通信原理 第13章 同步原理.ppt

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1、通信原理第第13章章 同步原理同步原理113.1 概述概述 （synchronization）l分类：分类：n载波同步载波同步：在接收设备中产生一个和接收信号的载波同频、同相的本地振荡，用于相干解调。n码元同步码元同步：又称：又称时钟同步时钟同步或或时钟恢复，时钟恢复，对于二进对于二进制信号，又称制信号，又称位同步位同步。p获得每个接收码元准确的起止时刻，以便决定积分和判决时刻。n群同步群同步：又称：又称帧同步帧同步。将接收码元正确分组。n网同步网同步：使通信网中各站点时钟之间保持同步。2n13.2.1 有辅助导频时的载频提取有辅助导频时的载频提取p用于不包含载频分量的信号。用于不包含载频分量

2、的信号。p在发送信号中另外加入一个或几个导频信号。在发送信号中另外加入一个或几个导频信号。p多采用锁相环（多采用锁相环（PLL）提取载波。）提取载波。环路滤波器压控振荡器输出导频输入信号鉴相器13.2 载波同步载波同步插入导频法插入导频法直接法直接法3u平方环平方环：以：以2PSK信号为例。设信号信号为例。设信号 其中，其中，m(t)=1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4u科斯塔斯（科斯塔斯（Costas）环）环：（：（同相正交环、边环）同相正交环、边环）90相移环路滤波压控振荡s(t)载频输出低 通低

3、 通解调输出abcdefg5um(t)=1代入，当代入，当(-)很小时，很小时，sin(-)(-)，则，则u电压电压vg 通过环路滤波器，控制压控振荡器的输出相位，通过环路滤波器，控制压控振荡器的输出相位，使使(-)尽可能地小。尽可能地小。当当 时，时，vg=0。u压控振荡器的输出压控振荡器的输出va 就是科斯塔斯环提取出的载波。就是科斯塔斯环提取出的载波。u当当(-)很小时，很小时，ve 近似等于解调输出电压近似等于解调输出电压Km(t)。u科斯塔斯环本身同时兼有科斯塔斯环本身同时兼有提取相干载波提取相干载波和和相干解调相干解调的的功能。功能。6优缺点：优缺点：n不需要对接收信号作平方运算，

4、工作频率较低。不需要对接收信号作平方运算，工作频率较低。n为了得到科斯塔斯环法在理论上给出的性能，要求两为了得到科斯塔斯环法在理论上给出的性能，要求两路低通滤波器的性能完全相同。路低通滤波器的性能完全相同。n科斯塔斯环法提取出的载频存在相位模糊性。科斯塔斯环法提取出的载频存在相位模糊性。7再调制器再调制器载频输出90相移环路滤波压控振荡低 通s(t)abcdefg8 nvd 实际上就是解调电压。实际上就是解调电压。再调制后再调制后 和科斯塔斯环的控制电压相同和科斯塔斯环的控制电压相同9p多进制信号的载频恢复多进制信号的载频恢复QPSK信号提取载频的科斯塔斯环法信号提取载频的科斯塔斯环法s(t)

5、45移相低通压控振荡环路滤波低通解调输出90移相135移相低通低通1013.3 码元同步码元同步n码元同步码元同步目的目的：在准确的时刻对接收码元进行判决。：在准确的时刻对接收码元进行判决。n码元同步码元同步方法方法：产生一个码元同步脉冲序列，或称定：产生一个码元同步脉冲序列，或称定时脉冲序列。时脉冲序列。n码元同步方法码元同步方法分类分类：u外同步法外同步法：在信号中另外加入包含码元定时信息的：在信号中另外加入包含码元定时信息的导频或数据序列。导频或数据序列。u自同步法自同步法：直接从信息码元中提取出码元定时信息。：直接从信息码元中提取出码元定时信息。这种方法要求在信息码元序列中含有码元定时

6、信息。这种方法要求在信息码元序列中含有码元定时信息。11n在发送信号中插入频率为码元速率（在发送信号中插入频率为码元速率（1/T）或码元速率的）或码元速率的倍数的同步信号。在接收端利用一个窄带滤波器，将其倍数的同步信号。在接收端利用一个窄带滤波器，将其分离出来，并形成码元定时脉冲。分离出来，并形成码元定时脉冲。n插入码元同步信号的方法插入码元同步信号的方法u时域：时域：p连续插入连续插入p增加增加“同步头同步头”u频域：频域：p在信息码元频谱之外占用一段频谱用于传输同步在信息码元频谱之外占用一段频谱用于传输同步信息信息p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，插入同步信处，插入

7、同步信息息n外同步法目前采用不多。外同步法目前采用不多。13.3.1 外同步法外同步法12u自同步法分类：自同步法分类：p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没有离散的码元速率频谱分量，故码元序列中没有离散的码元速率频谱分量，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。p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，将本地时钟锁定在

