通信原理韩庆文第六章同步原理(2)

1、CCEE 第六章第六章 同步原理同步原理 数字通信原理数字通信原理 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 主要内容主要内容 6.1 引言引言 6.2 载波同步载波同步 6.3 位同步位同步 6.4 群同步群同步 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 6.3 位同步位同步 位同步基本含义：收端和发端时钟信号必须同频同相，从位同步基本含义：收端和发端时钟信号必须同频同相，从 而保证接收端能正确接收和判决发送端送来的每一个码元。而保证接收端能正确接收和判决发送端送来的每一个码元。 为了达到收发端时钟同频同相，接收端需要从收到的码流为了达到收

2、发端时钟同频同相，接收端需要从收到的码流 中提取发送端的时钟信号来控制收端时钟，实现位同步。中提取发送端的时钟信号来控制收端时钟，实现位同步。 实现位同步的方法实现位同步的方法 外同步法：需要发端定时信息，接收端用窄带滤波器或锁相环提取外同步法：需要发端定时信息，接收端用窄带滤波器或锁相环提取 位同步信息，实现位同步；位同步信息，实现位同步； 自同步法：不需要由发端向收端传送位同步信息，收端所需要的位自同步法：不需要由发端向收端传送位同步信息，收端所需要的位 同步信息是从接收信号中，或解调后的数字基带信号中提取的。同步信息是从接收信号中，或解调后的数字基带信号中提取的。 位同步的方法位同步的方

3、法 插入导频法插入导频法 直接法：按照提取同步信号的方式，大致又可分为滤波法和锁相法。直接法：按照提取同步信号的方式，大致又可分为滤波法和锁相法。 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 6.3 位同步位同步 1 2 3 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 外同步法外同步法 发送端在传送数字信息的同时，或采用单发送端在传送数字信息的同时，或采用单 独的信道，或与数字信号共用同一个信道，独的信道，或与数字信号共用同一个信道， 向接收端传送位同步信息，这种方法称为向接收端传送位同步信息，这种方法称为 外同步法。外同步法。 外同步法插入的导

4、频既可以在频域插入，外同步法插入的导频既可以在频域插入， 也可以在时域插入也可以在时域插入 频域插入导频法频域插入导频法 时域插入导频法时域插入导频法 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 频域插入导频法频域插入导频法 在被传送的数字信号频谱中插入导频，在接在被传送的数字信号频谱中插入导频，在接 收端通过提取导频恢复位同步信息。收端通过提取导频恢复位同步信息。 频域插入导频的方式频域插入导频的方式 频域插入位同步导频法频域插入位同步导频法 包络调制法：使数字信号的包络按位同步信号包络调制法：使数字信号的包络按位同步信号 的某种波形变化，收端根据包络波形的变化，的某

5、种波形变化，收端根据包络波形的变化， 提取位同步信息。提取位同步信息。 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 在频域插入位同步导频法在频域插入位同步导频法 1T f M 0 0 1 2T f M 0 0 在基带信号频谱的第一在基带信号频谱的第一 个零点插入所需的导频个零点插入所需的导频 在收端接收信号通过中心频率在收端接收信号通过中心频率 为为1/T1/T的窄带滤波器，取出导的窄带滤波器，取出导 频，作为位同步信号。频，作为位同步信号。 相关编码信号，频相关编码信号，频 谱第一零点在谱第一零点在1/2T1/2T 在收端接收信号通过中心频率在收端接收信号通过中心频率

6、 为为1/2T1/2T的窄带滤波器，取出导的窄带滤波器，取出导 频，作为位同步信号。频，作为位同步信号。 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 在频域插入位同步导频法在频域插入位同步导频法 为了获得在为了获得在1/T1/T或或1/2T1/2T处出现零点的功率密处出现零点的功率密 度谱，可以采用度谱，可以采用AMIAMI脉冲序列，或者经第四脉冲序列，或者经第四 类部分响应处理。类部分响应处理。 AMIAMI码的功率谱密度在码的功率谱密度在1/T1/T处有零点处有零点, ,可以在可以在 这一点插入位同步的导频信号，然后，用这一点插入位同步的导频信号，然后，用 低通滤波

