1、CCEE第十章第十章 同步原理同步原理通信原理通信原理电子工业出版社电子工业出版社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 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理10.3 位同步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。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
2、号来控制收端时钟，实现位同步。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；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。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。位同步的方法位同步的方法插入导频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
3、锁相法。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。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理10.3 位同步位同步123电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理外同步法外同步法发送端在传送数字信息的同时，或采用单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，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。外同步法插入的导频既可以在频域插入，外同步法插入的导频既可以在频域插入，也可以在时域插入也可以在时域插入 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
4、法电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理频域插入导频法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。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导频的方式频域插入位同步导频法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，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。提取位同步信息。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理在频域插入位同步导频法在频域插入位同步导频法1Tf M0 012Tf M0
5、 0在基带信号频谱的第一在基带信号频谱的第一个零点插入所需的导频个零点插入所需的导频 在收端接收信号通过中心频率在收端接收信号通过中心频率为为1/T1/T的窄带滤波器，取出导的窄带滤波器，取出导频，作为位同步信号。频，作为位同步信号。相关编码信号，频相关编码信号，频谱第一零点在谱第一零点在1/2T1/2T在收端接收信号通过中心频率在收端接收信号通过中心频率为为1/2T1/2T的窄带滤波器，取出导的窄带滤波器，取出导频，作为位同步信号。频，作为位同步信号。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理在频域插入位同步导频法在频域插入位同步导频法为了获得在为了获得在1/T1/T或或1/2T1/2T处
6、出现零点的功率密处出现零点的功率密度谱，可以采用度谱，可以采用AMIAMI脉冲序列，或者经第四脉冲序列，或者经第四类部分响应处理。类部分响应处理。AMIAMI码的功率谱密度在码的功率谱密度在1/T1/T处有零点处有零点,可以在可以在这一点插入位同步的导频信号，然后，用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低通滤波器滤除大于1/T1/T的频谱分量，得到的频谱分量，得到所要传送的、包含位同步导频的基带信号。所要传送的、包含位同步导频的基带信号。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理在频域插入位同步导频法在频域插入位同步导频法位同步位同步导频导频调制调制AMIAMI码变换码变换
7、发码发码低通低通相加相加AMIAMI全波全波整流整流抽样抽样判决判决相减相减窄带窄带滤波滤波解调解调移相移相收码收码脉冲脉冲形成形成移相移相收定时收定时发端原理图发端原理图收端原理图收端原理图电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理频域插入导频法频域插入导频法频域插入位同步导频法频域插入位同步导频法包络调制法包络调制法电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理包络调制法包络调制法利用位同步信号的某种波形（通常采用升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调制，使其包络随位同步波形而变化在接
