通信原理第八章同步原理課件

8.1概述8.2載波同步8.3位同步8.4幀同步第八章同步原理2022/11/1618.1概述第八章同步原理2022/11/121

8.1概述同步定義收、發(fā)雙方在時(shí)間上步調(diào)一致，又稱為定時(shí)。

同步分類載波同步、位同步、群同步和網(wǎng)同步。使用位置接收端接收機(jī)解調(diào)需要的同步技術(shù)類型相干解調(diào)（載波同步、位同步、幀同步）非相干解調(diào)（位同步、幀同步）2022/11/1628.1概述2022/11/122載波同步提取信息:與接收到信號(hào)調(diào)制載波同頻同相的載波（相干）；提取目的：實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)；這個(gè)過程稱為載波提取或載波同步；位同步提取信息：接收信號(hào)中每個(gè)碼元的起止時(shí)刻；提取目的：實(shí)現(xiàn)取樣判決。這種定時(shí)脈沖序列的提取過程又稱為位同步。2022/11/163載波同步2022/11/123取樣脈沖對(duì)準(zhǔn)匹配濾波器輸出最大時(shí)刻取樣脈沖對(duì)準(zhǔn)眼圖睜開最大時(shí)刻2022/11/164取樣脈沖對(duì)準(zhǔn)匹配濾波器輸出最大時(shí)刻取樣脈沖對(duì)準(zhǔn)眼圖睜開最大時(shí)

群同步（幀同步）包含字同步、句同步、分路同步等；

提取內(nèi)容：字、句等的起止時(shí)刻；提取目的：形成幀同步。網(wǎng)同步獲得載波同步、位同步、群同步，只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)間的數(shù)字通信。

提取目的：保證網(wǎng)內(nèi)各用戶能實(shí)現(xiàn)可靠通信；

提取內(nèi)容：全網(wǎng)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間時(shí)鐘。2022/11/165群同步（幀同步）2022/11/125

獲取同步信號(hào)的方法

同步方法分類：外同步法和自同步法

外同步法：發(fā)送端發(fā)送專門的同步信息（常稱為導(dǎo)頻），接收端把這個(gè)導(dǎo)頻提取出來作為同步信號(hào)的方法。自同步法：發(fā)送端不發(fā)送專門的同步信息，接收端設(shè)法從收到的信號(hào)中提取同步信息的方法。自同步法應(yīng)用廣泛，但兩種方法都有使用。同步的好壞對(duì)系統(tǒng)的性能影響較大。2022/11/166獲取同步信號(hào)的方法2022/11/1268.2載波同步8.2.1插入導(dǎo)頻法應(yīng)用場(chǎng)合：抑制載波系統(tǒng)中，如DSB、VSB、2PSK等不含載頻信息，無法從接收信號(hào)中提取載波。定義：在已調(diào)信號(hào)頻譜中額外插入一個(gè)低功率的線譜；接收端容易利用窄帶濾波器提取載頻。在抑制載波雙邊帶信號(hào)中插入導(dǎo)頻

基本要求：導(dǎo)頻插入位置應(yīng)該在信號(hào)頻譜為零處插入的導(dǎo)頻并不是直接加入調(diào)制的載波，而是加入將調(diào)制載波移相π/2的“正交載波”。2022/11/1678.2載波同步8.2.1插入導(dǎo)頻法2022/11/1Ofc－fmfcfc＋fmf導(dǎo)頻抑制載波雙邊帶信號(hào)的導(dǎo)頻插入2022/11/168Ofc－fmfcfc＋fmf導(dǎo)頻抑制載波雙邊帶信號(hào)的導(dǎo)頻插插入導(dǎo)頻法發(fā)端框圖相乘調(diào)制帶通相加-90°相移～調(diào)制信號(hào)輸出f(t)So(t)Acosw0t2022/11/169插入導(dǎo)頻法發(fā)端框圖相乘調(diào)制帶通相加-90°相移～調(diào)制信號(hào)輸出發(fā)送端數(shù)學(xué)表示：

f(t)---調(diào)制信號(hào)，無直流分量；

Acosω0

t---被調(diào)載波。

asinω0t---被調(diào)載波經(jīng)-90°移相，形成正交載波。

a---插入導(dǎo)頻的振幅輸出信號(hào)為

so(t)=Af(t)cosω0t+asinω0t2022/11/1610發(fā)送端數(shù)學(xué)表示：2022/11/1210插入導(dǎo)頻法收端框圖90°相移f(t)帶通相乘器低通f0窄帶濾波器So(t)V(t)2022/11/1611插入導(dǎo)頻法收端框圖90°相移f(t)帶通相乘器低通f0窄帶濾

經(jīng)過低通濾除高頻部分后，就可恢復(fù)調(diào)制信號(hào)f(t)。如果發(fā)端加入的導(dǎo)頻不是正交載波，而是調(diào)制載波，

雖然同樣可以解調(diào)出信號(hào)f(t)項(xiàng)，但卻增加了一個(gè)直流項(xiàng)a/2。這個(gè)直流項(xiàng)通過低通濾波器后將對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生不良影響。這就是發(fā)端采用正交導(dǎo)頻原因。2022/11/1612經(jīng)過低通濾除高頻部分后，就可恢復(fù)調(diào)制信號(hào)f(t)。雖然同平方后:8.2.2平方變換法和平方環(huán)法輸入信號(hào)：

采用平方變換法恢復(fù)DSB信號(hào)載波。平方變換法提取載波2022/11/1613平方后:8.2.2平方變換法和平方環(huán)法輸入信號(hào)：采用平

假設(shè)f(t)不含直流成分，但f2(t)卻含有直流分量，上式實(shí)際是一個(gè)載波為2ω0的調(diào)幅波。通過中心頻率為2ω0的窄帶濾波器后，輸出中只有2ω0頻率成分。再經(jīng)二次分頻電路得到所要的載波cos(ω0t+θ)。

若f(t)取值±1，則抑制載波的雙邊帶信號(hào)就成為二相移相信號(hào)（2PSK），有二次分頻電路將使載波有1800的相位模糊，是由分頻器引起的。2022/11/1614假設(shè)f(t)不含直流成分，但f2(t)卻含有直流分量平方環(huán)法提取載波假定環(huán)路鎖定，壓控振蕩器（VCO）鎖定在頻率20上，輸出為：以2PSK為例：環(huán)路鎖定之后，是一個(gè)非常小的量，因此VCO經(jīng)過二分頻之后得到相干載波。2022/11/1615平方環(huán)法提取載波假定環(huán)路鎖定，壓控振蕩器（VCO）鎖定在頻率8.2.3同相正交環(huán)法（Costas環(huán)）v3v5低通壓控振蕩器低通環(huán)路濾波器90度相移輸出輸入已調(diào)信號(hào)v1v2v4v6vdCostas環(huán)載波提取法2022/11/16168.2.3同相正交環(huán)法（Costas環(huán)）v3v5低通壓控振

輸入為抑制載波雙邊帶信號(hào)f(t)cos(ω0t+)，并假定環(huán)路鎖定，且不考慮噪聲的影響，則VCO輸出的兩路互為正交的本地載波分別為:

v1=cos(ω0t+)，v2=sin(ω0t+)

式中，為VCO輸出信號(hào)載波的相位。

通過相乘器后的輸出為：2022/11/1617輸入為抑制載波雙邊帶信號(hào)f(t)cos(ω0t+)通過低通濾波器后輸出為2022/11/1618通過低通濾波器后輸出為2022/11/1218如果(－)很小，則sin2(－)2(－

)。乘法器的輸出近似為

環(huán)路濾波器實(shí)際上是一個(gè)通帶相對(duì)很窄的低通濾波器，此濾波器的作用相當(dāng)于用時(shí)間平均，所以用代替f2(t)(即濾波器輸出直流分量)

由環(huán)路誤差信號(hào)

自動(dòng)控制振蕩器相位，使相位差(θ-)趨于0，穩(wěn)定條件下θ≈

。2022/11/1619如果(－)很小，則sin2(－)2(－

當(dāng)f(t)為矩形脈沖的雙極性數(shù)字基帶信號(hào)時(shí)，

f2(t)=1。即使f(t)不是矩形脈沖序列，f2(t)也可分解為直流和交流分量。鎖相環(huán)作為載波提取環(huán)時(shí)，環(huán)路濾波器的帶寬很窄，只有f(t)中的直流分量可以通過，因此vd可寫成vd=Kdsin2(-)

把除去環(huán)路濾波器和壓控振蕩器以外的部分看成一個(gè)等效鑒相器,其輸出vd正是所需要的誤差電壓。它通過環(huán)路濾波器濾波后去控制VCO的相位和頻率，最終使穩(wěn)態(tài)相位誤差減小到很小的數(shù)值，而沒有剩余頻差（即頻率與ω0同頻)。2022/11/1620當(dāng)f(t)為矩形脈沖的雙極性數(shù)字基帶信號(hào)時(shí)，把除去VCO的輸出：v1=cos(ω0t+)這就是所需的同步載波。

