现代通信系统原理--第7章-同步系统PPT课件.pptx

《现代通信系统原理--第7章-同步系统PPT课件.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代通信系统原理--第7章-同步系统PPT课件.pptx（37页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、7.1 7.1 引言引言(ynyn)(ynyn)同步：是指收发双方在时间上保持步调一致。同步：是指收发双方在时间上保持步调一致。 同步的分类：同步的分类： 载波同步同频同相相干载波；载波同步同频同相相干载波；位（码元）同步节拍一致、相位可调；位（码元）同步节拍一致、相位可调；群同步群同步 帧同步；帧同步；点对点点对点网同步（通信网中用）。网同步（通信网中用）。 同步信号来自于接收信号；在通信系统中，通常都是同步信号来自于接收信号；在通信系统中，通常都是要求同步信息要求同步信息(xnx)(xnx)传输的可靠性高于信号传输的可靠传输的可靠性高于信号传输的可靠性。性。第1页/共37页第一页，共37页

2、。研究研究(ynji)(ynji)的问题：的问题： 7.1 引言(ynyn) 7.2 载波同步技术 7.3 位同步技术 7.4 群同步技术 第2页/共37页第二页，共37页。7.2 7.2 载波载波(zib)(zib)同步技术同步技术 获取方法：获取方法： 插入导频法（外同步插入导频法（外同步(tngb)(tngb)法）：在发送有用信法）：在发送有用信号的同时，在适当的频率位置上插入一个或多个称作载频的号的同时，在适当的频率位置上插入一个或多个称作载频的正弦波，接收端由导频提取载波；正弦波，接收端由导频提取载波； 直接法（自同步直接法（自同步(tngb)(tngb)法）：不专门发送导频，法）：

3、不专门发送导频，在接收端直接从发送信号中提取载波。在接收端直接从发送信号中提取载波。7.2.1 7.2.1 直接法（自同步直接法（自同步(tngb)(tngb)法）法）思路：思路：DSBDSB信号虽不含载波分量，但对该信号进行某种非线信号虽不含载波分量，但对该信号进行某种非线性变换（如：平方）后派生新的频率分量，就可从中提性变换（如：平方）后派生新的频率分量，就可从中提取同步取同步(tngb)(tngb)信息。信息。第3页/共37页第三页，共37页。1. 1. 平方变换法和平方环法平方变换法和平方环法 发端：设调制发端：设调制(tiozh)(tiozh)信号中无直流分量，则抑制载波的双信号中无

4、直流分量，则抑制载波的双边带信号为：边带信号为： ttmtsccos ttmtmttmtecc2cos212cos2222收端：收端：平方变换平方变换(binhun)法模型：法模型：经平方(pngfng)律部件后:经窄带滤波器（2c），含:cos2ct二分频，得:cosct第4页/共37页第四页，共37页。好处：窄带、跟踪好处：窄带、跟踪(gnzng)(gnzng)、记忆、维持。、记忆、维持。问题：二分频电路提取出的载波存在问题：二分频电路提取出的载波存在相位模糊问题。相位模糊问题。解决？解决？ 问题：窄带问题：窄带(zhi di)滤波器不易实现。滤波器不易实现。改进：用改进：用PLL（锁相环

5、）代替。（锁相环）代替。第5页/共37页第五页，共37页。2. 2. 同相正交环法（科斯塔斯环）同相正交环法（科斯塔斯环） ttmccos ttmtttmvttmtttmvcccccc2sinsin21sincos2coscos21coscos43经低通后：目标目标(mbio)：只需证得：只需证得v7(载波相位差载波相位差)。同相载波(zib)正交载波(zib)双PLL环模型模型(mxng)：第6页/共37页第六页，共37页。 sin21cos2165tmvtmv 2275611sin cossin248vvvmtmt tmv2741经低通后的输出(shch)分别为 ：乘法器的输出(shch)

6、为：上式可以近似(jn s)地表示为：注：注：载波提取、相干解调一次完成！v5; 无相位模糊问题。另：数字通信中经常使用多相移相信号，这类信号同样可以利用多次方变换法从已调信号中提取载波信息。见图7-4。 第7页/共37页第七页，共37页。7.2.2 7.2.2 插入导频法插入导频法 1 1、抑制载波的双边、抑制载波的双边(shungbin)(shungbin)带信号中插入导频带信号中插入导频 导频：为导频：为“正交载波正交载波”与加在调制器的那个载波移相与加在调制器的那个载波移相9090。模型：模型：0( )( )sincosccccu ta m ttat数学分析数学分析(sh xu fn

