第七章 同步原理

第七章同步原理第1頁(yè)，課件共16頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.1同步的基本概念

同步是通信系統(tǒng)中一個(gè)非常重要的實(shí)際問(wèn)題，是進(jìn)行信息傳輸?shù)那疤岷突A(chǔ)，同步性能的好壞直接影響通信系統(tǒng)的性能。數(shù)字通信中，同步問(wèn)題包括載波同步、位同步、群同步和網(wǎng)同步。當(dāng)采用同步解調(diào)或相干檢測(cè)時(shí)，接收端需要提供一個(gè)發(fā)射端調(diào)制載波同頻同相的相干載波。這個(gè)載波的獲取就稱為載波提取或稱為載波同步。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，接收端需要對(duì)接收到的信息碼進(jìn)行判決，所產(chǎn)生與接收碼元同頻同相的定時(shí)脈沖序列的過(guò)程稱為碼元同步或位同步。第2頁(yè)，課件共16頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.1同步的基本概念

數(shù)字通信中的消息數(shù)字流總是由若干碼元組成“字”，若干“字”又組成“句”，接收時(shí)需要知道“字”、“句”的起止時(shí)刻。在接收端產(chǎn)生與“字”、“句”起止時(shí)刻相一致的定時(shí)脈沖序列的過(guò)程，稱為“字”同步和“句”同步，統(tǒng)稱群同步或幀同步。為了保證通信網(wǎng)絡(luò)中各用戶之間可靠地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，還必須實(shí)現(xiàn)網(wǎng)同步，使整個(gè)通信網(wǎng)內(nèi)有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。第3頁(yè)，課件共16頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.2載波同步

7.2.1載波同步的方法載波同步的方法一般有兩種：插入導(dǎo)頻法和直接法。（1）插入導(dǎo)頻法：對(duì)于已調(diào)信號(hào)本身不含載波或接收端很難從已調(diào)信號(hào)的頻譜中分離出載波這種情況，在發(fā)送有用信號(hào)的同時(shí)，在適當(dāng)頻率位置上，插入一個(gè)（或多個(gè)）稱作導(dǎo)頻的正弦波，接收端就由導(dǎo)頻提取出載波，第4頁(yè)，課件共16頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

接收端就由導(dǎo)頻提取出載波，這類方法稱為插入導(dǎo)頻法，也叫外同步法。導(dǎo)頻信號(hào)的位置和信號(hào)的具體形式有關(guān)，應(yīng)易于濾出，導(dǎo)頻信號(hào)的形式是正交載波。圖8.1所示為插入導(dǎo)頻法的系統(tǒng)框圖，窄帶濾波器可以用鎖相環(huán)來(lái)替代。

載波同步的方法第5頁(yè)，課件共16頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月（2）直接法：若已調(diào)信號(hào)本身含有足夠的載頻分量，接收端就可以直接用窄帶濾波器從發(fā)送信號(hào)中提取載波，這類方法稱為直接法，也叫自同步法。直接法進(jìn)行載波同步是在接收端對(duì)已調(diào)信號(hào)進(jìn)行某種非線性變換，就得到了載波同步信號(hào)。對(duì)于二相信號(hào)，典型的方法有平方變換法如圖8.2所示，和同相正交環(huán)法（Costas環(huán)），如圖8.3所示。

載波同步的方法第6頁(yè)，課件共16頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月

載波同步的方法

圖8.2中窄帶濾波器可用鎖相環(huán)替代，這時(shí)載波提取的方法稱為平方環(huán)法。平方環(huán)法的工作頻率是，顯然，當(dāng)很高時(shí)，工作頻率較低的同相正交環(huán)易于實(shí)現(xiàn)，同相正交環(huán)法也是利用鎖相環(huán)法提取載波。

二分頻電路有180°相位含糊問(wèn)題，發(fā)送信號(hào)用2DPSK

第7頁(yè)，課件共16頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.2.2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)是高效率和高精度。高效率指的是為了獲取載波信號(hào)而盡量少消耗發(fā)送功率；高精度指的是接收端提取的載波應(yīng)是相位誤差盡量小的相干載波。載波相位誤分為穩(wěn)態(tài)誤差和隨機(jī)誤差；穩(wěn)態(tài)誤差主要是由系統(tǒng)決定，隨機(jī)誤差則是由隨機(jī)噪聲產(chǎn)生。另外，性能指標(biāo)還有：同步建立時(shí)間和保持時(shí)間，要求短，長(zhǎng)。

