第七章 同步原理

第七章同步原理第一页，共十六页，2022年，8月28日7.1同步的基本概念

同步是通信系统中一个非常重要的实际问题，是进行信息传输的前提和基础，同步性能的好坏直接影响通信系统的性能。数字通信中，同步问题包括载波同步、位同步、群同步和网同步。当采用同步解调或相干检测时，接收端需要提供一个发射端调制载波同频同相的相干载波。这个载波的获取就称为载波提取或称为载波同步。在数字通信系统中，接收端需要对接收到的信息码进行判决，所产生与接收码元同频同相的定时脉冲序列的过程称为码元同步或位同步。第二页，共十六页，2022年，8月28日7.1同步的基本概念

数字通信中的消息数字流总是由若干码元组成“字”，若干“字”又组成“句”，接收时需要知道“字”、“句”的起止时刻。在接收端产生与“字”、“句”起止时刻相一致的定时脉冲序列的过程，称为“字”同步和“句”同步，统称群同步或帧同步。为了保证通信网络中各用户之间可靠地进行数据交换，还必须实现网同步，使整个通信网内有一个统一的时间标准。第三页，共十六页，2022年，8月28日7.2载波同步

7.2.1载波同步的方法载波同步的方法一般有两种：插入导频法和直接法。（1）插入导频法：对于已调信号本身不含载波或接收端很难从已调信号的频谱中分离出载波这种情况，在发送有用信号的同时，在适当频率位置上，插入一个（或多个）称作导频的正弦波，接收端就由导频提取出载波，第四页，共十六页，2022年，8月28日

接收端就由导频提取出载波，这类方法称为插入导频法，也叫外同步法。导频信号的位置和信号的具体形式有关，应易于滤出，导频信号的形式是正交载波。图8.1所示为插入导频法的系统框图，窄带滤波器可以用锁相环来替代。

载波同步的方法第五页，共十六页，2022年，8月28日（2）直接法：若已调信号本身含有足够的载频分量，接收端就可以直接用窄带滤波器从发送信号中提取载波，这类方法称为直接法，也叫自同步法。直接法进行载波同步是在接收端对已调信号进行某种非线性变换，就得到了载波同步信号。对于二相信号，典型的方法有平方变换法如图8.2所示，和同相正交环法（Costas环），如图8.3所示。

载波同步的方法第六页，共十六页，2022年，8月28日

载波同步的方法

图8.2中窄带滤波器可用锁相环替代，这时载波提取的方法称为平方环法。平方环法的工作频率是，显然，当很高时，工作频率较低的同相正交环易于实现，同相正交环法也是利用锁相环法提取载波。

二分频电路有180°相位含糊问题，发送信号用2DPSK

第七页，共十六页，2022年，8月28日7.2.2载波同步系统的性能指标

载波同步系统的主要性能指标是高效率和高精度。高效率指的是为了获取载波信号而尽量少消耗发送功率；高精度指的是接收端提取的载波应是相位误差尽量小的相干载波。载波相位误分为稳态误差和随机误差；稳态误差主要是由系统决定，随机误差则是由随机噪声产生。另外，性能指标还有：同步建立时间和保持时间，要求短，长。

第八页，共十六页，2022年，8月28日7.2.3载波相位误差Ф对解调性能的影响

载波相位误差对于不同信号的解调影响不同。对于双边带信号（2PSK），Ф对解调性能的影响只是引起信噪比下降倍，此时的误码率变为对于单边带信号和残留边带信号，Ф不仅引起信噪比下降，而且还引起信号畸变。Ф越大，畸变也越大。第九页，共十六页，2022年，8月28日7.3位同步7.3.1位同步的方法

位同步的实现方法也可分为插入导频法和直接法。插入导频法和载波同步中的插入导频法原理基本相同，可以在频域和时域中进行。直接法又有滤波法和锁相法两种形式。滤波法得到位同步信号有两种方法：一是对信号进行某种变换后滤出位同步信号；另一种方法是对带限信号进行包络检波，利用幅度的“陷落”进而恢复出位同步信号。位同步锁相法是指利用锁相环来提取位同步信号，根据数字通信的需要，常采用数字锁相环。其原理框图如图8.4所示。第十页，共十六页，2022年，8月28日7.3.2位同步系统的性能指标

位同步系统的性能指标与载波同步系统类似，也用相位误差，同步建立时间，同步保持时间等指标来衡量。

数字锁相法位同步系统的主要性能指标有：（1）相位误差：由位同步脉冲的相位跳变调整而引起，。（2）同步建立时间：指失去同步后重建同步所需要的最大时间，。（3）同步保持时间：重建同步到下次失步所需要的时间，，为频差，为常数。第十一页，共十六页，2022年，8月28日位同步系统的性能指标（4）同步带宽：收、发信号频率不相等，会引起时间漂移，定义频偏的最大值为同步带

宽，，为输入码元的重复频率。（5）相位误差对误码率的影响：2PSK信号，用时间差表示相位误差，为

是码元周期。第十二页，共十六页，2022年，8月28日7.4群同步

7.4.1群同步的方法实现群同步的方法有两类方法：一类是插入特殊码组。在数字信码流中插入一些特殊码组作为每群的头尾标记，接收端根据这些特殊码组的位置，就可实现群同步；另一类是自同步法。利用数据码组本身之间彼此不同的特性来实现群同步。插入特殊码组实现群同步有两种方法；即起止式同步法和连贯式插入法

第十三页，共十六页，2022年，8月28日7.4.2群同步系统的性能

群同步系统建立同步时间应该短，且在群同步建立后应有较强的抗干扰能力。通常用漏同步概率，假同步概率和群同步建立时间来衡量性能指标。漏同步概率:第十四页，共十六页，2022年，8月28日群同步系统的性能假同步概率:式中，为码元错误概率；为同步码组的码元数；为允许码组中的错误码元的最大数。集中式插入群同步平均建立时间为

其中，为每群的码元数，为码元宽度。

第十五页，共十六页，2022年，8月2