7、器滤除大于低通滤波器滤除大于1/T1/T的频谱分量，得到的频谱分量，得到 所要传送的、包含位同步导频的基带信号。所要传送的、包含位同步导频的基带信号。 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 在频域插入位同步导频法在频域插入位同步导频法 位同步位同步 导频导频 调制调制AMIAMI码变换码变换 发码发码 低通低通相加相加 AMIAMI 全波全波 整流整流 抽样抽样 判决判决 相减相减 窄带窄带 滤波滤波 解调解调 移相移相 收码收码 脉冲脉冲 形成形成 移相移相 收定时收定时 发端原理图发端原理图 收端原理图收端原理图 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字

8、通信原理数字通信原理 频域插入导频法频域插入导频法 频域插入位同步导频法频域插入位同步导频法 包络调制法包络调制法 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 包络调制法包络调制法 利用位同步信号的某种波形（通常采用升利用位同步信号的某种波形（通常采用升 余弦脉冲波形）对调相载波进行附加幅度余弦脉冲波形）对调相载波进行附加幅度 调制，使其包络随位同步波形而变化调制，使其包络随位同步波形而变化 在接收端，利用包络检波器和窄带滤波器在接收端，利用包络检波器和窄带滤波器 分离位同步信号。分离位同步信号。 调相调相调幅调幅 升余弦升余弦 波形波形 发码发码 载波载波 发定时发定

9、时 已调波输出已调波输出 发端原理图发端原理图 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 包络调制法包络调制法 抽样抽样 判决判决 收码收码 相位相位 检波检波 已调波输入已调波输入 收端原理图收端原理图 包络包络 检波检波 脉冲脉冲 形成形成 收定时收定时 窄带窄带 回路回路 移相移相 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 包络调制法包络调制法 调相信号调相信号 1 cos c s ttt 载波频率载波频率 随数字信息而变随数字信息而变 化的相位化的相位 升余弦波形升余弦波形 1 1 cos 2 m tt 2 T 对对s s1 1(t)

10、(t)调幅调幅 2 1 1 coscos 2 c stttt 收端包络检波收端包络检波 2 22 2 1 1 coscos 4 c v tstttt 展开展开 2 111 12coscoscos 22 422 c v ttttt 通过窄带滤波器可获通过窄带滤波器可获 得定时信号得定时信号 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 外同步法外同步法 频域插入导频法频域插入导频法 时域插入导频法时域插入导频法 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 时域插入导频法时域插入导频法 在每帧开头，在每帧开头， 先传送位同步先传送位同步 信号，再传送信

11、号，再传送 正常的数字信正常的数字信 息。息。 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 6.3 位同步位同步 1 2 3 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 自同步法自同步法 自同步法是直接从数字信号中提取位定时自同步法是直接从数字信号中提取位定时 信号的方法，所以也叫直接法，是数字通信号的方法，所以也叫直接法，是数字通 信中经常采用的一种方法。信中经常采用的一种方法。 直接法又分为：直接法又分为： 滤波法滤波法 锁相法锁相法 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 滤波法滤波法 指直接从数字码流中用窄带滤

12、波器提取位定时频率，从而指直接从数字码流中用窄带滤波器提取位定时频率，从而 得到位定时脉冲的位同步方法。得到位定时脉冲的位同步方法。 若数字码流功率谱密度中存在位定时频率线谱若数字码流功率谱密度中存在位定时频率线谱, ,可直接用可直接用 窄带滤波器取出位定时频率，窄带滤波器取出位定时频率， 不存在位定时频率线谱的码流无法用窄带滤波器直接滤出不存在位定时频率线谱的码流无法用窄带滤波器直接滤出 位定时频率位定时频率, ,需对码流进行某种变换，使变换后的码流包需对码流进行某种变换，使变换后的码流包 含位定时频率线谱，再用窄带滤波器取出位定时频率。含位定时频率线谱，再用窄带滤波器取出位定时频率。 滤波

13、法原理图滤波法原理图 波形变换波形变换窄带滤波窄带滤波移相移相脉冲形成脉冲形成 输入基输入基 带信号带信号 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 滤波法滤波法 一般由两个部分组成：一般由两个部分组成： 非线性处理电路非线性处理电路 是使得接收信号或解调后的数字基带信号经过非线是使得接收信号或解调后的数字基带信号经过非线 性变换处理后，含有位同步频率分量或位同步信息性变换处理后，含有位同步频率分量或位同步信息 窄带滤波器电路窄带滤波器电路 滤除噪声和其他谱分量，提取纯净的位同步信号。滤除噪声和其他谱分量，提取纯净的位同步信号。 从基带信号中分离位同步信号从基带信号中

