1、第第1010章章 同步原理同步原理 10.1 引言 10.2 载波同步 10.3 位同步 10.4 群同步 110-1 引言同步的分类:一.按同步的功用来区分 1.载波同步:利用同步解调的传输系统中,在接受端需要一个与发送端同频同相的载波。2.位同步(码元同步):接受端的码元定时脉冲序列的重复频率和相位要与发送端保持一致。23.群同步(帧同步)：为把若干字组成的句或段加以区分而插入的的起止码称为群同步。4.网同步：为使数字通信网有一个统一的时间节拍标准而进行的同步。3二.按传输同步信息方式的不同来区分 1.外同步:由发送端发送专门的同步信息。2.自同步:设法从信息中提取同步信息。4一.插入导频
2、法(外同步法)1.在DSB信号中插入导频插入导频的位置应该在信号频谱为零的位置。q对于模拟调制的信号，在载波fc附近信号频谱为0，可以直接插入导频。q但对2PSK和2DPSK等数字调制信号，在fc附近频谱很大，故在调制前需先对基带信号进行相关编码。10-2 载波同步5cmffcfcmff导频0f6插入导频法发端方框图相乘调制带通相加 相移90()m tsinccat输出0()u t7插入导频法收端方框图带通相乘器低通窄带滤波器相移0()u t90cf()v t()m t20()()sin()sinsincos()()cos2sin2222cccccccccccv tu tta m ttatta
3、aam tm ttt82.在残留边带信号中插入导频()H f01fcmff1frfcf2f2f9接收信号VSB信号和f1f2两个导频窄带窄带低通次分频窄带移相收信号载波输出1f1f21ffqcfl10二、直接法1.平方变换法和平方换法（1）平方变换法平方律部件窄带滤波器二分频输入已调信号载波输出()e t2cf2222()1()()cos()cos222ccm te tm ttm tt11（2）平方环法 为了改善平方变换的性能，可以在平方变换的基础上，把窄带滤波器改用锁相环，这就变成了平方环法。输入已调平方律部件鉴相器环路滤波器二分频锁相环信号载波输出压控振荡器12（3）关于相位模糊问题的讨论
4、 由上页方框图可以看出，由2fc窄带滤波器得到的是cos2wct经过二分频以后得到的可能是coswct也可能是cos(wct+)。这种相位的不确定性称为相位模糊。相位模糊对模拟系统影响不大，但对数字系统相位不同将使解调后码元反相，对于2PSK信号可能出现“反相工作”问题，因此要采用2DPSK系统。13 2.同相正交环法(科斯塔环)低通相移压控振荡器环路滤波器低通1v2v3v4v5v6v7v90输出31()cos()cos()()coscos(2)2cccvm tttm tt41()cos()sin()()sinsin(2)2cccvm tttm tt51()cos2vm t61()sin2vm
5、 t2275 611()sin2()84vv vm tm t14 同相正交环法的优缺点：优点：可以直接解调出m(t)(v5)缺点：电路实现较复杂 同相正交环法也存在相位模糊问题153.从多相移相信号中提取载波 四次方部件窄带滤波器四分频4cf四相移相信号载波输出1645o相移90o相移135o相移低通低通低通低通压控振荡器环路滤波器四相移相信号17三.两种载波同步方法的比较 1.直接法的优缺点 (1)不占用导频功率，因此信号功率比可以大一些。(2)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,也可防止信道不理想引起 的导频相位误差。(3)有的调制系统不能用直接法(如SSB系统)。18
6、 2.插入导频法的优缺点 (1)有单独的导频信号，一方面可以提取同步载 波，另一方面可以用它作自动增益控制。(2)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。(3)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比要小 一些。19载波同步系统的性能主要性能指标：(1)效率:为获得同步，载波信号应尽量少消耗发射功率。(2)精度:指提取的同步载波与需要的载波标准比较，应有尽量小的相位误差。20(3)同步建立时间ts:越短越好，这样同步建立得快。(4)同步保持时间tc:越长越好，这样同步建立后可以保持较长时间。21一.稳态相位误差:当滤波器中心频率与载波频率不相等