8、收端，利用包络检波器和窄带滤波器在接收端，利用包络检波器和窄带滤波器分离位同步信号。分离位同步信号。调相调相调幅调幅升余弦升余弦波形波形发码发码载波载波发定时发定时已调波输出已调波输出发端原理图发端原理图电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理包络调制法包络调制法抽样抽样判决判决收码收码相位相位检波检波已调波输入已调波输入收端原理图收端原理图包络包络检波检波脉冲脉冲形成形成收定时收定时窄带窄带回路回路移相移相电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理包络调制法包络调制法调相信号调相信号 1coscs ttt载波频率载波频率随数字信息而变随数字信息而变化的相位化的相位 升余弦波形升余弦波形
9、 11 cos2m tt2T 对对s s1 1(t)(t)调幅调幅 211 coscos2cstttt收端包络检波收端包络检波 222211 coscos4cv tstttt展开展开 21111 2coscoscos 22422cv ttttt 通过窄带滤波器可获通过窄带滤波器可获得定时信号得定时信号电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理外同步法外同步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电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理时域插入导频法时域插入导频法在每帧开头，在每帧开头，先传送位同步先传送位同步信号，再传送信号，再传送正常的数字信正常的数字信息。息。电子工
10、业出版社电子工业出版社通信原理通信原理10.3 位同步位同步123电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理自同步法自同步法自同步法是直接从数字信号中提取位定时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。信中经常采用的一种方法。直接法又分为：直接法又分为：滤波法滤波法锁相法锁相法 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理滤波法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。得到位定时脉冲的位同步方法。若数字码流功率谱
11、密度中存在位定时频率线谱若数字码流功率谱密度中存在位定时频率线谱,可直接用可直接用窄带滤波器取出位定时频率，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位定时频率,需对码流进行某种变换，使变换后的码流包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。含位定时频率线谱，再用窄带滤波器取出位定时频率。滤波法原理图滤波法原理图波形变换波形变换窄带滤波窄带滤波移相移相脉冲形成脉冲形成输入基输入基带信号带信号电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理滤波法滤波法一般由两个部
12、分组成：一般由两个部分组成：非线性处理电路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。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从中频已调信号中直接提取位同步信号 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理从基带信号中提取位同步从基带信号中提取位同步微分、全波整流微分、全波整流滤波法滤波法
13、从延迟解调的基带信号中滤取位同步分量从延迟解调的基带信号中滤取位同步分量延迟相乘延迟相乘滤波法滤波法 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理微分、全波整流微分、全波整流滤波法滤波法窄带滤波窄带滤波输入基输入基带信号带信号放大放大限幅限幅微分全微分全波整流波整流移相移相脉冲脉冲形成形成位定时位定时输出输出 s t1v2v3v4v s tt1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 t1vt2vt3vt5v电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理从基带信号中提取位同步从基带信号中提取位同步微分、全波整流微分、全波整流滤波法滤波法 从延迟解调的基带信号中滤取位同步分量从延迟解调的基
14、带信号中滤取位同步分量延迟相乘延迟相乘滤波法滤波法 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理从延迟解调的信号中滤取位同步分量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频带受限的相对移相PSKPSK信号经延迟解调后，信号经延迟解调后，频谱中包含有位同步分量。频谱中包含有位同步分量。对于连对于连“1”1”码，每个码子的载波都会发生码，每个码子的载波都会发生180180相位反转；由于传输频带受限，在相位反转处就相位反转；由于传输频带受限，在相位反转处就会产生包络的会产生包络的“陷落陷落”，经过延迟解调后，在基，经过延迟解调后，在基带信号的下半部波形上形成了带信号的下半部波形上形成了“凹坑
