识别概率增加。但假识别信号与单稳输 出信号不同步，故与门1、与门4不输出假识别信号，从而使假识别信号不影响 宁24电路工作状态，与门3输出的仍是正确的帧同步信号。实验中可根据判决 门限指示灯P3判断同步器处于何种状态，P3亮为捕捉态，

7、P3熄为同步态。在维持状态下，识别器也可能出现漏识别。但由于漏识别概率比拟小，连续 几帧出现漏识别的概率更小。只要识别器不连续出现三次漏识别，那么宁 3电路不 输出脉冲信号，维持状态保持不变。假设识别器连续出现三次漏识别，那么宁 3电 路输出一个脉冲信号，使维持状态变为捕捉态，重新捕捉帧同步码。不难看出，假设识别器第一次输出的脉冲信号为假识别信号即首次捕获到 的是信息数据中与帧同步码完全相同的码元序列，那么系统将进入错误的同步维 持状态，由于本实验系统是连续传输以一帧为周期的周期信号， 所以此状态将维 持下去，但在实际的信息传输中不会连续传送这种周期信号， 因此连续几帧都输 出假识别信号的概率

8、极小，所以这种错误的同步维持状态存在的时间是短暂的。当然，同步保护器中的宁3电路的分频比也可以设置为其它值，此值越大， 在维持状态下允许的识别器的漏识别概率也越大。在维持态下对同步信号的保护措施称为前方保护，在捕捉态下的同步保护措 施称为前方保护。本同步器中捕捉态下的高门限属于前方保护措施之一，它可以减少假同步概率，当然还可以采取其它电路措施进行前方保护。低门限及十3电路属于前方保护，它可以保护己建立起来的帧同步信号， 防止识别器偶尔出现的 漏识别造成帧同步器丧失帧同步信号即减少漏同步概率。同步器中的其它保护电路用来减少维持态下的假同步概率。三、实验步骤本实验使用数字信源模块及帧同步模块。1、

9、 熟悉帧同步模块的工作原理，将信源模块的NRZ-OUT BS-OUT用信号连 线分别与帧同步模块的S-IN、BS-IN相连，接通实验箱电源。2、观察同步器的维持态同步态将数字信源模块的KI左边的8位微动开关置于X 111 0010状态1110010 为帧同步码，X是无定义位，可任意置“ 1或置“0。为了防止信息码中出现 帧同步码相近的码元序列，将 K2置为1000 0000状态，K3置为全0状态。将示波器置于外同步触发状态，用数字信源模块的 FS信号作为示波器的外 同步触发信号。示波器 CH1接NRZ-OUTCH2分别接GAL - 24、TH及FS,观察 并纪录上述信号波形注意：此时 TH应为

10、0电平，帧同步模块的P3指示灯熄， PI、P2亮，表示识别门限6。使信源帧同步码注意是 K1的第2位到第8位中错一位，重新观察上述 信号，此时GAL - 24、TH FS-OUT应不变。观察信号知GAL - 24、TH FS-OUT均不变使信源帧同步码再错一位重作上述观察此时同步器应转入捕捉态，仅十24 波形不变请根据原理框图分析思考此过程。3、观察同步器的捕捉态失步态在实验步骤2中电路已经有同步态变为捕捉态，示波器 CH1接信源模块的 NRZ-OUT用CH2观察十24信号，将电源断开，然后再接通电源，可看到十 24波 形的下降沿已不再对准NRZ-OUT勺第一个数据位，再用CH2观察其他信号，

11、可以 发现TH为高电平,FS无输出。训瀬嶽Tue in OB 15H 09 33IF将信源K1从上述实验的错两位状态复原为仅错一位状态，观察十24信号相位是否变化。IEB-X 期典 hTPPdEil 91 Tu AnCE E2D1?肿：0f| E Ji 13 5V*Agilent 亲口 m4n.50 0也凸fl1CH1NR2：-OU!r叽IDO 1DC10D15.3M*iT(nCH2 一24T2制 1UHZT MJi5 也ff2心 牛1再将信源K1复原为七位全正确的帧同步码X111 0010,观察十24信号的 相位如何变化，并分析此信号相位变化的原因，从而理解同步器从失步态转为同 步态的过程。

12、ir pfu 1 1IBHrCH1NRZ-OUJCH2-2424侣位发生药$化,1U .；5 CMCGf 2D12A.TZi K 侑腑时 211 ?f t13 5VAgilent册*ii ：7.1CekHCn -t t 113.2V磴ilDC10.01dc- in il丸5(1 威5“14、观察识别器假识别现象及同步保护器的保护作用。在实验步骤3中同步器转为同步态后，手动信源模块的 K2和K3,使信息码 中出现111 0010：与111 0010序列有一位不同也可以，示波器CH1接NRZ-OUTCH2分别接GAL和FS,观察识别器假识别现象,理解同步保护电路的保护作用 M*OI|HIW2|:

13、TJtMkHZCH2F5MUO 期片IanHH盘赛鼻朋豐曲 1 四、实验思考题1. 根据实验结果，画出同步器处于同步状态及失步状态时同步器各测试点波形。2. 本实验中同步器由同步态转为捕捉态时宁24信号相位为什么不变？因判决器无输出，与门4无输出，故十2424分频电路无复位脉冲，其 输出的十24信号相位保持不变。3. 同步保护电路是如何使假识别信号不形成假同步信号的？假识别信号与或门输出信号不同步， 与门1输出中无假识别信号。因而，假识别信号不能通过与门，所以单稳输出信号仅与中负同步码对应的识别信号有关， 而与假识别无关，这样假识别信号就不能形成假同步信号。4. 根据实验结果，总结本实验的帧同步器由捕捉态转为同步态的过程。先在信码中找到与该时刻本地帧同步码型相同的信码码位。当找到和帧同步码型一致的信码码位后，再进行第二步，即逐帧比拟下去，也就