第九章同步原理

第九章同步原理第一页，共四十八页，2022年，8月28日第九章同步原理

同步是通信系统中一个重要的实际问题。其性能的降低直接导致通信系统性能的降低，甚至通信系统不能正常工作。同步技术的种类载波同步位同步帧同步网同步第二页，共四十八页，2022年，8月28日9.1载波同步方法抵制载波的双边带，单边带等信号中不含有载波分量，可以用插入异频法，来提取载波。尤其是SSB-SC只能用插入异频法提取载波。一、插入异频法（外同步法）第三页，共四十八页，2022年，8月28日１.在DSB-SC中插入异频法抑制载波双边带信号的导频插入插入导频法发端框图(1)工作原理第四页，共四十八页，2022年，8月28日(1)异频插入位置应该在信号频率谱为零的位置，否则异频与信号频谱重叠在一起，接收时不易取出。对于模拟信号(如DSB,SSB)载频附近信号频谱为零，但对于数字信号，有码序列含有直流分量，必须进行相矢编码，使其不含有直流分量，才能插入异频。(2)插入的异频不是加于调制器的载波，而是将载波90°移位后的“正交载波”。第五页，共四十八页，2022年，8月28日接收端方框图导频提取与解调

第六页，共四十八页，2022年，8月28日经过LPF后,输出:第七页，共四十八页，2022年，8月28日为什么要插入“正交载波”?

接收端接收时,可以不用相移电路,直接将asinωct

取出作为同步载波,即经LDF输出:若插入异频为

其中直接成分会对数字信号接发产生影响。第八页，共四十八页，2022年，8月28日2.在VSB中插入异频法

前面介绍过VSB频谱。以下边带为例，边带滤波器如图所示。fc-fm至fc使LSB大部分通过，fc到fc+fr让USB小部分通过。由于fc附近有信号分量，不能在fc处来插入异频。(1)VSB频谱特点第九页，共四十八页，2022年，8月28日设

f1=(fc－fm)－Δf1

f2=(fc＋fr)＋Δf2_fr－VSB滤波器传输函数中滚降部分所占带宽的一半(2)插入异频f1,f2的选择

f1,f2可以在H(f)的两侧插入；但f1,f2不能与fc-fm和fc+fr靠得太近，以免不易游出；f1,f2也不能靠得太远，否则占用频带太宽。其中:fm－调制信号的最高频率第十页，共四十八页，2022年，8月28日(3)载波提取框图收信号f1窄带f2窄带(f2-f1)低通q次分频fc窄带移相载波输出第十一页，共四十八页，2022年，8月28日二、直接法1.平方变换法和平方环法(1)平方变换法第十二页，共四十八页，2022年，8月28日设：s(t)=m(t)cosωctm(t)模拟调制信号

则：

虽然m(t)中无直流分量，但m2(t)

中有直流分量，

这样在第二项中含有2ωc分量，经滤波和3分频后

输出载波分量。第十三页，共四十八页，2022年，8月28日

由于用3，2分频电路，提取载波存在180°相位模糊问题。对移相信号而言，可采用相对移相克服载波的0,π相位模糊问题。若m(t)=±1时，则s(t)PSK信号

经滤波和2分频，提取载波分量。

第十四页，共四十八页，2022年，8月28日(2)平方环法用PLL代替平方变换法中的2fc窄带滤波器。由于PLL具有良好的跟踪，窄带滤波和记忆性能，具有比平方变换法更好的性能。平方环法提取载波应用较为广泛。第十五页，共四十八页，2022年，8月28日2.用相正交环法（科斯塔斯costas)环m(t)cosωct

输入已调信号VCOLPFLPFLPV7V5-90V4V6V3第十六页，共四十八页，2022年，8月28日加入两个乘法器的本地信号为VCO的输出cos(ωct+θ)和正交信号sin(ωct+θ)，故称其为同相正交环。

设输入为DSB:m(t)cosωct，

则经LPF后

由于θ是VCO信号与输入已调信号载波之间的相位差。当环路确定时,θ很小。第十七页，共四十八页，2022年，8月28日用V7控制VCO,使其输出信号相位θ减小到最小值(剩余稳态相差)，V1就是所需提取的载波。同相正交环的工作频率是载频,而平方环的工作频率是载频的两倍.显然当载频很高时,同相正交环比平方环易于实现。相当于PD器输出第十八页，共四十八页，2022年，8月28日9.2载波相位误差对解调性能影响载波同步系统提供的载波存在稳态相差和随机相差,使得相干载波相位φ和已调信号载波相位不完全相同。稳态相差Δφ－载波提取电路在稳态下引起的相差随机相差θn－因随机噪声引起的同步信号的相差，则总相位差第十九页，共四十八页，2022年，8月28日一、相位误差对双边带调制信号的影响设收到的双边带信号为

