通信原理同步原理课件.ppt
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1、通信原理课件同步原理第1页,此课件共53页哦13.1 概述概述13.2 载波同步波同步13.3 码元同步元同步13.4 群同步群同步13.5 网同步网同步第第1313章章 同步原理同步原理第2页,此课件共53页哦13.1 概述概述同步:指要求和建立系同步:指要求和建立系统的收的收发两端(或多端)在两端(或多端)在时间上保持步上保持步调一致,故又称定一致,故又称定时。分分类(按同步的功用分):(按同步的功用分):载波同步、位同步、群波同步、位同步、群同步和网同步。同步和网同步。载波同步:是指在相干解波同步:是指在相干解调时,接收端需要提供一个,接收端需要提供一个与接收信号中的与接收信号中的调制制
2、载波同波同频同相的相干同相的相干载波。波。这个个载波的波的获取称取称为载波提取或波提取或载波同步。波同步。位同步:又称位同步:又称码元同步。把提取元同步。把提取这种定种定时脉冲序列的脉冲序列的过程称程称为位同步。位同步。第3页,此课件共53页哦群同步:包含字同步、句同步、分路同步等,有群同步:包含字同步、句同步、分路同步等,有时也也称称帧同步。在接收端同步。在接收端产生与生与“字字”、“句句”及及“帧”起止起止时刻相一致的定刻相一致的定时脉冲序列的脉冲序列的过程程统称称为群同步。群同步。网同步:网同步:为了保了保证通信网内各用通信网内各用户之之间可靠地通可靠地通信和数据交信和数据交换,全网必,
3、全网必须有一个有一个统一的一的时间标准准时钟,这就是网同步的就是网同步的问题。第4页,此课件共53页哦二二.按按传输同步信息方式的不同来区分同步信息方式的不同来区分1.1.外同步外同步:由由发送端送端发送送专门的同步信息(常被称的同步信息(常被称为导频),接收端把,接收端把这个个导频提取出来作提取出来作为同步信号的方法,称同步信号的方法,称为外同步法。外同步法。自同步法是人自同步法是人们最希望的同步方法,因最希望的同步方法,因为可以把全可以把全部功率和部功率和带宽分配分配给信号信号传输。在。在载波同步和位同波同步和位同步中,两种方法都有采用,但自同步法正得到越来步中,两种方法都有采用,但自同步
4、法正得到越来越广泛的越广泛的应用。而群同步一般都采用外同步法。用。而群同步一般都采用外同步法。2.2.自同步自同步:发送端不送端不发送送专门的同步信息,接收端的同步信息,接收端设法从收法从收到的信号中提取同步信息。到的信号中提取同步信息。第5页,此课件共53页哦同步本身同步本身虽然不包含所要然不包含所要传送的信息,但只有收送的信息,但只有收发设备之之间建立了同步后才能开始建立了同步后才能开始传送信息,所以同送信息,所以同步是步是进行信息行信息传输的必要和前提。同步性能的好坏的必要和前提。同步性能的好坏又将直接影响着通信系又将直接影响着通信系统的性能。如果出的性能。如果出现同步同步误差或失去同步
5、就会差或失去同步就会导致通信系致通信系统性能下降或通信中性能下降或通信中断。因此,断。因此,同步系同步系统应具有比信息具有比信息传输系系统更高的更高的可靠性和更好的可靠性和更好的质量指量指标,如同步,如同步误差小、相位抖差小、相位抖动小以及同步建立小以及同步建立时间短,保持短,保持时间长等。等。同步的重要性同步的重要性第6页,此课件共53页哦13.2 载波同步波同步载波同步的方法:直接法波同步的方法:直接法(自同步法自同步法)、插入、插入导频法法(外同步法外同步法)插入插入导频法:在法:在发送信息的送信息的频谱中或中或频带外插入相外插入相关的关的导频,或在,或在时域插入(即在一定的域插入(即在
