通信原理（Seminar）課件 第12課

通信原理1上次作業(yè)9.9編碼輸出11100011量化誤差27均勻量化10011000002通信原理第13同步原理3同步，從信息內(nèi)涵的意義，可分為:內(nèi)容：X軸與Y軸的意義，影片中圖象、聲音空間：人物、物品、背景時(shí)間：通信中的同步為什么要同步？為使整個(gè)通信系統(tǒng)有序、準(zhǔn)確、可靠地工作，收、發(fā)必須有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，即定時(shí)系統(tǒng)。依靠定時(shí)系統(tǒng)去完成收、發(fā)雙方時(shí)間的一致性，即同步。（數(shù)字，模擬）4同步的分類按不同的功用分為：

載波同步：在接收端得到一個(gè)與發(fā)端同頻同相的載波.

位同步：在接收端產(chǎn)生一個(gè)與接收碼元頻率和相位吻合的脈沖序列.

幀同步：在接收端產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)志每幀首尾的定時(shí)脈沖.F

網(wǎng)同步：整個(gè)網(wǎng)統(tǒng)一時(shí)間標(biāo)準(zhǔn).5

按同步信息傳輸方式的不同分：

外同步法：由發(fā)端插入專門的同步信息，接收端提取檢測出同步信息的方法。

自同步法：收端直接從信號中提取同步信息的方法。F6

載波同步

插入導(dǎo)頻法對于不含載頻分量的信號，如何在接收端提取出本地載波信號呢？采用的方法之一是在發(fā)送端的有用載波信號中插入一個(gè)導(dǎo)頻信號，該導(dǎo)頻信號在接收端被提取出來作為本地載波信號。導(dǎo)頻信號的設(shè)計(jì)要考慮在接收端易于分離。在實(shí)際使用中，并不直接插入施加于調(diào)制器的那個(gè)載波作為導(dǎo)頻信號，而是將該載波移相90o后得到所謂的“正交載波”再插入。插入導(dǎo)頻法又分為頻域插入導(dǎo)頻法和時(shí)域插入導(dǎo)頻法。7sm(t)=Af(t)cosw0t+asinw0t例

DSB信號： 頻域插入信號頻譜為零的位置插入正交導(dǎo)頻8

sm(t)asin0t相乘調(diào)制器帶通濾波器相加器振蕩器-90o相移器f(t)Af(t)cos0tAcos

0t為使討論的載波提取方法對于數(shù)字通信和模擬通信都適用，我們將模擬通信中所傳輸?shù)男畔⑿盘杅(t)與數(shù)字通信中所傳輸?shù)臄?shù)字基帶信號sDIG(t)，都用來f(t)表示，還假設(shè)f(t)不含直流分量。采用正交濾波是為了防止恢復(fù)出來的原始信號中含有直流分量。9收端仍采用窄帶濾波器將asinw0t分離，相移π/2后成為 本地載波。發(fā)送信號:Φ(t)=f(t)cosw0t+asinw0t10插入導(dǎo)頻法的發(fā)送端框圖濾除旁瓣、通過主瓣11插入導(dǎo)頻法的接收端框圖此2項(xiàng)會(huì)被低通濾掉12直接提取法(信號中含有載頻分量時(shí))帶通

窄帶濾波器

900相移低通13 非線性變換法(信號中不含有載頻分量時(shí))

1)平方變換法帶通低通平方部件2分頻窄帶濾波Φ(t)u0(t)14被2fc窄帶濾波器濾除此信號一定有直流其直流乘以2倍載頻后將通過2fc窄帶濾波器15抑制載波的雙邊帶信號

經(jīng)過平方變換(平方律部件)

m(t)無直流分量,m2(t)卻有直流分量16令α表示m2(t)中的直流分量

表示m2(t)中的交流分量則e(t)經(jīng)窄帶濾波后,濾出2ωc

再經(jīng)2分頻,獲所需載波,同時(shí)還有一部分調(diào)制自噪聲及加性噪聲,造成輸出載波的隨機(jī)抖動(dòng).直流低頻2ωc調(diào)制自噪聲17平方環(huán)法（屬于一種鎖相環(huán)）可以是乘法器，也可以其他鑒相器18Castas環(huán)法（也屬于鎖相環(huán)）19經(jīng)過低通濾波器后分別得20θ是VCO輸出信號與輸入已調(diào)信號載波之間的相位誤差當(dāng)θ較小時(shí),V7的大小與相位誤差θ成正比,用V7去調(diào)整VCO輸出信號的相位,最后使穩(wěn)態(tài)相位誤差減小到很小的數(shù)值.這樣VCO的輸出就是所需提取的載波.21載波相位誤差對解調(diào)性能的影響

