通信原理教学ppt课件.ppt
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1、通信原理第第13章章 同步原理同步原理(13.3-13.4)1复习复习-同步的分类与功能同步的分类与功能点点_ _点数字通点数字通信系统信系统位同步位同步字同步字同步网络通信网络通信时分多路复时分多路复用系统用系统帧同步帧同步群同步群同步网同步网同步通信通信线路线路用户用户终端终端用户用户终端终端通信通信线路线路路同步路同步位同步位同步载波同步载波同步2复习复习-有辅助导频时的载频提取有辅助导频时的载频提取n 插入导频的位置应该在信号频谱为零插入导频的位置应该在信号频谱为零 的位置,而且是所谓的位置,而且是所谓“正交载波正交载波”。锁相环鉴相特性锁相环鉴相特性输出导频输出导频环路滤波器环路滤波
2、器压控振荡器压控振荡器输入输入信号信号鉴相器鉴相器窄带滤波器窄带滤波器3复习复习-平方环法平方环法载波载波输出输出带通带通滤波滤波平平 方方压控振荡压控振荡环路滤波环路滤波锁相环锁相环s(t)2分频分频窄带窄带滤波滤波n 2PSK信号的载波提取信号的载波提取4复习复习-科斯塔斯环法科斯塔斯环法90 相相移移环路环路滤波滤波压控压控振荡振荡s(t)载频载频输出输出低通低通低通低通解调解调输出输出abcdefg5复习复习-载波同步的性能指标载波同步的性能指标n载波同步系统的性能指标主要有载波同步系统的性能指标主要有效率效率、精度精度、同步建立时间同步建立时间和和同步保持时间同步保持时间。载波同步追
3、求。载波同步追求 的是高效率、高精度、同步建立时间快,保持的是高效率、高精度、同步建立时间快,保持 时间长。时间长。A.恒定误差恒定误差窄带滤波器:窄带滤波器:锁相环锁相环B.随机误差:随机误差:C.载波同步误差对解调信号的影响载波同步误差对解调信号的影响6第第13章章 同步原理同步原理n13.1 概述概述n13.2 载波同步载波同步n13.3 码元同步码元同步n13.4 群同步群同步n13.5 网同步网同步主要内容主要内容713.3 码元同步码元同步码元同步目的:码元同步目的:准确的时刻准确的时刻对接收码元进行判决对接收码元进行判决,以及对,以及对接收码元能量正确积分。接收码元能量正确积分。
4、码元同步方法:码元同步方法:从接收码元的起止时刻产生一个码元同步从接收码元的起止时刻产生一个码元同步脉冲序列,或称脉冲序列,或称定时脉冲序列定时脉冲序列。码元同步方法分类:码元同步方法分类:A.外同步法外同步法B.自同步法自同步法813.3 码元同步码元同步n13.3.1 外同步法外同步法 插入导频法插入导频法A.实现的关键在于减小码元同步信号和数字实现的关键在于减小码元同步信号和数字信号之间的相互干扰问题;信号之间的相互干扰问题;B.通常选取导频信号位于信号谱零点位置。通常选取导频信号位于信号谱零点位置。913.3 码元同步码元同步C.位定时导频接收位定时导频接收1013.3 码元同步码元同
5、步D.优缺点:优点是设备较简单;优缺点:优点是设备较简单;缺点是需要缺点是需要占用一定的频带宽带和发送功率占用一定的频带宽带和发送功率。E.插入码元同步信号的方法插入码元同步信号的方法a.时域:连续插入;增加时域:连续插入;增加“同步头同步头”b.频域:频域:a)在信息码元频谱之外占用一段频谱用于传输同在信息码元频谱之外占用一段频谱用于传输同步信息步信息b)利用信息码元频谱中的利用信息码元频谱中的“空隙空隙”处,插入同步处,插入同步信息信息11独立通道键控独立通道键控法法13.3 码元同步码元同步12A.多路并发系统中的接收端多路并发系统中的接收端13.3 码元同步码元同步13B.为保证同步信
6、号的可靠性,在为保证同步信号的可靠性,在功率和频带功率和频带的的 分配上给予优先的照顾。分配上给予优先的照顾。C.应用实例应用实例 在在IS-95 CDMA移动通信系统中,基站向移动通信系统中,基站向移动台发射的下行链路的移动台发射的下行链路的64个信道中,除了安个信道中,除了安排其中一个信道发送导频载波信号之外,还专排其中一个信道发送导频载波信号之外,还专门安排一个信道为移动台门安排一个信道为移动台提供提供码元同步导频码元同步导频信信号号,供接收端,供接收端进行码元同步之进行码元同步之用用。13.3 码元同步码元同步1413.3 码元同步码元同步n13.3.2 自同步法自同步法自同步法分类:
7、自同步法分类:A.开环同步法:开环同步法:由于二进制等先验概率的不归零由于二进制等先验概率的不归零码元序列中码元序列中没有离散的码元速率频谱分量没有离散的码元速率频谱分量,故,故需要在接收时对其进行某种需要在接收时对其进行某种非线性变换非线性变换,才能,才能使其频谱中含有离散的码元速率频谱分量,并使其频谱中含有离散的码元速率频谱分量,并从中提取码元定时信息。从中提取码元定时信息。B.闭环同步法:闭环同步法:用比较本地时钟周期和输入信号用比较本地时钟周期和输入信号 码元周期的方法,将本地时钟码元周期的方法,将本地时钟锁定锁定在输入信号在输入信号 上。上。1513.3 码元同步码元同步开环码元同步
8、法开环码元同步法A.延迟相乘法原理方框图延迟相乘法原理方框图c延迟延迟T/2ab放大限幅放大限幅窄带滤波窄带滤波1613.3 码元同步码元同步(c)(b)(a)B.相乘器输入和输出的波形:相乘器输入和输出的波形:延迟相乘后码元波形的延迟相乘后码元波形的后一半永远是正值后一半永远是正值;而前一;而前一半则当输入状态有改变时为半则当输入状态有改变时为负。因此,负。因此,变换后的码元序变换后的码元序列的频谱中就产生了码元速列的频谱中就产生了码元速率的分量率的分量。C.延迟时间等于码元时间一半延迟时间等于码元时间一半时,码元速率分量最强。时,码元速率分量最强。1713.3 码元同步码元同步1813.3
9、 码元同步码元同步D.同步误差同步误差 若窄带滤波器的带宽等于若窄带滤波器的带宽等于1/KT,其中,其中K为一为一个常数,则提取同步的时间误差比例为:个常数,则提取同步的时间误差比例为:只要接收信噪比大,上述方案能保证足够准确的只要接收信噪比大,上述方案能保证足够准确的码元同步。码元同步。式中,式中,同步误差时间的均值;同步误差时间的均值;1913.3 码元同步码元同步 闭环码元同步法闭环码元同步法A.基本原理:基本原理:将接收信号和本地产生的码元将接收信号和本地产生的码元定时信号相比较,使本地产生的定时信号定时信号相比较,使本地产生的定时信号和接收码元波形的转变点保持同步。这种和接收码元波形
10、的转变点保持同步。这种方法类似载频同步中的方法类似载频同步中的锁相环法锁相环法。2013.3 码元同步码元同步B.“超前超前/滞后门滞后门”同步器原理框图同步器原理框图超前门超前门滞后门滞后门环路环路滤波滤波|+压控压控振荡振荡+-u1u2|u1|u2|e=|u2|-|u1|m(t)门波形产门波形产生生2113.3 码元同步码元同步C.工作原理工作原理Tdd+1-1超前门超前门滞后门滞后门(a)同步状态同步状态(b)超前状态超前状态d+1-1超前门超前门滞后门滞后门T2 积分时间积分时间2213.3 码元同步码元同步D.存在的问题和解决办法存在的问题和解决办法a.上面讨论中已经上面讨论中已经假
11、定接收信号中的码元波形假定接收信号中的码元波形有突跳边沿有突跳边沿。若它没有突跳边沿,则无论有。若它没有突跳边沿,则无论有无同步时间误差,无同步时间误差,超前门和滞后门的积分结超前门和滞后门的积分结果总是相等,这样就没有误差信号去控制压果总是相等,这样就没有误差信号去控制压控振荡器,故不能使用此法取得同步控振荡器,故不能使用此法取得同步。这个。这个问题在所有自同步法的码元同步器中都存在,问题在所有自同步法的码元同步器中都存在,在设计时必须加以考虑。在设计时必须加以考虑。2313.3 码元同步码元同步b.由于由于两个支路积分器两个支路积分器的性能不可能做得完全一样。的性能不可能做得完全一样。这样