8、输入信号码元周期的方法，将本地时钟锁定在输入信号上。上。13.3.2 自同步法自同步法13n开环码元同步法开环码元同步法u延迟相乘法延迟相乘法u相乘后码元波形的后一半永远是正值；而前一半则当输入状态有改变时为负值。u变换后的码元序列的频谱中就产生了码元速率的分量。u延迟时间等于码元时间一半时，码元速率分量最强c延迟T/2ab放大限幅窄带滤波(c)(b)(a)14u微分整流法微分整流法低 通微 分整 流窄带滤波放大限幅15u将接收信号和本地产生的码元定时信号相比较，使本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和接收码元波形的转变点保持同步地产生的定时信号和接收码元波形的转变

9、点保持同步u“超前超前/滞后门滞后门”同步器同步器：闭环码元同步法闭环码元同步法超前门滞后门环路滤波|+压控振荡+-u1u2|u1|u2|e=|u2|-|u1|m(t)门波形产生16Tdd+1-1超前门滞后门(a)同步状态(b)超前状态d+1-1超前门滞后门T2积分时间17n13.4.1 概述概述u群同步码的种类：群同步码的种类：p集中插入集中插入 p适用于要求快速建立同步的地方适用于要求快速建立同步的地方信息码组同步码组信息码组信息码组信息码组同步码组同步码组13.4 群同步群同步18p分散插入分散插入适用于连续传输信息之处，例如数字电话系统中。适用于连续传输信息之处，例如数字电话系统中。信

10、息码组信息码组信息码组同步码元同步码元同步码组同步码元同步码元19u采用特殊的群同步码组，集中插入在信息码组的前头，采用特殊的群同步码组，集中插入在信息码组的前头，使得接收时能够容易地立即捕获它。使得接收时能够容易地立即捕获它。u要求群同步码的要求群同步码的自相关特性曲线自相关特性曲线具有尖锐的单峰，以具有尖锐的单峰，以便容易地从接收码元序列中识别出来。便容易地从接收码元序列中识别出来。u包含包含N个码元的码组，其个码元的码组，其局部自相关函数局部自相关函数的定义：的定义：式中，式中，xi=+1或或-1，当，当1 i N；xi=0，当当1 i 和和i N。13.4.2 集中插入法（连贯式插入法

11、）集中插入法（连贯式插入法）20u当当j=0时，时，u若一个码组的自相关函数仅在若一个码组的自相关函数仅在R(0)处出现峰值，其他处处出现峰值，其他处的的R(j)值均很小，则可用求自相关函数的方法寻找峰值，值均很小，则可用求自相关函数的方法寻找峰值，从而发现此码组并确定其位置。从而发现此码组并确定其位置。u巴克码巴克码：常用的一种群同步码。：常用的一种群同步码。p定义：设一个定义：设一个N位的码组为位的码组为x1,x2,xN，凡是满足上式的码组，就称为巴克码。凡是满足上式的码组，就称为巴克码。21p巴克码组巴克码组 N巴克码12，34，57111322u例：例：N=5的巴克码（的巴克码（）p在

12、在j=0至至4的范围内，求其自相关函数值：的范围内，求其自相关函数值：自相关函数绝对值除自相关函数绝对值除R(0)外，均不大于外，均不大于1。234123-4-1-3-2R(j)1-15j320p巴克码的自相关函数值曲线巴克码的自相关函数值曲线 24u集中插入法群同步码检测流程集中插入法群同步码检测流程 初始化(将同步状态设为捕捉态)移1位开始N等待下一同步码组Y保持态捕捉态NY计算R(j)(N-2)?计算R(j)=N?25n分散插入法的分散插入法的群同步码都很短群同步码都很短。u例如，在数字电话系统中常采用例如，在数字电话系统中常采用“10”交替码，即在交替码，即在图示的同步码元位置上轮流发

13、送二进制数字图示的同步码元位置上轮流发送二进制数字“1”和和“0”。n在接收端有要确定同步码的位置，必须进行在接收端有要确定同步码的位置，必须进行搜索检测搜索检测。信息码组信息码组信息码组同步码元同步码元同步码组同步码元同步码元13.4.3 分散插入法分散插入法26p移位搜索法移位搜索法p存储检测法存储检测法 先将接收码元序列存在计算机的先将接收码元序列存在计算机的RAM中，再进行中，再进行检验。按先进先出检验。按先进先出(FIFO)的原理工作。的原理工作。u软件搜索方法软件搜索方法新码元进入老码元输出检验是否“1”和“0”交替08007x06x05x04x03x02x01x16115x14x13x12x11x10 x09x24023x22x21x20 x19x18x17x32131x30 x29x28x27x26x25x40039x38x37x36x35x34x33x27