第三章 36 同步技術(shù)

1、陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)3.1 概述概述 3.2 數(shù)字信號的基帶傳輸數(shù)字信號的基帶傳輸 3.3 數(shù)字信號的頻帶傳輸數(shù)字信號的頻帶傳輸 3.4 數(shù)字復(fù)用技術(shù)數(shù)字復(fù)用技術(shù) 3.5 數(shù)字信號的最佳接收數(shù)字信號的最佳接收 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù) 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù) 3.6.1 3.6.1 概述概述在數(shù)字通信中，要準(zhǔn)確地恢復(fù)信號，接收端和發(fā)送端就必須保持嚴(yán)格同步。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，同步又稱為定時(shí)， 是指收發(fā)雙方在時(shí)間上保持步調(diào)一致。同步系統(tǒng)性能的優(yōu)劣將直接影響數(shù)字通信的質(zhì)量，甚至?xí)绊憯?shù)字通信能否正常進(jìn)行。 可以說同步系統(tǒng)是保證數(shù)字通信系統(tǒng)正常

2、工作的前提。同步主要有：載波同步、位同步和幀同步。陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)1、載波同步：在廣泛采用的相移鍵控(2PSK，DPSK，MPSK)、最小頻移鍵控(MSK)、正交幅度調(diào)制(QAM)等數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)中，接收端解調(diào)時(shí)都必須提供與發(fā)送端調(diào)制載波同頻同相的相干載波。2、位同步：在數(shù)字通信系統(tǒng)中，任何消息都是由一連串?dāng)?shù)字信號碼元序列來傳送的。但由于傳輸信道不理想和受到噪聲干擾，數(shù)字信號必然會(huì)產(chǎn)生波形失真。接收時(shí)需要知道每個(gè)碼元的起止時(shí)刻，以便在最佳的時(shí)刻進(jìn)行抽樣判決。這就要求接收端必須產(chǎn)生一個(gè)與接收碼元具有相同頻率和相同相位(位置)的位定時(shí)脈沖序列，即位同步(或碼元同步)

3、， 該碼元定時(shí)脈沖序列稱為位同步脈沖(或碼元同步脈沖)。 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)3 3、幀同步：、幀同步：在數(shù)字時(shí)分多路復(fù)用（TDM）系統(tǒng)中，各路信碼都是在規(guī)定的時(shí)隙內(nèi)傳送，形成規(guī)定的幀結(jié)構(gòu)。在這些幀結(jié)構(gòu)中，都包括幀同步信號， 用于接收端識別出每幀的起始時(shí)刻和分接定位以便正確分接。 在接收端獲得這些幀定位信號的過程稱為幀同步幀同步(或群同步)。 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)圖 3-99 是一個(gè)二進(jìn)制 2PSK信號相干解調(diào)與碼元恢復(fù)電路的組成框圖，圖中r(t)為有加性噪聲n(t)干擾的接收信號 )()(cos)()(tnttnTtgtrncns

4、（3.6 - 1） 式中，g(t)為碼元間隔0，Ts內(nèi)的碼元波形(+1或1)；c為載波角頻率；為載波相位；n(t)為載波中對應(yīng)第n個(gè)碼元的相位， 它在0，2范圍內(nèi)隨機(jī)地取0和180值，對應(yīng)二進(jìn)制碼元的“1”和“0”。 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)圖 3 - 99 2PSK同步接收原理框圖 碼元波形產(chǎn)生tTd )(0抽樣判決載波恢復(fù)位同步定時(shí)g(t)T(t)碼元輸出接收信號s(t)()(cos)()(tnttnTtgtsncns載波頻率0或180載波相位costc位同步信號nsnTttT)()(幀同步載波同步陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)本地載波恢復(fù)得到