7、时就会 使提取的同步载波信号引起一个稳态相位误 差。1.对于用窄带滤波其提取同步的方法 2.对于用锁相环提取同步载波的方法)(02radQo)(0radKV22二.随机相位差:212nr23三.建立时间和保持时间 UkUstctt020(1)costQuUet020costQuUet24 1.用窄带滤波器提取载波时 (1)建立时间tskQts11ln20 (2)保持时间tckQtc1ln20 002)2(46.0 QtQtcs通常令k=1/e,可得25载波相位误差对解调性能的影响 1.既有,又有时：对DSB信号相当于对x(t)进行了缓慢的幅度调制，使收听到的信号时强时弱，甚至为零；对SSB信号
8、，解调以后所有角频率都偏，使话音信号频谱偏移。2.=0,只有：对DSB信号，借条后输出为x(t)cos/2，引起误码率上升；对SSB信号将引起波形失真。2610-3 位同步的方法一.引言 1.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；位同步信号从基带中提取，特殊情况在频带中提取，而载波同步一定在频带中提取。272.对位同步信号的要求：(1)使收端的位同步脉冲频率和发送端的码元速率相同。(2)使收端最佳判决时对接收码元作抽样判决。3.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。28100110ttteT2eT2eT1t2t3t4t5t6t第1码元第
9、2码元 第3码元29二二.用插入导频法提取位同步信号用插入导频法提取位同步信号1.插入位同步导频法()M()M00ff1/2T1/T(a)(b)30相相 关关编码器编码器相加相加调制调制位同步位同步导导 频频X(t)X(t)fb/2tccos信道信道31窄带窄带滤波滤波移相移相相加相加波形波形反变换反变换取样取样判决判决整形整形微分全微分全波整流波整流放大放大限幅限幅同步载同步载波提取波提取收端收端fb/2fb/2fb信号信号带通带通fcfb/2fb/2fb信号信号fc信号信号移相移相低通低通倒相倒相322.波形变换法（双重调制法）对2PSK或2FSK信号，在发送端进行附加的幅度调制，如果附加
10、调制频率2fb，则在收端采用包络解调就可以取出的成分作为同步信号。21()(1cos)cos()2cs tttt33三三.直接提取位同步信号直接提取位同步信号1.1.滤波法滤波法滤波法的原理方框图波形变换窄带滤波器移相脉冲形成输入基带波形1 0 1 134000(a)(b)(c)ttt(a)(b)(c)ttt基带信号微分、整流波形 频带受限2PSK位同步信号提取352.2.锁相法提取位同步信号锁相法提取位同步信号数字锁相法的原理方框图位同步脉冲输出相位比较器n次分频器或门整形晶振b路a路附加门（常闭）扣除门（常开）滞后脉冲超前脉冲接收码元36数字锁相位同步要点：o 晶振产生的高速时钟经过N次分
11、频之后，得到位同步时钟。（N个高速脉冲产生一个位同步时钟）o 如果N个脉冲中被扣除了一个，则位同步脉冲出现的时机将延时Tb/N，即相位被推迟2/N。o 如果在N个脉冲中插入一个脉冲，则位同步脉冲出现的时机将提前Tb/N，即相位被提前2/N。37数字锁相位同步要点：o 扣除或附加与否，由相位比较器输出的结果决定。o 本地产生的位时钟与接收码元进行相位比较。只有接收码元出现“0”、“1”转换时（波形有过零点），才有相位比较输出。38周期T 1/F(a)(b)(c)(d)(e)(f)(g)(n-1)n1 234 56 7(n-1)n 1 2 3 4该脉冲扣除n 1 2 34 5 67 8(n-1)n
12、 123 4 5n1 2 35 6 78 9n 123 4 5附加一个脉冲4位同步脉冲的相位调整 39位同步系统的性能ne 3602.同步建立时间同步建立时间t ts s3.同步保持时间同步保持时间t tc c4.同步带宽同步带宽f f)(22snTnTtbbs)(1/00010sfKfKfTTTTKTtbc nfnfff220020 1.1.相位误差相位误差e e40练习题o 1.采用数字锁相环实现位同步。设晶振频率为6 MHz，码元速率为8 KHz。最大相位误差=？最大的同步建立时间ts=？o 解：o n=6000/8，则=360/n=0.48度o ts=nT=(6000/8)/8000=
