通信原理：第七章 同步

1、第7章 同步1主要内容 7.1 概述 7.2 载波同步方法 7.3 位同步 7.4 群同步 7.5 网同步27.3 位同步 码元同步相干载波相乘电路带通滤波低通滤波抽样判决定时脉冲s(t)A(t)载波同步与位同步的区别：2ASK非相干 解调：2ASK相干 解调：包络检波器全波整流带通滤波低通滤波抽样判决定时脉冲s(t)A(t)37.1 概述信 源发送端接收端信道编码调 制信 道压缩编码解 调信 宿保密解码信道解码压缩解码保密编码噪声同步信源编码信源解码数字通信系统模型47.1 概述一、同步需要解决的问题 要实现信号的正确传输，要求接收机产生的信号与发射机发送过来的信号具有相同的频率与相位关系，

2、称具有相同频率和相位的时间关系的两信号为同步信号。 载波同步数字信号同步位同步群同步（字同步）网同步57.2 载波同步方法在发送端的发送信号中插入一个专门的导频用于载波同步；在接收端设法从有用信号中直接提取载波。67.2 载波同步方法一、插入导频法例：2PSK信号1.在发送端：插入正交导频 m(t)频谱中的最高频率为fm f0 fmf0 + fm0f0f导频77.2 载波同步方法插入导频法2.在接收端： 用窄带滤波器滤出导频分量，并将其移/2，变成sin0t，然后用它和接收信号相乘。 设接收信号仍用s0(t)表示，则此乘积为 滤除20频率分量,就可以恢复出原调制信号m(t)若不用正交导频，接收

3、端输出将增加直流分量。 87.2 载波同步方法插入导频法3.原理方框图相乘电路带通滤波相加电路/2相移载波产生(a) 发送端原理方框图带通滤波相乘电路低通滤波/2相移窄带滤波(b) 接收端原理方框图97.2 载波同步方法二、直接提取法1、平方法（1）原理 对于没有载波分量的信号，例如2PSK信号， 设接收信号为s(t)： 式中，m(t)为调制信号，它无直流分量。 将此接收信号平方后，得到 10 用窄带滤波器将上式中2f0分量滤出，经过二分频，就得出载频f0的分量。 原理方框图如下： S(t)S2(t)窄带滤波二分频平 方f02f07.2 载波同步方法直接提取法11存在问题：二分频电路的初始状态

4、是随机的，使分频输出的初始相位有两种可能状态：0和, 即相位是模糊的。对2PSK信号来说，可以造成错码，使 “0” 和“1”对调。解决办法是用2DPSK代替2PSK。7.2 载波同步方法直接提取法12一、基本原理1.表示式： 式中， 或6.4 二进制相移键控(2PSK)134.解调方法必须采用相干接收法。本地载波提取带通滤波低通滤波相 乘抽样判决V(t)6.4 二进制相移键控(2PSK)基本原理14用锁相环代替窄带滤波器的方案原理方框图优点：输出信号具有更好的稳定性，并且不必须有连续的输入信号。平方二分频压控振荡相乘环路滤波2f0S(t)S2(t)f0锁相 环7.2 载波同步方法直接提取法15

5、7.2 载波同步方法直接提取法2 科斯塔斯环法 同相正交环法 原理方框图bes(t)c/2移相相乘压控振荡环路滤波低通相乘低通相乘adfg解调输出16 原理设：接收信号仍为抑制载波的双边带信号s(t) ，本地载波电压为式中， 为信号和本地载波的相位差。7.2 载波同步方法直接提取法177.2 载波同步方法直接提取法输入信号s(t)和本地载波相乘后得到187.2 载波同步方法直接提取法 经过低通滤波后，它们分别为： 和上面这两个电压再相乘后得到 上式中，是本地载波相位与接收信号载波相位之差。 vg经过环路滤波器后加到压控振荡器上，控制其振荡频率。197.2 载波同步方法直接提取法科斯塔斯环法优缺

6、点优点：e点电压就是解调输出电压 不需要平方电路缺点：两路低通滤波器的性能完全一致（模拟电路很难实现）；存在相位模糊问题207.2 载波同步方法直接提取法2 从多进制信号中提取载频 QPSK信号提取载频的科斯塔斯环原理方框图s(t)相乘/4移相低通相乘相乘压控振荡环路滤波低通解调输出相乘/2移相相乘3/4移相低通低通21227.2 载波同步方法三、载波同步性能 1.载波同步精确度：两种相位误差 ：1. 由电路参量引起的恒定误差；2. 由噪声引起的随机误差。237.2 载波同步方法载波同步性能2. 同步建立时间和保持时间 同步建立时间 从开始接收到信号或从系统失步状态到提取出稳定的载频所需要的时

7、间 越短越好。 同步保持时间 从开始失去信号到失去载频同步的时间 越长越好。 两者是矛盾的。247.2 载波同步方法载波同步性能3. 载波同步误差对2PSK信号误码率的影响 相位误差包括两部分： 式中， 恒定误差 随机误差 解调输出为式中cos引起信号电压下降，信号噪声功率比r下降为cos2倍。257.2 载波同步方法载波同步性能3. 载波同步误差对2PSK信号误码率的影响因此，误码率变为 式中，r为信号噪声功率比。267.3 位同步 码元同步相干载波相乘电路带通滤波低通滤波抽样判决定时脉冲s(t)A(t)载波同步与位同步的区别：2ASK非相干 解调：2ASK相干 解调：包络检波器全波整流带通