5、的信號為cos(ct+)，其中為載波相位的估值；脈沖波形產(chǎn)生電路產(chǎn)生數(shù)字碼元波形g(t)；位同步定時(shí)產(chǎn)生位定時(shí)脈沖序列 nsTnTtt)()(（3.6 - 2） 位定時(shí)脈沖序列送到碼元波形產(chǎn)生電路和抽樣判決器， 通過抽樣判決恢復(fù)碼元。 在前面介紹的數(shù)字時(shí)分多路復(fù)用系統(tǒng)中，各路信碼都是在規(guī)定的時(shí)隙內(nèi)傳送，形成規(guī)定的幀結(jié)構(gòu)，例如PDH基群、二次群、三次群和四次群幀結(jié)構(gòu)。在這些幀結(jié)構(gòu)中，都包括幀同步信號， 用于接收端識別出每幀的起始時(shí)刻和分接定位以便正確分接。 在接收端獲得這些幀定位信號的過程稱為幀同步幀同步(或群同步)。 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)在點(diǎn)對點(diǎn)數(shù)字通信中，完成載

6、波同步、位同步和幀同步后， 就能可靠地進(jìn)行數(shù)字信號傳輸了（點(diǎn)對點(diǎn)通信）。為了保證數(shù)字通信網(wǎng)中各用戶之間可靠地傳輸和交換信息，還必須實(shí)現(xiàn)網(wǎng)同步。下面介紹載波同步、位同步和幀同步載波同步、位同步和幀同步。 按照同步信號的傳輸方式，同步實(shí)現(xiàn)方法可分為自同步法和外同步法。所謂自同步法，是指在發(fā)送端不需要發(fā)送專門的同步信號，在接收端可直接從收到的信號中獲取同步信號的方法。外同步法是指由發(fā)送端需要發(fā)送專用的同步信號，用于接收端提取該專用同步信號的方法。 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù) 3.6.2 3.6.2 載波同步載波同步1. 1. 直接法直接法直接法是一種自同步法，即設(shè)法從接收信號

7、中提取同步載波。但在2PSK等信號中，由于信號是抑制載波雙邊帶信號， 不存在載波分量， 因而無法從已調(diào)信號中直接用濾波法提取相干載波，但可以采用非線性變換來產(chǎn)生具有載波的頻率分量， 由此可提取載波分量。常用的載波恢復(fù)方法有：平方變換法、 平方環(huán)法和同相正交環(huán)法。 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)tnTtgatsnsncPSK2cos)()(2PSK信號經(jīng)過平方器后得到 tnTtgatstunsnc222PSK2cos)()()(（3.6 - 3） 當(dāng)g(t)為矩形脈沖時(shí)，有 1)(2nsnnTtga1) 平方變換法假設(shè)輸入已調(diào)信號為2PSK信號，即 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6

8、3.6 同步技術(shù)同步技術(shù) 于是有 )2cos1 (21cos)(2tttucc（3.6 - 4） 上式的第二項(xiàng)包括有兩倍載波2c的頻譜分量，通過窄帶濾波器可將2c頻率分量濾出，再進(jìn)行二分頻，就可獲取所需的相干載波。 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)圖 3 - 100 平方變換法提取相干載波 帶通濾波器平方2fc窄帶濾波器二分頻載波輸出已調(diào)信號加性噪聲tnTtgatsnsncPSK2cos)()(已調(diào)2PSK信號：tnTtgatstunsnc222PSK2cos)()()(平方后輸出：)2cos1 (21tctc2cos21tccos21陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技

9、術(shù)同步技術(shù)2) 平方環(huán)法為了改善平方變換法的抗噪聲性能，使提取的相干載波更為純凈， 通常采用平方環(huán)法。即用鎖相環(huán)來取代圖3-100中的2fc窄帶濾波器， 如圖3-101所示。 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)圖 3 - 101 平方環(huán)法提取相干載波 帶 通濾 波 器平 方環(huán) 路濾 波 器已 調(diào) 信 號加 性 噪 聲鑒 相 器二 分 頻載 波 輸 出壓 控振 蕩 器平 方vi(t)vd(t)vo(t)鎖相環(huán)由于鎖相環(huán)具有優(yōu)良的跟蹤、窄帶濾波和記憶功能，因此由于鎖相環(huán)具有優(yōu)良的跟蹤、窄帶濾波和記憶功能，因此平方環(huán)法較平方變換法具有更好的性能。平方環(huán)法較平方變換法具有更好的性能。

