1、第十三章第十三章 同步原理同步原理13.1 13.1 概述概述 13.2 13.2 载波同步载波同步13.3 13.3 码元同步码元同步13.4 13.4 群同步群同步13.5 13.5 网同步网同步第第1313章章 同步原理同步原理第十三章第十三章 同步原理同步原理13.1 13.1 概述概述v同步：指要求和建立系统的收发两端（或多端）同步：指要求和建立系统的收发两端（或多端）在时间上保持步调一致，故又称定时在时间上保持步调一致，故又称定时。v分类（按同步的功用分）：载波同步、位同步、分类（按同步的功用分）：载波同步、位同步、群同步和网同步。群同步和网同步。载波同步：是指在相干解调时，接收端
2、需要提供载波同步：是指在相干解调时，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。这个载波的获取称为载波提取或载波同步。波。这个载波的获取称为载波提取或载波同步。位同步：又称码元同步。把提取这种定时脉冲序位同步：又称码元同步。把提取这种定时脉冲序列的过程称为位同步。列的过程称为位同步。 第十三章第十三章 同步原理同步原理群同步：包含字同步、句同步、分路同步等，群同步：包含字同步、句同步、分路同步等，有时也称帧同步。在接收端产生与有时也称帧同步。在接收端产生与“字字”、“句句”及及“帧帧”起止时刻相一致的定时脉冲序起止时刻相一致的定时脉冲序
3、列的过程统称为群同步。列的过程统称为群同步。 网同步：为了保证通信网内各用户之间可靠地网同步：为了保证通信网内各用户之间可靠地通信和数据交换，全网必须有一个统一的时间通信和数据交换，全网必须有一个统一的时间标准时钟，这就是网同步的问题。标准时钟，这就是网同步的问题。第十三章第十三章 同步原理同步原理二二. .按传输同步信息方式的不同来区分按传输同步信息方式的不同来区分1.1.外同步外同步: :由发送端发送专门的同步信息（常被称由发送端发送专门的同步信息（常被称为导频），接收端把这个导频提取出来作为同步为导频），接收端把这个导频提取出来作为同步信号的方法，称为外同步法。信号的方法，称为外同步法。
4、 自同步法是人们最希望的同步方法，因为可以把自同步法是人们最希望的同步方法，因为可以把全部功率和带宽分配给信号传输。在载波同步和全部功率和带宽分配给信号传输。在载波同步和位同步中，两种方法都有采用，但自同步法正得位同步中，两种方法都有采用，但自同步法正得到越来越广泛的应用。而群同步一般都采用外同到越来越广泛的应用。而群同步一般都采用外同步法。步法。 2.2.自同步自同步: :发送端不发送专门的同步信息，接收端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。设法从收到的信号中提取同步信息。 第十三章第十三章 同步原理同步原理同步本身虽然不包含所要传送的信息，但只有同步本身虽然不
5、包含所要传送的信息，但只有收发设备之间建立了同步后才能开始传送信息，收发设备之间建立了同步后才能开始传送信息，所以同步是进行信息传输的必要和前提。同步所以同步是进行信息传输的必要和前提。同步性能的好坏又将直接影响着通信系统的性能。性能的好坏又将直接影响着通信系统的性能。如果出现同步误差或失去同步就会导致通信系如果出现同步误差或失去同步就会导致通信系统性能下降或通信中断。因此，统性能下降或通信中断。因此，同步系统应具同步系统应具有比信息传输系统更高的可靠性和更好的质量有比信息传输系统更高的可靠性和更好的质量指标指标，如同步误差小、相位抖动小以及同步建，如同步误差小、相位抖动小以及同步建立时间短，
6、保持时间长等。立时间短，保持时间长等。同步的重要性同步的重要性第十三章第十三章 同步原理同步原理13.2 13.2 载波同步载波同步v载波同步的方法：直接法载波同步的方法：直接法( (自同步法自同步法) )、插入、插入导频法导频法( (外同步法外同步法) )插入导频法：在发送信息的频谱中或频带外插入导频法：在发送信息的频谱中或频带外插入相关的导频，或在时域插入（即在一定插入相关的导频，或在时域插入（即在一定的时段上传送载波信息）。的时段上传送载波信息）。直接法：也称自同步法。设法从接收信号中直接法：也称自同步法。设法从接收信号中提取同步载波。提取同步载波。v对载波同步的要求：发送载波同步信息所