解調(diào)輸出VdKd0－Kdq-jpCostas環(huán)的鑒相特性2022/11/1621VCO的輸出：解調(diào)輸出VdKd0－Kdq-jpCostas8.2.4載波同步系統(tǒng)的性能1.載波同步系統(tǒng)的性能同步建立時(shí)間ts：從開機(jī)或失步到同步所需要的時(shí)間，顯然ts越小越好。同步保持時(shí)間tc:同步建立后，若同步信號(hào)消失，系統(tǒng)還能維持同步的時(shí)間。tc越大越好。載波相位誤差：需要的同步載波為cosω0t，提取的同步載波為cos(ω0t+Δφ)，Δφ就是載波相位誤差。

相位誤差分類：穩(wěn)態(tài)相差和隨機(jī)相差。穩(wěn)態(tài)相差與提取的電路密切相關(guān)，而隨機(jī)相差則是由噪聲引起。2022/11/16228.2.4載波同步系統(tǒng)的性能2022/11/12222.載波相位誤差對(duì)解調(diào)性能的影響

相位誤差Δφ對(duì)不同信號(hào)的解調(diào)所帶來的影響是不同的。（1）對(duì)DSB和PSK的影響

DSB信號(hào)：f(t)cosωct，提取的相干載波：cos(ωct+Δφ)

解調(diào)輸出：f'(t)=(1/2)f(t)cosΔφ

沒有相位差，即=0，cos=1，解調(diào)輸出f’(t)=f(t)/2，這時(shí)信號(hào)有最大幅度;

存在相位差,即≠0時(shí),cos＜1，解調(diào)后信號(hào)幅度下降，使功率和信噪功率比下降cos2倍。2022/11/16232.載波相位誤差對(duì)解調(diào)性能的影響2022/11/1223

對(duì)于2PSK信號(hào)，信噪功率比下降將使誤碼率增加。若Δφ=0時(shí):

載波相位誤差Δφ引起DSB、BPSK、PAM解調(diào)系統(tǒng)的信噪比下降，誤碼率增加。當(dāng)Δφ近似為常數(shù)時(shí)，不會(huì)引起波形失真。則Df≠0

時(shí)2022/11/1624對(duì)于2PSK信號(hào)，信噪功率比下降將使誤碼率增加。若Δφ2正交調(diào)制系統(tǒng)（QPSKMQAM）

設(shè)信號(hào)為：s(t)=A(t)cos0t-B(t)sin0t

相干載波為：cI(t)=cos(0t+)cQ(t)=sin(0t+)

經(jīng)低通后的輸出為：Df不僅會(huì)降低接收信號(hào)的功率，而且會(huì)引起同相和正交支路間的相互串?dāng)_。2022/11/16252正交調(diào)制系統(tǒng)（QPSKMQAM）Df不僅會(huì)降低接8.3位同步8.3.1插入導(dǎo)頻法0f1/(2T)S(f)S(f)1/Tf0(a)(b)2022/11/16268.3位同步8.3.1插入導(dǎo)頻法0f1/(2T相關(guān)編碼器相加調(diào)制位定時(shí)導(dǎo)頻12Tcos0t

信道插入位定時(shí)導(dǎo)頻發(fā)送端系統(tǒng)框圖2022/11/1627相關(guān)編碼器相加調(diào)制位定時(shí)導(dǎo)頻12Tcos0t信道插入位定倒相窄帶濾波器移相定時(shí)形成抽樣判決輸入基帶信號(hào)基帶信號(hào)位同步脈沖插入位定時(shí)導(dǎo)頻系統(tǒng)接收端框圖2022/11/1628倒相窄帶濾波器移相定時(shí)形成抽樣判決輸入基帶信號(hào)基帶信號(hào)位同步包絡(luò)調(diào)制法插入導(dǎo)頻發(fā)送端框圖包絡(luò)調(diào)制法插入導(dǎo)頻信號(hào)：調(diào)相調(diào)幅已調(diào)波輸出升余弦波形載波信碼2022/11/1629包絡(luò)調(diào)制法插入導(dǎo)頻發(fā)送端框圖包絡(luò)調(diào)制法插入導(dǎo)頻信號(hào)：調(diào)相調(diào)幅包絡(luò)調(diào)制法插入導(dǎo)頻發(fā)送端。設(shè)PSK的表達(dá)式為：

s(t)=cos[ω0t+(t)]用升余弦波形對(duì)S(t)進(jìn)行調(diào)制，：

s1(t)=(1+cosΩt)式中的Ω=2π/T，T為碼元寬度。幅度調(diào)制后的信號(hào)為s2(t)=(1+cosΩt)cos[ω0t+q(t)］插入導(dǎo)頻法的優(yōu)點(diǎn):接收端提取位同步的電路簡(jiǎn)單。缺點(diǎn):發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)必然要占用部分發(fā)射功率，降低了傳輸?shù)男旁氡?，減弱了抗干擾能力2022/11/1630包絡(luò)調(diào)制法插入導(dǎo)頻發(fā)送端。用升余弦波形對(duì)S(t)進(jìn)行調(diào)制，：包絡(luò)調(diào)制法插入導(dǎo)頻接收端：對(duì)s2(t)進(jìn)行包絡(luò)檢波：可見：其中含有所以用窄帶濾波器可以得到同步信號(hào)。2022/11/1631包絡(luò)調(diào)制法插入導(dǎo)頻接收端：可見：其中含有2022/11/12包絡(luò)檢波器定時(shí)形成抽樣判決器已調(diào)波輸入接收碼元收定時(shí)窄帶濾波器包絡(luò)調(diào)制法插入導(dǎo)頻接收端框圖相位檢波器2022/11/1632包絡(luò)檢波器定時(shí)抽樣判決器已調(diào)波輸入接收收定時(shí)窄帶濾波器包絡(luò)調(diào)1.濾波法1)波形變換-濾波法8.3.2自同步法適用波形：不歸零的隨機(jī)二進(jìn)制序列，不論是單極性還是雙極性的，特點(diǎn)：先形成含有位同步信息的信號(hào)，再用濾波器將其取出。對(duì)象：不存在定時(shí)頻譜線的碼流。2022/11/16331.濾波法8.3.2自同步法適用波形：不歸零的隨機(jī)二進(jìn)制序?yàn)V波法原理圖微分整形窄帶濾波器移相脈沖形成輸入基帶信號(hào)1011兩個(gè)作用：1、非線性變換，使接收信號(hào)經(jīng)過處理后含有位同步信息。2、窄帶濾波：濾除噪聲和其他頻譜分量，提取純凈的位同步信號(hào)。2022/11/1634濾波法原理圖微分整形窄帶濾波器移相脈沖形成輸入基帶信號(hào)1012)包絡(luò)檢波-濾波法(e)包絡(luò)檢波法從2PSK信號(hào)中提取位同步信息

OOO(a)(b)tttO(c)t2022/11/16352)包絡(luò)檢波-濾波法(e)包絡(luò)檢波法從2PSK信號(hào)中提取2.數(shù)字鎖相法相位比較器n次分頻器或門扣除門(常開)整形附加門(常閉)滯后脈沖超前脈沖接收碼元位同步脈沖輸出晶振a路控制器數(shù)字鎖相原理框圖信號(hào)鐘b路2022/11/16362.數(shù)字鎖相法相位比較器n次分頻器或門扣除門(常開)整形n12345678(n－1)n12345(n－1)(a)(b)周期T＝1/f(c)n1234567n1234(n－1)(d)該脈沖扣除(e)n1236789n1236(f)附加一個(gè)脈沖5445(g)位同步脈沖的相位調(diào)整2022/11/1637n12345678(n－1)n12345(n－1)(a)(b采用全數(shù)字鎖相環(huán)的位同步原理：

信號(hào)鐘：包括一個(gè)高穩(wěn)定振蕩器和一個(gè)整形電路。振蕩器頻率設(shè)計(jì)為:nf，f=1/T（接收碼元的速率）；整形后，輸出周期脈沖序列，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”。根據(jù)比較器輸出的控制脈沖（“超前脈沖”或“滯后脈沖”）對(duì)信號(hào)鐘輸出的序列實(shí)施扣除（或添加）脈沖。2022/11/1638采用全數(shù)字鎖相環(huán)的位同步原理：2022/11/1238

分頻器：一個(gè)計(jì)數(shù)器，控制器每輸出n個(gè)脈沖時(shí)，分頻器輸出一個(gè)脈沖；

調(diào)整過程：

參與控制單元：控制器與分頻器

調(diào)整目的：調(diào)整加到比相器的位同步信號(hào)的相位。相位前、后移的調(diào)整量：相位最小調(diào)整量為Δ=2πT0/T=2π/n。