10、鎖相環(huán)(PLL)原理是：環(huán)路輸入vi(t)與壓控振蕩器(VCO)的輸出vo(t)一起加到相乘器(鑒相器)上，相乘器的鑒相作用是產(chǎn)生一個(gè)誤差電壓vd(t)，vd(t)的大小與波形變化取決于vi(t)與vo(t)之間的頻率與相位的差值和加性噪聲。vd(t)經(jīng)環(huán)路濾波器處理后，可改變VCO輸出信號的頻率和相位，使之跟蹤輸入信號的頻率和相位。 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)對于2PSK信號，由式(3.6-4)環(huán)路輸入。 當(dāng)環(huán)路鎖定時(shí)，VCO的頻率鎖定在2c上，VCO的輸出信號為 )2cos1 (21)(ittvcvo(t)=Vosin(2ct+2) （3.6 - 5） 這里，為VC

11、O輸出信號與輸入已調(diào)信號載波之間的相位差。 鑒相器輸出的誤差電壓為 2sin4)24sin(4)22sin(2)()()(oooidvKtvKtvKtvtvKtvpcpcpop（3.6 - 6） 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)這里，Kp為鑒相器系數(shù)，vd(t)經(jīng)環(huán)路低通濾波后得到 2sin2sin4)(dodKVKKtvpL（3.6 - 7） 式中，KL為低通濾波器系數(shù)；(常數(shù))。 式(3.6-7)表明vd(t)僅與相位差有關(guān)。當(dāng)環(huán)路鎖定后，是一個(gè)很小的量，因此，VCO的輸出經(jīng)過二分頻后就可得到所需的相干載波。 od41VKKKpL陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)

12、同步技術(shù)3) 同相正交環(huán)法(科斯塔斯環(huán)Costas) 同相正交環(huán)法的原理框圖如圖3-102所示。它是另一種采用鎖相環(huán)提取載波的方法。圖 3 - 102 同相正交環(huán)法的原理框圖 v6低通濾波器壓控振蕩器環(huán)路濾波器v53vv4低通濾波器90 相移v2v1sin(ct)cos(ct)輸入已調(diào)信號陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù))cos(cos )()sin(cos )(2211ttnTtgaKvttnTtgaKvccnsnpccnsnp（3.6 - 8） （3.6 - 9） v6低通濾波器壓控振蕩器環(huán)路濾波器v53vv4低通濾波器90 相移v2v1sin(ct)cos(ct)輸入已

13、調(diào)信號對PSK信號：同相正交環(huán)原理：陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)v6低通濾波器壓控振蕩器環(huán)路濾波器v53vv4低通濾波器90 相移v2v1sin(ct)cos(ct)輸入已調(diào)信號對PSK信號：同相正交環(huán)原理：cos )(21sin )(21224113nsnLpnsnLpnTtgaKKvnTtgaKKv（3.6 - 10） （3.6 - 11） 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)v6低通濾波器壓控振蕩器環(huán)路濾波器v53vv4低通濾波器90 相移v2v1sin(ct)cos(ct)輸入已調(diào)信號對PSK信號：同相正交環(huán)原理：2sin2sin)(sincos)(

14、41d2d2212134335KnTtgaKnTtgaKKKKKvvKvnsnnsnLLpppp陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù) 式(3.6-13)與式(3.6-7)相同， 即同相正交環(huán)與平方環(huán)具有相同的鑒相特性。當(dāng)環(huán)路鎖定后，是一個(gè)很小的量，因此VCO的輸出信號sin(ct+)就是所需的相干載波。 而就是解調(diào)輸出。nsnLpnsnLpnTtgaKKnTtgaKKv)(21cos)(2122224陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)與平方環(huán)法相比，同相正交環(huán)法的主要優(yōu)點(diǎn)有： 同相正交環(huán)法工作在載波頻率c上，可直接獲得相干載波； 無需平方器和二分頻器，當(dāng)頻率較高時(shí)

15、，工作頻率較低的同相正交環(huán)法電路容易實(shí)現(xiàn)； 同相正交環(huán)法具有提取相干載波和相干解調(diào)的雙重功能。 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)2. 2. 插入導(dǎo)頻法插入導(dǎo)頻法插入導(dǎo)頻法(外同步法)是另一種應(yīng)用廣泛的載波同步方法， 例如： 在抑制載波的雙邊帶信號(2PSK， 2DPSK等)中本身不包含載波； 在殘留邊帶信號(VSB等)中雖含有載波， 但不易提?。?在單邊帶信號(SSB)中，既沒有載波分量又不能用直接法提取載波； 在有些通信場合(衛(wèi)星通信， 深空通信等)， 對載波同步的要求較高， 因此可以采用插入導(dǎo)頻法。 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)1) 頻域插入導(dǎo)頻法頻

