时钟恢复

北京邮电大学通信原理

硬件实验

学院：电子工程学院

班级： 2015211211 作者：***

学号： **********

一、实验目的

（1）了解从线路码中提取时钟的原理

（2）了解从RZ-AMI 码中提取时钟的实现方法

（3）请同学自主完成从BIP-RZ 或UNI-RZ 码恢复时钟的实验

二、实验原理

在数字通信系统中，接收端为了从接收信号中恢复出原始的数据信号，必须要有一个与接受到的数字基带信号符号速率相同步的时钟信号。通常，从接收信号中提取时钟这一过程称为符号同步或时钟恢复。

1、双极性归零码的时钟恢复

双极性归零码（BIP-RZ ）的信号表达式为：

∑∞

-∞=-=

n b n nT t g a t s )()( 其中}1{±∈a ，)(t g 是矩形归零脉冲

⎩

⎨⎧<<=)(0)0()(t t A t g 其他τ 其中t

据独立等概，则该码的功率谱密度无离散的时钟分量，仅含有连续谱，如下图所示：

双极性归零码的时钟恢复非常简单，取绝对值的操作就是全波整流。

全波整流也可以换成平方运算，因为对于BIP-RZ ，2)]([)(b n b n nT t g a nT t g a --和只是幅度有差别。对于占空比为50%的双极性归零码BIP-RZ ，整流或平方后的波形可以看成是数据为全1的单极性归零码，即为时钟信号。

2、单极性归零码的时钟恢复

单极性归零码（UNI-RZ ）的信号表达式为

∑∞

-∞=-=

n b n nT t g a t s )()( 其中}1,0{∈a ，)(t g 是矩形归零脉冲

⎩

⎨⎧<<=)(0)0()(t t A t g 其他τ 对于独立等概数据，该码的功率谱密度为

∑±±=-++=...3,1022)()()2(sin 16)(k b k b b s kR f A f A R f c T A f P δδ 如图所示，其功率谱不仅含有离散直流分量及连续谱（主瓣带宽为2R b ），而且还包含离散的时钟分量以及奇次谐波分量，所以可以利用窄带滤波器或者锁相环从单极性归零码中提取出时钟分量。

窄带滤波器的输出)(t v 的功率谱是

)()]()([)(1f R f R f A f P b b v εδδ+++-=

其中)(f ε是连续谱部分形成的干扰。如果滤波器足够窄，则可忽略。此时输出的时域信号是)2cos(2)(1ϕπ+=t R A t v b

其中， 是固定相移，可通过移相器校正，在通过整形电路得到方波时钟。

3、零均值限带PAM信号的时钟恢复

对于均值为零的限带PAM信号，提取时钟的方法很多。很多情况下，对信号)(t s取绝对值或者平方可以得到时钟的离散分量，这样就可以提取这个离散分量，再通过整形移相得到需要的时钟。

也可以通过超前滞后门同步器或者其他环路方式恢复时钟。

三、从RZ-AMI码恢复时钟

实验连接如图所示：

实验步骤如下：

（1）按图连接各个模块。将移相模块印刷电路板上的拨动开关拨到LO位置。

（2）用示波器观察实验连接图中的各点波形。

（3）调节缓冲放大器的K旋钮，使得放大器输出波形足够大，经移相器移相后，比较输出TTL电平的恢复时钟。

（4）将恢复时钟与发送时钟分别送至双踪示波器，调节移相器的相移，使得恢复时钟与发送端的相位一直。并请学生说明本实验从RZ-AMI码恢复时钟的原理。

（5）将恢复时钟送至线路解码器的时钟输入端，线路码的译码器输出原发送的伪随机序列。

四、实验结果与分析

移

相

器

输

出

冲放大器输出

低通滤波器输出

法器输出

码输出

码输出

原始时钟

恢复时钟

实验分析：

从以上实验结果可以看出，通过以上各个模块的处理，我们从输入的RZ-AMI码中提取出了时钟信号，并且与原始时钟信号进行了对比，验证了实验原理中的理论的正确性。

五、从BIP-RZ码恢复时钟

将编码器的连接线接到BIP-RZ端口，并对输出的BIP-RZ码进行全波整流，即可得到BIP-RZ码的始终信号。实验结果如下：

六、实验总结

通过本次实验，我们进一步温习了在通信原理上册中的关于提取时钟信号的相关知识，加强了用实验来验证理论正确性的能力和动手操作能力。在实验中，我们遇到了很多的问题，比如各个模块间的时钟问题，以及遇到问题后的解决方法，通过一步步检测各个模块的输

出信号来找到问题的根源并加以解决。

七、思考题

（1）如何从分相码中提取时钟

答：利用01和10的中间跳变提取定时，分频得到时钟。

（2）对于双极性不归零码，如何发送数据“1”出现的概率为90%，请问如何从这样的信号中提取始终？

答：可以利用呈现在频谱中的离散分量提取时钟信号。

（3）从限带基带信号中提取时钟的原理是什么？

答：将限带基带信号平方，然后通过锁相环提取，原理图如下：