相位比較器：

將接收脈沖序列與位同步信號(hào)進(jìn)行相位比較，以判別位本地同步信號(hào)是超前還是滯后接收信號(hào)碼元；

超前輸出超前脈沖，滯后輸出滯后脈沖。2022/11/1639分頻器：一個(gè)計(jì)數(shù)器，控制器每輸出n個(gè)脈沖時(shí)，分頻器輸出一個(gè)位同步數(shù)字環(huán)的工作過程：高穩(wěn)定晶體振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)，經(jīng)整形后得到周期為T0和相位差T0/2的兩個(gè)脈沖序列，圖(a)、(b)

(a)脈沖通過常開門、或門并經(jīng)n次分頻后，輸出本地位同步信號(hào)，如

(c)。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)行比相。（1）如果相位相同，無誤差輸出；2022/11/1640位同步數(shù)字環(huán)的工作過程：2022/11/1240（2）本地位同步信號(hào)相位超前于接收碼元序列，相位比較器輸出一個(gè)超前脈沖加到常開門（扣除門）的禁止端將其關(guān)閉，扣除一個(gè)(a)路脈沖，圖(d)；使分頻器輸出脈沖的相位滯后1/n周期（360°/n),圖(e)；（3）本地同步脈沖相位滯后于接收碼元脈沖，比相器輸出一個(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)脈沖能通過此門及或門。因?yàn)閮擅}沖序列(a)和(b)相差半個(gè)周期，所以脈沖序列(b)中的一個(gè)脈沖能插到“常開門”輸出脈沖序列(a)中，圖(f)，，使分頻器輸入端附加了一個(gè)脈沖,分頻器的輸出相位超前1/n周期，如圖(g)。2022/11/1641（2）本地位同步信號(hào)相位超前于接收碼元序列，相位比較器輸出一

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。2022/11/1642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1.位同步系統(tǒng)的性能1)相位誤差θe靜態(tài)相位誤差：位同步信號(hào)的平均相位和最佳相位之間的偏差稱為。對(duì)于數(shù)字鎖相法提取位同步信號(hào)，相位誤差主要是由于位同步脈沖的相位跳變地調(diào)整所引起的。每調(diào)整一步，相位改變2π/n（對(duì)應(yīng)時(shí)間T/n），n是分頻次數(shù)，最大的相位誤差為8.3.3位同步系統(tǒng)的性能及其相位誤差對(duì)性能影響2022/11/16431.位同步系統(tǒng)的性能8.3.3位同步系統(tǒng)的性能及其相位若用時(shí)間差Te來表示相位誤差，因每碼元的周期為T，故得Te=T/n2)同步建立時(shí)間ts

定義：開機(jī)或失去同步后重新建立同步所需的最長(zhǎng)時(shí)間。最大調(diào)整次數(shù)：當(dāng)位同步脈沖相位與接收基準(zhǔn)相位差π（對(duì)應(yīng)時(shí)間T/2）時(shí)，調(diào)整時(shí)間最長(zhǎng)。這時(shí)所需的最大調(diào)整次數(shù)為

由于接收碼元是隨機(jī)的，對(duì)二進(jìn)制相鄰兩個(gè)碼元（01、10、11、00）中，有或無過零點(diǎn)的情況各占一半。2022/11/1644若用時(shí)間差Te來表示相位誤差，因每碼元的周期為T，故得Te前面所討論的數(shù)字鎖相法中都是從數(shù)據(jù)過零點(diǎn)平均調(diào)整時(shí)間：中提取作相位比較用的基準(zhǔn)脈沖。平均來說，每?jī)蓚€(gè)脈沖周期（2T）可能有一次調(diào)整，

最大同步建立時(shí)間：

ts=2T·N=nT3)同步保持時(shí)間tc定義：由同步到失步所需要的時(shí)間。失步原因：當(dāng)同步建立后，一旦輸入信號(hào)中斷，或出現(xiàn)長(zhǎng)連“0”、連“1”碼時(shí)，鎖相環(huán)就失去調(diào)整作用。由于收發(fā)雙方位定時(shí)脈沖的固有重復(fù)頻率之間總存在頻差ΔF，收端同步信號(hào)的相位就會(huì)逐漸發(fā)生漂移，時(shí)間越長(zhǎng)，相位漂移量越大，直至漂移量達(dá)到某一準(zhǔn)許的最大值，就算失去同步了。2022/11/1645前面所討論的數(shù)字鎖相法中都是從數(shù)據(jù)過零點(diǎn)平均調(diào)整時(shí)間：中提取

設(shè)收發(fā)、兩端固有的碼元周期分別為T1=1/F1和T2=1/F2，則每個(gè)周期的平均時(shí)間差為由式(8.3-1)可得再由式（8.3-2），得式中，F(xiàn)0為收發(fā)兩端固有碼元重復(fù)頻率的幾何平均值，且有（8.3-1）（8.3-2）（8.3-3）2022/11/1646設(shè)收發(fā)、兩端固有的碼元周期分別為T1=1/F1和ΔF≠0時(shí)，每經(jīng)過T0時(shí)間，收發(fā)兩端就會(huì)產(chǎn)生|T1-T2|的時(shí)間漂移，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的誤差為|T1-T2|/T0。若規(guī)定兩端允許的最大時(shí)間漂移為（最大誤差）T0/K秒（K為一常數(shù)），則達(dá)到此誤差的時(shí)間就是同步保持時(shí)間tc。代入式（8.3-3）后，得

若同步保持時(shí)間tc的指標(biāo)給定，可由上式求出對(duì)收、發(fā)兩端振蕩器頻率穩(wěn)定度的要求為：2022/11/1647ΔF≠0時(shí)，每經(jīng)過T0時(shí)間，收發(fā)兩端就會(huì)產(chǎn)生|T1-T2|

此頻率誤差是由收發(fā)兩端振蕩器造成的。若兩振蕩器的頻率穩(wěn)定度相同，則要求每個(gè)振蕩器的頻率相對(duì)穩(wěn)定度不能低于4）同步帶寬Δfs

同步帶寬是指能夠調(diào)整到同步狀態(tài)所允許的收、發(fā)振蕩器最大頻差。由于數(shù)字鎖相環(huán)平均每2周（2T）調(diào)整一次,

每次所能調(diào)整的時(shí)間為T/n（T/n≈T0/n），所以在一個(gè)碼元周期內(nèi)平均最多可調(diào)整的時(shí)間為T0/2n。很顯然，如果輸入信號(hào)碼元的周期與收端固有位定時(shí)脈沖的周期之差為2022/11/1648此頻率誤差是由收發(fā)兩端振蕩器造成的。若兩振蕩

則鎖相環(huán)將無法使收端位同步脈沖的相位與輸入信號(hào)的相位同步，這時(shí)，由頻差所造成的相位差就會(huì)逐漸積累。因此根據(jù)求得的同步帶寬表示式這是，造成的頻差就是同步帶寬：2022/11/1649則鎖相環(huán)將無法使收端位同步脈沖的相位與輸入信號(hào)的相位2.位同步相位誤差對(duì)性能的影響位同步的相位誤差θe主要是造成位定時(shí)脈沖的漂移，使抽樣判決時(shí)刻偏離最佳位置。前面推導(dǎo)的誤碼率公式，都是在最佳抽樣判決時(shí)刻得到的。當(dāng)位同步存在相位誤差θe（或Te）時(shí)，必然使誤碼率Pe增大。

為了方便起見，常用時(shí)差Te代替相差θe對(duì)系統(tǒng)誤碼率的影響。設(shè)解調(diào)器輸出的基帶數(shù)字信號(hào)如圖8-17(a)所示，并假設(shè)采用匹配濾波器法檢測(cè)，即對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行積分、取樣和判決。若位同步脈沖有相位誤差Te【圖8-17（b）】，則脈沖的取樣時(shí)刻就會(huì)偏離信號(hào)能量的最大點(diǎn)。2022/11/16502.位同步相位誤差對(duì)性能的影響2022/11/1250相位誤差對(duì)性能的影響2022/11/1651相位誤差對(duì)性能的影響2022/11/12512022/11/16522022/11/12528.4群（幀）同步