16、域插入導(dǎo)頻法插入導(dǎo)頻是指在已調(diào)信號頻譜中額外插入一個(gè)低功率的頻譜(載波同步導(dǎo)頻信號)，接收端可使用窄帶濾波器提取該導(dǎo)頻信號， 從而產(chǎn)生相干載波。 為了有利于載波恢復(fù)，通常要求： 導(dǎo)頻c的頻率應(yīng)與載頻有關(guān)或者載頻本身； 插入導(dǎo)頻的位置應(yīng)該在已調(diào)信號頻譜中的零點(diǎn)，且附近的信號頻譜分量應(yīng)盡可能小， 否則導(dǎo)頻頻譜與信號頻譜成分會(huì)重疊而影響導(dǎo)頻信號的提取。 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)圖 3 - 31 2PSK(2DPSK)信號的功率譜密度 Ofcfc2fsfP2PSK( f )4sT陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)對于2PSK、2DPSK等數(shù)字調(diào)制信號，由于在載

17、頻fc附近有較大的信號頻譜。因此在調(diào)制前先要對基帶信號進(jìn)行相關(guān)編碼。 相關(guān)編碼的作用是進(jìn)行頻譜變換，使得已調(diào)信號在fc附近的頻譜函數(shù)很小(最好為零)，且無離散譜，這樣就可以在載頻fc處插入頻率為fc的導(dǎo)頻。所插入的導(dǎo)頻并非調(diào)制載波本身，而是將該載波移相90后的正交載波，如圖 3-103 所示。 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)圖 3 - 103 頻域?qū)ьl插入法(a) 原始基帶信號頻譜； (b) 相關(guān)編碼后基帶信號頻譜； (c) 插入導(dǎo)頻 OOffffc導(dǎo)頻O(a)(b)(c)陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)圖3-104 給出了頻域?qū)ьl插入法原理框圖。在圖(a

18、)中數(shù)字基帶信號si(t)經(jīng)過相關(guān)編碼后變?yōu)閟i(t)，假設(shè)si(t)無直流分量，載波為Asinct，則發(fā)送端輸出的已調(diào)信號為 tAttAstscccossin)()(io（3.6 - 14） 在圖 3-104(b)中，接收端采用相干解調(diào)，若不考慮信道失真和噪聲干擾，接收已調(diào)信號一路經(jīng)中心頻率為fc的窄帶濾波后， 再經(jīng)90移相， 就可得到與調(diào)制載波同頻同相的相干載波。另一路已調(diào)信號與相干載波相乘后可得 tAttsAtsAtAtAttAsc2ci2i2ccci2sin212sin)(21)(21sincossin)(陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)圖圖3-104 頻域?qū)ьl插入法

19、原理框圖頻域?qū)ьl插入法原理框圖帶通濾波相加90 相移Asinct相關(guān)編碼數(shù)字基帶信號si(t)(itsso(t)已調(diào)信號輸出(a)90 相移帶通濾波fc窄帶濾波低通濾波相關(guān)解碼數(shù)字基帶信號輸出(b)導(dǎo)頻2PSK載波調(diào)制tAttAstscccossin)()(io提取的與輸入信號同頻同相載波AsinwcttAttsAtsAtAtAttAsc2ci2i2ccci2sin212sin)(21)(21sincossin)(解調(diào)陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù) 2) 時(shí)域插入導(dǎo)頻法時(shí)域插入導(dǎo)頻法在時(shí)分多址衛(wèi)星通信等應(yīng)用中常常使用時(shí)域插入導(dǎo)頻法來傳送和獲取相干載波，如圖 3-105所示。