7、占对载波同步的要求：发送载波同步信息所占的功率尽量小，频带尽量窄。的功率尽量小，频带尽量窄。第十三章第十三章 同步原理同步原理一、插入导频法一、插入导频法抑制载波的双边带信号（如抑制载波的双边带信号（如DSBDSB、等概的、等概的2PSK2PSK）本身不含有载波，残留边带（）本身不含有载波，残留边带（VSBVSB）信号虽含有载波分量，但很难从已调信号信号虽含有载波分量，但很难从已调信号的频谱中把它分离出来。对这些信号的载的频谱中把它分离出来。对这些信号的载波提取，可以用插入导频法（外同步法）。波提取，可以用插入导频法（外同步法）。尤其是单边带（尤其是单边带（SSBSSB）信号，）信号， 它既没
8、有载它既没有载波分量又不能用直接法提取载波，只能用波分量又不能用直接法提取载波，只能用插入导频法。插入导频法。第十三章第十三章 同步原理同步原理在抑制载波的双边带信号中插入导频在抑制载波的双边带信号中插入导频所谓插入导频，就是在已调信号频谱中额所谓插入导频，就是在已调信号频谱中额外插入一个低功率的线谱，以便接收端作外插入一个低功率的线谱，以便接收端作为载波同步信号加以恢复，此线谱对应的为载波同步信号加以恢复，此线谱对应的正弦波称为导频信号。正弦波称为导频信号。抑制载波双边带信号的导频插抑制载波双边带信号的导频插入入第十三章第十三章 同步原理同步原理插入导频法插入导频法 在在fcfc附近的频谱函
9、数很小，且没有离散谱，附近的频谱函数很小，且没有离散谱，这样可以在这样可以在fcfc处插入频率为处插入频率为fcfc的导频（这的导频（这里仅画出正频域）。但应注意，在图里仅画出正频域）。但应注意，在图 中中插入的导频并不是加于调制器的那个载波，插入的导频并不是加于调制器的那个载波，而是将该载波移相而是将该载波移相9090后的所谓后的所谓“正交载正交载波波”。第十三章第十三章 同步原理同步原理插入导频法发端框图插入导频法发端框图相乘相乘调制调制 带通带通 相加相加- -9090 相移相移 调制信号调制信号mm( (t t) )输出输出u uo o( (t t) )a ac csinsin c c
10、t ttcosatsin) t (ma) t (ucccc0 输出信号为输出信号为第十三章第十三章 同步原理同步原理插入导频法收端框图插入导频法收端框图 90相移 m(t)uo(t)带通相乘器低通fc窄带滤波器v(t)a ac csinsin c ct ttcosatsin) t (ma) t (ucccc0 接收信号为接收信号为接收端用一个中心频率为接收端用一个中心频率为fcfc的窄带滤波器提的窄带滤波器提取导频取导频-acos-acosc ct t，再将它经，再将它经9090移相后得到与移相后得到与调制载波同频同相的相干载波调制载波同频同相的相干载波 sinsinc ct t，第十三章第十
11、三章 同步原理同步原理 解调器输出解调器输出 经低通滤波后得经低通滤波后得o222222v(t)u (t)sin( )sincos (sin)( )sinsincos111( )( )cos2sin2222ccccccccccccccccccata m ttatata m ttatta m ta m ttat2c1a m(t)2第十三章第十三章 同步原理同步原理发送端是以正交载波作为导频的原因发送端是以正交载波作为导频的原因 如果发送端加入的导频不是正交载波，而如果发送端加入的导频不是正交载波，而是调制载波，则接收端是调制载波，则接收端v(t)v(t)中还有一个不中还有一个不需要的直流成分，这
