通信课件7.ppt

第第 7 7 章章 同步原理同步原理v同步分为：载波同步、位同步、帧同步等同步分为：载波同步、位同步、帧同步等。v71 载波同步载波同步v分为：直接提取法、插入导频法和非线性变换法分为：直接提取法、插入导频法和非线性变换法。v711 直接提取法直接提取法v简单。当接收信号频谱中含有载频分量时，可用一个窄带通滤波器或锁相简单。当接收信号频谱中含有载频分量时，可用一个窄带通滤波器或锁相环环(锁相环起窄带跟踪滤波器的作用锁相环起窄带跟踪滤波器的作用)，直接从接收信号中提取载频，放大，直接从接收信号中提取载频，放大后作为本地载波。后作为本地载波。7 71 12 2 插入导频法插入导频法v分为：频域插入法和时域插入法。分为：频域插入法和时域插入法。v 1 1频域插入法频域插入法v在发送信号频谱为零的位置插入导频，收端把它提取出来作为本地载波。在发送信号频谱为零的位置插入导频，收端把它提取出来作为本地载波。通常采用插入正交导频的方法，这样可以减小对解调信号的影响。通常采用插入正交导频的方法，这样可以减小对解调信号的影响。v插入导频后的发送信号插入导频后的发送信号7 71 12 2 插入导频法插入导频法vLPF的输出的输出v 2 2时域插入法时域插入法v对被传输的数据信号和导频对被传输的数据信号和导频 信号在时间上加以区分。信号在时间上加以区分。7 71 13 3 非线性变化法非线性变化法v当接收的信号本身不含有载波分量时，可用非线性变换的方法从接收信当接收的信号本身不含有载波分量时，可用非线性变换的方法从接收信号中提取载波。号中提取载波。v 1 1平方变换法平方变换法v如如DSB信号。信号。v接收信号接收信号 v平方变换平方变换 v中心频率为中心频率为20的带通滤波器滤波输出的带通滤波器滤波输出7 71 13 3 非线性变化法非线性变化法v二分频二分频v2 2平方环法平方环法v它是在平方变换法的基础上，将窄带通它是在平方变换法的基础上，将窄带通BPF用锁相环用锁相环(PLL)代替代替。v 3 3同相正交环法同相正交环法v也叫科斯塔斯也叫科斯塔斯(Costas)环法。鉴相器鉴别输入载波分量与环法。鉴相器鉴别输入载波分量与VCO之间的相之间的相位差。上面的称为同相相干解调器，下面的称为正交相干解调器。位差。上面的称为同相相干解调器，下面的称为正交相干解调器。7 71 13 3 非线性变化法非线性变化法v设接收信号设接收信号f(t)cos(0t+0),VCO的输出为的输出为cos(0t+),v经过带宽为经过带宽为Wm的的LPF 7 71 13 3 非线性变化法非线性变化法v乘法器的输出乘法器的输出 v若若0-很小，则很小，则sin2(0-)2(0-)。乘法器的输出。乘法器的输出vLPF的作用就相当于对的作用就相当于对f (t)求时间平均。求时间平均。vU1就是所需要的本地载波，就是所需要的本地载波，U5作为解调信号而输出作为解调信号而输出。7 72 2 位同步位同步v又称码元又称码元(或比特或比特)同步。同步。v这里考虑从接收的基带数据信号中提取定时信号。这里考虑从接收的基带数据信号中提取定时信号。v位同步方法分为两类：插入导频法和直接法位同步方法分为两类：插入导频法和直接法。v7 72 21 1 插入导频法插入导频法v也称为外同步法。将导频插在基带信号频谱的零点处。周期为也称为外同步法。将导频插在基带信号频谱的零点处。周期为Ts的二进的二进制不归零序列，其频谱的第一个零点位于制不归零序列，其频谱的第一个零点位于f=1/Ts处。若经过相关编码，处。若经过相关编码，使其频谱的第一个零点在使其频谱的第一个零点在f=1/2Ts处。