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1、CCEE 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 6.1 引言 6.2 载波同步 6.3 位同步 6.4 群同步 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
2、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 外同步法外同步法 1 自同步法自同步法 2 位同步系统性能位同步系统性能 3 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
3、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 0 0 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
4、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、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AMI码变换 发码 低通相加 AMI 全波 整流 抽样 判决 相减 窄带 滤波 解调 移相 收码 脉冲 形成 移相 收定时 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
5、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。 调相调幅 升余弦 波形 发码 载波 发定时 已调波输出 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 相位 检波 已调波输入 收端原理图 包络 检波 脉冲 形成 收定时 窄带 回路 移相 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
6、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 外同步法外同步法 1 自同步法自同步法 2 位同步系统性能位同步系统性能 3 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
7、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 波形变换窄带滤波移相脉冲形成 输入基 带信号 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 重庆大学通信工程学
8、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 窄带滤波 输入基 带信号 放大 限幅 微分全 波整流 移相 脉冲 形成 位定时 输出 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 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
9、”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 窄带滤波 输入基 带信号 延迟TS鉴相 脉冲 形成 位定时 输出 PSK信号 000 延迟P SK信号 000 基带信号 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
10、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。 窄带 滤波 输入基 带信号 延迟 脉冲 形成 位定时 输出 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 高Q回路 输入中频信号
11、 检波 脉冲 形成 位定时 输出 中频PSK信号 包络信号 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 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 高Q回路 输入中频信号 相位检波 脉冲 形成 位定时 输出 移相 延迟 重庆大学通信工程学院 数字通信原理 延迟相干滤波法 000 A 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
12、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 过零 检测 鉴相器 环路 滤波器 压控 振荡器 分频器 脉冲 形成 位定时 输出 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
13、数字通信原理 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
14、数字锁相环全部或部分用数字电路实现， 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 位同步脉冲输出 相位比 较器 接收 码元 扣 除 门 附 加 门 或 门 常开 常闭 控制器 整形晶振 a b nF赫兹 鉴相器 滞 后 脉 冲 超 前 脉 冲 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
15、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
16、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 重庆大学通信工程学院 数字通信原理 基本原理 周期1/F 该脉冲扣除 附加一个脉冲 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
