通信原理：第七章 同步

1、第7章 同步1主要內(nèi)容 7.1 概述 7.2 載波同步方法 7.3 位同步 7.4 群同步 7.5 網(wǎng)同步27.3 位同步 碼元同步相干載波相乘電路帶通濾波低通濾波抽樣判決定時脈沖s(t)A(t)載波同步與位同步的區(qū)別：2ASK非相干 解調(diào)：2ASK相干 解調(diào)：包絡(luò)檢波器全波整流帶通濾波低通濾波抽樣判決定時脈沖s(t)A(t)37.1 概述信 源發(fā)送端接收端信道編碼調(diào) 制信 道壓縮編碼解 調(diào)信 宿保密解碼信道解碼壓縮解碼保密編碼噪聲同步信源編碼信源解碼數(shù)字通信系統(tǒng)模型47.1 概述一、同步需要解決的問題 要實現(xiàn)信號的正確傳輸，要求接收機(jī)產(chǎn)生的信號與發(fā)射機(jī)發(fā)送過來的信號具有相同的頻率與相位關(guān)系，

2、稱具有相同頻率和相位的時間關(guān)系的兩信號為同步信號。 載波同步數(shù)字信號同步位同步群同步（字同步）網(wǎng)同步57.2 載波同步方法在發(fā)送端的發(fā)送信號中插入一個專門的導(dǎo)頻用于載波同步；在接收端設(shè)法從有用信號中直接提取載波。67.2 載波同步方法一、插入導(dǎo)頻法例：2PSK信號1.在發(fā)送端：插入正交導(dǎo)頻 m(t)頻譜中的最高頻率為fm f0 fmf0 + fm0f0f導(dǎo)頻77.2 載波同步方法插入導(dǎo)頻法2.在接收端： 用窄帶濾波器濾出導(dǎo)頻分量，并將其移/2，變成sin0t，然后用它和接收信號相乘。 設(shè)接收信號仍用s0(t)表示，則此乘積為 濾除20頻率分量,就可以恢復(fù)出原調(diào)制信號m(t)若不用正交導(dǎo)頻，接收

3、端輸出將增加直流分量。 87.2 載波同步方法插入導(dǎo)頻法3.原理方框圖相乘電路帶通濾波相加電路/2相移載波產(chǎn)生(a) 發(fā)送端原理方框圖帶通濾波相乘電路低通濾波/2相移窄帶濾波(b) 接收端原理方框圖97.2 載波同步方法二、直接提取法1、平方法（1）原理 對于沒有載波分量的信號，例如2PSK信號， 設(shè)接收信號為s(t)： 式中，m(t)為調(diào)制信號，它無直流分量。 將此接收信號平方后，得到 10 用窄帶濾波器將上式中2f0分量濾出，經(jīng)過二分頻，就得出載頻f0的分量。 原理方框圖如下： S(t)S2(t)窄帶濾波二分頻平 方f02f07.2 載波同步方法直接提取法11存在問題：二分頻電路的初始狀態(tài)

4、是隨機(jī)的，使分頻輸出的初始相位有兩種可能狀態(tài)：0和, 即相位是模糊的。對2PSK信號來說，可以造成錯碼，使 “0” 和“1”對調(diào)。解決辦法是用2DPSK代替2PSK。7.2 載波同步方法直接提取法12一、基本原理1.表示式： 式中， 或6.4 二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)134.解調(diào)方法必須采用相干接收法。本地載波提取帶通濾波低通濾波相 乘抽樣判決V(t)6.4 二進(jìn)制相移鍵控(2PSK)基本原理14用鎖相環(huán)代替窄帶濾波器的方案原理方框圖優(yōu)點：輸出信號具有更好的穩(wěn)定性，并且不必須有連續(xù)的輸入信號。平方二分頻壓控振蕩相乘環(huán)路濾波2f0S(t)S2(t)f0鎖相 環(huán)7.2 載波同步方法直接提取法15

5、7.2 載波同步方法直接提取法2 科斯塔斯環(huán)法 同相正交環(huán)法 原理方框圖bes(t)c/2移相相乘壓控振蕩環(huán)路濾波低通相乘低通相乘adfg解調(diào)輸出16 原理設(shè)：接收信號仍為抑制載波的雙邊帶信號s(t) ，本地載波電壓為式中， 為信號和本地載波的相位差。7.2 載波同步方法直接提取法177.2 載波同步方法直接提取法輸入信號s(t)和本地載波相乘后得到187.2 載波同步方法直接提取法 經(jīng)過低通濾波后，它們分別為： 和上面這兩個電壓再相乘后得到 上式中，是本地載波相位與接收信號載波相位之差。 vg經(jīng)過環(huán)路濾波器后加到壓控振蕩器上，控制其振蕩頻率。197.2 載波同步方法直接提取法科斯塔斯環(huán)法優(yōu)缺