數(shù)字通信時(shí)，一般總是以若干個(gè)碼元組成一個(gè)字，若干個(gè)字組成一個(gè)句，即組成一個(gè)個(gè)的“幀”進(jìn)行傳輸。幀同步的任務(wù)就是在位同步的基礎(chǔ)上識(shí)別出這些數(shù)字信息群（字、句、幀“開頭”和“結(jié)尾”的時(shí)刻，使接收設(shè)備的幀定時(shí)與接收到的信號(hào)中的幀定時(shí)處于同步狀態(tài)。111100111001011110011010000yessKf2022/11/16538.4群（幀）同步數(shù)字通信時(shí)，一般總是以若干個(gè)碼實(shí)現(xiàn)幀同步的方法:1、自同步法：利用碼組本身之間彼此不同的特性來實(shí)現(xiàn)同步2、外同步法：在數(shù)字信息流中插入一些特殊碼組作為每幀的頭尾的標(biāo)記，接收端根據(jù)這些特殊碼組的位置就可以實(shí)現(xiàn)幀同步。主要同步方法：起止式同步法插入特殊同步碼組的同步方法:

連貫式插入法(集中插入法）間隔式插入法（分散插入法）2022/11/1654實(shí)現(xiàn)幀同步的方法:2022/11/1254幀同步系統(tǒng)通常應(yīng)滿足下列要求：(1)幀同步的引入時(shí)間要短，設(shè)備開機(jī)后應(yīng)能很快地進(jìn)入同步。一旦系統(tǒng)失步，也能很快地恢復(fù)同步。(2)同步系統(tǒng)的工作要穩(wěn)定可靠,具有較強(qiáng)的抗干擾能力。即同步系統(tǒng)應(yīng)具有識(shí)別假失步和避免偽同步的能力。(3)在一定的同步引入時(shí)間要求下,同步碼組的長(zhǎng)度應(yīng)最短。

2022/11/1655幀同步系統(tǒng)通常應(yīng)滿足下列要求：2022/11/1255缺點(diǎn)：傳輸效率較低。

8.4.1起止式同步法止起15個(gè)碼元1.5止數(shù)字電傳機(jī)中廣泛使用的是起止式同步法。2022/11/1656缺點(diǎn)：傳輸效率較低。8.4.1起止式同步法止起15個(gè)基本思想：在每一信息群的開頭集中插入作為群同步碼組的特殊碼組。這個(gè)特殊碼組在信息碼中很少出現(xiàn),即使偶爾出現(xiàn)，也不會(huì)以群的規(guī)律周期出現(xiàn)。對(duì)群同步碼組的基本要求是：具有尖銳單峰特性的自相關(guān)函數(shù)，便于與信息碼區(qū)別；碼長(zhǎng)適當(dāng)，以保證傳輸效率。符合上述要求的特殊碼組有：全0碼、全1碼、1與0交替碼、巴克碼、電話基群幀同步碼0011011。目前常用的群同步碼組是巴克碼。

8.4.2集中插入法2022/11/1657基本思想：8.4.2集中插入法2022/11/1257

1.巴克碼定義：一個(gè)n位長(zhǎng)的碼組{x1,x2,x3，…，xn}，其中xi的取值為+1或－1，它的局部相關(guān)函數(shù)有下列特點(diǎn)j表示錯(cuò)開位數(shù)。目前已找到的所有巴克碼組列在書中的表里。＋、－號(hào)表示xi的取值為+1、-1，分別對(duì)應(yīng)二進(jìn)制碼的“1”或“0”。2022/11/16581.巴克碼j表示錯(cuò)開位數(shù)。目前已找到的所有巴克碼組列在巴克碼組

n巴克碼組2

＋＋(11)3

＋＋－（110）4＋＋＋－(1110)；＋＋－＋(1101)5

＋＋＋－＋(11101)7＋＋＋－－＋－(1110010)11＋＋＋－－－＋－－＋－(11100010010)13＋＋＋＋＋－－＋＋－＋－＋(1111100110101)2022/11/1659巴克碼組n巴克碼組2＋＋(11)3＋＋－（110以7位巴克碼組{+++--+-}為例：局部自相關(guān)函數(shù)為同理，可求出：

j=3,5,7時(shí)，R(j)=0;j=2,4,6時(shí)，R(j)=-1。根據(jù)這些值，7位巴克碼的R（j）與j關(guān)系曲線。當(dāng)j=1時(shí)，當(dāng)j=0時(shí)，2022/11/1660以7位巴克碼組{+++--+-}為例：局部自相關(guān)7位巴克碼的自相關(guān)函數(shù)自相關(guān)函數(shù)在j=0時(shí)具有尖銳的單峰特性。76543211234567－1j－1－2－3－4－5－6－70R(j)2022/11/16617位巴克碼的自相關(guān)函數(shù)自相關(guān)函數(shù)在j=0時(shí)具有尖銳的單峰特性2巴克碼的產(chǎn)生7位巴克碼的移位寄存器產(chǎn)生法。它一種是串行式產(chǎn)生器，移位寄存器的長(zhǎng)度等于巴克碼組的長(zhǎng)度。預(yù)置線01010101010101移位方向輸出2022/11/16622巴克碼的產(chǎn)生7位巴克碼的移位寄存器產(chǎn)生法。它一種7位巴克碼的反饋式產(chǎn)生法：010101預(yù)置線輸出時(shí)鐘反饋輸入寄存器狀態(tài)輸出1011112001113100114010005101006110117111008x111x2022/11/16637位巴克碼的反饋式產(chǎn)生法：010101預(yù)置線輸出時(shí)鐘反饋輸入

3.巴克碼識(shí)別器

1-1111-1-1-1-1-1-1111輸入S判決巴克碼識(shí)別器2022/11/16643.巴克碼識(shí)別器1-1111-1-1-1-1-1-識(shí)別器的輸出波形t識(shí)別器輸出1110010巴克碼信息碼tt1一幀識(shí)別器輸入1110010t12022/11/1665識(shí)別器的輸出波形t識(shí)別器輸出1110010巴克碼信息碼tt1

巴克碼常用于幀同步，但并不是惟一的。只要具有良好特性的碼組均可用于幀同步，例如PCM30/32路電話基群的連貫隔幀插入的幀同步碼為0011011。

001100TS1~TS15TS16TS17~TS32幀同步偶數(shù)幀標(biāo)志信號(hào)話路話路幀長(zhǎng)：1/8000=125s;脈沖寬度:3.9/8=0.488s2022/11/1666巴克碼常用于幀同步，但并不是惟一的。只要具有良好特性

它是將幀同步碼以分散的形式均勻插入在信息碼流中。如PCM24路系統(tǒng)采用1、0交替碼型作為幀同步碼間隔插入的方法。即一幀插入“1”碼，下一幀插入“0”碼，如此交替插入。由于每幀只插一位碼，那么它與信碼混淆的概率則為1/2.

例如：同步捕獲時(shí)需連續(xù)檢測(cè)數(shù)十幀，每幀都符合“1”、“0”交替的規(guī)律才確認(rèn)同步。優(yōu)點(diǎn):同步碼不單獨(dú)占用信息時(shí)隙.缺點(diǎn):同步捕獲時(shí)間較長(zhǎng)

8.4.3分散插入法2022/11/1667它是將幀同步碼以分散的形式均勻插入在信息碼流中。如PCHNbnbbnnFK幀CH2CH1信息碼信息碼1100N幀N+1N+2N+3192bit193位同步碼同步碼

振鈴碼位數(shù)b=1,信息碼位數(shù)n=7,同步碼位數(shù)F=1;幀長(zhǎng)N=242022/11/1668CHNbnbbnnFK幀CH2CH1信息碼信息碼1100N幀

分散插入的最大特點(diǎn)是同步碼不占用信息時(shí)隙，每幀的傳輸效率較高，但是同步捕獲時(shí)間較長(zhǎng)，它較適合于連續(xù)發(fā)送信號(hào)的通信系統(tǒng)，若是斷續(xù)發(fā)送信號(hào)，每次捕獲同步需要較長(zhǎng)的時(shí)間，反而降低效率。

2022/11/1669分散插入的最大特點(diǎn)是同步碼不占用信息時(shí)隙，每

幀同步性能主要指標(biāo)是同步可靠性（包括漏同步概率P1和假同步概率P2）及同步建立時(shí)間ts。以集中插入法為例進(jìn)行分析。1.漏同步概率P1

