通信原理-位同步

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上通信原理§11.3位同步位同步是指在接收端的基帶信號中提取碼元定時的過程。 位同步是正確取樣判決的基礎(chǔ)，只有數(shù)字通信才需要，所提取的位同步信息是頻率等于碼速率的定時脈沖，相位則根據(jù)判決時信號波形決定，可能在碼元中 間，也可能在碼元終止時刻或其他時刻。實現(xiàn)方法也有插入導(dǎo)頻法（外同步）和 直接法（自同步）。一、插入導(dǎo)頻法 在基帶信號頻譜的零點處插入所需的位定時導(dǎo)頻信號。其中，圖(a)為常見的雙極性不歸零基帶信號的功率譜，插入導(dǎo)頻的位置是 1/T；圖(b)表示經(jīng)某種相 關(guān)變換的基帶信號，其譜的第一個零點為 1/2T，插入導(dǎo)頻應(yīng)在 1/2T處。圖 11-14 插入導(dǎo)

2、頻法頻譜圖在接收端，對圖 11-14（a）的情況，經(jīng)中心頻率為 1/T 的窄帶濾波器，就可 從解調(diào)后的基帶信號中提取出位同步所需的信號；對圖 11-14（b）的情況, 窄帶 濾波器的中心頻率應(yīng)為 1/2T，所提取的導(dǎo)頻需經(jīng)倍頻后，才得所需的位同步脈 沖。圖 11-15 畫出了插入位定時導(dǎo)頻的系統(tǒng)框圖，它對應(yīng)于圖 11-14（b）所示譜 的情況。發(fā)端插入的導(dǎo)頻為 1/2T，接收端在解調(diào)后設(shè)置了 1/2T窄帶濾波器，其 作用是取出位定時導(dǎo)頻。移相、倒相和相加電路是為了從信號中消去插入導(dǎo)頻，專心-專注-專業(yè)使進入取樣判決器的基帶信號沒有插入導(dǎo)頻。這樣做是為了避免插入導(dǎo)頻對取樣 判決的影響。(a)發(fā)送

3、端(b)接收端圖 11-15插入位定時導(dǎo)頻系統(tǒng)框圖 此外，由于窄帶濾波器取出的導(dǎo)頻為 1/2T，圖中微分全波整流起到了倍頻的作用，產(chǎn)生與碼元速率相同的位定時信號 1/T。圖中兩個移相器都是用來消除窄 帶濾波器等引起的相移。 另一種導(dǎo)頻插入的方法是包絡(luò)調(diào)制法。這種方法是用位同步信號的某種波形對 移相鍵控或移頻鍵控這樣的恒包絡(luò)數(shù)字已調(diào)信號進行附加的幅度調(diào)制，使其包絡(luò) 隨著位同步信號波形變化；在接收端只要進行包絡(luò)檢波，就可以形成位同步信號。設(shè)移相鍵控的表達式為s1 (t) = coswc t + j(t)（11.3-1）利用含有位同步信號的某種波形對 s1 (t) 進行幅度調(diào)制，若這種波形為升余弦m

4、(t) = 1 (1 + cos Ùt)2波形，則其表示式為（11.3-2）s (t) = 1 (1 + cos Ùt) cosw t + j (t)22c式中的 Ù = 2p / T ，T 為碼元寬度。幅度調(diào)制后的信號為（11.3-3）接收端對 s2 (t) 進行包絡(luò)檢波，包絡(luò)檢波器的輸出為1 (1 + cos Ùt) ，除去直流2分量后，就可獲得位同步信號 1 cos Ùt 。2除了以上兩種在頻域內(nèi)插入位同步導(dǎo)頻之外，還可以在時域內(nèi)插入，其原理 與載波時域插入方法類似。二、直接法 這一類方法是發(fā)端不專門發(fā)送導(dǎo)頻信號，而直接從接收的數(shù)字信號中