12、个直流成分通过低通需要的直流成分，这个直流成分通过低通滤波器对数字信号产生影响，这就是发端滤波器对数字信号产生影响，这就是发端正交插入导频的原因。正交插入导频的原因。2PSK2PSK和和DSBDSB信号都属于抑制载波的双边带信号，信号都属于抑制载波的双边带信号，所以上述插入导频方法对两者均适用。所以上述插入导频方法对两者均适用。对于对于SSBSSB信号，导频插入的原理也与上述相同。信号，导频插入的原理也与上述相同。第十三章第十三章 同步原理同步原理2. 2. 在残留边带信号中插入导频在残留边带信号中插入导频残留边带频谱的特点残留边带频谱的特点第十三章第十三章 同步原理同步原理插入导频插入导频f
13、 f1 1、f f2 2的选择的选择 可在残留边带频谱的两侧插入可在残留边带频谱的两侧插入f f1 1和和f f2 2; ; 假设假设: : f fr r：滚降部分占用带宽的一半：滚降部分占用带宽的一半 f fm m：基带信号的最高频率：基带信号的最高频率2rc21mc1f)ff (ff)ff (f 第十三章第十三章 同步原理同步原理带带通通低低通通f1窄窄带带滤滤波波f2窄窄带带滤滤波波( (f2f1) )低低通通q次次分分频频fc窄窄带带滤滤波波移移相相v6v5v4v3v2v1接接收收VSB信信号号和和f1、f2两两个个导导频频让让VSB信 号号通通过过，滤滤除除f1 、f2插插入入导导频
14、频的的VSB信信号号的的载载波波提提取取 第十三章第十三章 同步原理同步原理载波信号的提取载波信号的提取 接收的信号中包含有接收的信号中包含有VSBVSB信号和信号和f f1 1、f f2 2两个导频。假设接收信号中两个导频是两个导频。假设接收信号中两个导频是 1 1 ：第一个导频的初相：第一个导频的初相 2 2 ：第二个导频的初相：第二个导频的初相 发送端的载波为发送端的载波为cos(cos(c ct+t+c c) ) )tcos()tcos(2211第十三章第十三章 同步原理同步原理13.2.2 13.2.2 无辅助导频时的载波提取无辅助导频时的载波提取设调制信号设调制信号m(t)m(t)
15、无直流分量，则抑制载波无直流分量，则抑制载波的双边带信号为的双边带信号为tcos) t (m) t (Sc 此方法广泛用于建立抑制载波的双边带信此方法广泛用于建立抑制载波的双边带信号的载波同步。号的载波同步。图13-2 平方环原理方框图载频输出带通滤波平 方压控振荡环路滤波锁相环s(t)2分频窄带滤波第十三章第十三章 同步原理同步原理接收端将信号接收端将信号S(t)S(t)经过非线性变换经过非线性变换平平方律器件后得到方律器件后得到tcos22(t)m2(t)m tcos (t)me(t)c22c22 v上式的第二项包含有载波的倍频上式的第二项包含有载波的倍频22c c的的分量。若用一窄带滤波
16、器将分量。若用一窄带滤波器将22c c频率分频率分量滤出，再进行二分频，就可获得所需量滤出，再进行二分频，就可获得所需的相干载波。的相干载波。第十三章第十三章 同步原理同步原理v若若m(t)=m(t)=1 1，则抑制载波的双边带信号，则抑制载波的双边带信号就成为二相移相信号（就成为二相移相信号（2PSK2PSK），这时），这时211( ) ( )coscos222cce tm ttt因而同样可以通过图中所示的方法提取因而同样可以通过图中所示的方法提取载波。载波。第十三章第十三章 同步原理同步原理相位模糊：相位模糊：2 2分频器的输出电压有相差分频器的输出电压有相差180180 的两种可能相位，
17、即其输出电压的相的两种可能相位，即其输出电压的相位决定于分频器的随机初始状态。采用位决定于分频器的随机初始状态。采用2DPSK2DPSK体制可以避免此缺点的影响。体制可以避免此缺点的影响。错误锁定：平方后的接收电压中有可能错误锁定：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。降低环路滤波器的带宽。平方环法提取载波的缺点平方环法提取载波的缺点第十三章第十三章 同步原理同步原理2. 2. 同相正交环法同相正交环法( (科斯塔斯环科斯塔斯环) ) 在此环路