14、分离位同步信号 从中频已调信号中直接提取位同步信号从中频已调信号中直接提取位同步信号 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 从基带信号中提取位同步从基带信号中提取位同步 微分、全波整流微分、全波整流滤波法滤波法 从延迟解调的基带信号中滤取位同步分量从延迟解调的基带信号中滤取位同步分量 延迟相乘延迟相乘滤波法滤波法 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 微分、全波整流微分、全波整流滤波法滤波法 窄带滤波窄带滤波 输入基输入基 带信号带信号 放大放大 限幅限幅 微分全微分全 波整流波整流 移相移相 脉冲脉冲 形成形成 位定时位定时 输出输

15、出 s t1 v 2 v 3 v 4 v s t t 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 t 1 v t 2 v t 3 v t 5 v 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 从基带信号中提取位同步从基带信号中提取位同步 微分、全波整流微分、全波整流滤波法滤波法 从延迟解调的基带信号中滤取位同步分量从延迟解调的基带信号中滤取位同步分量 延迟相乘延迟相乘滤波法滤波法 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 从延迟解调的信号中滤取位同步分量从延迟解调的信号中滤取位同步分量 频带受限的相对移相频带受限的相对移相PSKPSK信号

16、经延迟解调后，信号经延迟解调后， 频谱中包含有位同步分量。频谱中包含有位同步分量。 对于连对于连“1 1”码，每个码子的载波都会发生码，每个码子的载波都会发生180180 相位反转；由于传输频带受限，在相位反转处就相位反转；由于传输频带受限，在相位反转处就 会产生包络的会产生包络的“陷落陷落”，经过延迟解调后，在基，经过延迟解调后，在基 带信号的下半部波形上形成了带信号的下半部波形上形成了“凹坑凹坑”。 对于连对于连“0 0”码，载波没有相位反转，所以下半码，载波没有相位反转，所以下半 部波形也不会出现部波形也不会出现“凹坑凹坑”。 下半部波形上存在下半部波形上存在“凹坑凹坑”，从而使得延迟，

17、从而使得延迟 解调的基带信号中含有同步分量。解调的基带信号中含有同步分量。 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 从延迟解调的信号中滤取位同步分量从延迟解调的信号中滤取位同步分量 窄带滤波窄带滤波 输入基输入基 带信号带信号 延迟延迟T TS S鉴相鉴相 脉冲脉冲 形成形成 位定时位定时 输出输出 s t t PSKPSK信号信号 0 00 00 0 t 延迟延迟P P SKSK信号信号 0 00 00 0 基带信号基带信号 t s t 凹坑凹坑 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 从基带信号中提取位同步从基带信号中提取位同步 微分

18、、全波整流微分、全波整流滤波法滤波法 从延迟解调的基带信号中滤取位同步分量从延迟解调的基带信号中滤取位同步分量 延迟相乘延迟相乘滤波法滤波法 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 延迟相乘延迟相乘滤波法滤波法 对于频带不受限的方波基带信号，或经过对于频带不受限的方波基带信号，或经过 方波形成器，形成方波的频带受限基带信方波形成器，形成方波的频带受限基带信 号，可以采用延迟相乘号，可以采用延迟相乘滤波法提取同步滤波法提取同步 信号。信号。 窄带窄带 滤波滤波 输入基输入基 带信号带信号 延迟延迟 脉冲脉冲 形成形成 位定时位定时 输出输出 s t 重庆大学通信工程学

19、院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 延迟相乘延迟相乘滤波法滤波法 s t t A A t A A t 2 A 2 A 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 滤波法滤波法 从基带信号中分离位同步信号从基带信号中分离位同步信号 从中频已调信号中直接提取位同步信号从中频已调信号中直接提取位同步信号 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 中频已调信号中提取位同步中频已调信号中提取位同步 包络检波包络检波滤波法滤波法 延迟相干延迟相干滤波法滤波法 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 包络检波包络检波