12、将使这样将使本来应该等于零的误差值产生偏差本来应该等于零的误差值产生偏差;当;当接收码元序列中较长时间没有突跳边沿时,此误接收码元序列中较长时间没有突跳边沿时,此误差值偏差差值偏差持续持续地加在压控振荡器上,使振荡频率地加在压控振荡器上,使振荡频率持续偏移,持续偏移,从而从而会使系统失去同步。会使系统失去同步。c.为了使接收码元序列中不会长时间地没有突跳边为了使接收码元序列中不会长时间地没有突跳边沿,可以在发送时对基带码元的传输码型作某种沿,可以在发送时对基带码元的传输码型作某种变换,例如改用变换,例如改用HDB3码码,或用扰码技术,使发送,或用扰码技术,使发送码元序列不会长时间地没有突跳边沿
13、。码元序列不会长时间地没有突跳边沿。2413.3 码元同步码元同步位同步锁相环位同步锁相环A.采用稳定频率的振荡器(信号钟),从鉴相采用稳定频率的振荡器(信号钟),从鉴相器所获得的与同步误差成正比的器所获得的与同步误差成正比的误差电压误差电压,通过控制器在输出的脉冲序列中通过控制器在输出的脉冲序列中附加附加或或扣除扣除一个脉冲,从而调整加到鉴相器上的位同步一个脉冲,从而调整加到鉴相器上的位同步脉冲序列的相位达到同步的目的。脉冲序列的相位达到同步的目的。2513.3 码元同步码元同步B.信号钟信号钟a.高稳定度的振荡器和晶振,振荡器的频率设高稳定度的振荡器和晶振,振荡器的频率设 计为码元速率的计
14、为码元速率的N倍。倍。C.控制器和分频器控制器和分频器a.控制器根据滤波器输出的控制脉冲对信号钟控制器根据滤波器输出的控制脉冲对信号钟 输出实施输出实施“加或减加或减”脉冲;脉冲;b.分频器每输入分频器每输入N个脉冲,则分频输出一个脉个脉冲,则分频输出一个脉 冲;冲;c.若准确同步,则控制器无加减脉冲输出,环若准确同步,则控制器无加减脉冲输出,环 路锁定。路锁定。2613.3 码元同步码元同步d.若位同步信号超前,则控制器输出一个若位同步信号超前,则控制器输出一个“减脉减脉冲冲”;e.若位同步信号滞后,则控制器输出一个若位同步信号滞后,则控制器输出一个“加脉加脉冲冲”;f.最小相移控制量:最小
15、相移控制量:2713.3 码元同步码元同步2813.3 码元同步码元同步D.鉴相器鉴相器a.将输入信码与位同步信号进行相位比较将输入信码与位同步信号进行相位比较b.相位比较形式:微分型和积分型相位比较形式:微分型和积分型E.数字滤波器数字滤波器a.信道中噪声的影响使得码元转换时刻产生信道中噪声的影响使得码元转换时刻产生随随机的抖动甚至产生虚假的码元转换机的抖动甚至产生虚假的码元转换,数字滤,数字滤波器可以去除噪声的影响。波器可以去除噪声的影响。2913.3 码元同步码元同步A.相位误差相位误差a.码元同步信号的平均相位与最佳相位之码元同步信号的平均相位与最佳相位之间的偏差。间的偏差。b.为减小
16、码元同步相位误差的影响,分频为减小码元同步相位误差的影响,分频次数次数N应越大越好,但应越大越好,但N越大,建立同越大,建立同步所需的时间越长。步所需的时间越长。B.同步建立时间同步建立时间tsa.丢失同步后重建同步所需要的时间。丢失同步后重建同步所需要的时间。n码元同步的主要性能指标码元同步的主要性能指标30C.同步保持时间同步保持时间a.从接收信号消失或接收信号中的码元同步从接收信号消失或接收信号中的码元同步信号消失开始,到码元同步电路输出的码信号消失开始,到码元同步电路输出的码元同步信号中断为止这段时间,称为元同步信号中断为止这段时间,称为码元码元同步的保持时间同步的保持时间。D.同步门
17、限信噪比同步门限信噪比a.在保证一定码元同步质量的前提下,接在保证一定码元同步质量的前提下,接收机输入端所允许的最小信噪比。收机输入端所允许的最小信噪比。13.3 码元同步码元同步31 对码元同步的要求:对码元同步的要求:A.同步误差小;同步误差小;B.抖动小;抖动小;C.同步建立时间短;同步建立时间短;D.同步保持时间长;同步保持时间长;E.专为传送码元同步信息所占用的功率小、专为传送码元同步信息所占用的功率小、频带窄。频带窄。13.3 码元同步码元同步3213.3 码元同步码元同步n13.3.3 码元同步误差对于误码率的影响码元同步误差对于误码率的影响在用在用匹配滤波器或相关器匹配滤波器或
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