5、提取位同 步信號。直接提取位同步的方法又分濾波法和特殊鎖相環(huán)法。a)濾波法1)波形變換濾波法 不歸零的隨機二進制序列，不論是單極性還是雙極性的，當(dāng) P(0)=P(1)=1/2時，都沒有 f= 1/ T ，2/T 等線譜，因而不能直接濾出 f= 1/ T 的位同步信號分量。但是，若對該信號進行某種變換，其譜中含有 f = 1/ T 的分量，然后用窄帶濾波器取出該分量，再經(jīng)移相調(diào)整后就可形成位定時脈沖。這種方法的原理框圖如圖 11-16 所示。它的特點是先形成含有位同步信息的信號，再用濾波器將其取出。 圖中的波形變換電路可以用微分、整流來實現(xiàn)。圖 11-16濾波法原理圖2)包絡(luò)檢波濾波法這是一種從

6、頻帶受限的中頻 PSK 信號中提取位同步信息的方法，其波形圖 如圖 11-17 所示。當(dāng)接收端帶通濾波器的帶寬小于信號帶寬時，使頻帶受限的 2PSK 信號在相鄰碼元相位反轉(zhuǎn)點處形成幅度的“陷落”。經(jīng)包絡(luò)檢波后得到圖11-17(b)所示的波形，它可看成是一直流與圖 11-17(c)所示的波形相減，而圖(c) 波形是具有一定脈沖形狀的歸零脈沖序列，含有位同步的線譜分量，可用窄帶濾 波器取出。圖 11-17從 2PSK 信號中提取位同步信息b)鎖相法我們把采用鎖相環(huán)來提取位同步信號的方法稱為鎖相法。采用高穩(wěn)定度的振蕩 器（信號鐘），從鑒相器所獲得的與同步誤差成比例的誤差信號不是直接用于調(diào) 整振蕩器，

7、而是通過一個控制器在信號鐘輸出的脈沖序列中附加或扣除一個或幾 個脈沖，這樣同樣可以調(diào)整加到減相器上的位同步脈沖序列的相位，達到同步的 目的。這種電路可以完全用數(shù)字電路構(gòu)成全數(shù)字鎖相環(huán)路。用于位同步的全數(shù)字鎖相環(huán)的原理框圖如圖 11-18 所示，它由信號鐘、控制 器、分頻器、相位比較器等組成。其中： 信號鐘包括一個高穩(wěn)定度的振蕩器（晶體）和整形電路。若接收碼元的速率為 F=1/T，那么振蕩器頻率設(shè)定在nF，經(jīng)整形電路之后，輸出周期性脈沖序列，其 周期 T0 = 1/ nF = T / n ；控制器包括扣除門（常開）、附加門（常閉）和“或門”，它根據(jù)比相器輸出的 控制脈沖（“超前脈沖”或“滯后脈沖

8、”）對信號鐘輸出的序列實施扣除（或添加） 脈沖。 分頻器是一個計數(shù)器，每當(dāng)控制器輸出n個脈沖時，它就輸出一個脈沖?？刂破?與分頻器的共同作用的結(jié)果就調(diào)整了加至比相器的位同步信號的相位。 相位比較器將接收脈沖序列與位同步信號進行相位比較，以判別位同步信號究 竟是超前還是滯后，若超前就輸出超前脈沖，若滯后就輸出滯后脈沖。圖 11-18數(shù)字鎖相原理框圖位同步數(shù)字環(huán)的工作過程簡述如下：由高穩(wěn)定晶體振蕩器產(chǎn)生的信號，經(jīng)整 形后得到周期為T0和相位差T0/2 的兩個脈沖序列(a)和(b)圖 11-19(a)、(b)。脈沖 序列(a)通過常開門、或門并經(jīng)n次分頻后，輸出本地位同步信號圖 11-19(c)。為

9、 了與發(fā)端時鐘同步，分頻器輸出與接收到的碼元序列同時加到相位比較器進行比 相。如果兩者完全同步，此時相位比較器沒有誤差信號，本地位同步信號作為同 步時鐘；如果本地位同步信號相位超前于接收碼元序列時，相位比較器輸出一個 超前脈沖加到常開門（扣除門）的禁止端將其關(guān)閉，扣除一個(a)路脈沖圖11-19(d)，使分頻器輸出脈沖的相位滯后 1/n周期（360/n），如圖 11-19(e)所示； 如果本地同步脈沖相位滯后于接收碼元脈沖時，比相器輸出一個滯后脈沖去打開 “常閉門（附加門）”，使脈沖序列(b)中的一個脈沖能通過此門及或門，正因為 兩脈沖序列(a)和(b)相差半個周期，所以脈沖序列(b)中的一個脈