7、x)：发端：发端： 222( )( )sincossin( )cos2sin2( )222cccccccccccav ta m ttatata m tattm t收端：收端：LPF输出输出(shch)：第8页/共37页第八页，共37页。1122cmcrffffffff2 2、残留边带信号、残留边带信号(xnho)(xnho)中插入导频中插入导频 f2 窄带f1 窄带（f2 -f1）低通q次分频fc窄带移相收信号载波输出1v2v3v4v5v6v图7-7 残留边带信号(xnho)形插入导频法收端方框图图7-6 残留边带信号形成滤波器的传输(chun sh)函数第9页/共37页第九页，共37页。3

8、3、时域插入、时域插入(ch r)(ch r)导频法导频法原理：利用原理：利用PLL的跟踪、记忆、维持的跟踪、记忆、维持(wich)功能。功能。第10页/共37页第十页，共37页。7.2.3 7.2.3 载波同步系统的性能指标载波同步系统的性能指标 载波同步系统的主要载波同步系统的主要(zhyo)(zhyo)性能包括：效率、精度、性能包括：效率、精度、同步建立时间和同步保持时间。同步建立时间和同步保持时间。1 1、精度、精度 精度是指提取的同步载波与载波标准比较，它们之间精度是指提取的同步载波与载波标准比较，它们之间的相位误差大小。的相位误差大小。（1 1）稳态相位误差）稳态相位误差 当利用窄

9、带滤波器提取载波时，假设所用的窄带滤波当利用窄带滤波器提取载波时，假设所用的窄带滤波器为一简单单调谐回路，其器为一简单单调谐回路，其Q Q值一定。那么，当回路的中值一定。那么，当回路的中心频率心频率00与载波频率与载波频率cc不相等时，就会使输出的载波同不相等时，就会使输出的载波同步信号引起一稳态相差步信号引起一稳态相差。若。若00与与cc之差为之差为，且，且较小时，可得较小时，可得02Q可见可见(kjin)：Q值越高，所引起的稳态相差越大。值越高，所引起的稳态相差越大。 第11页/共37页第十一页，共37页。（2 2）随机相位误差）随机相位误差 从物理概念上讲，正弦波加上随机噪声从物理概念上

10、讲，正弦波加上随机噪声(zoshng)(zoshng)以后，相位变化是随机的，它与噪声以后，相位变化是随机的，它与噪声(zoshng)(zoshng)的性质和信噪功率比有关。经过分析当噪声的性质和信噪功率比有关。经过分析当噪声(zoshng)(zoshng)为窄带高斯噪声为窄带高斯噪声(zoshng)(zoshng)时，随机相位差与信噪功率比之间的关系式为时，随机相位差与信噪功率比之间的关系式为20021 22nnfrAQ其中：f0回路的中心频率，A接收信号幅度(fd)。可见：滤波器的Q值越高，随机相位误差越小。 第12页/共37页第十二页，共37页。2 2、同步建立、同步建立(jinl)(j

11、inl)时间和保持时间时间和保持时间 建立建立(jinl)(jinl)时间时间 保持时间保持时间可见可见(kjin)：要使建立时间变短，：要使建立时间变短，Q值需要减小；要延长保持时间，值需要减小；要延长保持时间，Q值要求增大，因值要求增大，因此这两个参数对此这两个参数对Q值的要求是矛盾的。值的要求是矛盾的。 00220.46()scQQtt第13页/共37页第十三页，共37页。 3、两种载波同步方法的比较 直接法的优缺点：（1）不占用导频功率(gngl)，因此信噪功率(gngl)比可以大一些；（2）防止导频和信号间的互相干扰，也可以防止信道不理想引起导频相位的误差 ;（3）有的调制系统不能用

12、直接法（如SSB系统）。插入导频法的优缺点； （1）有单独的导频信号，一方面可以提取同步载波，另一方面可以利用它作为自动增益控制；（2）有些不能用直接法提取同步载波的调制系统只能用插入导频法；（2）与直接法比较，在总功率(gngl)相同条件下实际信噪功率(gngl)比要小一些。 第14页/共37页第十四页，共37页。7.3 7.3 位同步技术位同步技术(jsh)(jsh)要求：与发端节拍一致、相位可调。要求：与发端节拍一致、相位可调。获取方法：插入导频法（外同步法）、直接法获取方法：插入导频法（外同步法）、直接法（自同步法）。不专门发送导频，在接收端直（自同步法）。不专门发送导频，在接收端直接

13、从发送信号中提取载波。接从发送信号中提取载波。7.3.1 7.3.1 插入导频法插入导频法原理：同于载波同步时导频插入法。原理：同于载波同步时导频插入法。单单/ /双极性双极性NRZNRZ部分部分(b fen)(b fen)响应系统响应系统第15页/共37页第十五页，共37页。部分部分(b fen)(b fen)响应系统：响应系统：第16页/共37页第十六页，共37页。7.3.2 7.3.2 自同步法自同步法 当系统的位同步采用当系统的位同步采用(ciyng)(ciyng)自同步方法时，发端自同步方法时，发端不专门发送导频信号，而直接从数字信号中提取位同步信不专门发送导频信号，而直接从数字信号