6、一定的时段上段上传送送载波信息)。波信息)。直接法:也称自同步法。直接法:也称自同步法。设法从接收信号中提取法从接收信号中提取同步同步载波。波。对载波同步的要求:波同步的要求:发送送载波同步信息所占的波同步信息所占的功率尽量小,功率尽量小,频带尽量窄。尽量窄。第7页,此课件共53页哦一、插入导频法一、插入导频法抑制抑制载波的双波的双边带信号(如信号(如DSB、等概的、等概的2PSK)本身不含有)本身不含有载波,残留波,残留边带(VSB)信号)信号虽含有含有载波分量,但很波分量,但很难从从已已调信号的信号的频谱中把它分离出来。中把它分离出来。对这些些信号的信号的载波提取,可以用插入波提取,可以用
7、插入导频法(外法(外同步法)。尤其是同步法)。尤其是单边带(SSB)信号,)信号,它既没有它既没有载波分量又不能用直接法提取波分量又不能用直接法提取载波,只能用插入波,只能用插入导频法。法。第8页,此课件共53页哦在抑制载波的双边带信号中插入导频在抑制载波的双边带信号中插入导频所所谓插入插入导频,就是在已,就是在已调信号信号频谱中中额外插入一外插入一个低功率的个低功率的线谱,以便接收端作,以便接收端作为载波同步信号加波同步信号加以恢复,此以恢复,此线谱对应的正弦波称的正弦波称为导频信号。信号。抑制抑制载波双波双边带信号的信号的导频插入插入第9页,此课件共53页哦插入导频法插入导频法在在fc附近
8、的附近的频谱函数很小,且没有离散函数很小,且没有离散谱,这样可以在可以在fc处插入插入频率率为fc的的导频(这里里仅画出正画出正频域)。但域)。但应注意,在注意,在图 中中插入的插入的导频并不是加于并不是加于调制器的那个制器的那个载波,波,而是将而是将该载波移相波移相90后的所后的所谓“正交正交载波波”。第10页,此课件共53页哦插入导频法发端框图插入导频法发端框图输出信号出信号为第11页,此课件共53页哦插入导频法收端框图插入导频法收端框图接收信号接收信号为接收端用一个中心接收端用一个中心频率率为fc的窄的窄带滤波器提取波器提取导频-acosct,再将它,再将它经90移相后得到与移相后得到与
9、调制制载波波同同频同相的相干同相的相干载波波 sinct,第12页,此课件共53页哦解解调器器输出出经低通低通滤波后得波后得第13页,此课件共53页哦发送端是以正交送端是以正交载波作波作为导频的原因的原因如果如果发送端加入的送端加入的导频不是正交不是正交载波,而是波,而是调制制载波,波,则接收端接收端v(t)中中还有一个不需要的直流有一个不需要的直流成分,成分,这个直流成分通个直流成分通过低通低通滤波器波器对数字信数字信号号产生影响,生影响,这就是就是发端正交插入端正交插入导频的原因。的原因。2PSK和和DSB信信号号都都属属于于抑抑制制载波波的的双双边带信信号号,所所以上述插入以上述插入导频
10、方法方法对两者均适用。两者均适用。对于于SSB信号,信号,导频插入的原理也与上述相同。插入的原理也与上述相同。第14页,此课件共53页哦2.在残留在残留边带信号中插入信号中插入导频残留残留边带频谱的特点的特点第15页,此课件共53页哦插入插入导频f1、f2的的选择可在残留可在残留边带频谱的两的两侧插入插入f1和和f2;假假设:fr:滚降部分占用降部分占用带宽的一半的一半fm:基:基带信号的最高信号的最高频率率第16页,此课件共53页哦第17页,此课件共53页哦载波信号的提取波信号的提取接收的信号中包含有接收的信号中包含有VSB信号和信号和f1、f2两个两个导频。假。假设接收信号中两个接收信号中
11、两个导频是是1:第一个:第一个导频的初相的初相 2:第二个:第二个导频的初相的初相发送端的送端的载波波为cos(ct+c)第18页,此课件共53页哦13.2.2 13.2.2 无辅助导频时的载波提取无辅助导频时的载波提取设调制信号制信号m(t)无直流分量,无直流分量,则抑制抑制载波波的双的双边带信号信号为此方法广泛用于建立抑制此方法广泛用于建立抑制载波的双波的双边带信号的信号的载波同步。波同步。图13-2 平方环原理方框图载频输出带通滤波平 方压控振荡环路滤波锁相环s(t)2分频窄带滤波第19页,此课件共53页哦接收端将信号接收端将信号S(t)经过非非线性性变换平方平方律器件后得到律器件后得到