18、中，压控振荡器（在此环路中，压控振荡器（VCOVCO）提供两路互为正交的）提供两路互为正交的载波，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，经低通滤波之后的输出均含调制信号，中进行鉴相，经低通滤波之后的输出均含调制信号， 两者相乘后可以消除调制信号的影响，经环路滤波器两者相乘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控制压控，从而准确地对压控得到仅与相位差有关的控制压控，从而准确地对压控振荡器进行调整。振荡器进行调整。低低通通压压控控振振荡荡器器低低通通 环环路路滤滤波波器器 - -9 90 0 相相移移 输输出出 输输入
19、入已已调调信信号号v v3 3v v5 5v v1 1v v2 2v v4 4v v6 6v v7 7 第十三章第十三章 同步原理同步原理 设输入抑制载波双边带信号为设输入抑制载波双边带信号为假定环路锁定，且不考虑噪声的影响，则假定环路锁定，且不考虑噪声的影响，则VCOVCO输出的两路互为正交的本地载波分别输出的两路互为正交的本地载波分别为为为为VCOVCO输出信号与输入已调信号载波之输出信号与输入已调信号载波之间的相位差间的相位差 )tsin()90tcos(v)tcos(vcc2c1m(t)Cosct第十三章第十三章 同步原理同步原理 信号信号m(t)Cosm(t)Cosc ct t分别与
20、分别与v v1 1、v v2 2相乘后得相乘后得 )t2sin()sint (m21)tsin(tcos) t (mv)t2cos()cost (m21)tcos(tcos) t (mvccc4ccc3561( )cos21( )sin2vm tvm t经过低通滤波器后分别得经过低通滤波器后分别得第十三章第十三章 同步原理同步原理 v v5 5、v v6 6相乘产生误差信号相乘产生误差信号27562221vm (t)sin cos41 m (t)sin2811m (t) 2m (t)84vv第十三章第十三章 同步原理同步原理三三. .两种载波同步方法的比较两种载波同步方法的比较 1. 1. 直
21、接法的优缺点直接法的优缺点 (1)(1)不占用导频功率，因此信号功率比可以大一些。不占用导频功率，因此信号功率比可以大一些。 (2)(2)可防止插入导频法中导频和信号由滤波不好引可防止插入导频法中导频和信号由滤波不好引起的互相干扰起的互相干扰, ,也可防止信道不理想引起的导频相也可防止信道不理想引起的导频相位误差。位误差。 (3)(3)有的调制系统不能用直接法有的调制系统不能用直接法( (如如SSBSSB系统系统) )。第十三章第十三章 同步原理同步原理 2.2.插入导频法的优缺点插入导频法的优缺点 (1)(1)有单独的导频信号，一方面可以提取有单独的导频信号，一方面可以提取同步载波，另一方面
22、可以用它作自动增益同步载波，另一方面可以用它作自动增益控制。控制。 (2)(2)有些不能用直接法提取同步信息的调有些不能用直接法提取同步信息的调制系统只能用插入导频法。制系统只能用插入导频法。 (3)(3)要多消耗一部分不带信息的功率，与要多消耗一部分不带信息的功率，与直接法比较在总功率相同条件下信噪功率直接法比较在总功率相同条件下信噪功率比要小一些。比要小一些。第十三章第十三章 同步原理同步原理13.2.3 13.2.3 载波同步系统的性能载波同步系统的性能v效率：指为了获得载波信号而尽量少消耗效率：指为了获得载波信号而尽量少消耗发送功率。发送功率。v精度：指接收端提取的载波与需要的载波精度
23、：指接收端提取的载波与需要的载波标准比较，应该有尽量小的相位误差。标准比较，应该有尽量小的相位误差。v同步建立时间同步建立时间t ts s：指从开机或失步到同步：指从开机或失步到同步所需要的时间。显然所需要的时间。显然t ts s越小越好。越小越好。v同步保持时间同步保持时间t tc c：指同步建立后，若同步：指同步建立后，若同步信号小时，系统还能维持同步的时间。信号小时，系统还能维持同步的时间。第十三章第十三章 同步原理同步原理v稳态相位误差稳态相位误差当滤波器中心频率与载波频率不相等时就会使当滤波器中心频率与载波频率不相等时就会使提取的同步载波信号引起一个稳态相位误差提取的同步载波信号引起