处。7 72 21 1 插入导频法插入导频法v收端，经中心频率收端，经中心频率f=1/Ts的窄带通滤波器，可以从解调后的基带信号中的窄带通滤波器，可以从解调后的基带信号中提取出位同步信号。对于图提取出位同步信号。对于图(b)，窄带通滤波器的中心频率，窄带通滤波器的中心频率f=1/2Ts的，的，此时插入导频的周期为位同步脉冲周期的此时插入导频的周期为位同步脉冲周期的2倍，将插入导频二倍频就可得倍，将插入导频二倍频就可得到位同步信号。到位同步信号。v时域插入导频法，如图时域插入导频法，如图7.3。7 72 22 2 直接法直接法v直接法也叫自同步法。直接法也叫自同步法。v常用方法常用方法:v1 1滤波法滤波法v对基带信号进行适当变换，对基带信号进行适当变换，用窄带通滤波器将同步频用窄带通滤波器将同步频 率分量提取出来。率分量提取出来。7 72 22 2 直接法直接法v2.2.包络检波法包络检波法v例如例如2PSK信号，其包络含有位同步信息。经包络检波后，用窄带通滤波信号，其包络含有位同步信息。经包络检波后，用窄带通滤波器器(或锁相环或锁相环)提取之，就可得到位同步信号。提取之，就可得到位同步信号。7 72 22 2 直接法直接法v 3.3.锁相法锁相法v用锁相环路做窄带通滤波器提取位同步信号的方法称为锁相法。在数用锁相环路做窄带通滤波器提取位同步信号的方法称为锁相法。在数据传输中，常采用数字锁相环路提取位同步信号，称为数字锁相法。据传输中，常采用数字锁相环路提取位同步信号，称为数字锁相法。v(1)时钟源时钟源 v振荡器的振荡频率为振荡器的振荡频率为F0=n/Ts=nfs。fs为输入信号码元速率，输入信为输入信号码元速率，输入信号码元周期号码元周期Ts。振荡器输出脉冲序周期。振荡器输出脉冲序周期T0=1/F0=Ts/n。7 72 22 2 直接法直接法v(2)(2)控制器与分频器控制器与分频器 v若准确同步，滤波器无加或减脉冲输出；若位同步信号相位滞后，滤若准确同步，滤波器无加或减脉冲输出；若位同步信号相位滞后，滤波器输出加脉冲，控制器使时钟源输出序列增加一个脉冲，波器输出加脉冲，控制器使时钟源输出序列增加一个脉冲，n分频后的分频后的位同步信号相位前移；若位同步信号相位超前，滤波器输出减脉冲信位同步信号相位前移；若位同步信号相位超前，滤波器输出减脉冲信号，控制器使时钟源输出序列减少一个脉冲，号，控制器使时钟源输出序列减少一个脉冲，n分频后的位同步信号相分频后的位同步信号相位就后移。每次的时间阶跃量为位就后移。每次的时间阶跃量为T0，相位的最小调整量为，相位的最小调整量为=2T0/Ts=2/n。7 72 22 2 直接法直接法v(3)(3)鉴相器鉴相器 v对输入信号与位同步信号进行相位比较，相位误差电压形成超前或滞对输入信号与位同步信号进行相位比较，相位误差电压形成超前或滞后脉冲，调整时钟源输出脉冲序列。后脉冲，调整时钟源输出脉冲序列。v(4)(4)数字滤波器数字滤波器 v滤除噪声对环路工作的影响，提高相位调整的准确性。滤除噪声对环路工作的影响，提高相位调整的准确性。v锁相环能够跟踪接收信号的相位变化，这是提高同步准确性的主要因锁相环能够跟踪接收信号的相位变化，这是提高同步准确性的主要因素。当接收信号产生暂时中断时，由于环路滤波器的时间常数很大，素。当接收信号产生暂时中断时，由于环路滤波器的时间常数很大，使压控振荡器的输出基本保持不变，这样，原来的同步信号会得到保使压控振荡器的输出基本保持不变，这样，原来的同步信号会得到保持，避免了同步中断对系统造成的影响。持，避免了同步中断对系统造成的影响。v数字锁相法性能良好，在数据传输的同步提取中应用广泛。