8、滤波低通滤波抽样判决定时脉冲s(t)A(t)277.3 位同步 码元同步外同步法：在发送端的发送信号中外加包含位定时信息的导频或数据序列；自同步法：在接收端设法从信息码元序列本身中提取位定时信息。287.3 位同步 码元同步一、外同步法 辅助信息同步法 1.原理： 在发送端信号中插入频率为码元速率（1/T）或码元速率的倍数的位同步信号。 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。 297.3 位同步 码元同步一、外同步法 辅助信息同步法 2.插入位同步信号的方法：时域：连续插入、不连续插入（“位同步头”） 频域：信号频带外插入、信号频带内“空隙”处插入。 3.优缺点： 设备

9、较简单；但占用一定的带宽和发送功率。307.3 位同步 码元同步二、自同步法 1.开环码元同步法(又称非线性滤波同步法) 同步电路直接从输入码流中提取发送码流的时钟。 - 将无fb、2fb等谱线的脉冲序列，变换成含有fb谱线的序列。 下面给出3个具体方案。315.5 基带数字信号的频率特性2.双极性二进制信号 设信号g1(t) = -g2(t) = g(t)，则由其构成的随机序列的双边功率谱密度为：325.5 基带数字信号的频率特性33（1）波形变换法7.3 位同步 码元同步自同步法 34（2）延迟相乘法35（3）微分整流法7.3 位同步 码元同步自同步法 367.3 位同步 码元同步自同步法

10、二、闭环码元同步法 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。 377.3 位同步 码元同步自同步法二、闭环码元同步法 “超前/滞后门”同步器 相乘门波形产生超前门滞后门m(t)相乘压控振荡u1u2环路滤波 | | | | +-|u1|u2|e=|u2|-|u1|38Tdd+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7.3 位同步 码元同步自同步法397.4 群同步一、概述1.三种同步的区别 载波同步：同步解调、把频带信号解调为基带信号 位同步：确定码元的抽样判决时刻，区别各个码元 群同步：若干个码元

11、组成一个码组，把码组区分出来。通过分频可以产生群同步脉冲的频率。但每个群的“开头”和“结尾”时刻，即相位是不能直接从位同步脉冲中得到的 。407.4 群同步一、概述 码组本身自带分组信息 插入群同步码 分散插入 集中插入 417.4 群同步概述(b) 分散插入法 群同步序列群同步码元群同步码元群同步码元信号码元群信号码元群群同步码元信号码元群(a) 集中插入法群同步码组群同步码组群同步码组群同步码组信号码元群信号码元群信号码元群 42同步时分复用437.4 群同步概述 集中插入：适用于要求快速建立同步的地方，或间断传输信息并且每次传输时间很短的场合 分散插入：需要较长的同步建立时间。故适用于连

12、续传输信号之处，例如数字电话系统中 447.4 群同步概述 起止式同步法： 主要适用于低速的手工操作的电传打字机中。起止式同步通信有时也称为异步式通信，因为其码元间隔不等。 起止止1234545 若一个码组仅在R(0)处出现峰值，其他处的R(j)均很小，则可以用求自相关函数的方法对于接收码元序列运算，寻找峰值，从而确定此码组的位置。 7.4 群同步集中插入法467.4 群同步 二、集中插入法（连贯式插入法） 1.原理设有一个码组，它包含N个码元x1, x2, , xN，则其局部自相关函数（下面简称自相关函数）等于：式中，N 码组中的码元数目； xi 码元的取值，可以取+1或-1。477.4 群

13、同步 二、集中插入法（连贯式插入法） 1.原理当j = 0时，上式在运算中，已假定当i N 时，xi = 0。487.4 群同步集中插入法2.巴克码若有一个包含N个码元的码组，其R(0)=N，在其他处R(j)的绝对值均不大于1，则称其为巴克（Barker）码。49三、分散插入法（间隔式插入法） 1.原理 例：在数字电话系统中常采用的“1/0”交替码。 群同步序列. 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 群同步码元群同步码元群同步码元信号码元群信号码元群群同步码元信号码元群PPP7.4 群同步50同步时分复用512.同步码搜索方法 （1）移位搜索法 （2）存储检测法7.4 群同步分散插入法01

14、 02 03 040506 07 08x x x x x x x 009 10 11 1213 1415 16x x x x x x x 117 18 19 2021 22 23 24x x x x x x x 025 26 27 2829 30 31 32x x x x x x x 133 34 35 3637 3839 40 x x x x x x x 0新码元进入老码元输出检验是否“1/0”交替527.4 群同步四、群同步性能漏同步概率：将正确同步位置漏过的概率。 由于噪声的影响，把正确的同步码元变成错误的码元。2. 假同步概率：把错误的同步位置当作正确的同步位置捕捉到。 把信息码元错当

15、成同步码元。3.平均建立时间：越快越好。537.5 网同步7.5.1 概述 目的：解决网中各站的载波同步、位同步和群同步等问题 单向通信：由接收机解决网同步问题。 多用户系统：由整个终端站（发射机和接收机）解决同步问题。547.5 网同步7.5.1 概述终端站发射机同步方法：有开环和闭环两种。开环法：不需依靠对中心站上接收信号参量的测度，它依靠的是准确的可以预测的链路参量。优点：捕捉快、不需要反向链路也能工作和实时算量小。缺点：需要外部有关部门提供所需的链路参量数据，并且缺乏灵活性。 557.5 网同步7.5.1 概述闭环法：不需要预先得知链路参量的数据 ，中心站需要度量来自终端站的信号的同步准确度，并将度量结果通过反向信道送给终端站，使其作出调整。优点：不需要外部供给有关链路参量的数