20、滤波法滤波法 高高Q Q回路回路 输入中频信号输入中频信号 检波检波 脉冲脉冲 形成形成 位定时位定时 输出输出 e t s t e t t 中频中频PSKPSK信号信号 s t t 包络信号包络信号 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 中频已调信号中提取位同步中频已调信号中提取位同步 包络检波包络检波滤波法滤波法 延迟相干延迟相干滤波法滤波法 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 延迟相干延迟相干滤波法滤波法 如果中频滤波器的带宽远大于信号频谱带如果中频滤波器的带宽远大于信号频谱带 宽，或者由于中频放大器采用对称限幅器宽，或者由于

21、中频放大器采用对称限幅器 而将包络削平，无法采用包络检波而将包络削平，无法采用包络检波滤波滤波 法来提取位同步。法来提取位同步。 可以采用延迟相干可以采用延迟相干滤波法从中频信号中滤波法从中频信号中 提取位同步信息提取位同步信息 高高Q Q回路回路 输入中频信号输入中频信号 相位检波相位检波 脉冲脉冲 形成形成 位定时位定时 输出输出 e t s t 移相移相 延迟延迟 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 延迟相干延迟相干滤波法滤波法 t 0 00 00 0 1 e t t 2 et t v t A A 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字

22、通信原理 延迟相干延迟相干滤波法滤波法 假设码长为假设码长为T TS S，中频信号经过一个延时，中频信号经过一个延时， 且且 T TS S 将输入的中频信号与延迟将输入的中频信号与延迟后所得信号在后所得信号在 相位检波器中相乘，即可得到一组脉冲宽相位检波器中相乘，即可得到一组脉冲宽 度为度为的归零序列的归零序列 该序列包含位同步频率分量，用窄带滤波该序列包含位同步频率分量，用窄带滤波 器滤出则可得到位同步信息。器滤出则可得到位同步信息。 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 自同步法自同步法 滤波法滤波法 锁相法锁相法 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数

23、字通信原理数字通信原理 锁相法锁相法 用锁相环来提取位同步信号的方法统称为用锁相环来提取位同步信号的方法统称为 锁相法。锁相法。 根据所采用锁相环的不同，锁相法又可分根据所采用锁相环的不同，锁相法又可分 为为 模拟锁相法模拟锁相法 数字锁相法数字锁相法 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 模拟锁相法模拟锁相法 过零过零 检测检测 鉴相器鉴相器 环路环路 滤波器滤波器 压控压控 振荡器振荡器 d v 分频器分频器 脉冲脉冲 形成形成 位定时位定时 输出输出 0 ut v ut 通常把过零检测通常把过零检测 得到的信号称为得到的信号称为 准同步信号。准同步信号。 重

24、庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 模拟锁相法模拟锁相法 输入的信号先经过过零检测，再通过脉冲鉴相器，输入的信号先经过过零检测，再通过脉冲鉴相器， 与本地位同步信号进行相位比较，利用所得的误与本地位同步信号进行相位比较，利用所得的误 差电压对本地位同步信号进行相位调整，使得本差电压对本地位同步信号进行相位调整，使得本 地同步信号与输入信号位同步信号完全一致。地同步信号与输入信号位同步信号完全一致。 过零检测信号虽然不是位定时脉冲，但它出现的过零检测信号虽然不是位定时脉冲，但它出现的 位置与位定时脉冲的位置相同，只是它比位同步位置与位定时脉冲的位置相同，只是它比位同

25、步 信号出现的次数少信号出现的次数少 通常把过零检测得到的信号称为准同步信号。通常把过零检测得到的信号称为准同步信号。 用模拟锁相环代替滤波法中的窄带滤波器，构成用模拟锁相环代替滤波法中的窄带滤波器，构成 模拟锁相法提取位同步信号的另一种方法。模拟锁相法提取位同步信号的另一种方法。 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 锁相法锁相法 模拟锁相法模拟锁相法 数字锁相法数字锁相法 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 数字锁相法数字锁相法 数字锁相法，是用数字锁相环提取位同步数字锁相法，是用数字锁相环提取位同步 信号的方法信号的方法 数字