20、 在時(shí)分多址(TDMA)系統(tǒng)中，數(shù)字信號被分成幀，每幀都包括同步信號(在t0t3 時(shí)間內(nèi))和數(shù)字信息(在t3t4時(shí)間內(nèi))，其中，在t0t1時(shí)隙傳送位同步信號， 在t1t2時(shí)隙傳送幀同步信號，在t2 t3時(shí)隙傳送載波同步信號。接收端在相應(yīng)的時(shí)隙獲取同步信號， 從而形成解調(diào)所需的相干載波。 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)圖 3 - 105 時(shí)域插入導(dǎo)頻法(a) 幀結(jié)構(gòu)； (b) 同步載波提取 線性門解調(diào)帶通鑒相器環(huán)路濾波器壓控振蕩器門控信號接收信號t0t1t2t3t4位同步幀同步載波同步信息位同步幀同步載波同步信息第一幀第二幀(a)(b)陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技

21、術(shù)同步技術(shù)3. 3. 載波同步系統(tǒng)的性能指標(biāo)載波同步系統(tǒng)的性能指標(biāo)載波同步系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)有：效率、效率、 精度、同步建精度、同步建立時(shí)間和同步保持時(shí)間。立時(shí)間和同步保持時(shí)間。 (1) 效率，是指為了獲得載波同步， 載波信號應(yīng)盡量少地消耗發(fā)送功率。 直接法由于無需專門發(fā)送導(dǎo)頻信號， 因此效率較高。 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)(2) 精度，是指接收端所提取的相干載波cos(ct+)與發(fā)送的載波cosct之間的相位誤差應(yīng)盡可能小。越小， 載波同步的精度越高。通常由穩(wěn)態(tài)相位誤差和隨機(jī)相位誤差組成。穩(wěn)態(tài)相位誤差指載波提取電路在穩(wěn)態(tài)下所產(chǎn)生的載波相位誤差，與載波提取電路的性能有

22、關(guān)。 隨機(jī)相位誤差則由隨機(jī)噪聲產(chǎn)生。 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)(3) 同步建立時(shí)間ts，是指從開機(jī)或失步到同步所需的時(shí)間。通常同步建立時(shí)間越短，同步建立得越快，顯然，ts越小越好。 (4)同步保持時(shí)間tc，是指同步建立后，如果同步信號消失， 同步系統(tǒng)還能維持同步的時(shí)間。 顯然，tc越長越好。 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù) 3.6.3 3.6.3 位同步位同步目的：在抽樣判決中，在準(zhǔn)確的時(shí)刻對接收碼元進(jìn)行判決。方法：從接收信號中提取出與接收信號同頻同相的位同步 脈沖序列，或稱定時(shí)脈沖序列。 同頻：同頻：使接收端產(chǎn)生的位同步脈沖頻率等于接收信號的碼

23、元速率； 同相：同相：使接收端在最佳接收時(shí)刻(相位)對接收碼元進(jìn)行抽 樣判決。一般為碼元的中間時(shí)刻。分類：自同步法和外同步法。陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)1. 自同步法自同步法1) 波形變換濾波法前面我們已介紹過， 不歸零的隨機(jī)二進(jìn)制數(shù)字信號序列(單極性或雙極性)的功率譜中不包含有同步時(shí)鐘頻率fs=1/Ts， 2/Ts等成分，不能直接從中濾出fs=1/Ts的同步信號分量。但我們可先對該信號進(jìn)行某種變換，形成包含有位同步信息的數(shù)字信號， 然后再用濾波器將其取出，其原理框圖如圖 3-106 所示。 圖中的波形變換可以是微分、 整流電路。 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步

24、技術(shù)同步技術(shù)圖 3 - 2 單極性全占空不歸零（NRZ）信號的波形與功率譜密度(a) 波形； (b) 功率譜密度 101101OTstfOPs( f ) fs 2fs 3fs 4fs(a)(b)陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)圖 3 - 3 單極性半占空歸零（RZ）信號的波形與功率譜密度 TsOtPs( f )f4fs3fs2fsfsO(a)(b)陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)圖 3 - 106 波形變換濾波法原理框圖 波 形變 換窄 帶濾 波移 相脈 沖形 成位 定 時(shí) 脈 沖不 歸 零 數(shù) 字基 帶 信 號1 0 1 1NRZ信號RZ信號fs中心頻率消

