第十章-同步技术课件

CCEE第十章第十章 同步原理同步原理通信原理通信原理主要内容主要内容10.1 引言引言 10.2 载波同步载波同步 10.3 位同步位同步 10.4 群同步群同步 通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社10.1 引言引言“同步同步”是数字通信中的重要问题，是数字通信中的重要问题，是进行正常通信的必要保证。是进行正常通信的必要保证。分为：分为：载波同步载波同步位同步位同步群同步群同步网同步网同步通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社载波同步载波同步载波同步载波同步数字通信中的重要问题，是进行正常通信的必要数字通信中的重要问题，是进行正常通信的必要保证。保证。带通带通滤波器滤波器相乘器相乘器低通低通滤波器滤波器抽样抽样判决器判决器定时脉冲定时脉冲输入输入c(t)输出输出通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社10.1 引言引言“同步同步”是数字通信中的重要问题，是数字通信中的重要问题，是进行正常通信的必要保证。是进行正常通信的必要保证。分为：分为：载波同步载波同步位同步位同步群同步群同步网同步网同步通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社位同步位同步位同步位同步又称又称“码元同步码元同步”。这种在接收端从接收信号。这种在接收端从接收信号中提取位同步信息的过程称为位同步。中提取位同步信息的过程称为位同步。带通带通滤波器滤波器相乘器相乘器低通低通滤波器滤波器抽样抽样判决器判决器定时脉冲定时脉冲输入输入c(t)输出输出通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社10.1 引言引言“同步同步”是数字通信中的重要问题，是是数字通信中的重要问题，是进行正常通信的必要保证。进行正常通信的必要保证。分为：分为：载波同步载波同步位同步位同步群同步群同步网同步网同步通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社群同步群同步群同步群同步接收端要正确恢复消息，就必须识别句或帧的接收端要正确恢复消息，就必须识别句或帧的起止时刻。起止时刻。0115163031标志时隙标志时隙同步时隙同步时隙01110101111111偶帧偶帧奇帧奇帧3.93.9s s125125s s通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社10.1 引言引言“同步同步”是数字通信中的重要问题，是数字通信中的重要问题，是进行正常通信的必要保证。是进行正常通信的必要保证。分为：分为：载波同步载波同步位同步位同步群同步群同步网同步网同步通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社网同步网同步网同步网同步为了保证通信网内各用户之间的可靠通信，需为了保证通信网内各用户之间的可靠通信，需要实现网同步。要实现网同步。通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社主要内容主要内容10.1 引言引言 10.2 载波同步载波同步 10.3 位同步位同步 10.4 群同步群同步 通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社10.2 载波同步载波同步“载波恢复载波恢复”的两种方法：的两种方法：插入导频法：在发端发送有用信号的同时，插入导频法：在发端发送有用信号的同时，在适当的频率位置上，插入载波或与之有在适当的频率位置上，插入载波或与之有关的导频信号，接收端通过窄带滤波取出。关的导频信号，接收端通过窄带滤波取出。直接提取法：从接收的已调信号中直接提直接提取法：从接收的已调信号中直接提取相干载波。取相干载波。通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社10.2 载波同步载波同步 插入导频法插入导频法1直接法直接法2 载波同步系统的性能载波同步系统的性能3载波相位误差对解调性能影响载波相位误差对解调性能影响载波相位误差对解调性能影响载波相位误差对解调性能影响4通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社插入导频法插入导频法插入导频法插入导频法用于已调制的数字信号中没有载波分量以及虽用于已调制的数字信号中没有载波分量以及虽有载波分量但难以实现载波分离的情况。有载波分量但难以实现载波分离的情况。如：单边带信号、抑止载波的双边带信号如：单边带信号、抑止载波的双边带信号 、残、残留边带信号留边带信号 、P=1/2P=1/2的二相数字相位调制信号。的二相数字相位调制信号。插入导频的方法包括插入导频的方法包括频域插入导频法频域插入导频法时域插入导频法时域插入导频法通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社频域插入导频法频域插入导频法抑制载波的双边带信号抑制载波的双边带信号已调信号的频已调信号的频谱中已不包含谱中已不包含载频成分，载载频成分，载频附近的分量频附近的分量也很小。也很小。通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社频域插入导频法频域插入导频法频域插入导频法频域插入导频法以抑制载波的双边带信号为例：以抑制载波的双边带信号为例：插入与边带插入与边带信号成正交信号成正交的的“正交载正交载波波”，即调，即调制载波移相制载波移相/2/2。通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社频域插入导频法频域插入导频法发端输出信号：发端输出信号：载波信号载波信号发生器发生器带通带通加法器加法器9090相移相移平衡平衡调制器调制器通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社频域插入导频法频域插入导频法收端输入信号：收端输入信号：乘法器乘法器f fc c窄带窄带滤波器滤波器9090相移相移接收接收带通滤波器带通滤波器低通低通滤波器滤波器基带基带输出输出相干载波相干载波通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社频域插入导频法频域插入导频法乘法器的输出信号乘法器的输出信号m(tm(t)为：为：乘法器乘法器f fc