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1、第六章 同步原理,数字通信原理,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,主要内容,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,6.3 位同步,位同步基本含义：收端和发端时钟信号必须同频同相，从而保证接收端能正确接收和判决发送端送来的每一个码元。 为了达到收发端时钟同频同相，接收端需要从收到的码流中提取发送端的时钟信号来控制收端时钟，实现位同步。 实现位同步的方法 外同步法：需要发端定时信息，接收端用窄带滤波器或锁相环提取位同步信息，实现位同步； 自同步法：不需要由发端向收端传送位同步信息，收端所需要的位同步信息是从接收信号中，或解调后的数字基带信号中提取的。 位同步的方法 插入导频法 直接法：按照提取同步
2、信号的方式，大致又可分为滤波法和锁相法。,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,6.3 位同步,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,外同步法,发送端在传送数字信息的同时，或采用单独的信道，或与数字信号共用同一个信道，向接收端传送位同步信息，这种方法称为外同步法。 外同步法插入的导频既可以在频域插入，也可以在时域插入 频域插入导频法 时域插入导频法,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,频域插入导频法,在被传送的数字信号频谱中插入导频，在接收端通过提取导频恢复位同步信息。 频域插入导频的方式 频域插入位同步导频法 包络调制法：使数字信号的包络按位同步信号的某种波形变化，收端根据包络波形的变化，提取位
3、同步信息。,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,在频域插入位同步导频法,在基带信号频谱的第一个零点插入所需的导频,在收端接收信号通过中心频率为1/T的窄带滤波器，取出导频，作为位同步信号。,相关编码信号，频谱第一零点在1/2T,在收端接收信号通过中心频率为1/2T的窄带滤波器，取出导频，作为位同步信号。,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,在频域插入位同步导频法,为了获得在1/T或1/2T处出现零点的功率密度谱，可以采用AMI脉冲序列，或者经第四类部分响应处理。 AMI码的功率谱密度在1/T处有零点,可以在这一点插入位同步的导频信号，然后，用低通滤波器滤除大于1/T的频谱分量，得到所要传送的、
4、包含位同步导频的基带信号。,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,在频域插入位同步导频法,位同步导频,调制,解调,移相,收码,发端原理图,收端原理图,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,频域插入导频法,频域插入位同步导频法 包络调制法,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,包络调制法,利用位同步信号的某种波形（通常采用升余弦脉冲波形）对调相载波进行附加幅度调制，使其包络随位同步波形而变化 在接收端，利用包络检波器和窄带滤波器分离位同步信号。,发端原理图,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,包络调制法,抽样判决,收码,收端原理图,包络检波,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,包络调制法,调相信号,载
5、波频率,随数字信息而变化的相位,升余弦波形,对s1(t)调幅,收端包络检波,展开,通过窄带滤波器可获得定时信号,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,外同步法,频域插入导频法 时域插入导频法,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,时域插入导频法,在每帧开头，先传送位同步信号，再传送正常的数字信息。,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,6.3 位同步,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,自同步法,自同步法是直接从数字信号中提取位定时信号的方法，所以也叫直接法，是数字通信中经常采用的一种方法。 直接法又分为： 滤波法 锁相法,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,滤波法,指直接从数字码流中用窄带滤波器提
6、取位定时频率，从而得到位定时脉冲的位同步方法。,若数字码流功率谱密度中存在位定时频率线谱,可直接用窄带滤波器取出位定时频率， 不存在位定时频率线谱的码流无法用窄带滤波器直接滤出位定时频率,需对码流进行某种变换，使变换后的码流包含位定时频率线谱，再用窄带滤波器取出位定时频率。,滤波法原理图,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,滤波法,一般由两个部分组成： 非线性处理电路 是使得接收信号或解调后的数字基带信号经过非线性变换处理后，含有位同步频率分量或位同步信息 窄带滤波器电路 滤除噪声和其他谱分量，提取纯净的位同步信号。 从基带信号中分离位同步信号 从中频已调信号中直接提取位同步信号,重庆大学通信
7、工程学院,数字通信原理,从基带信号中提取位同步,微分、全波整流滤波法 从延迟解调的基带信号中滤取位同步分量 延迟相乘滤波法,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,微分、全波整流滤波法,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,从基带信号中提取位同步,微分、全波整流滤波法 从延迟解调的基带信号中滤取位同步分量 延迟相乘滤波法,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,从延迟解调的信号中滤取位同步分量,频带受限的相对移相PSK信号经延迟解调后，频谱中包含有位同步分量。 对于连“1”码，每个码子的载波都会发生180相位反转；由于传输频带受限，在相位反转处就会产生包络的“陷落”，经过延迟解调后，在基带信号的下半部波
8、形上形成了“凹坑”。 对于连“0”码，载波没有相位反转，所以下半部波形也不会出现“凹坑”。 下半部波形上存在“凹坑”，从而使得延迟解调的基带信号中含有同步分量。,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,从延迟解调的信号中滤取位同步分量,凹坑,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,从基带信号中提取位同步,微分、全波整流滤波法 从延迟解调的基带信号中滤取位同步分量 延迟相乘滤波法,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,延迟相乘滤波法,对于频带不受限的方波基带信号，或经过方波形成器，形成方波的频带受限基带信号，可以采用延迟相乘滤波法提取同步信号。,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,延迟相乘滤波法,重庆大学