25、除濾波延遲陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)2) 包絡(luò)檢波濾波法在數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)中，經(jīng)常采用從中頻PSK信號中直接提取位同步信息的方法。從解調(diào)數(shù)字基帶信號中提取位同步信息時(shí)需要先恢復(fù)載波，而從中頻PSK信號中提取位同步信息則可以同時(shí)進(jìn)行。如圖 3-108是包絡(luò)檢波法的原理框圖，頻帶受限的中頻2PSK信號(如圖3-109(a)所示)在相鄰碼元的相位變換點(diǎn)附近會(huì)產(chǎn)生幅度“平滑陷落”。它包含有位同步信息。經(jīng)包絡(luò)檢波去掉其直流分量后，就可得到包含位同步時(shí)鐘頻率fs的歸零脈沖序列，通過窄帶濾波器(或鎖相環(huán))， 再經(jīng)脈沖整形， 即可得到位同步定時(shí)脈沖。 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.

26、6 同步技術(shù)同步技術(shù)tOOOtt(b)(a)(c)中頻信號包絡(luò)檢波去直流：歸零脈沖序列包 絡(luò) 檢 波窄 帶 濾 波頻 帶 受 限中 頻 2PSK 信 號脈 沖 形 成位 定 時(shí) 脈 沖圖 3-108 包絡(luò)檢波法的原理框圖圖 3-109 包絡(luò)檢波法的相關(guān)波形fs信號包含位同步信號陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)3) 數(shù)字鎖相法所謂鎖相法是指采用鎖相環(huán)來提取位同步信號的方法。用于位同步的數(shù)字鎖相環(huán)的原理框圖如圖 3 - 110所示，它由信號鐘、分頻器、相位比較器和控制器等組成。 信號鐘包括一個(gè)高穩(wěn)定度的晶體振蕩器和脈沖整形電路。 若接收碼元的速率為f=1/T，則晶體振蕩器頻率應(yīng)為

27、nf，經(jīng)整形電路后，輸出周期性脈沖序列，其周期為 nTnfT10陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)圖 3 - 110 數(shù)字鎖相環(huán)的原理框圖 相位比較器n次分頻器或門接收碼元位同步脈沖超前脈沖滯后脈沖扣除門(常開)附加門(常閉)整形晶振a路b路輸出陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)控制器由扣除門(常開)、 附加門和或門等組成， 它根據(jù)相位比較器輸出的控制脈沖(“超前脈沖”或“滯后脈沖”)來對信號鐘輸出的脈沖序列實(shí)施扣除(或添加)脈沖。相位比較器將接收脈沖序列與位同步信號進(jìn)行相位比較， 以判別位同步信號是超前還是滯后。 若超前就輸出超前脈沖， 若滯后就輸出滯后脈沖。

28、 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)分頻器是一個(gè)計(jì)數(shù)器分頻器是一個(gè)計(jì)數(shù)器， 每當(dāng)控制器輸出n個(gè)脈沖時(shí)，它就輸出一個(gè)脈沖?？刂破髋c分頻器相結(jié)合來調(diào)整加至相位比較器的位同步信號的相位。最小相位調(diào)整量為=2T0/T=2/n。位同步數(shù)字鎖相環(huán)的工作過程是： 晶體振蕩器產(chǎn)生的信號經(jīng)整形后形成周期為T0和相位差為T0 /2的兩路脈沖序列， 如圖 3-111(a)、(b)所示。 脈沖序列通過常開門、 或門并經(jīng)n次分頻后，輸出本地位同步信號，如圖3-111(c)所示。為了與發(fā)端時(shí)鐘同步，分頻器輸出與接收到的碼元序列同時(shí)加到相位比較器進(jìn)行相位比較。如果兩者完全同步，此時(shí)相位比較器沒有誤差信號，本

29、地位同步信號可作為同步時(shí)鐘。 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)如果本地位同步信號相位超前于接收碼元序列， 則相位比較器輸出一個(gè)超前脈沖加到常開門(扣除門)的禁止端(帶“o”）將其關(guān)閉，扣除一個(gè)(a)路脈沖，如圖 3111(d)所示， 使分頻器輸出脈沖的相位滯后1/n周期(360/n)， 如圖3-111(e)所示。 如果本地位同步信號相位滯后于接收碼元脈沖， 則相位比較器輸出一個(gè)滯后脈沖去打開常閉門(附加門)， 使脈沖序列(b)中的一個(gè)脈沖能通過該門和或門。由于兩脈沖序列(a)和(b)相差半個(gè)周期， 因此脈沖序列(b)中的一個(gè)脈沖能插到常開門輸出脈沖序列(a)中， 如圖3-11