由于干擾的影響，接收的同步碼組中可能出現(xiàn)一些錯(cuò)誤碼元，從而使識(shí)別器漏識(shí)已發(fā)出的同步碼組，出現(xiàn)這種情況的概率稱為漏同步概率，記為P1。如巴克碼……8.4.4幀同步系統(tǒng)的性能2022/11/1670幀同步性能主要指標(biāo)是同步可靠性（包括漏同步概率P1和漏同步概率與幀同步的插入方式、幀同步碼的碼組長(zhǎng)度、系統(tǒng)的誤碼概率及識(shí)別器電路和參數(shù)選取等均有關(guān)系。對(duì)于連貫式插入法:n---同步碼組的碼元數(shù)p---碼元錯(cuò)誤概率

m---判決器允許碼組中的錯(cuò)誤碼元最大數(shù)

n位同步碼組中，r位錯(cuò)碼和（n-r）位正確碼同時(shí)發(fā)生的概率：pr·(1-p)n-r

2022/11/1671漏同步概率與幀同步的插入方式、幀同步碼的碼組長(zhǎng)度、系統(tǒng)的誤碼當(dāng)r≤m

時(shí)，錯(cuò)碼的位數(shù)在識(shí)別器允許的范圍內(nèi)，所有的錯(cuò)誤可以糾正；Crn表示出現(xiàn)r個(gè)錯(cuò)誤的組合數(shù)，所有這些情況，都能被識(shí)別器識(shí)別，可識(shí)別的同步概率為：漏同步概率為：2022/11/1672當(dāng)r≤m時(shí)，錯(cuò)碼的位數(shù)在識(shí)別器允許的范圍內(nèi)，所有的

2.假同步概率P2

定義：信息碼元中出現(xiàn)與同步碼組相同的碼組，這時(shí)會(huì)被識(shí)別器誤認(rèn)為同步碼，從而出現(xiàn)假同步信號(hào)。這種情況發(fā)生的概率稱為假同步概率，用P2表示。

假同步概率P2等于信息碼元被判為同步碼的組合數(shù)，與所有可能的碼組數(shù)之比。設(shè)二進(jìn)制數(shù)1，0碼等概率出現(xiàn)，則組合成n位長(zhǎng)的所有可能的碼組數(shù)為2n個(gè)（總數(shù)）。2022/11/16732.假同步概率P22022/11/1273

出現(xiàn)r

位錯(cuò)被判為同步碼的組合數(shù)為Crn,

r≤m的錯(cuò)誤，都會(huì)被錯(cuò)判為同步碼，判錯(cuò)數(shù)為，假同步概率為2022/11/1674出現(xiàn)r位錯(cuò)被判為同步碼的組合數(shù)為Crn,假同步概率為

比較上面兩個(gè)式子可知，m增大（即判決門限電平降低），P1減小，P2增大，所以兩者對(duì)判決門限電平的要求是矛盾的。P1和P2對(duì)同步碼長(zhǎng)n的要求也有矛盾的，因此在選擇有關(guān)參數(shù)時(shí)，必須兼顧二者的要求。3.同步平均建立時(shí)間ts

定義：對(duì)于集中式插入法，最不利情況下，實(shí)現(xiàn)幀同步需要的平均最多時(shí)間。設(shè)每幀的碼元數(shù)為N，其中幀同步碼有n位；碼元的時(shí)間寬度為T，則一幀占的總時(shí)間為NT。2022/11/1675比較上面兩個(gè)式子可知，m增大（即判決門限電平降低），P1

在建立同步過程中，如出現(xiàn)一次漏同步，則建立時(shí)間要增加NT；如出現(xiàn)一次假同步，建立時(shí)間也要增加NT。幀同步的平均建立時(shí)間：

ts≈(1+P1+P2)NT

集中式插入同步的平均建立時(shí)間比較短，因而在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。

2022/11/1676在建立同步過程中，如出現(xiàn)一次漏同步，則建立時(shí)間要增加NT8.4.5幀同步的保護(hù)為保證同步可靠性，漏同步概率P1和假同步概率P2都要低，但這一要求對(duì)識(shí)別器判決門限的選擇是矛盾的。為了分別對(duì)識(shí)別器判決門限電平提出不同的要求，達(dá)到降低漏同步和假同步的目的。將同步過程分成兩個(gè)狀態(tài)：捕捉態(tài)和識(shí)別態(tài)。捕捉態(tài)：判決門限提高，m減小，使假同步概率P2下降。維持態(tài)：判決門限降低，m增大，使漏同步概率P1下降。2022/11/16778.4.5幀同步的保護(hù)為保證同步可靠性，漏同步概率P1和8.1概述8.2載波同步8.3位同步8.4幀同步第八章同步原理2022/11/16788.1概述第八章同步原理2022/11/121

8.1概述同步定義收、發(fā)雙方在時(shí)間上步調(diào)一致，又稱為定時(shí)。

同步分類載波同步、位同步、群同步和網(wǎng)同步。使用位置接收端接收機(jī)解調(diào)需要的同步技術(shù)類型相干解調(diào)（載波同步、位同步、幀同步）非相干解調(diào)（位同步、幀同步）2022/11/16798.1概述2022/11/122載波同步提取信息:與接收到信號(hào)調(diào)制載波同頻同相的載波（相干）；提取目的：實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)；這個(gè)過程稱為載波提取或載波同步；位同步提取信息：接收信號(hào)中每個(gè)碼元的起止時(shí)刻；提取目的：實(shí)現(xiàn)取樣判決。這種定時(shí)脈沖序列的提取過程又稱為位同步。2022/11/1680載波同步2022/11/123取樣脈沖對(duì)準(zhǔn)匹配濾波器輸出最大時(shí)刻取樣脈沖對(duì)準(zhǔn)眼圖睜開最大時(shí)刻2022/11/1681取樣脈沖對(duì)準(zhǔn)匹配濾波器輸出最大時(shí)刻取樣脈沖對(duì)準(zhǔn)眼圖睜開最大時(shí)

群同步（幀同步）包含字同步、句同步、分路同步等；

提取內(nèi)容：字、句等的起止時(shí)刻；提取目的：形成幀同步。網(wǎng)同步獲得載波同步、位同步、群同步，只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)到點(diǎn)間的數(shù)字通信。

提取目的：保證網(wǎng)內(nèi)各用戶能實(shí)現(xiàn)可靠通信；

提取內(nèi)容：全網(wǎng)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間時(shí)鐘。2022/11/1682群同步（幀同步）2022/11/125

獲取同步信號(hào)的方法

同步方法分類：外同步法和自同步法

外同步法：發(fā)送端發(fā)送專門的同步信息（常稱為導(dǎo)頻），接收端把這個(gè)導(dǎo)頻提取出來作為同步信號(hào)的方法。自同步法：發(fā)送端不發(fā)送專門的同步信息，接收端設(shè)法從收到的信號(hào)中提取同步信息的方法。自同步法應(yīng)用廣泛，但兩種方法都有使用。同步的好壞對(duì)系統(tǒng)的性能影響較大。2022/11/1683獲取同步信號(hào)的方法2022/11/1268.2載波同步8.2.1插入導(dǎo)頻法應(yīng)用場(chǎng)合：抑制載波系統(tǒng)中，如DSB、VSB、2PSK等不含載頻信息，無法從接收信號(hào)中提取載波。定義：在已調(diào)信號(hào)頻譜中額外插入一個(gè)低功率的線譜；接收端容易利用窄帶濾波器提取載頻。在抑制載波雙邊帶信號(hào)中插入導(dǎo)頻

基本要求：導(dǎo)頻插入位置應(yīng)該在信號(hào)頻譜為零處插入的導(dǎo)頻并不是直接加入調(diào)制的載波，而是加入將調(diào)制載波移相π/2的“正交載波”。2022/11/16848.2載波同步8.2.1插入導(dǎo)頻法2022/11/1Ofc－fmfcfc＋fmf導(dǎo)頻抑制載波雙邊帶信號(hào)的導(dǎo)頻插入2022/11/1685Ofc－fmfcfc＋fmf導(dǎo)頻抑制載波雙邊帶信號(hào)的導(dǎo)頻插插入導(dǎo)頻法發(fā)端框圖相乘調(diào)制帶通相加-90°相移～調(diào)制信號(hào)輸出f(t)So(t)Acosw0t2022/11/1686插入導(dǎo)頻法發(fā)端框圖相乘調(diào)制帶通相加-90°相移～調(diào)制信號(hào)輸出發(fā)送端數(shù)學(xué)表示：

f(t)---調(diào)制信號(hào)，無直流分量；

Acosω0

t---被調(diào)載波。

asinω0t---被調(diào)載波經(jīng)-90°移相，形成正交載波。

a---插入導(dǎo)頻的振幅輸出信號(hào)為

so(t)=Af(t)cosω0t+asinω0t2022/11/1687發(fā)送端數(shù)學(xué)表示：2022/11/1210插入導(dǎo)頻法收端框圖90°相移f(t)帶通相乘器低通f0窄帶濾波器So(t)V(t)2022/11/1688插入導(dǎo)頻法收端框圖90°相移f(t)帶通相乘器低通f0窄帶濾

經(jīng)過低通濾除高頻部分后，就可恢復(fù)調(diào)制信號(hào)f(t)。如果發(fā)端加入的導(dǎo)頻不是正交載波，而是調(diào)制載波，