26、锁相环全部或部分用数字电路实现，数字锁相环全部或部分用数字电路实现， 工作稳定可靠，信号中断后的同步保持时工作稳定可靠，信号中断后的同步保持时 间长，性能优良间长，性能优良 基本原理基本原理 微分整流型数字锁相微分整流型数字锁相 同相正交积分数字锁相同相正交积分数字锁相 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 基本原理基本原理 n n次分次分 频器频器 位同步脉冲输出位同步脉冲输出 相位比相位比 较器较器 接收接收 码元码元 扣扣 除除 门门 附附 加加 门门 或或 门门 常开常开 常闭常闭 控制器控制器 整形整形晶振晶振 a a b b nFnF赫兹赫兹 鉴相器鉴

27、相器 滞滞 后后 脉脉 冲冲 超超 前前 脉脉 冲冲 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 基本原理基本原理 组成：高稳定度振荡器组成：高稳定度振荡器( (晶振晶振) )，分频器，相位比较，分频器，相位比较 器和控制器组成；控制器包括的扣除门、附加门。器和控制器组成；控制器包括的扣除门、附加门。 高稳定振荡器产生的信号经整形电路变成周期性脉高稳定振荡器产生的信号经整形电路变成周期性脉 冲，经控制器送入分频器，输出本地的位同步脉冲冲，经控制器送入分频器，输出本地的位同步脉冲 序列。序列。 接收码元的速率为接收码元的速率为F F波特，则要求本地位同步脉冲波特，则要求本

28、地位同步脉冲 的重复频率为的重复频率为nFnF赫兹；晶振的振荡频率设计在赫兹；晶振的振荡频率设计在nFnF赫赫 兹兹 晶体输出经整形得到重复频率为晶体输出经整形得到重复频率为nFnF赫兹的窄脉冲，赫兹的窄脉冲， 窄脉冲经扣除门、或门，再次分频后，得重复频率窄脉冲经扣除门、或门，再次分频后，得重复频率 为为F F赫兹的位同步信号赫兹的位同步信号 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 基本原理基本原理 如果接收端晶振输出经次分频后，不能与收到的如果接收端晶振输出经次分频后，不能与收到的 码元准确地同频同相，就需要根据相位比较器输码元准确地同频同相，就需要根据相位比较器

29、输 出的误差信号，通过控制器对分频器进行调整。出的误差信号，通过控制器对分频器进行调整。 当分频器输出的位同步脉冲超前于接收码元的相当分频器输出的位同步脉冲超前于接收码元的相 位时，相位比较器送出一超前脉冲，加到扣除门位时，相位比较器送出一超前脉冲，加到扣除门 （常开）的禁止端，扣除（常开）的禁止端，扣除a a路脉冲，此时，分配器路脉冲，此时，分配器 输出脉冲的相位将退后个输出脉冲的相位将退后个1/n1/n周期周期 分频器输出的位同步脉冲相位滞后于接收码元的分频器输出的位同步脉冲相位滞后于接收码元的 相位，则相位比较器输出一滞后脉冲，此滞后脉相位，则相位比较器输出一滞后脉冲，此滞后脉 冲加于附

30、加门，使常闭的附加门开通，让路的一冲加于附加门，使常闭的附加门开通，让路的一 个脉冲通过个脉冲通过“或门或门”插入原路脉冲之间，即在分插入原路脉冲之间，即在分 频器输入端添加一个脉冲，分频器的输出相位提频器输入端添加一个脉冲，分频器的输出相位提 前前1/n1/n个周期个周期 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 基本原理基本原理 周期周期1/F1/F 该脉冲扣除该脉冲扣除 附加一个脉冲附加一个脉冲 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 数字锁相法数字锁相法 基本原理基本原理 微分整流型数字锁相微分整流型数字锁相 同相正交积分数字锁相同

31、相正交积分数字锁相 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 微分整流型数字锁相微分整流型数字锁相 与模拟锁相一样，数字锁相也是将本地产与模拟锁相一样，数字锁相也是将本地产 生的位同步脉冲与从码元得到的位定时信生的位同步脉冲与从码元得到的位定时信 号在相位比较器中做相位比较，以比较输号在相位比较器中做相位比较，以比较输 出的误差信号去调整本地位同步脉冲的相出的误差信号去调整本地位同步脉冲的相 位，使之逐渐逼近接收码元的位定时信号，位，使之逐渐逼近接收码元的位定时信号， 最后实现位同步。最后实现位同步。 当接收码元为不归零脉冲时，可用过零检当接收码元为不归零脉冲时，可用