24、一个稳态相位误差。 锁相环的剩余相差锁相环的剩余相差 ：锁相环压控振荡角频率与输入载波角频：锁相环压控振荡角频率与输入载波角频率之差率之差 K KV V：环路直流总增益：环路直流总增益v随机相位误差随机相位误差vk 第十三章第十三章 同步原理同步原理13.3 13.3 码元同步码元同步在数字通信中，信号的码元组成序在数字通信中，信号的码元组成序列向对方传送，接收端解码时必须列向对方传送，接收端解码时必须知道各个码元的起止时刻。产生与知道各个码元的起止时刻。产生与码元的频率和相位一致的定时脉冲码元的频率和相位一致的定时脉冲序列的过程称为位同步。序列的过程称为位同步。为获得位同步信号，可以在基带信
25、为获得位同步信号，可以在基带信号中插入位同步导频信号，也可以号中插入位同步导频信号，也可以通过对基带信号进行处理来提取。通过对基带信号进行处理来提取。第十三章第十三章 同步原理同步原理1.1.位同步与载波同步的区别：模拟通信没有位位同步与载波同步的区别：模拟通信没有位同步，数字通信一般都有位同步；位同步信同步，数字通信一般都有位同步；位同步信号从基带中提取，特殊情况在频带信号中提号从基带中提取，特殊情况在频带信号中提取，而载波同步一定在频带信号中提取。取，而载波同步一定在频带信号中提取。2.2.对位同步信号的要求：对位同步信号的要求：(1)(1)使收端的位同步脉冲频率和发送端的码元速使收端的位
26、同步脉冲频率和发送端的码元速率相同。率相同。(2)(2)使收端最佳判决时对接收码元作抽样判决。使收端最佳判决时对接收码元作抽样判决。3.3.位同步方法的分类：直接法和插入导频法。位同步方法的分类：直接法和插入导频法。直接法中也分滤波法和锁相法。直接法中也分滤波法和锁相法。第十三章第十三章 同步原理同步原理位同步是正确取样判决的基础，只有数位同步是正确取样判决的基础，只有数字通信才需要，并且不论基带传输还是字通信才需要，并且不论基带传输还是频带传输都需要位同步；所提取的位同频带传输都需要位同步；所提取的位同步信息是频率等于码速率的定时脉冲，步信息是频率等于码速率的定时脉冲，相位则根据判决时信号波
27、形决定，可能相位则根据判决时信号波形决定，可能在码元中间，也可能在码元终止时刻或在码元中间，也可能在码元终止时刻或其他时刻。其他时刻。第十三章第十三章 同步原理同步原理一、插入导频法一、插入导频法(外同步法外同步法)v插入位定时导频法插入位定时导频法O Of f1 1 / / ( (2 2T T) )M M( ( f f ) )M M( ( f f ) )1 1 / / T Tf fO O ( (a a) ) ( (b b) )v这种方法与载波同步时的插入导频法类似，这种方法与载波同步时的插入导频法类似，也是在基带信号频谱的零点处插入所需的位也是在基带信号频谱的零点处插入所需的位定时导频信号定
28、时导频信号第十三章第十三章 同步原理同步原理插入位定时导频系统框图插入位定时导频系统框图(a) 发送端；发送端； (b) 接收端接收端第十三章第十三章 同步原理同步原理 接收端在解调后设置了接收端在解调后设置了 窄带滤波窄带滤波器，其作用是取出位定时导频。器，其作用是取出位定时导频。 移相、倒相和相加电路是为了从信移相、倒相和相加电路是为了从信号中消去插入导频，使进入取样判号中消去插入导频，使进入取样判决器的基带信号没有插入导频。这决器的基带信号没有插入导频。这样做是为了避免插入导频对取样判样做是为了避免插入导频对取样判决的影响。决的影响。T21第十三章第十三章 同步原理同步原理与插入载波导频