9、通信工程学院,数字通信原理,滤波法,从基带信号中分离位同步信号 从中频已调信号中直接提取位同步信号,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,中频已调信号中提取位同步,包络检波滤波法 延迟相干滤波法,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,包络检波滤波法,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,中频已调信号中提取位同步,包络检波滤波法 延迟相干滤波法,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,延迟相干滤波法,如果中频滤波器的带宽远大于信号频谱带宽，或者由于中频放大器采用对称限幅器而将包络削平，无法采用包络检波滤波法来提取位同步。 可以采用延迟相干滤波法从中频信号中提取位同步信息,重庆大学通信工程学院,数字通信原理
10、,延迟相干滤波法,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,延迟相干滤波法,假设码长为TS，中频信号经过一个延时，且 TS 将输入的中频信号与延迟后所得信号在相位检波器中相乘，即可得到一组脉冲宽度为的归零序列 该序列包含位同步频率分量，用窄带滤波器滤出则可得到位同步信息。,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,自同步法,滤波法 锁相法,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,锁相法,用锁相环来提取位同步信号的方法统称为锁相法。 根据所采用锁相环的不同，锁相法又可分为 模拟锁相法 数字锁相法,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,模拟锁相法,通常把过零检测得到的信号称为准同步信号。,重庆大学通信工程学院,数字
11、通信原理,模拟锁相法,输入的信号先经过过零检测，再通过脉冲鉴相器，与本地位同步信号进行相位比较，利用所得的误差电压对本地位同步信号进行相位调整，使得本地同步信号与输入信号位同步信号完全一致。 过零检测信号虽然不是位定时脉冲，但它出现的位置与位定时脉冲的位置相同，只是它比位同步信号出现的次数少 通常把过零检测得到的信号称为准同步信号。 用模拟锁相环代替滤波法中的窄带滤波器，构成模拟锁相法提取位同步信号的另一种方法。,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,锁相法,模拟锁相法 数字锁相法,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,数字锁相法,数字锁相法，是用数字锁相环提取位同步信号的方法 数字锁相环全部或部
12、分用数字电路实现，工作稳定可靠，信号中断后的同步保持时间长，性能优良 基本原理 微分整流型数字锁相 同相正交积分数字锁相,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,基本原理,n次分频器,控制器,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,基本原理,组成：高稳定度振荡器(晶振)，分频器，相位比较器和控制器组成；控制器包括的扣除门、附加门。 高稳定振荡器产生的信号经整形电路变成周期性脉冲，经控制器送入分频器，输出本地的位同步脉冲序列。 接收码元的速率为F波特，则要求本地位同步脉冲的重复频率为nF赫兹；晶振的振荡频率设计在nF赫兹 晶体输出经整形得到重复频率为nF赫兹的窄脉冲，窄脉冲经扣除门、或门，再次分频后，得
13、重复频率为F赫兹的位同步信号,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,基本原理,如果接收端晶振输出经次分频后，不能与收到的码元准确地同频同相，就需要根据相位比较器输出的误差信号，通过控制器对分频器进行调整。 当分频器输出的位同步脉冲超前于接收码元的相位时，相位比较器送出一超前脉冲，加到扣除门（常开）的禁止端，扣除a路脉冲，此时，分配器输出脉冲的相位将退后个1/n周期 分频器输出的位同步脉冲相位滞后于接收码元的相位，则相位比较器输出一滞后脉冲，此滞后脉冲加于附加门，使常闭的附加门开通，让路的一个脉冲通过“或门”插入原路脉冲之间，即在分频器输入端添加一个脉冲，分频器的输出相位提前1/n个周期,重庆大学
14、通信工程学院,数字通信原理,基本原理,周期1/F,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,数字锁相法,基本原理 微分整流型数字锁相 同相正交积分数字锁相,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,微分整流型数字锁相,与模拟锁相一样，数字锁相也是将本地产生的位同步脉冲与从码元得到的位定时信号在相位比较器中做相位比较，以比较输出的误差信号去调整本地位同步脉冲的相位，使之逐渐逼近接收码元的位定时信号，最后实现位同步。 当接收码元为不归零脉冲时，可用过零检测形成的准同步信号作为相位比较的基准 过零检测是用微分整流来实现的，这类数字锁相也称为微分整流型数字锁相,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,微分整流型数字锁
15、相,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,微分整流型数字锁相,相位比较器的四种输出结果，讨论： 本地位同步脉冲信号超前于准同步脉冲 门A通，输出信号c经单稳1后形成超前脉冲f，反向接入扣除门，关闭常开的扣除门，经整形后通过常开门的a路脉冲，因扣除门关闭而扣除了一个脉冲，分频后的输出信号推后个1/n周期。 本地位同步信号落后于准同步脉冲 门A无输出，门B开，有输出e，经单稳2形成滞后脉冲，当滞后脉冲到来时，常闭附加门开通，整形电路输出的路脉冲通过，该脉冲与a路脉冲在时间上相互错开1/2F，从而使分频器输出的a路脉冲在中间位置添加一个脉冲，导致分频后的输出信号提前个1/n周期,重庆大学通信工程学院,
16、数字通信原理,微分整流型数字锁相,相位比较器的四种输出结果，讨论： 准同步脉冲正好落在脉冲的上升沿 此时A门有输出c，B门有输出e，结果是先加入一个脉冲，随后又扣除一个脉冲，综合作用，输出的位定时脉冲相位保持不变。 准同步脉冲正好落在的下降沿 A,B同时有输出，与准同步脉冲落在d脉冲的上升沿时不同的是，是先扣除一个脉冲，再添加一个脉冲，从而使分频器输出稳定在反相的情况。这种情况是不允许发生的,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,数字锁相法,基本原理 微分整流型数字锁相 同相正交积分数字锁相,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,同相正交积分数字锁相,重庆大学通信工程学院,数字通信原理,同相正交积分数字锁相,微分整流型数字锁相，是从基带信号的过零点中提取位同步信息的，当过零点较低时，受干扰的影响较大，必然影响同步信息的提取，如果应用匹配滤波的原理，先对输入的基带信号进行最佳检测，可大大减小干扰的影响，所提取的