32、过零检 测形成的准同步信号作为相位比较的基准测形成的准同步信号作为相位比较的基准 过零检测是用微分整流来实现的，这类数过零检测是用微分整流来实现的，这类数 字锁相也称为微分整流型数字锁相字锁相也称为微分整流型数字锁相 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 微分整流型数字锁相微分整流型数字锁相 n n次分频器次分频器 位同步脉冲输出位同步脉冲输出 脉冲脉冲 形成形成 接收接收 码元码元 扣除门扣除门 附加门附加门 或门或门 常开常开 常闭常闭 整形整形 晶振晶振 a a nFnF赫兹赫兹 微分微分整流整流单稳单稳A A 单稳单稳1 1 单稳单稳3 3 单稳单稳 2

33、2 B B A A a a路路 b b路路b bc c f f e e d d /d/d 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 微分整流型数字锁相微分整流型数字锁相 相位比较器的四种输出结果，讨论：相位比较器的四种输出结果，讨论： 本地位同步脉冲信号超前于准同步脉冲本地位同步脉冲信号超前于准同步脉冲 门门A A通，输出信号通，输出信号c c经单稳经单稳1 1后形成超前脉冲后形成超前脉冲f f，反，反 向接入扣除门，关闭常开的扣除门，经整形后通向接入扣除门，关闭常开的扣除门，经整形后通 过常开门的过常开门的a a路脉冲，因扣除门关闭而扣除了一个路脉冲，因扣除门关闭而

34、扣除了一个 脉冲，分频后的输出信号推后个脉冲，分频后的输出信号推后个1/n1/n周期。周期。 本地位同步信号落后于准同步脉冲本地位同步信号落后于准同步脉冲 门门A A无输出，门无输出，门B B开，有输出开，有输出e e，经单稳，经单稳2 2形成滞后形成滞后 脉冲，当滞后脉冲到来时，常闭附加门开通，整脉冲，当滞后脉冲到来时，常闭附加门开通，整 形电路输出的路脉冲通过，该脉冲与形电路输出的路脉冲通过，该脉冲与a a路脉冲在时路脉冲在时 间上相互错开间上相互错开1/2F1/2F，从而使分频器输出的，从而使分频器输出的a a路脉冲路脉冲 在中间位置添加一个脉冲，导致分频后的输出信在中间位置添加一个脉冲

35、，导致分频后的输出信 号提前个号提前个1/n1/n周期周期 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 微分整流型数字锁相微分整流型数字锁相 相位比较器的四种输出结果，讨论：相位比较器的四种输出结果，讨论： 准同步脉冲正好落在脉冲的上升沿准同步脉冲正好落在脉冲的上升沿 此时此时A A门有输出门有输出c c，B B门有输出门有输出e e，结果是先加入一，结果是先加入一 个脉冲，随后又扣除一个脉冲，综合作用，输出个脉冲，随后又扣除一个脉冲，综合作用，输出 的位定时脉冲相位保持不变。的位定时脉冲相位保持不变。 准同步脉冲正好落在的下降沿准同步脉冲正好落在的下降沿 A,BA,B

36、同时有输出，与准同步脉冲落在同时有输出，与准同步脉冲落在d d脉冲的上升脉冲的上升 沿时不同的是，是先扣除一个脉冲，再添加一个沿时不同的是，是先扣除一个脉冲，再添加一个 脉冲，从而使分频器输出稳定在反相的情况。这脉冲，从而使分频器输出稳定在反相的情况。这 种情况是不允许发生的种情况是不允许发生的 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 数字锁相法数字锁相法 基本原理基本原理 微分整流型数字锁相微分整流型数字锁相 同相正交积分数字锁相同相正交积分数字锁相 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 同相正交积分数字锁相同相正交积分数字锁相 晶晶

37、 振振 整整 流流 扣扣 除除 门门 附附 加加 门门 n n次次 分频分频 脉冲脉冲 形成形成 B B A A 单单 稳稳 微微 分分 抽样保抽样保 持极性持极性 抽样保抽样保 持极性持极性 正交正交 积分积分 同相同相 积分积分 延迟延迟T TS S/2/2 接收接收 码元码元 S(t)S(t) (j)(j) (g)(g) (e)(e) (b)(b) (c)(c) (f)(f) (h)(h) (k)(k) (d)(d) 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 同相正交积分数字锁相同相正交积分数字锁相 微分整流型数字锁相，是从基带信号的过微分整流型数字锁相，是从基