6、點優(yōu)點：e點電壓就是解調(diào)輸出電壓 不需要平方電路缺點：兩路低通濾波器的性能完全一致（模擬電路很難實現(xiàn)）；存在相位模糊問題207.2 載波同步方法直接提取法2 從多進(jìn)制信號中提取載頻 QPSK信號提取載頻的科斯塔斯環(huán)原理方框圖s(t)相乘/4移相低通相乘相乘壓控振蕩環(huán)路濾波低通解調(diào)輸出相乘/2移相相乘3/4移相低通低通21227.2 載波同步方法三、載波同步性能 1.載波同步精確度：兩種相位誤差 ：1. 由電路參量引起的恒定誤差；2. 由噪聲引起的隨機(jī)誤差。237.2 載波同步方法載波同步性能2. 同步建立時間和保持時間 同步建立時間 從開始接收到信號或從系統(tǒng)失步狀態(tài)到提取出穩(wěn)定的載頻所需要的時

7、間 越短越好。 同步保持時間 從開始失去信號到失去載頻同步的時間 越長越好。 兩者是矛盾的。247.2 載波同步方法載波同步性能3. 載波同步誤差對2PSK信號誤碼率的影響 相位誤差包括兩部分： 式中， 恒定誤差 隨機(jī)誤差 解調(diào)輸出為式中cos引起信號電壓下降，信號噪聲功率比r下降為cos2倍。257.2 載波同步方法載波同步性能3. 載波同步誤差對2PSK信號誤碼率的影響因此，誤碼率變?yōu)?式中，r為信號噪聲功率比。267.3 位同步 碼元同步相干載波相乘電路帶通濾波低通濾波抽樣判決定時脈沖s(t)A(t)載波同步與位同步的區(qū)別：2ASK非相干 解調(diào)：2ASK相干 解調(diào)：包絡(luò)檢波器全波整流帶通

8、濾波低通濾波抽樣判決定時脈沖s(t)A(t)277.3 位同步 碼元同步外同步法：在發(fā)送端的發(fā)送信號中外加包含位定時信息的導(dǎo)頻或數(shù)據(jù)序列；自同步法：在接收端設(shè)法從信息碼元序列本身中提取位定時信息。287.3 位同步 碼元同步一、外同步法 輔助信息同步法 1.原理： 在發(fā)送端信號中插入頻率為碼元速率（1/T）或碼元速率的倍數(shù)的位同步信號。 在接收端利用一個窄帶濾波器，將其分離出來，并形成碼元定時脈沖。 297.3 位同步 碼元同步一、外同步法 輔助信息同步法 2.插入位同步信號的方法：時域：連續(xù)插入、不連續(xù)插入（“位同步頭”） 頻域：信號頻帶外插入、信號頻帶內(nèi)“空隙”處插入。 3.優(yōu)缺點： 設(shè)備

9、較簡單；但占用一定的帶寬和發(fā)送功率。307.3 位同步 碼元同步二、自同步法 1.開環(huán)碼元同步法(又稱非線性濾波同步法) 同步電路直接從輸入碼流中提取發(fā)送碼流的時鐘。 - 將無fb、2fb等譜線的脈沖序列，變換成含有fb譜線的序列。 下面給出3個具體方案。315.5 基帶數(shù)字信號的頻率特性2.雙極性二進(jìn)制信號 設(shè)信號g1(t) = -g2(t) = g(t)，則由其構(gòu)成的隨機(jī)序列的雙邊功率譜密度為：325.5 基帶數(shù)字信號的頻率特性33（1）波形變換法7.3 位同步 碼元同步自同步法 34（2）延遲相乘法35（3）微分整流法7.3 位同步 碼元同步自同步法 367.3 位同步 碼元同步自同步法

10、二、閉環(huán)碼元同步法 將接收信號和本地產(chǎn)生的碼元定時信號相比較，使本地產(chǎn)生的定時信號和接收碼元波形的轉(zhuǎn)變點保持同步。 377.3 位同步 碼元同步自同步法二、閉環(huán)碼元同步法 “超前/滯后門”同步器 相乘門波形產(chǎn)生超前門滯后門m(t)相乘壓控振蕩u1u2環(huán)路濾波 | | | | +-|u1|u2|e=|u2|-|u1|38Tdd+1-1超前門滯后門(a) 同步狀態(tài)(b) 超前狀態(tài)d+1-1超前門滯后門T2積分時間7.3 位同步 碼元同步自同步法397.4 群同步一、概述1.三種同步的區(qū)別 載波同步：同步解調(diào)、把頻帶信號解調(diào)為基帶信號 位同步：確定碼元的抽樣判決時刻，區(qū)別各個碼元 群同步：若干個碼元