雖然同樣可以解調(diào)出信號(hào)f(t)項(xiàng)，但卻增加了一個(gè)直流項(xiàng)a/2。這個(gè)直流項(xiàng)通過低通濾波器后將對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生不良影響。這就是發(fā)端采用正交導(dǎo)頻原因。2022/11/1689經(jīng)過低通濾除高頻部分后，就可恢復(fù)調(diào)制信號(hào)f(t)。雖然同平方后:8.2.2平方變換法和平方環(huán)法輸入信號(hào)：

采用平方變換法恢復(fù)DSB信號(hào)載波。平方變換法提取載波2022/11/1690平方后:8.2.2平方變換法和平方環(huán)法輸入信號(hào)：采用平

假設(shè)f(t)不含直流成分，但f2(t)卻含有直流分量，上式實(shí)際是一個(gè)載波為2ω0的調(diào)幅波。通過中心頻率為2ω0的窄帶濾波器后，輸出中只有2ω0頻率成分。再經(jīng)二次分頻電路得到所要的載波cos(ω0t+θ)。

若f(t)取值±1，則抑制載波的雙邊帶信號(hào)就成為二相移相信號(hào)（2PSK），有二次分頻電路將使載波有1800的相位模糊，是由分頻器引起的。2022/11/1691假設(shè)f(t)不含直流成分，但f2(t)卻含有直流分量平方環(huán)法提取載波假定環(huán)路鎖定，壓控振蕩器（VCO）鎖定在頻率20上，輸出為：以2PSK為例：環(huán)路鎖定之后，是一個(gè)非常小的量，因此VCO經(jīng)過二分頻之后得到相干載波。2022/11/1692平方環(huán)法提取載波假定環(huán)路鎖定，壓控振蕩器（VCO）鎖定在頻率8.2.3同相正交環(huán)法（Costas環(huán)）v3v5低通壓控振蕩器低通環(huán)路濾波器90度相移輸出輸入已調(diào)信號(hào)v1v2v4v6vdCostas環(huán)載波提取法2022/11/16938.2.3同相正交環(huán)法（Costas環(huán)）v3v5低通壓控振

輸入為抑制載波雙邊帶信號(hào)f(t)cos(ω0t+)，并假定環(huán)路鎖定，且不考慮噪聲的影響，則VCO輸出的兩路互為正交的本地載波分別為:

v1=cos(ω0t+)，v2=sin(ω0t+)

式中，為VCO輸出信號(hào)載波的相位。

通過相乘器后的輸出為：2022/11/1694輸入為抑制載波雙邊帶信號(hào)f(t)cos(ω0t+)通過低通濾波器后輸出為2022/11/1695通過低通濾波器后輸出為2022/11/1218如果(－)很小，則sin2(－)2(－

)。乘法器的輸出近似為

環(huán)路濾波器實(shí)際上是一個(gè)通帶相對(duì)很窄的低通濾波器，此濾波器的作用相當(dāng)于用時(shí)間平均，所以用代替f2(t)(即濾波器輸出直流分量)

由環(huán)路誤差信號(hào)

自動(dòng)控制振蕩器相位，使相位差(θ-)趨于0，穩(wěn)定條件下θ≈

。2022/11/1696如果(－)很小，則sin2(－)2(－

當(dāng)f(t)為矩形脈沖的雙極性數(shù)字基帶信號(hào)時(shí)，

f2(t)=1。即使f(t)不是矩形脈沖序列，f2(t)也可分解為直流和交流分量。鎖相環(huán)作為載波提取環(huán)時(shí)，環(huán)路濾波器的帶寬很窄，只有f(t)中的直流分量可以通過，因此vd可寫成vd=Kdsin2(-)

把除去環(huán)路濾波器和壓控振蕩器以外的部分看成一個(gè)等效鑒相器,其輸出vd正是所需要的誤差電壓。它通過環(huán)路濾波器濾波后去控制VCO的相位和頻率，最終使穩(wěn)態(tài)相位誤差減小到很小的數(shù)值，而沒有剩余頻差（即頻率與ω0同頻)。2022/11/1697當(dāng)f(t)為矩形脈沖的雙極性數(shù)字基帶信號(hào)時(shí)，把除去VCO的輸出：v1=cos(ω0t+)這就是所需的同步載波。

解調(diào)輸出VdKd0－Kdq-jpCostas環(huán)的鑒相特性2022/11/1698VCO的輸出：解調(diào)輸出VdKd0－Kdq-jpCostas8.2.4載波同步系統(tǒng)的性能1.載波同步系統(tǒng)的性能同步建立時(shí)間ts：從開機(jī)或失步到同步所需要的時(shí)間，顯然ts越小越好。同步保持時(shí)間tc:同步建立后，若同步信號(hào)消失，系統(tǒng)還能維持同步的時(shí)間。tc越大越好。載波相位誤差：需要的同步載波為cosω0t，提取的同步載波為cos(ω0t+Δφ)，Δφ就是載波相位誤差。

相位誤差分類：穩(wěn)態(tài)相差和隨機(jī)相差。穩(wěn)態(tài)相差與提取的電路密切相關(guān)，而隨機(jī)相差則是由噪聲引起。2022/11/16998.2.4載波同步系統(tǒng)的性能2022/11/12222.載波相位誤差對(duì)解調(diào)性能的影響

相位誤差Δφ對(duì)不同信號(hào)的解調(diào)所帶來的影響是不同的。（1）對(duì)DSB和PSK的影響

DSB信號(hào)：f(t)cosωct，提取的相干載波：cos(ωct+Δφ)

解調(diào)輸出：f'(t)=(1/2)f(t)cosΔφ

沒有相位差，即=0，cos=1，解調(diào)輸出f’(t)=f(t)/2，這時(shí)信號(hào)有最大幅度;

存在相位差,即≠0時(shí),cos＜1，解調(diào)后信號(hào)幅度下降，使功率和信噪功率比下降cos2倍。2022/11/161002.載波相位誤差對(duì)解調(diào)性能的影響2022/11/1223

對(duì)于2PSK信號(hào)，信噪功率比下降將使誤碼率增加。若Δφ=0時(shí):

載波相位誤差Δφ引起DSB、BPSK、PAM解調(diào)系統(tǒng)的信噪比下降，誤碼率增加。當(dāng)Δφ近似為常數(shù)時(shí)，不會(huì)引起波形失真。則Df≠0

時(shí)2022/11/16101對(duì)于2PSK信號(hào)，信噪功率比下降將使誤碼率增加。若Δφ2正交調(diào)制系統(tǒng)（QPSKMQAM）

設(shè)信號(hào)為：s(t)=A(t)cos0t-B(t)sin0t

相干載波為：cI(t)=cos(0t+)cQ(t)=sin(0t+)

經(jīng)低通后的輸出為：Df不僅會(huì)降低接收信號(hào)的功率，而且會(huì)引起同相和正交支路間的相互串?dāng)_。2022/11/161022正交調(diào)制系統(tǒng)（QPSKMQAM）Df不僅會(huì)降低接8.3位同步8.3.1插入導(dǎo)頻法0f1/(2T)S(f)S(f)1/Tf0(a)(b)2022/11/161038.3位同步8.3.1插入導(dǎo)頻法0f1/(2T相關(guān)編碼器相加調(diào)制位定時(shí)導(dǎo)頻12Tcos0t

信道插入位定時(shí)導(dǎo)頻發(fā)送端系統(tǒng)框圖2022/11/16104相關(guān)編碼器相加調(diào)制位定時(shí)導(dǎo)頻12Tcos0t信道插入位定倒相窄帶濾波器移相定時(shí)形成抽樣判決輸入基帶信號(hào)基帶信號(hào)位同步脈沖插入位定時(shí)導(dǎo)頻系統(tǒng)接收端框圖2022/11/16105倒相窄帶濾波器移相定時(shí)形成抽樣判決輸入基帶信號(hào)基帶信號(hào)位同步包絡(luò)調(diào)制法插入導(dǎo)頻發(fā)送端框圖包絡(luò)調(diào)制法插入導(dǎo)頻信號(hào)：調(diào)相調(diào)幅已調(diào)波輸出升余弦波形載波信碼2022/11/16106包絡(luò)調(diào)制法插入導(dǎo)頻發(fā)送端框圖包絡(luò)調(diào)制法插入導(dǎo)頻信號(hào)：調(diào)相調(diào)幅包絡(luò)調(diào)制法插入導(dǎo)頻發(fā)送端。設(shè)PSK的表達(dá)式為：