15、凹坑”。对于连对于连“0”0”码，载波没有相位反转，所以下半码，载波没有相位反转，所以下半部波形也不会出现部波形也不会出现“凹坑凹坑”。下半部波形上存在下半部波形上存在“凹坑凹坑”，从而使得延迟，从而使得延迟解调的基带信号中含有同步分量。解调的基带信号中含有同步分量。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理从延迟解调的信号中滤取位同步分量从延迟解调的信号中滤取位同步分量窄带滤波窄带滤波输入基输入基带信号带信号延迟延迟T TS S鉴相鉴相脉冲脉冲形成形成位定时位定时输出输出 s ttPSKPSK信号信号0 00 00 0t延迟延迟P P SKSK信号信号0 00 00 0基带信号基带信号t
16、s t凹坑凹坑电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理从基带信号中提取位同步从基带信号中提取位同步微分、全波整流微分、全波整流滤波法滤波法 从延迟解调的基带信号中滤取位同步分量从延迟解调的基带信号中滤取位同步分量延迟相乘延迟相乘滤波法滤波法 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理延迟相乘延迟相乘滤波法滤波法对于频带不受限的方波基带信号，或经过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，可以采用延迟相乘号，可以采用延迟相乘滤波法提取同步滤波法提取同步信号。信号。窄带窄带滤波滤波输入基输入基带信号带信号延迟延迟脉冲脉冲形
17、成形成位定时位定时输出输出 s t电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理延迟相乘延迟相乘滤波法滤波法 s ttAAtAAt2A2A电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理滤波法滤波法从基带信号中分离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从中频已调信号中直接提取位同步信号 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理中频已调信号中提取位同步中频已调信号中提取位同步包络检波包络检波滤波法滤波法延迟相干延迟相干滤波法滤波法 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理包络检波包络检波滤波法滤波法高高Q Q回路回路输入中频信号输入中频信号检波检波脉冲脉冲形成形
18、成位定时位定时输出输出 e t s t e tt中频中频PSKPSK信号信号 s tt包络信号包络信号电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理中频已调信号中提取位同步中频已调信号中提取位同步包络检波包络检波滤波法滤波法延迟相干延迟相干滤波法滤波法 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理延迟相干延迟相干滤波法滤波法如果中频滤波器的带宽远大于信号频谱带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，无法采用包络检波而将包络削平，无法采用包络检波滤波滤波法来提取位同步。法来提取位同步。可以采用延迟相干可以采用延迟相干
19、滤波法从中频信号中滤波法从中频信号中提取位同步信息提取位同步信息 高高Q Q回路回路输入中频信号输入中频信号相位检波相位检波脉冲脉冲形成形成位定时位定时输出输出 e t s t移相移相延迟延迟电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理延迟相干延迟相干滤波法滤波法t0 00 00 0 1e tt 2ett v tA A 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理延迟相干延迟相干滤波法滤波法假设码长为假设码长为T TS S，中频信号经过一个延时，中频信号经过一个延时，且且 T TS S 将输入的中频信号与延迟将输入的中频信号与延迟后所得信号在后所得信号在相位检波器中相乘，即可得到一组脉冲宽相位
20、检波器中相乘，即可得到一组脉冲宽度为度为的归零序列的归零序列该序列包含位同步频率分量，用窄带滤波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。器滤出则可得到位同步信息。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理自同步法自同步法滤波法滤波法锁相法锁相法 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理锁相法锁相法用锁相环来提取位同步信号的方法统称为用锁相环来提取位同步信号的方法统称为锁相法。锁相法。根据所采用锁相环的不同，锁相法又可分根据所采用锁相环的不同，锁相法又可分为为模拟锁相法模拟锁相法数字锁相法数字锁相法 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理模拟锁相法模拟锁相法过零
