数字通信系统-同步原理.优秀PPT.ppt

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1、11.1 概述概述11.2 载波同步载波同步11.3 位同步位同步11.4 群同步群同步第第 11 章章 同步原理同步原理返回主书目 11.1 概述 所谓同步是指收发双方在时间上步调一样，故又称定时。在数字通信中，依据同步的功用分为：载波同步、位同步、群同步和网同步。(1)载波同步。载波同步是指在相干解调时，接收端须要供应一个与接收信号中的调制载波同频同相的相干载波。这个载波的获得称为载波提取或载波同步。(2)位同步。位同步又称码元同步。在数字通信系统中，任何消息都是通过一连串码元序列传送的，所以接收时须要知道每个码元的起止时刻，以便在恰当的时刻进行取样判决。(3)群同步。群同步包含字同步、句

2、同步、分路同步，它有时也称帧同步。在数字通信中，信息流是用若干码元组成一个“字”，又用若干个“字”组成“句”。在接收这些数字信息时，必需知道这些“字”、“句”的起止时刻，否则接收端无法正确复原信息。(4)网同步。在获得了以上探讨的载波同步、位同步、群同步之后，两点间的数字通信就可以有序、精确、牢靠地进行了。然而，随着数字通信的发展，尤其是计算机通信的发展，多个用户之间的通信和数据交换，构成了数字通信网。明显，为了保证通信网内各用户之间牢靠地通信和数据交换，全网必需有一个统一的时间标准时钟，这就是网同步的问题。同步也是一种信息，依据获得和传输同步信息方式的不同，又可分为外同步法和自同步法。(1)

3、外同步法。由发送端发送特地的同步信息（常被称为导频），接收端把这个导频提取出来作为同步信号的方法，称为外同步法。(2)自同步法。发送端不发送特地的同步信息，接收端设法从收到的信号中提取同步信息的方法，称为自同步法。自同步法是人们最希望的同步方法，因为可以把全部功率和带宽安排给信号传输。在载波同步和位同步中，两种方法都有接受，但自同步法正得到越来越广泛的应用。而群同步一般都接受外同步法。同步本身虽然不包含所要传送的信息，但只有收发设备之间建立了同步后才能起先传送信息，所以同步是进行信息传输的必要和前提。同步性能的好坏又将干脆影响着通信系统的性能。假如出现同步误差或失去同步就会导致通信系统性能下降

4、或通信中断。因此，同步系统应具有比信息传输系统更高的牢靠性和更好的质量指标，犹如步误差小、相位抖动小以及同步建立时间短，保持时间长等。11.2 载波同步载波同步11.2.1 干脆法干脆法 干干脆脆法法也也称称自自同同步步法法。这这种种方方法法是是设设法法从从接接收收信信号号中中提提取取同同步步载载波波。有有些些信信号号，如如DSB-SC、PSK等等，它它们们虽虽然然本本身身不不干干脆脆含含有有载载波波重重量量，但但经经过过某某种种非非线线性性变变换换后后，将将具具有有载载波波的的谐谐波波重重量量，因因而而可可从从中中提提取取出载波重量来。下面介绍几种常用的方法。出载波重量来。下面介绍几种常用的

5、方法。1.平方变换法和平方环法平方变换法和平方环法 此此方方法法广广泛泛用用于于建建立立抑抑制制载载波波的的双双边边带带信信号号的的载载波同步。波同步。图 11 1 平方变换法提取载波平方后(11.2-2)双边带信号(11.2-1)若用一窄带滤波器将2c频率重量滤出，再进行二分频，就可获得所需的相干载波。同样，若m(t)=1，则DSB信号就成为2PSK，这时(11.2-3)在实际中，伴随信号一起进入接收机的还有加性高斯白噪声，为了改善平方变换法的性能，使复原的相干载波更为纯净，图 11-1 中的窄带滤波器常用锁相环代替，称为平方环法提取载波。由于锁相环具有良好的跟踪、窄带滤波和记忆功能，平方环