11、組成一個碼組，把碼組區(qū)分出來。通過分頻可以產(chǎn)生群同步脈沖的頻率。但每個群的“開頭”和“結(jié)尾”時刻，即相位是不能直接從位同步脈沖中得到的 。407.4 群同步一、概述 碼組本身自帶分組信息 插入群同步碼 分散插入 集中插入 417.4 群同步概述(b) 分散插入法 群同步序列群同步碼元群同步碼元群同步碼元信號碼元群信號碼元群群同步碼元信號碼元群(a) 集中插入法群同步碼組群同步碼組群同步碼組群同步碼組信號碼元群信號碼元群信號碼元群 42同步時分復(fù)用437.4 群同步概述 集中插入：適用于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間很短的場合 分散插入：需要較長的同步建立時間。故適用于連

12、續(xù)傳輸信號之處，例如數(shù)字電話系統(tǒng)中 447.4 群同步概述 起止式同步法： 主要適用于低速的手工操作的電傳打字機(jī)中。起止式同步通信有時也稱為異步式通信，因為其碼元間隔不等。 起止止1234545 若一個碼組僅在R(0)處出現(xiàn)峰值，其他處的R(j)均很小，則可以用求自相關(guān)函數(shù)的方法對于接收碼元序列運(yùn)算，尋找峰值，從而確定此碼組的位置。 7.4 群同步集中插入法467.4 群同步 二、集中插入法（連貫式插入法） 1.原理設(shè)有一個碼組，它包含N個碼元x1, x2, , xN，則其局部自相關(guān)函數(shù)（下面簡稱自相關(guān)函數(shù)）等于：式中，N 碼組中的碼元數(shù)目； xi 碼元的取值，可以取+1或-1。477.4 群

13、同步 二、集中插入法（連貫式插入法） 1.原理當(dāng)j = 0時，上式在運(yùn)算中，已假定當(dāng)i N 時，xi = 0。487.4 群同步集中插入法2.巴克碼若有一個包含N個碼元的碼組，其R(0)=N，在其他處R(j)的絕對值均不大于1，則稱其為巴克（Barker）碼。49三、分散插入法（間隔式插入法） 1.原理 例：在數(shù)字電話系統(tǒng)中常采用的“1/0”交替碼。 群同步序列. 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 群同步碼元群同步碼元群同步碼元信號碼元群信號碼元群群同步碼元信號碼元群PPP7.4 群同步50同步時分復(fù)用512.同步碼搜索方法 （1）移位搜索法 （2）存儲檢測法7.4 群同步分散插入法01

14、 02 03 040506 07 08x x x x x x x 009 10 11 1213 1415 16x x x x x x x 117 18 19 2021 22 23 24x x x x x x x 025 26 27 2829 30 31 32x x x x x x x 133 34 35 3637 3839 40 x x x x x x x 0新碼元進(jìn)入老碼元輸出檢驗是否“1/0”交替527.4 群同步四、群同步性能漏同步概率：將正確同步位置漏過的概率。 由于噪聲的影響，把正確的同步碼元變成錯誤的碼元。2. 假同步概率：把錯誤的同步位置當(dāng)作正確的同步位置捕捉到。 把信息碼元錯當(dāng)

15、成同步碼元。3.平均建立時間：越快越好。537.5 網(wǎng)同步7.5.1 概述 目的：解決網(wǎng)中各站的載波同步、位同步和群同步等問題 單向通信：由接收機(jī)解決網(wǎng)同步問題。 多用戶系統(tǒng)：由整個終端站（發(fā)射機(jī)和接收機(jī)）解決同步問題。547.5 網(wǎng)同步7.5.1 概述終端站發(fā)射機(jī)同步方法：有開環(huán)和閉環(huán)兩種。開環(huán)法：不需依靠對中心站上接收信號參量的測度，它依靠的是準(zhǔn)確的可以預(yù)測的鏈路參量。優(yōu)點：捕捉快、不需要反向鏈路也能工作和實時算量小。缺點：需要外部有關(guān)部門提供所需的鏈路參量數(shù)據(jù)，并且缺乏靈活性。 557.5 網(wǎng)同步7.5.1 概述閉環(huán)法：不需要預(yù)先得知鏈路參量的數(shù)據(jù) ，中心站需要度量來自終端站的信號的同步準(zhǔn)確度，并將度量結(jié)果通過反向信道送給終端站，使其作出調(diào)整。優(yōu)點：不需要外部供給有關(guān)鏈路參量的數(shù)