38、带信号的过 零点中提取位同步信息的，当过零点较低零点中提取位同步信息的，当过零点较低 时，受干扰的影响较大，必然影响同步信时，受干扰的影响较大，必然影响同步信 息的提取，如果应用匹配滤波的原理，先息的提取，如果应用匹配滤波的原理，先 对输入的基带信号进行最佳检测，可大大对输入的基带信号进行最佳检测，可大大 减小干扰的影响，所提取的位同步信号也减小干扰的影响，所提取的位同步信号也 会有更好的抗干扰性能。会有更好的抗干扰性能。 由此产生了同相正交积分型数字锁相法。由此产生了同相正交积分型数字锁相法。 同相正交积分数字锁相环提取位同步信号同相正交积分数字锁相环提取位同步信号 的方法和鉴相器的结构不同

39、的方法和鉴相器的结构不同 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 6.3 位同步位同步 1 2 3 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 位同步系统的性能位同步系统的性能 位同步系统的性能与载波同步系统的性能位同步系统的性能与载波同步系统的性能 类似，通常也是用相位误差、建立时间、类似，通常也是用相位误差、建立时间、 保持时间等指标来衡量。保持时间等指标来衡量。 数字锁相法位同步系统的性能数字锁相法位同步系统的性能 位同步相位误差对性能的影响位同步相位误差对性能的影响 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理

40、数字锁相法位同步系统的性能数字锁相法位同步系统的性能 相位误差相位误差 同步建立时间同步建立时间 同步保持时间同步保持时间 同步带宽同步带宽 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 相位误差相位误差 相位误差主要是由于位同步脉冲的相位在相位误差主要是由于位同步脉冲的相位在 跳变调整中所引起的。跳变调整中所引起的。 在相位调整的过程中，每调整一步，相位在相位调整的过程中，每调整一步，相位 即改变即改变2 2/n (n/n (n为分频器的分频次数为分频器的分频次数) )，因，因 此可知，在此过程中可产生的最大相位误此可知，在此过程中可产生的最大相位误 差为差为2 2/n

41、 /n ，由此可定义最大相位误差：，由此可定义最大相位误差： 360 e n 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 数字锁相法位同步系统的性能数字锁相法位同步系统的性能 相位误差相位误差 同步建立时间同步建立时间 同步保持时间同步保持时间 同步带宽同步带宽 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 同步建立时间同步建立时间 同步建立时间定义为失步后再重建同步所需的最长时间。同步建立时间定义为失步后再重建同步所需的最长时间。 令位同步脉冲的相位与由输入信号提取的准同步脉冲的时令位同步脉冲的相位与由输入信号提取的准同步脉冲的时 差等于差等于T

42、 TS S/2/2秒，而锁相环每调整一步仅能移动秒，而锁相环每调整一步仅能移动T TS S/n/n秒，建秒，建 立同步所需最大的调整次数为：立同步所需最大的调整次数为： 接收随机数字信号时，可近似认为相邻码元中出现接收随机数字信号时，可近似认为相邻码元中出现0101、1010、 1111、0000的概率相等，其中，有过零点的情况占一半，连码的概率相等，其中，有过零点的情况占一半，连码 情况也占一半情况也占一半 平均每二个码元平均每二个码元(2T(2TS S) )调整一次相位，故可得同步建立时调整一次相位，故可得同步建立时 间为：间为： 2 2 s s T n N T n 2 sss tTNnT 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 数字锁相法位同步系统的性能数字锁相法位同步系统的性能 相位误差相位误差 同步建立时间同步建立时间 同步保持时间同步保持时间 同步带宽同步带宽 重庆大学通信工程学院重庆大学通信工程学院 数字通信原理数字通信原理 同步保持时间同步保持时间 设收发两端固有的码元周期分别为设收发两端固有的码元周期分别为T T1 1=1/F=1/F1 1和和 T T2 2=1/F=1/F2 2，即有，即有: : 当存在频差当存在频差F F时，每经过时，每经过T T0 0时间，收发两端即时