第8章 同步技术_sxq课件

1、同步系统的分类同步系统的分类 1载波同步载波同步 2载波同步的性能载波同步的性能 3位同步位同步 4位同步系统的性能位同步系统的性能 56群同步群同步 为使整个通信系统有序、准确、可靠地工为使整个通信系统有序、准确、可靠地工作，收、发必须有一个统一的时间标准，即定作，收、发必须有一个统一的时间标准，即定时系统。依靠定时系统去完成收、发双方时间时系统。依靠定时系统去完成收、发双方时间的一致性，即同步。的一致性，即同步。 （数字，模拟）数字，模拟）载波同步载波同步：在接收端得到一个与发端同频同相的载：在接收端得到一个与发端同频同相的载波。（相干解调的基础）波。（相干解调的基础）位同步位同步：在接收

2、端产生一个与接收码元频率和相位：在接收端产生一个与接收码元频率和相位吻合的脉冲序列。（取样判决的基础）吻合的脉冲序列。（取样判决的基础）帧同步（群同步）帧同步（群同步）：在接收端产生一个标志每帧首：在接收端产生一个标志每帧首尾的定时脉冲。尾的定时脉冲。 （分组及译码的基础）（分组及译码的基础）网同步网同步：为使数字通信网有统一的时间基准而进行：为使数字通信网有统一的时间基准而进行的同步。（交换及复接的基础）的同步。（交换及复接的基础） 外同步法外同步法：由发端插入专门的同步信息，接：由发端插入专门的同步信息，接收端提取检测出同步信息的方法。收端提取检测出同步信息的方法。自同步法自同步法：收端直

3、接从信号中提取同步信息：收端直接从信号中提取同步信息的方法。的方法。 载波同步是指在相干解调时，接收端需要提供一载波同步是指在相干解调时，接收端需要提供一个与接收信号中的调制载波同频同相的相干载波。这个与接收信号中的调制载波同频同相的相干载波。这个载波的获取称为个载波的获取称为载波提取或载波同步载波提取或载波同步。222222( )( )cos2( )( )( )( )( )( )( )cos211( )( )cos422( ),( )2( )2PSKcPSKPSKPSKPSKccPSKcPSKccStS tf tStS tS tStStStS tf tStStf tStStfStff从上式看

4、出的频谱是频谱的线性搬移当无直流，则无载波，若将平方我们得到：中肯定有直流含有成分将平方并滤波提取成分，再二分频便得到信道信道带通带通滤波滤波低通低通相相/绝绝平方平方取判取判X2由于电路中有二分频，因此存在相位模糊问题。由于电路中有二分频，因此存在相位模糊问题。 信道信道带通带通低通低通相相/绝绝平方平方取判取判X2环滤环滤VCO相比相比 该电路是用锁相环代替平方变换法中的窄带滤波器，该电路是用锁相环代替平方变换法中的窄带滤波器，故称平方环法法故称平方环法法。2.2.平方环法平方环法 : :由于电路中有二分频，因此同样存在相位模糊问题。由于电路中有二分频，因此同样存在相位模糊问题。二、同相正

5、交环二、同相正交环( (科斯塔斯特环科斯塔斯特环) ) ： 方框原理图如下方框原理图如下314256( )( )cos2cos(2)11( )cos( )cos(4)22( )( )cos2sin(2)11( )sin( )sin(4)2211( )cos21( )sin2PSKcccPSKcccVstVs tf tf ts ts tf tVstVs tf tf ts ts tf tVs tVs t 为简化，设低通通带内传递函数为 ，则：则56222211( )cos( )sin221( )cossin41( )sin 2( )8sin 2ddVVVs ts tstststEVK ：当较小时式