21、过零检测检测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dv分频器分频器脉冲脉冲形成形成位定时位定时输出输出 0ut vut通常把过零检测通常把过零检测得到的信号称为得到的信号称为准同步信号。准同步信号。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理模拟锁相法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，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。地同步信号与输入信号位同步信
22、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。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。模拟锁相法提取位同步信号的另一种方法。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理锁相法锁相法模拟锁相法模拟锁相法数字锁相法数字锁相法电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理数字锁相
23、法数字锁相法数字锁相法，是用数字锁相环提取位同步数字锁相法，是用数字锁相环提取位同步信号的方法信号的方法数字锁相环全部或部分用数字电路实现，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工作稳定可靠，信号中断后的同步保持时间长，性能优良间长，性能优良 基本原理基本原理 微分整流型数字锁相微分整流型数字锁相 同相正交积分数字锁相同相正交积分数字锁相 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理基本原理基本原理n n次分次分频器频器位同步脉冲输出位同步脉冲输出相位比相位比较器较器接收接收码元码元扣扣除除门门附附加加门门或或门门常开常开常闭常闭控制器控制器整形整形晶振晶振a
24、 ab bnFnF赫兹赫兹鉴相器鉴相器滞滞后后脉脉冲冲超超前前脉脉冲冲电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理基本原理基本原理组成：高稳定度振荡器组成：高稳定度振荡器(晶振晶振)，分频器，相位比较，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。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冲，经控制器送入分频器，输出本地的位同步脉冲序列。序列。接收码元的速率为接收码元的速率为F F波特，则要求本地位同步脉冲波特，则要求本地位同步脉冲的重复频率为的重
25、复频率为nFnF赫兹；晶振的振荡频率设计在赫兹；晶振的振荡频率设计在nFnF赫赫兹兹晶体输出经整形得到重复频率为晶体输出经整形得到重复频率为nFnF赫兹的窄脉冲，赫兹的窄脉冲，窄脉冲经扣除门、或门，再次分频后，得重复频率窄脉冲经扣除门、或门，再次分频后，得重复频率为赫兹的位同步信号为赫兹的位同步信号电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理基本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。出的误差信号，通过控制器对分频
26、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（常开）的禁止端，扣除a a路脉冲，此时，分配器路脉冲，此时，分配器输出脉冲的相位将退后个输出脉冲的相位将退后个1/n1/n周期周期 分频器输出的位同步脉冲相位滞后于接收码元的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，让路的一冲加于附加门，使常闭的附加门开通，让路的一个脉冲通过个
27、脉冲通过“或门或门”插入原路脉冲之间，即在分插入原路脉冲之间，即在分频器输入端添加一个脉冲，分频器的输出相位提频器输入端添加一个脉冲，分频器的输出相位提前前1/n1/n个周期个周期电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理基本原理基本原理周期周期1/F1/F该脉冲扣除该脉冲扣除附加一个脉冲附加一个脉冲电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理数字锁相法数字锁相法基本原理基本原理 微分整流型数字锁相微分整流型数字锁相 同相正交积分数字锁相同相正交积分数字锁相 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理微分整流型数字锁相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与模拟锁相一样，数
28、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，位，使之逐渐逼近接收码元的位定时信号，最后实现位同步。最后实现位同步。当接收码元为不归零脉冲时，可用过零检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字锁相也称为
29、微分整流型数字锁相 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理微分整流型数字锁相微分整流型数字锁相n n次分频器次分频器位同步脉冲输出位同步脉冲输出脉冲脉冲形成形成接收接收码元码元扣除门扣除门附加门附加门或门或门常开常开常闭常闭整形整形晶振晶振a anFnF赫兹赫兹微分微分整流整流单稳单稳A A单稳单稳1 1单稳单稳3 3单稳单稳2 2B BA Aa a路路b b路路b bc cf fe ed d/d/d电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理微分整流型数字锁相微分整流型数字锁相相位比较器的四种输出结果，讨论：相位比较器的四种输出结果，讨论：1.1.本地位同步脉冲信号超前于准同步脉冲本地
