《第12章同步原理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第12章同步原理（32页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、12.1 概 述,同步是数字通信系统，以及某些采用相干解调的模拟通信系统中一个重要的实际问题。 同步的基本类型： 载波同步 码元同步（位同步） 群同步（帧同步） 网同步,载波同步： 当采用同步检测或相干解调时，接收端需要提供一个与接收信号中的调制载波同频同相的相干载波。这个载波获取的过程称为载波恢复或载波同步。 码元同步（位同步）： 在数字通信系统中，为了正确识别发送端传送的每一位码元，接收端需要对收到的信息码元进行判决。在接收端产生与接收码元的重复频率和相位一致的定时脉冲序列的过程称为码元同步。 二进制码元的同步又称为位同步。,12.1 概 述,12.1 概 述,同步信息的获取方式 外同步法
2、：由发送端发送专门的同步信息（如导频信号），接收端把这个导频信号提取出来作为同步信号的方法。 自同步法：发送端不发送专门的同步信息，接收端设法从收到的信号中提取同步信息的方法。,12.1 概 述,12.2 载波同步,12.2.1 插入导频法（外同步法） 在发送端的已调信号频谱中额外插入一个导频信号，以便接收端作为载波同步信号加以恢复。 主要用于接收信号频谱中没有离散载频分量，且在载频附近频谱幅度分布很小的情况，如DSB、等概率的2PSK信号等。,12.2 载波同步,插入导频法（外同步法）* 发送框图 接收框图,正交插入的原因：为了避免解调输出的附加直流分量对信号产生影响,V(t)经低通滤波器后
3、会滤除掉后两项高频分量，得到m(t)/2,导频插入的原则 插入导频的位置与已调信号的频谱结构有关。一般在已调信号频谱中的零点插入导频，且要求其附近的信号频谱分量尽量小，以便于解调时滤出它。 导频的频率应当与载频有关，如载频的倍数或者就是载频的频率；,12.2 载波同步,12.2.2 直接提取法（自同步法） 在接收端对已调信号进行某种非线性变换后，得到载波对应的谐波分量，再经过分频可以得到载波同步信号。 1、平方环法 设2PSK信号 s(t)=m(t)cos(wct+q) m(t)=1，等概时，基带信号稳态波为0， s(t)的功率谱中无wc的离散分量 s2 (t) = m2 (t)cos2 (w
4、ct+q) =1/2 m2 (t)+1/2m2 (t)cos(2wct+q) =1/2 +1/2cos(2wct+q),12.2 载波同步,用窄带滤波器将此二倍频分量滤出，再经二分频就可得到载波分量,随信号进入接收机的还有加性高斯白噪声，为改善平方变换法的性能，产生更纯净的载波，一般用锁相环代替窄带滤波器 平方环法示意图,12.2 载波同步,再生频率为2wc的载波,锁相环工作原理 1. 压控振荡器的输出信号和基准信号同时输入鉴相器； 2. 鉴相器通过比较上述两个信号的频率/相位差，然后输出一个直流脉冲电压控制压控振荡器，使它的频率/相位改变； 3. 不断改变频率/相位一直到压控振荡器的输出信号
5、与基准信号保持一致。 4. 环路滤波器一般为窄带低通滤波器，目的是滤除控制信号中的交流分量。,12.2 载波同步,平方环法的缺点： 1、相位含糊性：2分频器的输出电压有相差180的两种可能相位，即其输出电压的相位决定于分频器的随机初始状态。采用2DPSK体制可以避免此缺点的影响。 2、错误锁定：平方后的接收电压中有可能存在其他的离散频率分量，使锁相环锁定在错误的频率上。解决这个问题的办法是降低环路滤波器的带宽。,12.2 载波同步,科斯塔斯环法：又称同相正交环法或边环法。 原理方框图： 工作原理 a点的压控振荡电压为： b点的压控振荡电压为：,12.2 载波同步,c点的电压： d点的电压： e
6、点的电压： f点的电压：,12.2 载波同步,g点的电压： 将m(t) = 1代入上式，并考虑到当( - )很小时， sin( - ) ( - )，则上式变为 电压vg 通过环路滤波控制压控振荡器的输出电压相位 ，使( - )尽可能地小。当 时，vg = 0 。,12.2 载波同步, - ：本地相干载波和调制载波相位之差,由上式可见，当( - )很小时，除了差一个常数因子外，电压ve 就近似等于解调输出电压m(t)。所以科斯塔斯环本身就同时兼有提取相干载波和相干解调的功能。,12.2 载波同步,优缺点： 1、不需要对接收信号作平方运算，工作频率较低。 2、为了得到科斯塔斯环法在理论上给出的性能