6、法比一般的平方变换法具有更好的性能。因此，平方环法提取载波得到了较广泛的应用。图11-2 平方环法提取载波2PSK信号图11-2 平方环法提取载波(11.2-4)当g(t)为矩形时(11.2-5)(11.2-6)VCO输出(11.2-6)鉴相器误差输出式中，Kd为鉴相灵敏度，是一个常数。vd仅与相位差有关，它通过环路滤波器去限制压控振荡器的相位和频率，环路锁定之后，是一个很小的量。因此，VCO的输出经过二分频后，就是所需的相干载波。应当留意，载波提取的方框图中用了一个二分频电路，由于分频起点的不确定性，使其输出的载波相对于接收信号相位有180的相位模糊。相位模糊对模拟通信关系不大，因为人耳听不

7、出相位的变更。但对数字通信的影响就不同了，它有可能使2PSK相干解调后出现“反向工作”的问题，克服相位模糊度对相干解调影响的最常用而又有效的方法是接受相对移相（2DPSK），并且在解调后进行差分译码复原信息。2.同相正交环法同相正交环法 同同相相正正交交环环法法又又叫叫科科斯斯塔塔斯斯(Costas)环环。在在此此环环路路中中，压压控控振振荡荡器器(VCO)供供应应两两路路互互为为正正交交的的载载波波，与与输输入入接接收收信信号号分分别别在在同同相相和和正正交交两两个个鉴鉴相相器器中中进进行行鉴鉴相相，经经低低通通滤滤波波之之后后的的输输出出均均含含调调制制信信号号，两两者者相相乘乘后后可可以

8、以消消退退调调制制信信号号的的影影响响，经经环环路路滤滤波波器器得得到到仅仅与与相相位位差差有有关关的的限限制制压压控控，从从而而精精确确地地对对压压控控振振荡荡器器进进行调整。行调整。VCO输出(11.2-8)(11.2-9)图11-3 Costas 环法提取载波相乘和滤波后(11.2-12)(11.2-13)v5和v6相乘后(11.2-14)当m(t)为矩形脉冲的双极性数字基带信号时，m2(t)=1。即使m(t)不为矩形脉冲序列，式中的m2(t)可以分解为直流和沟通重量。由于锁相环作为载波提取环时，其环路滤波器的带宽设计的很窄，只有m(t)中的直流重量可以通过，因此vd可写成假如我们把图1

9、1-3中除环路滤波器(LF)和压控振荡器(VCO)以外的部分看成一个等效鉴相器(PD)，其输出vd正是我们所须要的误差电压。它通过环路滤波器滤(11.2-15)后去限制VCO的相位和频率，最终使稳态相位误差减小到很小的数值，而没有剩余频差，此时由图11-4可知，=n（n为随意整数）为PLL的稳定平衡点。PLL工作时可能锁定在任何一个稳定平衡点上，考虑到在周期内取值可能为0或，这意味着复原出的载波可能与志向载波同相，也可能反相。这种相位关系的不确定性，称为0，的相位模糊度。这是用PLL从抑制载波的双边带信号（2PSK或DSB）中提取载波时不行避开的共同问题。不但所需的同步载波为解调输出为图11-4 平方缓和Costas 环得鉴相特性在上述两种环路中存在，在其他类型的载波复原环路，如逆调制环、判决反馈环、松尾环等性能更好的环路中，也同样存在；不但在2PSK 时存在，在多相移信任号（MPSK）也同样存在相位模糊度问题。Costas环与平方环都是利用锁相环（PLL）提取载波的常用方法。Costas环与平方环相比，虽然在电路上要困难一些，但它的工作频率即为载波频率，而平方环的工作频率是载波频率的两倍，明显当载波频率很高时，工作频率较低的Costas环易于实现；其次，当环路正常锁定后，Costas环可干脆获得解调输出，而平方环则没有这种功能。