12、上式的第二上式的第二项包含有包含有载波的倍波的倍频2c的分量。的分量。若用一窄若用一窄带滤波器将波器将2c频率分量率分量滤出,出,再再进行二分行二分频,就可,就可获得所需的相干得所需的相干载波。波。第20页,此课件共53页哦若若m(t)=1,则抑制抑制载波的双波的双边带信号就成信号就成为二相移相信号(二相移相信号(2PSK),),这时因而同因而同样可以通可以通过图中所示的方法提取中所示的方法提取载波。波。第21页,此课件共53页哦相位模糊:相位模糊:2分分频器的器的输出出电压有相差有相差180 的两种可能相位,即其的两种可能相位,即其输出出电压的的相位决定于分相位决定于分频器的随机初始状器的随
13、机初始状态。采用。采用2DPSK体制可以避免此缺点的影响。体制可以避免此缺点的影响。错误锁定:平方后的接收定:平方后的接收电压中有可能存在中有可能存在其他的离散其他的离散频率分量,使率分量,使锁相相环锁定在定在错误的的频率上。解决率上。解决这个个问题的的办法是降低法是降低环路路滤波波器的器的带宽。平方环法提取载波的缺点平方环法提取载波的缺点第22页,此课件共53页哦2.2.同相正交环法同相正交环法(科斯塔斯环科斯塔斯环)在此在此环路中,路中,压控振控振荡器(器(VCO)提供两路互)提供两路互为正交的正交的载波,与波,与输入接收信号分入接收信号分别在同相和正交两个在同相和正交两个鉴相器中相器中进
14、行行鉴相,相,经低通低通滤波之后的波之后的输出均含出均含调制信号,制信号,两者相乘后可以消除两者相乘后可以消除调制信号的影响,制信号的影响,经环路路滤波器得到波器得到仅与相位差有关的控制与相位差有关的控制压控,从而准确地控,从而准确地对压控振控振荡器器进行行调整。整。第23页,此课件共53页哦设输入抑制入抑制载波双波双边带信号信号为假假定定环路路锁定定,且且不不考考虑噪噪声声的的影影响响,则VCO输出出的的两两路路互互为正正交交的的本本地地载波波分分别为为VCO输出信号与出信号与输入已入已调信号信号载波之波之间的相位差的相位差m(t)Cosct第24页,此课件共53页哦 信信号号m(t)Cos
15、ct分分别与与v1、v2相相乘乘后后得得经过低通低通滤波器后分波器后分别得得第25页,此课件共53页哦 v5、v6相乘相乘产生生误差信号差信号第26页,此课件共53页哦三三.两种载波同步方法的比较两种载波同步方法的比较 1.直接法的直接法的优缺点缺点(1)不占用不占用导频功率,因此信号功率比可以大一些。功率,因此信号功率比可以大一些。(2)可防止插入可防止插入导频法中法中导频和信号由和信号由滤波不好引起波不好引起的互相干的互相干扰,也可防止信道不理想引起的也可防止信道不理想引起的导频相位相位误差。差。(3)有的有的调制系制系统不能用直接法不能用直接法(如如SSB系系统)。第27页,此课件共53
16、页哦 2.插入插入导频法的法的优缺点缺点(1)有有单独的独的导频信号,一方面可以提取同信号,一方面可以提取同步步载波,另一方面可以用它作自波,另一方面可以用它作自动增益控增益控制。制。(2)有些不能用直接法提取同步信息的有些不能用直接法提取同步信息的调制制系系统只能用插入只能用插入导频法。法。(3)要多消耗一部分不要多消耗一部分不带信息的功率,与直信息的功率,与直接法比接法比较在在总功率相同条件下信噪功率比功率相同条件下信噪功率比要小一些。要小一些。第28页,此课件共53页哦13.2.3 13.2.3 载波同步系统的性能载波同步系统的性能v效率:指效率:指为了了获得得载波信号而尽量少消耗波信号
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