29、法相比，它们消除插入导频影响与插入载波导频法相比，它们消除插入导频影响的方法各不相同，载波同步中采用正交插入，而的方法各不相同，载波同步中采用正交插入，而位同步中采用反相相消的办法。位同步中采用反相相消的办法。这是因为载波同步在接收端进行相干解调时，相这是因为载波同步在接收端进行相干解调时，相干解调器有很好的抑制正交载波的能力，它不需干解调器有很好的抑制正交载波的能力，它不需另加电路就能抑制正交载波，因此载波同步采用另加电路就能抑制正交载波，因此载波同步采用正交插入。而位定时导频是在基带加入，它没有正交插入。而位定时导频是在基带加入，它没有相干解调器，故不能采用正交插入。为了消除导相干解调器，
30、故不能采用正交插入。为了消除导频对基带信号取样判决的影响，频对基带信号取样判决的影响， 位同步采用了反位同步采用了反相相消。相相消。 第十三章第十三章 同步原理同步原理包络调制法包络调制法v包络调制法主要用于包络调制法主要用于2PSK2PSK和和2FSK2FSK等包络等包络恒定的数字调制方式。在发送端对恒定恒定的数字调制方式。在发送端对恒定包络调制附加幅度调制，其调制频率包络调制附加幅度调制，其调制频率为为f fs s，则在接收端采用包络解调就可以取，则在接收端采用包络解调就可以取出出f fs s，作为位同步信号。作为位同步信号。第十三章第十三章 同步原理同步原理v以以2PSK2PSK信号为例
31、信号为例 2PSK 2PSK信号信号 s(t)= cos s(t)= cosc ct+(t)t+(t) 调制信号调制信号cos2cos2f fs st t 已调信号已调信号(1+cos2(1+cos2f fs st)cost)cosc ct+(t)t+(t) 接收端进行包络检波，包络检波器的输出为接收端进行包络检波，包络检波器的输出为 (1+cos2(1+cos2f fs st)t)，除去直流分量后，就可获得，除去直流分量后，就可获得位同步信号位同步信号 cos2 cos2f fs st t第十三章第十三章 同步原理同步原理二、直接法二、直接法(自同步法自同步法)这一类方法是发送端不专门发送导
32、频信这一类方法是发送端不专门发送导频信号，而直接从接收的数字信号中提取位号，而直接从接收的数字信号中提取位同步信号。这种方法在数字通信中得到同步信号。这种方法在数字通信中得到了最广泛的应用。了最广泛的应用。第十三章第十三章 同步原理同步原理滤波法滤波法不归零的随机二进制序列，不论是单极性还不归零的随机二进制序列，不论是单极性还是双极性的，当是双极性的，当P(0)=P(1)=1/2P(0)=P(1)=1/2时，都没有时，都没有f=1/Tf=1/T，2/T2/T等线谱，因而不能直接滤出等线谱，因而不能直接滤出f=1/Tf=1/T的位同步信号分量。的位同步信号分量。但若对该信号进行某种变换，如变成归
33、零的但若对该信号进行某种变换，如变成归零的单极性脉冲，其谱中含有单极性脉冲，其谱中含有f=1/Tf=1/T的分量，然后的分量，然后用窄带滤波器取出该分量，再经移相调整后用窄带滤波器取出该分量，再经移相调整后就可形成位定时脉冲。就可形成位定时脉冲。第十三章第十三章 同步原理同步原理滤波法的原理方框图波波形形变变换换窄窄带带滤滤波波器器移移相相脉脉冲冲形形成成 输输入入基基带带信信号号1 10 01 11 1它的特点是先形成含有位同步信息的信号，它的特点是先形成含有位同步信息的信号，再用滤波器将其取出。图中的波形变换电路可再用滤波器将其取出。图中的波形变换电路可以用微分、全波整流来实现。以用微分、
34、全波整流来实现。第十三章第十三章 同步原理同步原理 波形变换器可由比较器、微分器及整流器波形变换器可由比较器、微分器及整流器构成。考虑到噪声的影响，波形变换器各构成。考虑到噪声的影响，波形变换器各单元输出波形示意图如下图所示。单元输出波形示意图如下图所示。第十三章第十三章 同步原理同步原理包络检波包络检波- -滤波法滤波法这是一种从频带受限的中频这是一种从频带受限的中频PSKPSK信号中提信号中提取位同步信息的方法。当接收端带通滤波取位同步信息的方法。当接收端带通滤波器的带宽小于信号带宽时，使频带受限的器的带宽小于信号带宽时，使频带受限的2PSK2PSK信号在相邻码元相位反转点处形成幅信号在相