30、5(f)所示， 使分頻器輸入端附加了一個(gè)脈沖，于是分頻器的輸出相位就提前了1/n周期，如圖3-111(g)所示。 經(jīng)過若干次調(diào)整后，使分頻器輸出的脈沖序列與接收碼元序列達(dá)到同步的目的， 即實(shí)現(xiàn)了位同步。 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)圖3-111位同步脈沖的相位調(diào)整T0n1 n12345678n1n1234520Tn1234567n1 n1234f1周期 T(a)(b)(c)陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)圖3-111位同步脈沖的相位調(diào)整該脈沖扣除附加一個(gè)脈沖n123 4 56789n123456(d)(e)(f)(g)陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同

31、步技術(shù)同步技術(shù)2. 2. 插入導(dǎo)頻法插入導(dǎo)頻法位同步插入導(dǎo)頻法的基本原理是在數(shù)字基帶信號功率譜的零點(diǎn)處插入位定時(shí)導(dǎo)頻信號，如圖 3-112所示。 其中，圖(a)為不歸零雙極性數(shù)字基帶信號的功率譜密度，插入導(dǎo)頻的位置為1/Ts，圖(b)為經(jīng)過相關(guān)編碼后數(shù)字基帶信號的功率譜密度， 插入導(dǎo)頻的位置為 sT21。 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)圖 3 - 112 位同步插入導(dǎo)頻法的基本原理(a)不歸零雙極性數(shù)字基帶信號的功率譜密度； (b)經(jīng)過相關(guān)編碼后數(shù)字基帶信號的功率譜密度 OS( f )位定時(shí)導(dǎo)頻S( f )位定時(shí)導(dǎo)頻sT1 f fsT21O(a)(b)陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.

32、6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)圖 3-113是位同步插入導(dǎo)頻法的原理框圖。其中，圖(a)為發(fā)送端框圖，數(shù)字基帶信號經(jīng)相關(guān)編碼后， 在基帶插入位定時(shí)導(dǎo)頻，再經(jīng)調(diào)制后輸出。圖(b)是接收端框圖。 假定發(fā)端插入的位定時(shí)導(dǎo)頻為1/(2Ts)，對應(yīng)于圖3-112(b)的情況。已調(diào)信號先進(jìn)行相干解調(diào)，經(jīng)窄帶濾波器從解調(diào)后的基帶信號中提取導(dǎo)頻信號， 其中一路經(jīng)移相、放大限幅、 微分全波整流和整形后形成位同步信號。 微分全波整流起倍頻作用，以產(chǎn)生與碼元速率1/Ts相同的位定時(shí)信號。移相的目的是消除窄帶濾波器引起的相移。另一路經(jīng)移相、倒相后與輸入基帶信號相加， 從而消除基帶信號中插入的位定時(shí)導(dǎo)頻，使進(jìn)入抽樣判決器

33、的基帶信號中沒有插入導(dǎo)頻，以消除導(dǎo)頻信號對抽樣判決的影響。 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)圖 3 - 113 位同步插入導(dǎo)頻法原理框圖(a) 發(fā)送端； (b) 接收端 微 分 全波 整 流整 形放 大 限 幅移 相窄 帶 濾 波sT21移 相sT21倒 相相 加抽 樣 判 決波 形 反 變 換輸 出數(shù) 字 基 帶 信 號低 通相 乘同 步 載波 提 取帶 通sT1輸 入已 調(diào) 信 號相 加調(diào) 制輸 出已 調(diào) 信 號cosct位 定 時(shí) 導(dǎo) 頻相 關(guān) 編 碼 器輸 入數(shù) 字 基 帶 信 號(a)(b)sT21cosct加入位導(dǎo)頻信號相干解調(diào)提取位同步信號消除位導(dǎo)頻信號陽光學(xué)院