c窄带窄带滤波器滤波器9090相移相移接收接收带通滤波器带通滤波器低通低通滤波器滤波器基带基带输出输出相干载波相干载波通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社频域插入导频法频域插入导频法若发送端导频不是正交插入，而是同相插入，若发送端导频不是正交插入，而是同相插入，发送端的输出信号则变为：发送端的输出信号则变为：收端乘法器的输出：收端乘法器的输出：采用正交导频的原因采用正交导频的原因通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社插入导频法插入导频法频域插入导频法频域插入导频法时域插入导频法时域插入导频法通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社时域插入导频法时域插入导频法时域插入导频法时域插入导频法卫星通信卫星通信TDMATDMA系统帧结构系统帧结构 通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社时域插入导频法时域插入导频法锁相环提取相干载波：锁相环提取相干载波：接收接收带通滤波器带通滤波器接收信号接收信号线性门线性门门控信号门控信号解调解调鉴相器鉴相器环路环路滤波器滤波器压控压控振荡器振荡器通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社时域插入导频法时域插入导频法注意：注意：锁相环压控振荡器的自由振荡频率应尽量和载锁相环压控振荡器的自由振荡频率应尽量和载波导频标准频率相等，而且要有足够的频率稳波导频标准频率相等，而且要有足够的频率稳定度；定度；由于时域插入的导频是一帧一帧插入的，所以由于时域插入的导频是一帧一帧插入的，所以锁相环需要每隔一帧时间进行一次相位比较和锁相环需要每隔一帧时间进行一次相位比较和调节；调节；当载波恢复信号消失后，压控振荡器具有足够当载波恢复信号消失后，压控振荡器具有足够的同步保持时间，直到下一帧载波恢复信号出的同步保持时间，直到下一帧载波恢复信号出现再进行相位比较和调整，只要适当设计锁相现再进行相位比较和调整，只要适当设计锁相环，就能恢复出符合要求的相干载波。环，就能恢复出符合要求的相干载波。通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社10.2 载波同步载波同步 插入导频法插入导频法1直接法直接法2 载波同步系统的性能载波同步系统的性能3载波相位误差对解调性能影响载波相位误差对解调性能影响载波相位误差对解调性能影响载波相位误差对解调性能影响4通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社直接法直接法直接从接收信号中提取同步载波的方法直接从接收信号中提取同步载波的方法非线性变换一滤波法非线性变换一滤波法同相正交环法同相正交环法从多相移相键控信号中提取同步载波从多相移相键控信号中提取同步载波通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社非线性变换一滤波法非线性变换一滤波法适用于无载频分量的信号和抑制载频的双适用于无载频分量的信号和抑制载频的双边带信号。经过非线性变换后可以得到载边带信号。经过非线性变换后可以得到载频的倍频分量，再用窄带滤波器或等效锁频的倍频分量，再用窄带滤波器或等效锁相环提取，经过分频可得相干载波。相环提取，经过分频可得相干载波。两种常见方法：两种常见方法：平方变换法平方变换法平方环法平方环法通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社平方变换法平方变换法无直流分量的基带信号无直流分量的基带信号 能否通过能否通过22c c窄带滤波窄带滤波器，滤出同器，滤出同步载波？步载波？抑止载波的双边带信号抑止载波的双边带信号对对e(te(t)进行平方变换进行平方变换讨论讨论通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社讨论讨论1.1.模拟通信中，模拟通信中，s(ts(t)为话音信号，无直流成为话音信号，无直流成分，但分，但s s2 2(t)/2(t)/2变化时总是正的，因此，变化时总是正的，因此，其中必有一个很大的直流成分，除此之外其中必有一个很大的直流成分，除此之外都是与零频率点有一定的间隔的，很小的都是与零频率点有一定的间隔的，很小的一段的连续谱。一段的连续谱。2.2.在数字通信中，基带信号为在数字通信中，基带信号为2PSK2PSK信号，再信号，再经过二次调制为经过二次调制为DSBDSB信号：信号：s(ts(t)为双极性为双极性矩形脉冲，设矩形脉冲，设平方平方通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社平方变换法平方变换法载波必然存在载波必然存在180180的相位模糊，可以采用的相位模糊，可以采用“相对移相法相对移相法”解决。解决。二分频二分频2f2fc c窄带滤波器窄带滤波器平方律平方律部件部件输入已调输入已调信号信号通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社非线性变换一滤波法非线性变换一滤波法平方变换法平方变换法平方环法平方环法通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社平方环法平方环法在平方变换的基础上，用锁相环替代窄带滤在平方变换的基础上，用锁相环替代窄带滤波器。波器。性能优于前者性能优于前者平方律平方律部件部件输入已调输入已调信号信号鉴相器鉴相器环路环路滤波器滤波器压控压控振荡器振荡器二分频二分频锁相环锁相环通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社平方环法平方环法v vd d仅与相位差仅与相位差有关，通过环路滤有关，通过环路滤波器去控制波器去控制VCOVCO的相位和频率。环的相位和频率。环路锁定后，路锁定后，很小。很小。压控振荡器的输出压控振荡器的输出输入输入2PSK2PSK信号信号当当g(tg(t)为矩形时，有：为矩形时，有：压控振荡器的输出压控振荡器的输出鉴相器的误差输出鉴相器的误差输出鉴相灵敏度鉴相灵敏度常数常数 二分频二分频可得载波可得载波通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社直接法直接法直接从接收信号中提取同步载波的方法直接从接收信号中提取同步载波的方法非线性变换一滤波法非线性变换一滤波法同相正交环法同相正交环法从多相移相键控信号中提取同步载波从多相移相键控信号中提取同步载波通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社同相正交法同相正交法又叫科斯塔斯又叫科斯塔斯(CostasCostas)环。环。在此环路中，压控振荡器在此环路中，压控振荡器(VCO)(VCO)提供两路互提供两路互为正交的载波，与输入接收信号分别在同为正交的载波，与输入接收信号分别在同相和正交两个鉴相器中进行鉴相，经低通相和正交两个鉴相器中进行鉴相，经低通滤波之后的输出均含调制信号，两者相乘滤波之后的输出均含调制信号，两者相乘后可以消除调制信号的影响，经环路滤波后可以消除调制信号的影响，经环路滤波器得到仅与相位差有关的误差电压，利用器得到仅与相位差有关的误差电压，利用该电压控