35、邻码元相位反转点处形成幅度的度的“陷落陷落”。经包络检波后得到图。经包络检波后得到图(b)(b)所示的波形，它可看成是一直流与图所示的波形，它可看成是一直流与图(c)(c)所示的波形相减，而图所示的波形相减，而图(c)(c)波形是具有一波形是具有一定脉冲形状的归零脉冲序列，含有位同步定脉冲形状的归零脉冲序列，含有位同步的线谱分量，可用窄带滤波器取出。的线谱分量，可用窄带滤波器取出。第十三章第十三章 同步原理同步原理从从2PSK2PSK信号中提取位同步信息信号中提取位同步信息 O OO OO O( (a a) )( (b b) )( (c c) )t tt tt t第十三章第十三章 同步原理同步
36、原理2. 2. 锁相法锁相法位同步锁相法的基本原理与载波同步的类位同步锁相法的基本原理与载波同步的类似，在接收端利用鉴相器比较接收码元和似，在接收端利用鉴相器比较接收码元和本地产生的位同步信号的相位，若两者相本地产生的位同步信号的相位，若两者相位不一致（超前或滞后），鉴相器就产生位不一致（超前或滞后），鉴相器就产生误差信号去调整位同步信号的相位，直至误差信号去调整位同步信号的相位，直至获得准确的位同步信号为止。获得准确的位同步信号为止。第十三章第十三章 同步原理同步原理前面介绍的滤波法中的窄带滤波器可以是前面介绍的滤波法中的窄带滤波器可以是简单的单调谐回路或晶体滤波器，也可以简单的单调谐回路或
37、晶体滤波器，也可以是锁相环路。是锁相环路。采用锁相环来提取位同步信号的方法称为采用锁相环来提取位同步信号的方法称为锁相法。锁相法。 锁相法的分类：模拟锁相法、数字锁相环锁相法的分类：模拟锁相法、数字锁相环模拟锁相法：用环路中误差信号去连续地模拟锁相法：用环路中误差信号去连续地调整位同步信号的相位；调整位同步信号的相位；第十三章第十三章 同步原理同步原理数字锁相环：采用高稳定度的振荡器（信号数字锁相环：采用高稳定度的振荡器（信号钟），从鉴相器所获得的与同步误差成比例钟），从鉴相器所获得的与同步误差成比例的误差信号不是直接用于调整振荡器，而是的误差信号不是直接用于调整振荡器，而是通过一个控制器在信
38、号钟输出的脉冲序列中通过一个控制器在信号钟输出的脉冲序列中附加或扣除一个或几个脉冲，这样同样可以附加或扣除一个或几个脉冲，这样同样可以调整加到减相器上的位同步脉冲序列的相位，调整加到减相器上的位同步脉冲序列的相位，达到同步的目的。这种电路可以完全用数字达到同步的目的。这种电路可以完全用数字电路构成全数字锁相环路。电路构成全数字锁相环路。由于这种环路对位同步信号相位的调整不是由于这种环路对位同步信号相位的调整不是连续的，连续的， 而是存在一个最小的调整单位，而是存在一个最小的调整单位，也就是说对位同步信号相位进行量化调整，也就是说对位同步信号相位进行量化调整，故这种位同步环又称为量化同步器。故这
39、种位同步环又称为量化同步器。第十三章第十三章 同步原理同步原理数字锁相原理框图数字锁相原理框图相位相位比较器比较器 n n次分频器次分频器 或或门门 扣除门扣除门(常开常开) 整形整形附加门附加门(常闭常闭) 滞滞后后脉脉冲冲 超超前前脉脉冲冲 接收码元接收码元位同步脉冲位同步脉冲输出输出 晶振晶振a a路路b b路路 nfsfsfs第十三章第十三章 同步原理同步原理位同步脉冲的相位调整位同步脉冲的相位调整第十三章第十三章 同步原理同步原理这种构成量化同步器的全数字环是数字锁相环这种构成量化同步器的全数字环是数字锁相环的一种典型应用。的一种典型应用。用于位同步的全数字锁相环的原理框图组成用于位
40、同步的全数字锁相环的原理框图组成: : 信号钟、控制器、分频器、相位比较器等。信号钟、控制器、分频器、相位比较器等。信号钟信号钟: :包括一个高稳定度的振荡器（晶体）和包括一个高稳定度的振荡器（晶体）和整形电路。若接收码元的速率为整形电路。若接收码元的速率为F=1/TF=1/T，那么振，那么振荡器频率设定在荡器频率设定在nFnF，经整形电路之后，输出周，经整形电路之后，输出周期性脉冲序列，其周期期性脉冲序列，其周期T T0 0=1/(nF)=T/n=1/(nF)=T/n。第十三章第十三章 同步原理同步原理分频器分频器: :是一个计数器，每当控制器输出是一个计数器，每当控制器输出n n个脉个脉冲