s(t)=cos[ω0t+(t)]用升余弦波形對(duì)S(t)進(jìn)行調(diào)制，：

s1(t)=(1+cosΩt)式中的Ω=2π/T，T為碼元寬度。幅度調(diào)制后的信號(hào)為s2(t)=(1+cosΩt)cos[ω0t+q(t)］插入導(dǎo)頻法的優(yōu)點(diǎn):接收端提取位同步的電路簡(jiǎn)單。缺點(diǎn):發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)必然要占用部分發(fā)射功率，降低了傳輸?shù)男旁氡?，減弱了抗干擾能力2022/11/16107包絡(luò)調(diào)制法插入導(dǎo)頻發(fā)送端。用升余弦波形對(duì)S(t)進(jìn)行調(diào)制，：包絡(luò)調(diào)制法插入導(dǎo)頻接收端：對(duì)s2(t)進(jìn)行包絡(luò)檢波：可見：其中含有所以用窄帶濾波器可以得到同步信號(hào)。2022/11/16108包絡(luò)調(diào)制法插入導(dǎo)頻接收端：可見：其中含有2022/11/12包絡(luò)檢波器定時(shí)形成抽樣判決器已調(diào)波輸入接收碼元收定時(shí)窄帶濾波器包絡(luò)調(diào)制法插入導(dǎo)頻接收端框圖相位檢波器2022/11/16109包絡(luò)檢波器定時(shí)抽樣判決器已調(diào)波輸入接收收定時(shí)窄帶濾波器包絡(luò)調(diào)1.濾波法1)波形變換-濾波法8.3.2自同步法適用波形：不歸零的隨機(jī)二進(jìn)制序列，不論是單極性還是雙極性的，特點(diǎn)：先形成含有位同步信息的信號(hào)，再用濾波器將其取出。對(duì)象：不存在定時(shí)頻譜線的碼流。2022/11/161101.濾波法8.3.2自同步法適用波形：不歸零的隨機(jī)二進(jìn)制序?yàn)V波法原理圖微分整形窄帶濾波器移相脈沖形成輸入基帶信號(hào)1011兩個(gè)作用：1、非線性變換，使接收信號(hào)經(jīng)過處理后含有位同步信息。2、窄帶濾波：濾除噪聲和其他頻譜分量，提取純凈的位同步信號(hào)。2022/11/16111濾波法原理圖微分整形窄帶濾波器移相脈沖形成輸入基帶信號(hào)1012)包絡(luò)檢波-濾波法(e)包絡(luò)檢波法從2PSK信號(hào)中提取位同步信息

OOO(a)(b)tttO(c)t2022/11/161122)包絡(luò)檢波-濾波法(e)包絡(luò)檢波法從2PSK信號(hào)中提取2.數(shù)字鎖相法相位比較器n次分頻器或門扣除門(常開)整形附加門(常閉)滯后脈沖超前脈沖接收碼元位同步脈沖輸出晶振a路控制器數(shù)字鎖相原理框圖信號(hào)鐘b路2022/11/161132.數(shù)字鎖相法相位比較器n次分頻器或門扣除門(常開)整形n12345678(n－1)n12345(n－1)(a)(b)周期T＝1/f(c)n1234567n1234(n－1)(d)該脈沖扣除(e)n1236789n1236(f)附加一個(gè)脈沖5445(g)位同步脈沖的相位調(diào)整2022/11/16114n12345678(n－1)n12345(n－1)(a)(b采用全數(shù)字鎖相環(huán)的位同步原理：

信號(hào)鐘：包括一個(gè)高穩(wěn)定振蕩器和一個(gè)整形電路。振蕩器頻率設(shè)計(jì)為:nf，f=1/T（接收碼元的速率）；整形后，輸出周期脈沖序列，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”。根據(jù)比較器輸出的控制脈沖（“超前脈沖”或“滯后脈沖”）對(duì)信號(hào)鐘輸出的序列實(shí)施扣除（或添加）脈沖。2022/11/16115采用全數(shù)字鎖相環(huán)的位同步原理：2022/11/1238

分頻器：一個(gè)計(jì)數(shù)器，控制器每輸出n個(gè)脈沖時(shí)，分頻器輸出一個(gè)脈沖；

調(diào)整過程：

參與控制單元：控制器與分頻器

調(diào)整目的：調(diào)整加到比相器的位同步信號(hào)的相位。相位前、后移的調(diào)整量：相位最小調(diào)整量為Δ=2πT0/T=2π/n。

相位比較器：

將接收脈沖序列與位同步信號(hào)進(jìn)行相位比較，以判別位本地同步信號(hào)是超前還是滯后接收信號(hào)碼元；

超前輸出超前脈沖，滯后輸出滯后脈沖。2022/11/16116分頻器：一個(gè)計(jì)數(shù)器，控制器每輸出n個(gè)脈沖時(shí)，分頻器輸出一個(gè)位同步數(shù)字環(huán)的工作過程：高穩(wěn)定晶體振蕩器產(chǎn)生的信號(hào)，經(jīng)整形后得到周期為T0和相位差T0/2的兩個(gè)脈沖序列，圖(a)、(b)

(a)脈沖通過常開門、或門并經(jīng)n次分頻后，輸出本地位同步信號(hào)，如

(c)。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)行比相。（1）如果相位相同，無誤差輸出；2022/11/16117位同步數(shù)字環(huán)的工作過程：2022/11/1240（2）本地位同步信號(hào)相位超前于接收碼元序列，相位比較器輸出一個(gè)超前脈沖加到常開門（扣除門）的禁止端將其關(guān)閉，扣除一個(gè)(a)路脈沖，圖(d)；使分頻器輸出脈沖的相位滯后1/n周期（360°/n),圖(e)；（3）本地同步脈沖相位滯后于接收碼元脈沖，比相器輸出一個(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)脈沖能通過此門及或門。因?yàn)閮擅}沖序列(a)和(b)相差半個(gè)周期，所以脈沖序列(b)中的一個(gè)脈沖能插到“常開門”輸出脈沖序列(a)中，圖(f)，，使分頻器輸入端附加了一個(gè)脈沖,分頻器的輸出相位超前1/n周期，如圖(g)。2022/11/16118（2）本地位同步信號(hào)相位超前于接收碼元序列，相位比較器輸出一

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。2022/11/16119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1.位同步系統(tǒng)的性能1)相位誤差θe靜態(tài)相位誤差：位同步信號(hào)的平均相位和最佳相位之間的偏差稱為。對(duì)于數(shù)字鎖相法提取位同步信號(hào)，相位誤差主要是由于位同步脈沖的相位跳變地調(diào)整所引起的。每調(diào)整一步，相位改變2π/n（對(duì)應(yīng)時(shí)間T/n），n是分頻次數(shù)，最大的相位誤差為8.3.3位同步系統(tǒng)的性能及其相位誤差對(duì)性能影響2022/11/161201.位同步系統(tǒng)的性能8.3.3位同步系統(tǒng)的性能及其相位若用時(shí)間差Te來表示相位誤差，因每碼元的周期為T，故得Te=T/n2)同步建立時(shí)間ts

定義：開機(jī)或失去同步后重新建立同步所需的最長(zhǎng)時(shí)間。最大調(diào)整次數(shù)：當(dāng)位同步脈沖相位與接收基準(zhǔn)相位差π（對(duì)應(yīng)時(shí)間T/2）時(shí)，調(diào)整時(shí)間最長(zhǎng)。這時(shí)所需的最大調(diào)整次數(shù)為

由于接收碼元是隨機(jī)的，對(duì)二進(jìn)制相鄰兩個(gè)碼元（01、10、11、00）中，有或無過零點(diǎn)的情況各占一半。2022/11/16121若用時(shí)間差Te來表示相位誤差，因每碼元的周期為T，故得Te前面所討論的數(shù)字鎖相法中都是從數(shù)據(jù)過零點(diǎn)平均調(diào)整時(shí)間：中提取作相位比較用的基準(zhǔn)脈沖。平均來說，每?jī)蓚€(gè)脈沖周期（2T）可能有一次調(diào)整，

最大同步建立時(shí)間：

ts=2T·N=nT3)同步保持時(shí)間tc定義：由同步到失步所需要的時(shí)間。失步原因：當(dāng)同步建立后，一旦輸入信號(hào)中斷，或出現(xiàn)長(zhǎng)連“0”、連“1”碼時(shí)，鎖相環(huán)就失去調(diào)整作用。由于收發(fā)雙方位定時(shí)脈沖的固有重復(fù)頻率之間總存在頻差ΔF，收端同步信號(hào)的相位就會(huì)逐漸發(fā)生漂移，時(shí)間越長(zhǎng)，相位漂移量越大，直至漂移量達(dá)到某一準(zhǔn)許的最大值，就算失去同步了。2022/11/16122前面所討論的數(shù)字鎖相法中都是從數(shù)據(jù)過零點(diǎn)平均調(diào)整時(shí)間：中提取