数字锁相法性能良好，在数据传输的同步提取中应用广泛。7 73 3 帧同步帧同步v任务：根据码组任务：根据码组“开头开头”和和“末尾末尾”的时刻，对解调器输出的比特序列的时刻，对解调器输出的比特序列进行码组恢复。进行码组恢复。v方法：外同步法和自同步法。方法：外同步法和自同步法。v外同步法外同步法:在发送的数据序列中插入一些特殊的码组作为帧的起止标志。在发送的数据序列中插入一些特殊的码组作为帧的起止标志。v自同步法自同步法:不需要外加特殊码组，利用数据码组序列本身的特性来实现同不需要外加特殊码组，利用数据码组序列本身的特性来实现同步。步。v本节介绍应用较多的插入同步码组的方法。本节介绍应用较多的插入同步码组的方法。v常用方法：集中插入法和分散插入法。常用方法：集中插入法和分散插入法。v1 1集中插入法集中插入法v插入在每帧的开头连续。插入在每帧的开头连续。7 73 3 帧同步帧同步v帧同步系统会产生漏同步和假同步。希望漏同步和假同步概率要小，码帧同步系统会产生漏同步和假同步。希望漏同步和假同步概率要小，码组易于识别，传输效率高，长度应尽量短。组易于识别，传输效率高，长度应尽量短。v巴克码的规律：一个长度为巴克码的规律：一个长度为n的巴克码序列的巴克码序列x1,x2,xn,码元码元xi只能取只能取+1或或-1，其自相关函数，其自相关函数vj表示错开的位数。表示错开的位数。v目前已找到的巴克码序列目前已找到的巴克码序列 7 73 3 帧同步帧同步v例例n=7vj=0vj=1vj=2vR(j)值如表。值如表。R(j)曲线如图。曲线如图。位数n码序列二进制表示2+；1 1；0 13+-1 1 04+-；+-+1 1 1 0；1 1 0 15+-+1 1 1 0 17+-+-1 1 1 0 0 1 011+-+-+-1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 013+-+-+-+1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1j-7-6-5-4-3-2-101234567R(j)0-10-10-1070-10-10-107 73 3 帧同步帧同步v7位巴克码识别器构成位巴克码识别器构成:7级移位寄存器、相加器和判决器。移位寄存器按级移位寄存器、相加器和判决器。移位寄存器按1110010顺序接加法器，这与巴克码的规律一致。顺序接加法器，这与巴克码的规律一致。1加到移位寄存器时，加到移位寄存器时，1端输出端输出+1，0端输出端输出1；反之，；反之，0加入时，加入时，1端输出端输出1,0端输出端输出1。即对输入的巴克码进行相关运算。当即对输入的巴克码进行相关运算。当7位巴克码在位巴克码在t1时刻全部进入移位寄时刻全部进入移位寄存器，有最大输出存器，有最大输出7；其它情况均低于；其它情况均低于6。判决电平设为。判决电平设为6，t1时时刻最后一位进入时，在判决器输出端就得到一个帧同步脉冲。刻最后一位进入时，在判决器输出端就得到一个帧同步脉冲。7 73 3 帧同步帧同步v2 2分散插入法分散插入法v将帧同步码分散地插入信息码流中。帧同步码可以是将帧同步码分散地插入信息码流中。帧同步码可以是1、0交替码或其它交替码或其它码型。码型。vPCM24路系统每帧路系统每帧193位，前位，前192位是信息码，第位是信息码，第193位即是同步码。这位即是同步码。这种系统的位同步频率是帧同步频率的种系统的位同步频率是帧同步频率的193倍，可由位同步频率经倍，可由位同步频率经193次分次分频后得到帧同步频率。频后得到帧同步频率。