第8頁(yè)，課件共16頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.2.3載波相位誤差Ф對(duì)解調(diào)性能的影響

載波相位誤差對(duì)于不同信號(hào)的解調(diào)影響不同。對(duì)于雙邊帶信號(hào)（2PSK），Ф對(duì)解調(diào)性能的影響只是引起信噪比下降倍，此時(shí)的誤碼率變?yōu)閷?duì)于單邊帶信號(hào)和殘留邊帶信號(hào)，Ф不僅引起信噪比下降，而且還引起信號(hào)畸變。Ф越大，畸變也越大。第9頁(yè)，課件共16頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.3位同步7.3.1位同步的方法

位同步的實(shí)現(xiàn)方法也可分為插入導(dǎo)頻法和直接法。插入導(dǎo)頻法和載波同步中的插入導(dǎo)頻法原理基本相同，可以在頻域和時(shí)域中進(jìn)行。直接法又有濾波法和鎖相法兩種形式。濾波法得到位同步信號(hào)有兩種方法：一是對(duì)信號(hào)進(jìn)行某種變換后濾出位同步信號(hào)；另一種方法是對(duì)帶限信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)檢波，利用幅度的“陷落”進(jìn)而恢復(fù)出位同步信號(hào)。位同步鎖相法是指利用鎖相環(huán)來(lái)提取位同步信號(hào)，根據(jù)數(shù)字通信的需要，常采用數(shù)字鎖相環(huán)。其原理框圖如圖8.4所示。第10頁(yè)，課件共16頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.3.2位同步系統(tǒng)的性能指標(biāo)

位同步系統(tǒng)的性能指標(biāo)與載波同步系統(tǒng)類似，也用相位誤差，同步建立時(shí)間，同步保持時(shí)間等指標(biāo)來(lái)衡量。

數(shù)字鎖相法位同步系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)有：（1）相位誤差：由位同步脈沖的相位跳變調(diào)整而引起，。（2）同步建立時(shí)間：指失去同步后重建同步所需要的最大時(shí)間，。（3）同步保持時(shí)間：重建同步到下次失步所需要的時(shí)間，，為頻差，為常數(shù)。第11頁(yè)，課件共16頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月位同步系統(tǒng)的性能指標(biāo)（4）同步帶寬：收、發(fā)信號(hào)頻率不相等，會(huì)引起時(shí)間漂移，定義頻偏的最大值為同步帶

寬，，為輸入碼元的重復(fù)頻率。（5）相位誤差對(duì)誤碼率的影響：2PSK信號(hào)，用時(shí)間差表示相位誤差，為

是碼元周期。第12頁(yè)，課件共16頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.4群同步

7.4.1群同步的方法實(shí)現(xiàn)群同步的方法有兩類方法：一類是插入特殊碼組。在數(shù)字信碼流中插入一些特殊碼組作為每群的頭尾標(biāo)記，接收端根據(jù)這些特殊碼組的位置，就可實(shí)現(xiàn)群同步；另一類是自同步法。利用數(shù)據(jù)碼組本身之間彼此不同的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)群同步。插入特殊碼組實(shí)現(xiàn)群同步有兩種方法；即起止式同步法和連貫式插入法

第13頁(yè)，課件共16頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月7.4.2群同步系統(tǒng)的性能

群同步系統(tǒng)建立同步時(shí)間應(yīng)該短，且在群同步建立后應(yīng)有較強(qiáng)的抗干擾能力。通常用漏同步概率，假同步概率和群同步建立時(shí)間來(lái)衡量性能指標(biāo)。漏同步概率:第14頁(yè)，課件共16頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2月群同步系統(tǒng)的性能假同步概率:式中，為碼元錯(cuò)誤概率；為同步碼組的碼元數(shù)；為允許碼組中的錯(cuò)誤碼元的最大數(shù)。集中式插入群同步平均建立時(shí)間為

其中，為每群的碼元數(shù)，為碼元寬度。

第15頁(yè)，課件共16頁(yè)，創(chuàng)作于2023年2