主要體現(xiàn)在所提取載波與接收信號中的載波的相位誤差.相位誤差為穩(wěn)態(tài)相差與相位抖動(dòng)之和提取的相干載波為則解調(diào)時(shí),相乘器的輸出經(jīng)低通濾波后為221.直接法的優(yōu)缺點(diǎn)（1）不占用導(dǎo)頻功率，信噪比可以大一些；（2）防止插入導(dǎo)頻法中導(dǎo)頻和信號間由于濾波不好而引起的互相干擾。(3)有的調(diào)制系統(tǒng)不能用直接法2.插入導(dǎo)頻法的優(yōu)缺點(diǎn)(1)有單獨(dú)的導(dǎo)頻信號，一方面可以提取同步載波，另一方面可以利用它作為自動(dòng)增益控制；(2)有些不能用直接法提取同步載波的調(diào)制系統(tǒng)只能用插入導(dǎo)頻法.(3)插入導(dǎo)頻法要多消耗一部分不帶消息的功率，因此與直接法比較，在總功率相同條件下信噪功率比還要小一些.23位同步導(dǎo)頻法（注意這里導(dǎo)頻不是載波fc而是fb）直接加入“位導(dǎo)頻”利用載波包絡(luò)攜帶“位導(dǎo)頻”自同步法濾波法（最常用的是微分整流法）數(shù)字鎖相法24位同步與載波同步的區(qū)別位同步是指在接收端的基帶信號中提取碼元定時(shí)的過程。在模擬通信中，沒有位同步的問題，但當(dāng)采用相干解調(diào)時(shí)，需要載波同步。但在數(shù)字通信中，一般都有位同步的問題，無論是相干解調(diào)還是非相干解調(diào)。數(shù)字通信時(shí)，相干解調(diào)既需要載波同步又需要位同步；非相干解調(diào)不需要載波同步25

插入導(dǎo)頻法（外同步法）相加調(diào)制位定時(shí)導(dǎo)頻信道插入導(dǎo)頻法時(shí)，一般是在基帶數(shù)字信號功率譜的零點(diǎn)處插入所需要的位同步導(dǎo)頻信號。26因?yàn)閷?dǎo)頻信號不是原數(shù)字基帶信號的成分，前者的存在或多或少地會(huì)影響到后者的解調(diào)性能。因此，導(dǎo)頻信號一經(jīng)提取，就應(yīng)設(shè)法從接收到的信號中將它消除，這樣送到數(shù)字基帶信號解調(diào)器時(shí)就不包含同步導(dǎo)頻信號了。相減器窄帶濾波器相移器含有導(dǎo)頻信號的數(shù)字基帶信號消除位導(dǎo)頻信號的原理框圖數(shù)字基帶信號位同步信號輸出相移器是用來校準(zhǔn)導(dǎo)頻信號的相位的。27導(dǎo)頻法（及與載波導(dǎo)頻區(qū)別）插入導(dǎo)頻法基帶信號功率譜調(diào)制后功率譜載波導(dǎo)頻載波導(dǎo)頻與位導(dǎo)頻的關(guān)系圖28