30、位同步脉冲信号超前于准同步脉冲门门A A通，输出信号通，输出信号c c经单稳经单稳1 1后形成超前脉冲后形成超前脉冲f f，反，反向接入扣除门，关闭常开的扣除门，经整形后通向接入扣除门，关闭常开的扣除门，经整形后通过常开门的过常开门的a a路脉冲，因扣除门关闭而扣除了一个路脉冲，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脉冲，分频后的输出信号推后个1/n1/n周期。周期。2.2.本地位同步信号落后于准同步脉冲本地位同步信号落后于准同步脉冲 门门A A无输出，门无输出，门B B开，有输出开，有输出e e，经单稳，经单稳2 2形成滞后形成滞后脉冲，当滞后脉冲到来时，常闭附加门开通，整脉冲
31、，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，该脉冲与形电路输出的路脉冲通过，该脉冲与a a路脉冲在时路脉冲在时间上相互错开间上相互错开1/2F1/2F，从而使分频器输出的，从而使分频器输出的a a路脉冲路脉冲在中间位置添加一个脉冲，导致分频后的输出信在中间位置添加一个脉冲，导致分频后的输出信号提前个号提前个1/n1/n周期周期 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理微分整流型数字锁相微分整流型数字锁相相位比较器的四种输出结果，讨论：相位比较器的四种输出结果，讨论：3.3.准同步脉冲正好落在脉冲的上升沿准同步脉冲正好落在脉冲的上升沿 此时此时A A门有输出门有输出c c，
32、B B门有输出门有输出e e，结果是先加入一，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。的位定时脉冲相位保持不变。4.4.准同步脉冲正好落在的下降沿准同步脉冲正好落在的下降沿 A,BA,B同时有输出，与准同步脉冲落在同时有输出，与准同步脉冲落在d d脉冲的上升脉冲的上升沿时不同的是，是先扣除一个脉冲，再添加一个沿时不同的是，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种情况是不允许发生的电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信
33、原理数字锁相法数字锁相法基本原理基本原理 微分整流型数字锁相微分整流型数字锁相 同相正交积分数字锁相同相正交积分数字锁相 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理同相正交积分数字锁相同相正交积分数字锁相晶晶振振整整流流扣扣除除门门附附加加门门n n次次分频分频脉冲脉冲形成形成B BA A单单稳稳微微分分抽样保抽样保持极性持极性抽样保抽样保持极性持极性正交正交积分积分同相同相积分积分延迟延迟T TS S/2/2接收接收码元码元S(tS(t)(j)(j)(g)(g)(e)(e)(b)(b)(c)(c)(f)(f)(h)(h)(k)(k)(d)(d)电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理同
34、相正交积分数字锁相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，所提取的位同步信号也减小干扰的影响，所提取的位同步信号也会有更好的抗干扰性能。会有更好的抗干扰性能。由此产生了同相正交积分型数字锁相法。由此产生了同相正交积分型数字锁相法。同相正交积分数
35、字锁相环提取位同步信号同相正交积分数字锁相环提取位同步信号的方法和鉴相器的结构不同的方法和鉴相器的结构不同 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理10.3 位同步位同步123电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理位同步系统的性能位同步系统的性能位同步系统的性能与载波同步系统的性能位同步系统的性能与载波同步系统的性能类似，通常也是用相位误差、建立时间、类似，通常也是用相位误差、建立时间、保持时间等指标来衡量。保持时间等指标来衡量。数字锁相法位同步系统的性能数字锁相法位同步系统的性能位同步相位误差对性能的影响位同步相位误差对性能的影响电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理数字锁相
36、法位同步系统的性能数字锁相法位同步系统的性能相位误差相位误差 同步建立时间同步建立时间 同步保持时间同步保持时间 同步带宽同步带宽 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理相位误差相位误差相位误差主要是由于位同步脉冲的相位在相位误差主要是由于位同步脉冲的相位在跳变调整中所引起的。跳变调整中所引起的。在相位调整的过程中，每调整一步，相位在相位调整的过程中，每调整一步，相位即改变即改变2 2/n(n/n(n为分频器的分频次数为分频器的分频次数)，因，因此可知，在此过程中可产生的最大相位误此可知，在此过程中可产生的最大相位误差为差为2 2/n/n，由此可定义最大相位误差：，由此可定义最大相位误差