13、0.09375秒41o 2.数字锁相环中，晶振频率稳定度为10-5，码速率为106B，设允许的位同步误差为2*10-2，（1）求同步保持时间；（2）位同步器输入码流中最多允许有多少个连0或连1码（设无噪声）。练习题42相位误差引起抽样判决时刻的偏差，从而影响抽样信号得信噪比，最终导致判决信号的误码率上升。设相位误差对应的时间差为Te，则00211(/)(1)/44eeTPerfcE nerfcEnT相位误差对系统影响43群同步与载波同步、位同步的比较：群同步与载波同步、位同步的比较：载波同步解决了同步解调问题，把频带信号解调为基带信号。位同步确定数字通信中各个码元的抽样判决时刻，把每个码元加以
14、区分。通常由若干个码元代表一个字母，而由若干个字母组成一个字，传输数据时则把若干个码元组成一个码组。群同步的任务是把字、句或码组区分开来。10-4 群同步44一.起止式同步法:在每一个字开头，先发一个码元的起脉冲（负值），以标识字的开始。止起止12345151.545二.连贯式插入法:连贯插入法关键是要找出作为群同步码组的特殊码组这个特殊码组要信息码元序列中不易出现以便识别,识别器也要简单。46巴克码巴克码是具有特殊规律的二进制码组，有尖锐的自相关函数，而且巴克码的识别器组成十分简单：七级移位寄存器，相加器和判决器就可以组成一个巴克码识别器。1j0()0,1,10jnnjiijinR jx x
15、 当 当 巴克码局部自相关函数47巴克码局部自相关函数巴克码局部自相关函数 -7 -6 -5 -4 -3 -2 -1 1 2 3 4 5 6 707654321jR(j)48巴克码组巴克码组位数位数n巴克码组巴克码组2+;-+3+-4+-;+-+5+-+7+-+-11+-+-+-13+-+-+-+49七位巴克码识别器七位巴克码识别器0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1(7)(6)(5)(4)(3)(2)(1)相相 加加判决判决移动方向移动方向输入码元输入码元50相加器输出相加器输出a七位巴克码识别器输出七位巴克码识别器输出51三三.间歇式插入法间歇式插入法连贯式插入法主要用在
16、数据传输时，每组数据前面集中插入一组特殊的码组作为群同步，而间歇式插入法比较多地用多路数字电话系统中。52在多路在多路PCMPCM系统中集中插入群同步法系统中集中插入群同步法n-1路信息码路信息码 n-1路信息码路信息码 n-1路信息码路信息码 n-1路信息码路信息码第一帧第一帧第三帧第三帧第二帧第二帧集中插入群同步码集中插入群同步码插入其他标插入其他标志信号志信号532.逐码移位法实现群同步原理逐码移位法实现群同步原理延迟一位延迟一位禁禁门门N异异或或门门码接收码接收C C分路定时脉冲分路定时脉冲本地群码本地群码bacde54基本原理：逐码移位法的基本原理是由位同步脉冲经过n次分频以后的本地
17、码群（频率是正确的，但相位不确定）与接收到码元中间歇式插入的群同步码进行比较，使本地群码与发送来得群同步码同步。55本地码的产生本地码的产生1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15位同位同步码步码二分频二分频四分频四分频本地本地群码群码扣除第扣除第二个码二个码二分频二分频四分频四分频本地本地群码群码56同步过程同步过程1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15123123123123123123abcdddeeff57群同步的保护：群同步的保护：N2SRCQQdcee1Nf异或门非置“0”状态与门2与门158 连贯式插入法中的最常用的保护措施是将群同步的工作划捕捉态和保护态两种状态：a.捕捉态：判决门限提高,即m,使漏同步 b.维持态:判决门限降低,即m,使假同步59连贯式插入法群同步保护原理图连贯式插入法群同步保护原理图或门与门1与门4状态QQ与门2分频器识别器与门3调门限电平 SR置“0”C2N收码位同步群同步输出60