直接法（自同步法）對沒有位同步頻率分量的序列，例如不歸零二進(jìn)制單極性序列等，可通過非線性變換使之包含位同步分量，然后通過濾波提取。

1．非線性變換——濾波法窄帶濾波器脈沖形成器移相波形變換非歸零碼fbcp位定時(shí)脈沖所謂自同步法，就是借助于位同步電路從所收到的數(shù)字基帶信號中直接提取位同步信息的方法，29111100000t0t0t0t0tcp30開環(huán)碼元同步法延遲相乘法原理方框圖相乘器輸入和輸出的波形： 延遲相乘后碼元波形的后一 半永遠(yuǎn)是正值；而前一半則 當(dāng)輸入狀態(tài)有改變時(shí)為負(fù)值。 因此，變換后的碼元序列的 頻譜中就產(chǎn)生了碼元速率的 分量。延遲時(shí)間等于碼元時(shí)間一半 時(shí)，碼元速率分量最強(qiáng)。c延遲T/2ab放大限幅窄帶濾波(c)(b)(a)31鎖相法數(shù)據(jù)傳輸中，采用數(shù)字鎖相環(huán)路提取位同步信號?；驹硎窃诮邮斩死靡粋€(gè)相位比較器，比較接收碼元與本地碼元(位定時(shí))脈沖的相位，若兩者相位不一致，即超前或滯后，就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)誤差信號，通過控制電路去調(diào)整定時(shí)脈沖相位，直至獲得精確的位同步為止。32數(shù)字鎖相環(huán)法提取位同步把正弦波變成數(shù)字時(shí)鐘異或電路+低通+比較器33異或門數(shù)字鑒相器輸出示意圖34幀同步(群同步)載波同步解決了同步解調(diào)問題；位同步確定數(shù)字通信中各個(gè)碼元的抽樣判決問題；群同步的任務(wù)就是在位同步的基礎(chǔ)上識別出數(shù)字信息的起始時(shí)刻

a.外同步:

b.自同步:插入特殊碼組作為標(biāo)志(集中插入法、分散插入法)。利用接收序列本身提取。35起止式同步法被傳輸?shù)膯挝皇亲址?，每個(gè)字符可由5~8位碼元組成，每個(gè)字符前面加一位起始位，用“0”代表，在字符后加1.5位停止位，用“1”代表，不發(fā)信號時(shí)，一直發(fā)送停止位。止起止36連貫式插入法

在每群的開頭集中插入群同步碼組的方法群同步碼應(yīng)有特性能很快地識別檢出，位置準(zhǔn)確群同步碼應(yīng)有尖銳的自相關(guān)函數(shù)巴克碼是一種常用的群同步碼巴克碼是一種非周期序列，一個(gè)n位的巴克碼為

{x1，x2，x3，…，xn}x1的取值為±137巴克碼組列表： 表中各碼組的反碼（即正負(fù)號相反的碼）和反序碼（即時(shí)間順序相反的碼）也是巴克碼。N巴克碼1＋2＋＋，＋－3＋＋－4＋＋＋－，＋＋－＋5＋＋＋－＋7＋＋＋――＋－11＋＋＋―――＋――＋－13＋＋＋＋＋――＋＋－＋－＋38j=0j=1j=2，3，…7R(j)分別為-1,0,-1,0,-1,0

當(dāng)j為負(fù)值時(shí)的自相關(guān)函數(shù)值,與正值對稱,自相關(guān)函數(shù)在j=0時(shí)出現(xiàn)尖銳單峰。397R（j）-1-7-5-3-11357j40判決相加01010101010101輸入碼元移位方向7位巴克碼識別器“1”存入移存器1端→+10端→-1“0”存入移存器1端→-10端→+141當(dāng)7位巴克碼全部進(jìn)入7級移位寄存器,7個(gè)移位寄存器都輸出+1,相加后得最大輸出+7,若判決器的判決門限電平定為6,在巴克碼的最后一位“0”進(jìn)入識別器時(shí),識別器輸出一群同步脈沖表示一群的開頭。42

13.4.6自群同步唯一可譯碼假設(shè)現(xiàn)共有4種天氣狀態(tài)需要傳輸，將其用二進(jìn)制編碼表示，如下表所示：當(dāng)接收端收到的數(shù)字序列為“1110110110”時(shí)，它將唯一地可以譯為“雨晴陰陰”。保證唯一可譯的充分條件是在編碼中任何一個(gè)碼字都不能是其他碼字的前綴。滿足這個(gè)條件的編碼又稱為瞬時(shí)可譯碼。

晴云陰雨010111011143瞬時(shí)可譯碼其碼字的邊界可以由當(dāng)前碼字的末尾確定，而不必等待下一個(gè)碼字的開頭。例如，下表中的編碼是唯一可譯碼，但是不是瞬時(shí)可譯碼：例如，在收到“10”后，必須等待下一個(gè)符號是“0”還是“1”，才能確定譯為“雨”還是“陰”。在這種編碼中，“晴(1)”是“陰(10)”的詞頭，并且“陰(10)”是“雨(100)”的詞頭。晴陰雨11010044網(wǎng)同步網(wǎng)同步目的：使全網(wǎng)各站能夠互連互通，正確地接收信息碼元。網(wǎng)同步方法分類：單向通信系統(tǒng)：