37、：360en电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理数字锁相法位同步系统的性能数字锁相法位同步系统的性能相位误差相位误差 同步建立时间同步建立时间 同步保持时间同步保持时间 同步带宽同步带宽 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理同步建立时间同步建立时间同步建立时间定义为失步后再重建同步所需的最长时间。同步建立时间定义为失步后再重建同步所需的最长时间。令位同步脉冲的相位与由输入信号提取的准同步脉冲的时令位同步脉冲的相位与由输入信号提取的准同步脉冲的时差等于差等于T TS S/2/2秒，而锁相环每调整一步仅能移动秒，而锁相环每调整一步仅能移动T TS S/n/n秒，建秒，建立同步所需最
38、大的调整次数为：立同步所需最大的调整次数为：接收随机数字信号时，可近似认为相邻码元中出现接收随机数字信号时，可近似认为相邻码元中出现0101、1010、1111、0000的概率相等，其中，有过零点的情况占一半，连码的概率相等，其中，有过零点的情况占一半，连码情况也占一半情况也占一半平均每二个码元平均每二个码元(2T(2TS S)调整一次相位，故可得同步建立时调整一次相位，故可得同步建立时间为：间为：22ssTnNTn2ssstTNnT电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理数字锁相法位同步系统的性能数字锁相法位同步系统的性能相位误差相位误差 同步建立时间同步建立时间 同步保持时间同步保持时
39、间 同步带宽同步带宽 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理同步保持时间同步保持时间设收发两端固有的码元周期分别为设收发两端固有的码元周期分别为T T1 1=1/F=1/F1 1和和T T2 2=1/F=1/F2 2，即有，即有:当存在频差当存在频差F F时，每经过时，每经过T T0 0时间，收发两端即时间，收发两端即产生的产生的T T1 1-T-T2 2时间漂移。时间漂移。121221212011FFFTTFFFFFF F1 1F F2 2几何平均值几何平均值 012FFF001TF0120FF TTF1200TTFTF电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理同步保持时间同步保持时
40、间若同步保持时间给定，也可由上式求出对收、发若同步保持时间给定，也可由上式求出对收、发两端振荡器频率稳定度的要求为：两端振荡器频率稳定度的要求为：若两振荡器的频率稳定度相同，则要求每个振荡若两振荡器的频率稳定度相同，则要求每个振荡器的频率稳定度不低于：器的频率稳定度不低于：012TTTK0ctT00cTFKtF1ctF K1cFt K00122cFFt KF 00122cFFt KF 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理数字锁相法位同步系统的性能数字锁相法位同步系统的性能相位误差相位误差 同步建立时间同步建立时间 同步保持时间同步保持时间 同步带宽同步带宽 电子工业出版社电子工业出版社
41、通信原理通信原理同步带宽同步带宽如果输入信号码元的周期与收端固有位定时脉如果输入信号码元的周期与收端固有位定时脉冲周期之差为：冲周期之差为：锁相环将无法使收、发端位同步脉冲实现相位同锁相环将无法使收、发端位同步脉冲实现相位同步，由频差造成的相位差逐渐积累。步，由频差造成的相位差逐渐积累。02TTn00122TTnnF20012sfFnF02sFfn同步同步带宽带宽电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理位同步系统的性能位同步系统的性能数字锁相法位同步系统的性能数字锁相法位同步系统的性能位同步相位误差对性能的影响位同步相位误差对性能的影响电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理位同步相位
42、误差对性能的影响位同步相位误差对性能的影响在实际应用中，一般不用相位差来表示相在实际应用中，一般不用相位差来表示相位误差，而是用时间差位误差，而是用时间差T Te e来表示。来表示。每个码元持续时间每个码元持续时间(也称码元周期也称码元周期)为为T T0 0，故，故得：得：seTTn电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理位同步相位误差对性能的影响位同步相位误差对性能的影响电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理位同步相位误差对性能的影响位同步相位误差对性能的影响通常，一随机二进制数字信号相邻码元有通常，一随机二进制数字信号相邻码元有数据变化和无变化的概率大约各占数据变化和无变化的概率
43、大约各占1/21/2；相；相邻码元无数据变化的那部分信号，由于取邻码元无数据变化的那部分信号，由于取样点的积分值没受影响，误码率仍可用误样点的积分值没受影响，误码率仍可用误码率公式计算得出。码率公式计算得出。如如2PSK2PSK有相位误差时的误码率公式为：有相位误差时的误码率公式为：00112/1/44eesTPerfcE nerfc EnT电子工业出版社电子工业出版社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 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理10.4 群同步群同步数字信号总是分成一组一组来传输的。