6、中常数dV 经环路滤波器后控制经环路滤波器后控制VCOVCO，则鉴相特性如图，则鉴相特性如图8.48.40dVn从曲线看出及各点，鉴相特性斜率均为正，都是稳定锁相点。因此，同相正交环存在相位模糊的问题。ccff导频要在信号频谱为0的位置插,避免信号干扰导频插入导频要求 避免导频干扰信号-常用正交插入插入导频应能很方便地提取插入导频频率尽可能就是cf1 1、频域正交插入、频域正交插入 并对信码进行相关编码并对信码进行相关编码 cf不进行相关编码，在附近信号频谱成份太强，它会干扰插入的导频。不正交插入，则解调后会留下直流干扰，影响取样判决。相关编码第 类部分响应：IV相关编码相关编码振荡器振荡器带

7、通带通信道信道+X090( )s t( )s t( )cos2cs tf tsin 2caf tcos2caf t( )cos2sin 2ccs tf taf t正交插入导频正交插入导频发射机发射机方框原理图方框原理图 ：正交插入导频正交插入导频接收机接收机方框原理图：方框原理图： 带通带通低通低通相关译码相关译码判取判取X090sin 2caf t滤波器滤波器cf( )cos 2sin 2ccs tf taf t1( )2s t1( )2s t22( ) cos 2cos 2( ) cos 2cos 2 cos 2( ) cos2cos21111( )( ) cos 4cos 4222211

8、( )2212( ) cos 2ccccccccccstf taf tstf taf tf tstf taf tststf taaf tstaastf若 是 同 相 插 入 ， 发 送 信 号 为 ：此 信 号 经 相 干 解 调经 低 通 滤 波 器 后 ， 信 号 为 ：式 中为 一 直 流 干 扰正 交 插 入 发 送 信 号 为 ：2sin 2( ) cos 2sin 2 cos 2( ) cos2sin 2cos 2111( )( ) cos 4sin 42221( )2ccccccccctaf tstf taf tf tstf taf tf tststf taf tst此 信 号

9、经 相 干 解 调经 低 通 滤 波 器 后 ， 信 号 为 ：因 此 ， 为 消 除 直 流 干 扰 ， 导 频 应 正 交 揷 入2 2、插入双导频、插入双导频 cf信号在信号在 或或 附近频谱成分较大，无法在附近频谱成分较大，无法在 处插导频，此时才插双导频。处插导频，此时才插双导频。 cfcf双导频确定的原则：双导频确定的原则：（1 1）双导频在信号带外，不会干扰信号，同时也）双导频在信号带外，不会干扰信号，同时也不要离信号频带太远。不要离信号频带太远。（2 2）插入的双导频应便于求得）插入的双导频应便于求得cf21121ccfffffffQ例如我们设计 与 、 的关系为：据此画出电路

10、图如下：+1f2f信道带通低通X12ff窄带1f窄带2fXXQ12ffQ图中 、 、 等参数设计时选定，因此设计选择余地很大。022212VnnQ fffKrrQr000稳态相差对单谐振电路：(弧度)稳态相差对锁相环：(弧度)随机相差常用相位抖动表示:式中 为滤波器或环路信噪比，当值高或环路滤波器带宽窄则 高，可见稳态相差与随机相差是矛盾的。总相差：=一、相位误差一、相位误差 二、同步建立时间（越短越好）二、同步建立时间（越短越好） 01ln1sQtfKK为确定的系数(它指电压上升至稳定值的比例)。三、同步保持时间（越长越好）三、同步保持时间（越长越好） 01ln10.318cQtfKKKe指

11、电压下降的系数，常取 从同步建立时间和同步保持时间两表示式看出，它们从同步建立时间和同步保持时间两表示式看出，它们对对Q Q的要求是矛盾的。的要求是矛盾的。 若用锁相环，同步建立时间与保持时间也是矛盾的，若用锁相环，同步建立时间与保持时间也是矛盾的，请参见教材。请参见教材。一、插入位定时导频一、插入位定时导频 位定时导频插入的原则：位定时导频插入的原则： (1)位定时导频必须在基带信号频谱的零点插入。(2)插入位定时导频通常为12BBff或如 下 图 。相关编码并插入相关编码并插入 导频是常用的位同步的外导频是常用的位同步的外同步方法，其方框图如同步方法，其方框图如图图8.158.1512Bf