7、，要求两路低通滤波器的性能完全相同。 3、由锁相环原理可知，锁相环在( - )值接近0的稳定点有两个，在( - )等于0和 处。所以，科斯塔斯环法提取出的载频也存在相位含糊性。,12.2 载波同步,12.2.3 载波同步的性能 1、 相位误差 要求提取的载频和接收信号的载频保持同频同相 载波频率一般没有误差 相位误差总是存在 电路参量引起的恒定误差 噪声引起的随机误差,12.2 载波同步,2、同步建立时间和保持时间 同步建立时间: 从开始接收到信号（或从系统失步状态）到提取出稳定的载频所需的时间 此时间越短越好 同步保持时间: 从开始失去信号到失去载频同步的时间 此时间越长越好 同步建立时间和
8、保持时间是相互矛盾的,12.2 载波同步,3、载波同步误差对误码率的影响 载波相位误差对不同信号的解调所带来的影响是不同的 对双边带调制信号，相位误差引起解调系统的信噪比下降 对PSK信号，导致误码率增加,12.2 载波同步,载波同步误差对2PSK信号误码率的影响 解调输出为 式中相位误差j-q导致信号电压下降cos(j-q) ，信号噪声功率比r下降为cos2(j-q)倍。 因此，误码率下降为 式中，r为信号噪声功率比。,12.2 载波同步,相干载波相位,调制载波相位,码元同步方法分类： 外同步法：它是一种利用辅助信息同步的方法，需要在信号中另外加入包含码元定时信息的导频或数据序列。 自同步法
9、，它不需要辅助同步信息，直接从信息码元中提取出码元定时信息。显然，这种方法要求在信息码元序列中含有码元定时信息。,12.3 码元同步,13.3.1 外同步法 实现方法于发送信号中插入频率为码元速率（1/T）或码元速率的倍数的同步信号。在接收端利用一个窄带滤波器，将其分离出来，并形成码元定时脉冲。 优缺点：优点是设备较简单；缺点是需要占用一定的频带宽带和发送功率。,12.3 码元同步,13.3.2 自同步法 自同步法分类： 开环同步法：由于二进制等先验概率的不归零码元序列中没有离散的码元速率频谱分量，故需要在接收时对其进行某种非线性变换，才能使其频谱中含有离散的码元速率频谱分量，并从中提取码元定
10、时信息。 闭环同步法：用比较本地时钟周期和输入信号码元周期的方法，将本地时钟锁定在输入信号上。,12.3 码元同步,开环码元同步法延迟相乘法原理方框图 相乘器输入和输出的波形： 延迟相乘后码元波形的后一 半永远是正值；而前一半则 当输入状态有改变时为负值。 因此，变换后的码元序列的 频谱中就产生了码元速率的 分量。 延迟时间等于码元时间一半 时，码元速率分量最强。,第13章 同步原理,13.4.1 概述 群同步码的种类： 1、集中式插入（连贯式插入） 将特定的群同步码组插到一群码元的前面，接收端一旦检测到这个特定的同步码组就马上知道这群码元的“头”,12.4 群同步,2、分散插入 将群同步码组
11、中的码元分散插入到信息码组前,第13章 同步原理,12.4.2 集中式插入 采用具有尖锐单峰特性自相关函数的群同步码组，集中插入在信息码组的前头，使得接收时容易捕获 常用的群同步码组是巴克码 n位长x1,x2,，xn，xi=1 局部自相关函数 R(0)=n 其他处R(j)绝对值不大于1,12.4 群同步,10种常用巴克码组（+表示+1，-表示-1）,12.4 群同步,例：N = 5的巴克码（+-+）。 在j = 0至4的范围内，求其自相关函数值：,第13章 同步原理,除R(0)外，均不大于1,巴克码的自相关函数值曲线,第13章 同步原理,12.4.3 分散式插入 通常采用简单的周期性循环序列作为群同步码，并均匀分散插入信息码流中。 “1/0”交替码分散插入法PCM24制式数字电话系统 搜索若干周期，若在同步码的位置上都满足“1/0”交替出现的规律，则认为该位置就是群同步码元位置,12.4 群同步,12.4 群同步,12.4.5 起止式同步法 电传报文中，一个字符由5个二进制码元组成； 在5码元之前加入一个码元宽度的低电平 称为“起脉冲” 在5码元之后加入至少1.5个码元宽度的高电平称为“止脉冲”, 异步通信方式,