41、时，它就输出一个脉冲。冲时，它就输出一个脉冲。控制器与分频器的共同作用的结果就调整了加控制器与分频器的共同作用的结果就调整了加至相位比较器的位同步信号的相位。这种相位至相位比较器的位同步信号的相位。这种相位前、后移的调整量取决于信号钟的周期，每次前、后移的调整量取决于信号钟的周期，每次的时间阶跃量为的时间阶跃量为T T0 0，相应的相位最小调整量为，相应的相位最小调整量为 =2T=2T0 0/T=2/n/T=2/n。控制器控制器: :扣除门（常开）、附加门（常闭）和扣除门（常开）、附加门（常闭）和“或门或门”，它根据比相器输出的控制脉冲（，它根据比相器输出的控制脉冲（“超超前脉冲前脉冲”或或“
42、滞后脉冲滞后脉冲”）对信号钟输出的序列）对信号钟输出的序列实施扣除（或添加）脉冲。实施扣除（或添加）脉冲。第十三章第十三章 同步原理同步原理相位比较器相位比较器: :将接收脉冲序列与位同步信将接收脉冲序列与位同步信号进行相位比较，以判别位同步信号究竟号进行相位比较，以判别位同步信号究竟是超前还是滞后，若超前就输出超前脉冲，是超前还是滞后，若超前就输出超前脉冲，若滞后就输出滞后脉冲。若滞后就输出滞后脉冲。位同步数字环的工作过程简述如下：位同步数字环的工作过程简述如下： 由由高稳定晶体振荡器产生的信号，经整形后高稳定晶体振荡器产生的信号，经整形后得到周期为得到周期为T T0 0和相位差和相位差T
43、T0 0/2/2的两个脉冲序的两个脉冲序列，如图列，如图 11 - 17(a)11 - 17(a)、 (b)(b)所示。脉冲所示。脉冲序列序列(a)(a)通过常开门、或门并经通过常开门、或门并经n n次分频后，次分频后，输出本地位同步信号，如图输出本地位同步信号，如图 11 - 17(c)11 - 17(c)。第十三章第十三章 同步原理同步原理位同步数字环的工作过程位同步数字环的工作过程为了与发端时钟同步，分频器输出与接收到的为了与发端时钟同步，分频器输出与接收到的码元序列同时加到相位比较器进行比相。如果码元序列同时加到相位比较器进行比相。如果两者完全同步，此时相位比较器没有误差信号，两者完全
44、同步，此时相位比较器没有误差信号，本地位同步信号作为同步时钟。如果本地位同本地位同步信号作为同步时钟。如果本地位同步信号相位超前于接收码元序列时，相位比较步信号相位超前于接收码元序列时，相位比较器输出一个超前脉冲加到常开门（扣除门）的器输出一个超前脉冲加到常开门（扣除门）的禁止端将其关闭，禁止端将其关闭， 扣除一个扣除一个(a)(a)路脉冲路脉冲( (图图11 - 11 - 17(d)17(d)，使分频器输出脉冲的相位滞后，使分频器输出脉冲的相位滞后1/n1/n周期周期（360360/n/n），如图），如图11 - 17(e)11 - 17(e)所示。所示。第十三章第十三章 同步原理同步原理位
45、同步数字环的工作过程位同步数字环的工作过程 如果本地同步脉冲相位滞后于接收码元脉冲时，比相器如果本地同步脉冲相位滞后于接收码元脉冲时，比相器输出一个滞后脉冲去打开输出一个滞后脉冲去打开“常闭门（附加门）常闭门（附加门）”，使脉，使脉冲序列冲序列(b)(b)中的一个脉冲能通过此门及或门。正因为两中的一个脉冲能通过此门及或门。正因为两脉冲序列脉冲序列(a)(a)和和(b)(b)相差半个周期，所以脉冲序列相差半个周期，所以脉冲序列(b)(b)中中的一个脉冲能插到的一个脉冲能插到“常开门常开门”输出脉冲序列输出脉冲序列(a)(a)中中( (图图11 11 - 17(f)- 17(f)，使分频器输入端附加了一个脉冲，于是分频，使分频器输入端附加了一个脉冲，于是分频器的输出相位就提前器的输出相位就提前1/n1/n周期，如图周期，如图 11 -17(g)11 -17(g)所示。所示。 经过若干次调整后，使分频器输出的脉冲序列与接收码经过若干次调整后，使分频器输出的脉冲序列与接收码元序列达到同步的目的，即实现了位同步。元序列达到同步的目的，即实现了位同步。