34、陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)3. 位同步系統(tǒng)的性能指標(biāo)位同步系統(tǒng)的性能指標(biāo)1) 相位誤差靜態(tài)相位誤差e是指位同步信號的平均相位與最佳相位之間的相位偏差。通常靜態(tài)相位誤差越小，系統(tǒng)的誤碼率就越低。 對于數(shù)字鎖相環(huán)法，相位誤差主要是由位同步脈沖的相位調(diào)整變化引起的。由于每調(diào)整一次，相位改變，n為分頻器的分頻次數(shù)， 因此最大相位誤差為 nn3602nn3602e（3.6 - 14） 顯然，n越大， 最大相位誤差e就越小。 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)2) 同步建立時(shí)間同步建立時(shí)間ts是指開機(jī)或失去同步后重新建立同步所需的最長時(shí)間，同步建立時(shí)間越短越好。對于數(shù)字鎖相

35、法，由于當(dāng)位同步脈沖相位與接收碼元的相位差(對應(yīng)時(shí)間為T/2秒)時(shí)， 其調(diào)整時(shí)間最長， 因此， 此時(shí)所需的最大調(diào)整次數(shù)為 22/2/nnnTTN（3.6 - 15） 平均來說，每兩個(gè)脈沖周期(2T秒)可能有一次調(diào)整， 故同步建立時(shí)間為 ts=2TN=nT （3.6 - 16） 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)3) 同步保持時(shí)間同步保持時(shí)間tc是指由同步到失步所需要的時(shí)間，同步保持時(shí)間越長越好。對于數(shù)字鎖相法， 其同步保持時(shí)間為 FKtc1（3.6 - 17） 式中，K為一常數(shù)；F為收發(fā)兩端固有碼元重復(fù)頻率差。 若同步保持時(shí)間tc的指標(biāo)給定， 則對收發(fā)兩端振蕩器頻率穩(wěn)定度的要求

36、為 KtFc1（3.6 - 18） 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)此頻率誤差是由收發(fā)兩端振蕩器引起的。若兩個(gè)振蕩器的頻率穩(wěn)定度相同， 則對每個(gè)振蕩器的頻率穩(wěn)度要求為 00212KFtFFc（3.6 - 19） 式中，F(xiàn)0為收發(fā)兩端固有碼元重復(fù)頻率的幾何平均值。 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)4) 同步帶寬同步帶寬fs是指能夠調(diào)整到同步狀態(tài)所允許的收發(fā)振蕩器的最大頻差。對數(shù)字鎖相法，同步帶寬為 nFfs2|0式中，F(xiàn)0為收/發(fā)兩端固有碼元重復(fù)頻率; n為分頻器的分頻次數(shù)。 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù) 3.6.4 3.6.4 幀同步幀

37、同步在時(shí)分多路復(fù)用（TDM）的數(shù)字通信系統(tǒng)中，每幀的話路數(shù)和每路時(shí)隙都是按規(guī)定安排的，輸入的各路信號按一定時(shí)間規(guī)律排列成數(shù)字信息碼流。 在位同步的基礎(chǔ)上若能分辨出每幀的首尾，就能正確地區(qū)分碼字和分開各話路，即實(shí)現(xiàn)幀同步。幀同步的方法：在每一幀(或幾幀)中的固定位置插入具有特殊碼型的幀同步碼。 PCM通信常用的幀同步碼插入方法：集中插入法和分散插入法。 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)1. 集中插入法集中插入法PCM 30/32路制式采用集中插入法。實(shí)現(xiàn)：實(shí)現(xiàn)：采用由多位特殊碼組成幀同步碼組，集中插入到幀中規(guī)定的時(shí)隙。適用情況：適用情況：要求快速建立同步的地方，或間斷傳輸信息并且每次傳輸時(shí)間很短的場合。 信息碼組同步碼組信息碼組信息碼組信息碼組同步碼組同步碼組陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)圖 3 - 114 集中插入法 11A11111TS0TS1TS31TS0TS1TS31TS0TS1TS31奇幀TS0101101偶幀TS0奇幀偶幀奇幀A1：幀失步對端告警用0幀同步碼11ITU-T規(guī)定PCM 30/32路制式的幀同步碼組為0011011，即巴克碼，它集中插在偶幀TS0時(shí)隙的第28位， 如圖 3-114所示。 陽光學(xué)院陽光學(xué)院 3.6 3.6 同步技術(shù)同步技術(shù)巴克碼是一種有限長的非周期序列，它的定義是：一個(gè)n位長的碼組x1,x2,xn，其中