44、用一定数目的码元数字信号总是分成一组一组来传输的。用一定数目的码元组成一个组成一个“字字”，由若干，由若干“字字”组成一句组成一句”，再由若干，再由若干“句句”组成一组成一“群群”。为了在接收端区分出数字信号中的为了在接收端区分出数字信号中的“字字”、“句句”、“群群”的起始位置，必须在接收端提供字、句、群同步脉冲。的起始位置，必须在接收端提供字、句、群同步脉冲。这几种同步脉冲的周期都是位同步脉冲的整数倍。这几种同步脉冲的周期都是位同步脉冲的整数倍。要使这些脉冲的相位，即起始位置也与发端相同，则必须要使这些脉冲的相位，即起始位置也与发端相同，则必须用群同步信号对分频器置零。这时位同步信号经分频
45、器分用群同步信号对分频器置零。这时位同步信号经分频器分频才能得到与发端同步同相的频才能得到与发端同步同相的“字字”、“句句”和和“群群”同同步脉冲。步脉冲。“字字”、“句句”、“群群”同步统称群同步。同步统称群同步。群同步的方法主要可分为两种。群同步的方法主要可分为两种。自同步法自同步法外同步法外同步法电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理自同步法自同步法利用数字序列本身的特性来提取群同步脉利用数字序列本身的特性来提取群同步脉冲。冲。有纠错能力的抗干扰编码，为了能纠正接有纠错能力的抗干扰编码，为了能纠正接收数字序列中的错码，加入一些监督码，收数字序列中的错码，加入一些监督码，在接收端有可
46、能根据这些监督码的位置恢在接收端有可能根据这些监督码的位置恢复出群同步信号，从而不再需要发送另外复出群同步信号，从而不再需要发送另外的群同步信号的群同步信号 电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理10.4 群同步群同步自同步法自同步法外同步法外同步法电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理外同步法外同步法在发送的数字序列中插人专门的群同步脉在发送的数字序列中插人专门的群同步脉冲或群同步码组，这种方法称为外同步法冲或群同步码组，这种方法称为外同步法本节介绍外同步法本节介绍外同步法 实现外同步方法有很多，常用的几种方法：实现外同步方法有很多，常用的几种方法：起止式同步法起止式同步法加高或
47、加宽式同步法加高或加宽式同步法插入特殊码组实现群同步法：分为连贯插入法插入特殊码组实现群同步法：分为连贯插入法和间隔式插入法。和间隔式插入法。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理10.4 群同步群同步123456电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理起止式同步法起止式同步法在每一组信号码元的前面和末尾都加一个在每一组信号码元的前面和末尾都加一个同步码元，即可构成起止式同步码组。同步码元，即可构成起止式同步码组。这种方式的典型例子之一是印字电传机。这种方式的典型例子之一是印字电传机。一个字由一个字由7.57.5个码元组成个码元组成每个字的开头，先发一个码元的起脉冲每个字的开头，先发
48、一个码元的起脉冲(负值负值)中间五个码元是消息中间五个码元是消息字的末尾是字的末尾是1.51.5个码元宽度的止脉冲个码元宽度的止脉冲(正值正值)收端根据正电平第一次转到负电平这一特殊规收端根据正电平第一次转到负电平这一特殊规律确定一个字的起始位置，以此实现群同步。律确定一个字的起始位置，以此实现群同步。电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理起止式同步法起止式同步法这种同步方式的止脉冲宽度与码元宽度不一致，给同步传这种同步方式的止脉冲宽度与码元宽度不一致，给同步传输带来不便输带来不便在这种同步方式中，每在这种同步方式中，每7.57.5个码元中只有个码元中只有5 5个码元用于传输个码元用于传
49、输消息，效率较低。消息，效率较低。解决脉冲宽度不一致的常用方法是把终止脉冲的宽度从改解决脉冲宽度不一致的常用方法是把终止脉冲的宽度从改为或，但要对目前大量使用的印字电报机作这种改动是很为或，但要对目前大量使用的印字电报机作这种改动是很不方便的不方便的在实际应用中常常是通过增加一个专用的码元变换装置来在实际应用中常常是通过增加一个专用的码元变换装置来解决脉冲宽度不一致问题。解决脉冲宽度不一致问题。止止 起起止止1 1 2 2 3 3 4 4 5 5sT1.5sT电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理10.4 群同步群同步123456电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理加高式或加宽式
50、同步法加高式或加宽式同步法在二进制数字序列中，如果在每组信码前在二进制数字序列中，如果在每组信码前增加一个幅度或宽度特别大的群同步脉冲，增加一个幅度或宽度特别大的群同步脉冲，在接收端就很容易识别信码组的起始点在接收端就很容易识别信码组的起始点加高式或加宽式同步法。加高式或加宽式同步法。加高式加高式加宽式加宽式电子工业出版社电子工业出版社通信原理通信原理加高式加高式同步脉冲的幅度一般选择为信息码元幅度的同步脉冲的幅度一般选择为信息码元幅度的1.21.21.71.7倍。倍。在接收端，只要用一个限幅器，就可以把群同步脉在接收端，只要用一个限幅器，就可以把群同步脉冲提取出来。冲提取出来。优点：容易产生