12、二、包络调制法二、包络调制法 其方框图如图其方框图如图8.168.16 如对如对PSKPSK调制，该信号原包络是一条水平线，它不包含有位调制，该信号原包络是一条水平线，它不包含有位同步信息，若对包络实现浅调幅，其调幅信号频率为同步信息，若对包络实现浅调幅，其调幅信号频率为 ，接，接收端采用包络检波，便可得到位同步信息。收端采用包络检波，便可得到位同步信息。Bf8.4.2 直接提取位同步信号法直接提取位同步信号法 定义：定义： 是指从接收到的基带信号中直接提取位同步信息。是指从接收到的基带信号中直接提取位同步信息。一、滤波法一、滤波法 BfBf2BfBf 若基带信号为全占空矩形序列若基带信号为全

13、占空矩形序列, ,无论是单极性或双极无论是单极性或双极性信号，它们都不含性信号，它们都不含 或或 成份，因此不能直接提成份，因此不能直接提取位同步信息。若是归零脉冲，则一定含有取位同步信息。若是归零脉冲，则一定含有 成份。成份。因此对全占空矩形随机序列先进行波形变换，如采用因此对全占空矩形随机序列先进行波形变换，如采用微分、全波整流等变换手段，就能提取微分、全波整流等变换手段，就能提取 信息。信息。其方框图如其方框图如8.178.17，各点波形图如图，各点波形图如图8.18 8.18 二、包络陷落法二、包络陷落法 包络陷落法方框图及各点波形包络陷落法方框图及各点波形 带限频谱的产生：带限频谱的

14、产生： 三、锁相法三、锁相法 锁相法是用锁环代替上述方法中的窄带滤波器，锁相法是用锁环代替上述方法中的窄带滤波器，从而实现位同步信号提取。由于位同步信号是周从而实现位同步信号提取。由于位同步信号是周期性取样脉冲序列，因此常用数字锁相环，系统期性取样脉冲序列，因此常用数字锁相环，系统框图如下框图如下 ：波形波形变换变换相位相位比较比较N次次分频器分频器或门或门附加门附加门QQ晶振晶振Bnf扣除门扣除门位同步信号位同步信号 滞后脉冲滞后脉冲超前脉冲超前脉冲四、锁相法抗干扰性能的改善四、锁相法抗干扰性能的改善两种数字滤波方案原理图两种数字滤波方案原理图：位同步与载波同步比较位同步与载波同步比较 群同

15、步不是获取群的频率信息，而是指示群开始或群同步不是获取群的频率信息，而是指示群开始或结束的位置，其本质与前两种同步有较大区别。结束的位置，其本质与前两种同步有较大区别。 8.6.1 8.6.1 连贯插入连贯插入 1. 1. 巴克码巴克码 连贯插入的关键是寻找群同步码，其要求：连贯插入的关键是寻找群同步码，其要求： 1.2.3.方便识别与信息码区别较大码长适当，以便提高效率 目前尚未找到巴克码的一般构造方法，只搜索到几组目前尚未找到巴克码的一般构造方法，只搜索到几组巴克码，其码组最大长度为巴克码，其码组最大长度为1313，全部列于表中：，全部列于表中：局部自相关函数：局部自相关函数：2.2.单峰局部自相关函数单峰局部自相关函数 0( )010770( )010njR jjjR jj 如果局部自相关函数滿足下列条件或我们称此局部自相关函数具有单峰特性位巴克码正好滿足这个条件或-3. 73. 7位巴克码识别电路位巴克码识别电路 相加电路0 1 0 1 0 10 10 10 10 1取样判决群同步输出 接收码流 （含巴克码）0 1 0 0 1 1 10 1 0 0 1 1 10 其中四位相同，三位不同(红色) 所以，巴克码识别器输出电压为：4 - 3 = 1码流巴 克 码信码巴 克 码 识 别 器巴克码识别器输出