設(shè)收發(fā)、兩端固有的碼元周期分別為T1=1/F1和T2=1/F2，則每個(gè)周期的平均時(shí)間差為由式(8.3-1)可得再由式（8.3-2），得式中，F(xiàn)0為收發(fā)兩端固有碼元重復(fù)頻率的幾何平均值，且有（8.3-1）（8.3-2）（8.3-3）2022/11/16123設(shè)收發(fā)、兩端固有的碼元周期分別為T1=1/F1和ΔF≠0時(shí)，每經(jīng)過T0時(shí)間，收發(fā)兩端就會(huì)產(chǎn)生|T1-T2|的時(shí)間漂移，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的誤差為|T1-T2|/T0。若規(guī)定兩端允許的最大時(shí)間漂移為（最大誤差）T0/K秒（K為一常數(shù)），則達(dá)到此誤差的時(shí)間就是同步保持時(shí)間tc。代入式（8.3-3）后，得

若同步保持時(shí)間tc的指標(biāo)給定，可由上式求出對(duì)收、發(fā)兩端振蕩器頻率穩(wěn)定度的要求為：2022/11/16124ΔF≠0時(shí)，每經(jīng)過T0時(shí)間，收發(fā)兩端就會(huì)產(chǎn)生|T1-T2|

此頻率誤差是由收發(fā)兩端振蕩器造成的。若兩振蕩器的頻率穩(wěn)定度相同，則要求每個(gè)振蕩器的頻率相對(duì)穩(wěn)定度不能低于4）同步帶寬Δfs

同步帶寬是指能夠調(diào)整到同步狀態(tài)所允許的收、發(fā)振蕩器最大頻差。由于數(shù)字鎖相環(huán)平均每2周（2T）調(diào)整一次,

每次所能調(diào)整的時(shí)間為T/n（T/n≈T0/n），所以在一個(gè)碼元周期內(nèi)平均最多可調(diào)整的時(shí)間為T0/2n。很顯然，如果輸入信號(hào)碼元的周期與收端固有位定時(shí)脈沖的周期之差為2022/11/16125此頻率誤差是由收發(fā)兩端振蕩器造成的。若兩振蕩

則鎖相環(huán)將無法使收端位同步脈沖的相位與輸入信號(hào)的相位同步，這時(shí)，由頻差所造成的相位差就會(huì)逐漸積累。因此根據(jù)求得的同步帶寬表示式這是，造成的頻差就是同步帶寬：2022/11/16126則鎖相環(huán)將無法使收端位同步脈沖的相位與輸入信號(hào)的相位2.位同步相位誤差對(duì)性能的影響位同步的相位誤差θe主要是造成位定時(shí)脈沖的漂移，使抽樣判決時(shí)刻偏離最佳位置。前面推導(dǎo)的誤碼率公式，都是在最佳抽樣判決時(shí)刻得到的。當(dāng)位同步存在相位誤差θe（或Te）時(shí)，必然使誤碼率Pe增大。

為了方便起見，常用時(shí)差Te代替相差θe對(duì)系統(tǒng)誤碼率的影響。設(shè)解調(diào)器輸出的基帶數(shù)字信號(hào)如圖8-17(a)所示，并假設(shè)采用匹配濾波器法檢測(cè)，即對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行積分、取樣和判決。若位同步脈沖有相位誤差Te【圖8-17（b）】，則脈沖的取樣時(shí)刻就會(huì)偏離信號(hào)能量的最大點(diǎn)。2022/11/161272.位同步相位誤差對(duì)性能的影響2022/11/1250相位誤差對(duì)性能的影響2022/11/16128相位誤差對(duì)性能的影響2022/11/12512022/11/161292022/11/12528.4群（幀）同步

數(shù)字通信時(shí)，一般總是以若干個(gè)碼元組成一個(gè)字，若干個(gè)字組成一個(gè)句，即組成一個(gè)個(gè)的“幀”進(jìn)行傳輸。幀同步的任務(wù)就是在位同步的基礎(chǔ)上識(shí)別出這些數(shù)字信息群（字、句、幀“開頭”和“結(jié)尾”的時(shí)刻，使接收設(shè)備的幀定時(shí)與接收到的信號(hào)中的幀定時(shí)處于同步狀態(tài)。111100111001011110011010000yessKf2022/11/161308.4群（幀）同步數(shù)字通信時(shí)，一般總是以若干個(gè)碼實(shí)現(xiàn)幀同步的方法:1、自同步法：利用碼組本身之間彼此不同的特性來實(shí)現(xiàn)同步2、外同步法：在數(shù)字信息流中插入一些特殊碼組作為每幀的頭尾的標(biāo)記，接收端根據(jù)這些特殊碼組的位置就可以實(shí)現(xiàn)幀同步。主要同步方法：起止式同步法插入特殊同步碼組的同步方法:

連貫式插入法(集中插入法）間隔式插入法（分散插入法）2022/11/16131實(shí)現(xiàn)幀同步的方法:2022/11/1254幀同步系統(tǒng)通常應(yīng)滿足下列要求：(1)幀同步的引入時(shí)間要短，設(shè)備開機(jī)后應(yīng)能很快地進(jìn)入同步。一旦系統(tǒng)失步，也能很快地恢復(fù)同步。(2)同步系統(tǒng)的工作要穩(wěn)定可靠,具有較強(qiáng)的抗干擾能力。即同步系統(tǒng)應(yīng)具有識(shí)別假失步和避免偽同步的能力。(3)在一定的同步引入時(shí)間要求下,同步碼組的長(zhǎng)度應(yīng)最短。

2022/11/16132幀同步系統(tǒng)通常應(yīng)滿足下列要求：2022/11/1255缺點(diǎn)：傳輸效率較低。

8.4.1起止式同步法止起15個(gè)碼元1.5止數(shù)字電傳機(jī)中廣泛使用的是起止式同步法。2022/11/16133缺點(diǎn)：傳輸效率較低。8.4.1起止式同步法止起15個(gè)基本思想：在每一信息群的開頭集中插入作為群同步碼組的特殊碼組。這個(gè)特殊碼組在信息碼中很少出現(xiàn),即使偶爾出現(xiàn)，也不會(huì)以群的規(guī)律周期出現(xiàn)。對(duì)群同步碼組的基本要求是：具有尖銳單峰特性的自相關(guān)函數(shù)，便于與信息碼區(qū)別；碼長(zhǎng)適當(dāng)，以保證傳輸效率。符合上述要求的特殊碼組有：全0碼、全1碼、1與0交替碼、巴克碼、電話基群幀同步碼0011011。目前常用的群同步碼組是巴克碼。

8.4.2集中插入法2022/11/16134基本思想：8.4.2集中插入法2022/11/1257

1.巴克碼定義：一個(gè)n位長(zhǎng)的碼組{x1,x2,x3，…，xn}，其中xi的取值為+1或－1，它的局部相關(guān)函數(shù)有下列特點(diǎn)j表示錯(cuò)開位數(shù)。目前已找到的所有巴克碼組列在書中的表里。＋、－號(hào)表示xi的取值為+1、-1，分別對(duì)應(yīng)二進(jìn)制碼的“1”或“0”。2022/11/161351.巴克碼j表示錯(cuò)開位數(shù)。目前已找到的所有巴克碼組列在巴克碼組

n巴克碼組2

＋＋(11)3

＋＋－（110）4＋＋＋－(1110)；＋＋－＋(1101)5

＋＋＋－＋(11101)7＋＋＋－－＋－(1110010)11＋＋＋－－－＋－－＋－(11100010010)13＋＋＋＋＋－－＋＋－＋－＋(1111100110101)2022/11/16136巴克碼組n巴克碼組2＋＋(11)3＋＋－（110以7位巴克碼組{+++--+-}為例：局部自相關(guān)函數(shù)為同理，可求出：

j=3,5,7時(shí)，R(j)=0;j=2,4,6時(shí)，R(j)=-1。根據(jù)這些值，7位巴克碼的R（j）與j關(guān)系曲線。當(dāng)j=1時(shí)，當(dāng)j=0時(shí)，2022/11/16137以7位巴克碼組{+++--+-}為例：局部自相關(guān)7位巴克碼的自相關(guān)函數(shù)自相關(guān)函數(shù)在j=0時(shí)具有尖銳的單峰特性。76543211234567－1j－1－2－3－4－5－6－70R(j)2022/11/161387位巴克碼的自相關(guān)函數(shù)自相關(guān)函數(shù)在j=0時(shí)具有尖銳的單峰特性2巴克碼的產(chǎn)生7位巴克碼的移位寄存器產(chǎn)生法。它一種是串行式產(chǎn)生器，移位寄存器的長(zhǎng)度等于巴克碼組的長(zhǎng)度。預(yù)置線01010101010101移位方向輸出2022/11/161392巴克碼的產(chǎn)生7位巴克碼的移位寄存器產(chǎn)生法。它一種7位巴克碼的反饋式產(chǎn)生法：0101