14、中提取位同步信号。号。 自同步法具体又可分为滤波法和锁相法。自同步法具体又可分为滤波法和锁相法。1 1、采用、采用(ciyng)(ciyng)滤波法提取位同步滤波法提取位同步波形变换：由微分、整流(zhngli)电路构成 。第17页/共37页第十七页，共37页。2 2、采用锁相法提取、采用锁相法提取(tq)(tq)位同步位同步FnFFF F本地(bnd)：超前扣除 滞后添加nF第18页/共37页第十八页，共37页。7.3.3 7.3.3 位同步系统的性能指标位同步系统的性能指标 位同步系统的性能指标除了效率以外，主要有：位同步系统的性能指标除了效率以外，主要有：（1 1）相位误差（精度）；）相

15、位误差（精度）；（2 2）同步建立时间）同步建立时间(shjin)(shjin)；（3 3）同步保持时间）同步保持时间(shjin)(shjin)；（4 4）同步带宽。）同步带宽。1 1、相位误差、相位误差e e 由上图可见一个码元周期内由晶振及整形电路来的由上图可见一个码元周期内由晶振及整形电路来的脉冲数为脉冲数为n n个，因此，最大调整相位为：个，因此，最大调整相位为： ne 360可以看到，随着(su zhe)n的增加，相位误差e将减小。 第19页/共37页第十九页，共37页。2、同步建立时间、同步建立时间(shjin)ts定义：失去同步后重建同步最所需的长时间定义：失去同步后重建同步最

16、所需的长时间(shjin)。故同步建立时间故同步建立时间(shjin)为：为：bbsnTNTt 23、同步保持时间、同步保持时间(shjin)tc 系统因为没有输入，使得收端位同步信号的相位就会逐渐发生漂移，时间系统因为没有输入，使得收端位同步信号的相位就会逐渐发生漂移，时间(shjin)越越长，相位漂移量越大，直至漂移量达到某一准许的最大值，就算失步了。长，相位漂移量越大，直至漂移量达到某一准许的最大值，就算失步了。为了使同步建立时间ts减小，要求(yoqi)选用较小的n，这就和相位误差e对n的要求(yoqi)相矛盾 。第20页/共37页第二十页，共37页。00122ctFFKF式中：F0收

17、发两端固有码元重复频率的几何平均值；F收发两端存在(cnzi)频差。说明：要想延长同步保持时间tc，需要提高收发两端振荡器的频率稳定度。 第21页/共37页第二十一页，共37页。7.4 7.4 群同步群同步(tngb)(tngb)技术技术 前提：已实现位同步。前提：已实现位同步。任务：识别出数字信息群的起止时刻，或者说给出每个群的任务：识别出数字信息群的起止时刻，或者说给出每个群的 “开头开头”和和“末尾末尾”时刻。时刻。实现方法实现方法(fngf)(fngf)：自同步：利用数据码组本身之间不同的特性来实现。自同步：利用数据码组本身之间不同的特性来实现。外同步：在数字信息流中插入一些特殊码字作

18、为每个群的头尾外同步：在数字信息流中插入一些特殊码字作为每个群的头尾标记，接收端据其位置实现群同步。标记，接收端据其位置实现群同步。连贯式插入法连贯式插入法间隔式插入法间隔式插入法重点：外同步。重点：外同步。第22页/共37页第二十二页，共37页。7.4.1 7.4.1 起止起止(q zh)(q zh)同步法同步法结构：结构：缺点：止脉冲与码元宽度不同，给同步数字传输带来不便缺点：止脉冲与码元宽度不同，给同步数字传输带来不便(bbin)；传输效率低：传输效率低：67% 。第23页/共37页第二十三页，共37页。7.4.2 7.4.2 连贯式插入法连贯式插入法 连贯式插入法：在每群开头连贯式插入

19、法：在每群开头(ki tu)(ki tu)集中插入群同步码字的集中插入群同步码字的同步方法。同步方法。同步码字特殊码字：同步码字特殊码字： 具有尖锐单峰局部自相关特性；具有尖锐单峰局部自相关特性； 在信息码元序列中不易出现，以便识别；在信息码元序列中不易出现，以便识别； 群同步识别器需要尽量简单。群同步识别器需要尽量简单。最常用的群同步码字：巴克码。最常用的群同步码字：巴克码。 1 1、巴克码、巴克码 定义：若一个定义：若一个n n位的巴克码位的巴克码x1, x2, x3, xnx1, x2, x3, xn，每个码元，每个码元xi xi 只可能取值只可能取值+1+1或或-1-1，则它的局部自相

20、关函数必然满足条件，则它的局部自相关函数必然满足条件 10( )0, 1, 10njiijinjR jx xjn 当当第24页/共37页第二十四页，共37页。表表7-1巴克码字巴克码字位数位数n巴克码字巴克码字2+ +；+3+ +4+ + +；+ +5+ + +7+ + + +11+ + + + +13+ + + + + + +表中+表示(biosh)+1，表示(biosh)1 10( )0, 1, 10njiijinjR jx xjn 当当第25页/共37页第二十五页，共37页。2 2、巴克码识别器、巴克码识别器第26页/共37页第二十六页，共37页。7.4.2 7.4.2 间歇式插入法间歇

21、式插入法 将群同步码字分散地插入道信息之中，即每隔一定将群同步码字分散地插入道信息之中，即每隔一定数量数量(shling)(shling)的信息码元，插入一个群同步码字。的信息码元，插入一个群同步码字。这种群同步码字的插入方式被称为间歇式插入法。这种群同步码字的插入方式被称为间歇式插入法。 24 24路路PCMPCM系统中，群同步则采用间歇式插入法。系统中，群同步则采用间歇式插入法。 收端要确定群同步码位置的方法：收端要确定群同步码位置的方法： （1 1）逐码移位法；）逐码移位法； （2 2）RAMRAM帧码检测法。帧码检测法。 第27页/共37页第二十七页，共37页。1 2 3 4 5 6

22、7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 241 2 3 4 5 6 7 8第一帧第二帧第三帧共192824位插入的一个群同步码元第28页/共37页第二十八页，共37页。 逐码移位法的基本原理：由位同步脉冲经过n n次分频以后的本地群码与接收到码元中间歇式插入的群同步码进行远码移位比较(bjio)(bjio)，使本地群码与发送来的群同步码同步。 第29页/共37页第二十九页，共37页。经过计算(j sun)(j sun)，群同步平均建立的时间近似为： bsTNt2第30页/共37页第三十页，共37页。 7.4.4 7.4.4 群同步系统的性

23、能指标群同步系统的性能指标 对于群同步系统而言，希望其建立的时间要短、对于群同步系统而言，希望其建立的时间要短、建立同步以后建立同步以后(yhu)(yhu)应该具有较强的抗干扰能应该具有较强的抗干扰能力。在通常情况下，用以下三个性能指标来表示。力。在通常情况下，用以下三个性能指标来表示。1 1、漏同步概率、漏同步概率P1 P1 同步码字中一些码元发生错误，从而使识别器同步码字中一些码元发生错误，从而使识别器漏识别已发出的群同步码字，出现这种情况的概漏识别已发出的群同步码字，出现这种情况的概率称为漏识概率。率称为漏识概率。 这时漏同步概率的通式可以写为：这时漏同步概率的通式可以写为：rnrmrr

24、nppCP1111第31页/共37页第三十一页，共37页。2、假同步、假同步(tngb)概率概率P2 在信息码中也可能出现与所要识别的群同步在信息码中也可能出现与所要识别的群同步(tngb)码字相同的码字，这时识别器会码字相同的码字，这时识别器会把它误认为群同步把它误认为群同步(tngb)码字而出现假同步码字而出现假同步(tngb)。 假同步假同步(tngb)概率的表达式为：概率的表达式为： mrrnnCP022第32页/共37页第三十二页，共37页。3、群同步、群同步(tngb)平均建立时间平均建立时间ts 连贯式群同步连贯式群同步(tngb)平均建立时间：平均建立时间：bsTNPPt211

25、bsTNt2间歇式插入法平均建立(jinl)时间： 第33页/共37页第三十三页，共37页。7.4.5 7.4.5 群同步的保护群同步的保护 群同步的保护措施，通常将群同步的工作过程划群同步的保护措施，通常将群同步的工作过程划分为两种状态，即捕捉分为两种状态，即捕捉(bzhu)(bzhu)态和维持态。态和维持态。 （1 1）当系统处于捕捉）当系统处于捕捉(bzhu)(bzhu)态时，需要减小假同态时，需要减小假同步概率步概率P2P2，以提高判决门限；，以提高判决门限； （2 2）当系统处于维持态时，需要减小漏同步概率）当系统处于维持态时，需要减小漏同步概率P1P1，以降低判决门限。，以降低判决门限。 第34页/共37页第三十四页，共37页。1 1、连贯、连贯(lingun)(lingun)式插入法中的群同步保护式插入法中的群同步保护第35页/共37页第三十五页，共37页。2 2、间歇式插入法中群同步、间歇式插入法中群同步(tngb)(tngb)的保护的保护 第36页/共37页第三十六页，共37页。感谢您的观看(gunkn)！第37页/共37页第三十七页，共37页。