S(t)=m(t)cosωct相干载波为

Sc(t)=cos(ωct+φ)解调后，经LPF得到输出为

可见，相位误差φ对双边带信号解调性能的影响只是引起信噪比下降。第二十页，共四十八页，2022年，8月28日二、φ对单边带调制信号的影响Φ对单边带调制信号的影响不仅引起信噪比下降，而且还引起信号畸变。设单边带信号(上边带)：与相干载波相乘:取低频分量:第二十一页，共四十八页，2022年，8月28日可见：第一项

第二项与原基信号正交，使基本信号畸变,φ越大,畸变越大。由于cosφ存在，使信号噪比下降。第二十二页，共四十八页，2022年，8月28日9.3位同步的方法直接法（自同步法）当基带信号为随机的二进制不归零的脉冲序列，其本身不包含位同步信号，为此要提取位同步。位同步的方法插入异频法（外同频法）第二十三页，共四十八页，2022年，8月28日一、插入异频法1.类似于载波同步的插入异频法，它是在基带信号频谱的零点插入异频信号。如图:第二十四页，共四十八页，2022年，8月28日图(a)提取出位同步时钟与插入异频周期（或频率相同）图(b)经相关编码后波形频谱提取出异频频率为位同步时钟频率一半，要经过信频。2.双垂调制法:对PSK,FSK发送时进行幅度调制第二十五页，共四十八页，2022年，8月28日二、直接法即直接从数字信号中提取出位同步信号的一种方法。1.滤波法

由于不归零的随机二进制序列,不能直接从其中滤出位同步信号，但经过波形变换后，再经滤波即可。如图所示：第二十六页，共四十八页，2022年，8月28日归零基带信号位同步脉冲第二十七页，共四十八页，2022年，8月28日2.锁相法在数字通信中采用的数字锁相法提取位同步(1)数字锁相原理方框图第二十八页，共四十八页，2022年，8月28日(2)位同步信号提取原理

同步时：若接收码元的速率为F(B),则要求位同步脉冲重复速率为F(HZ)．由于晶振频率设计为nF(HZ),经套形后得到重复频率为nF(HZ)的窄带脉冲经扣除门、或门并n次分频后，就可得到频率为F(HZ)的位同步信号。第二十九页，共四十八页，2022年，8月28日不同步时，调态原理:a:当频器输出的位同步时钟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（常开）的禁止端，扣除一个a路脉冲，这样分频器输出的脉冲相位就推后1/n周期。第三十页，共四十八页，2022年，8月28日b.当分频器输出的位同步脉冲滞后于接收码元的相位时，相位比较器送出一滞后脉冲，加到附加门（常闭的），使b路输出一个脉冲通过“或门”插入到原a路之间，使分频器输出相位就提前1/n周期。经过这样反复调态，即实现了同步。第三十一页，共四十八页，2022年，8月28日三、位同步误差对性能的影响第三十二页，共四十八页，2022年，8月28日9.4群同步群：数字通信中，一定数目的码元组成的一个个“字”或“句”，来进行传输。这些“字”或“句”称之为“群”。群同步：提供每个群的“开头”和“结尾”的时刻。虽然群同步信号可以由位同步信号分频获得，但每群的“开始”无法由分频器输出决定。第三十三页，共四十八页，2022年，8月28日连续式插入法间隔式插入法群同步方法:插入特殊码组作为群的“头”“尾”标记自同步法：利用数据码组之间特性实现群同步第三十四页，共四十八页，2022年，8月28日一、连贯式插入法－在每群开头集中插入群同步码组1.群同步码：要求:

(1)具有尖锐单峰特性的局部自相关函数。

(2)识别器尽量简单第三十五页，共四十八页，2022年，8月28日(2)设特殊码组{x1,x2…..xn}是一个非周期序列，其局部自相关函数表示为：它相当于在时延j=0时,序列中全部元素都参加相关运算,而j≠0时,只有部分元素参加相关运算。第三十六页，共四十八页，2022年，8月28日2.巴克码—一种常用的群同步码组(1)局部自相关函数一个n位巴克码组为｛x1,x2…..xn},其中xi取值为±1，其局部自相关函数为：n0或±10j=0n≤j第三十七页，共四十八页，2022年，8月28日目前已找到的巴克码组如图：n巴克码组2

＋＋(11)3

＋＋－（110）4＋＋＋－(1110)；＋＋－＋(1101)5

＋＋＋－＋(11101)7＋＋＋－－＋－(1110010)11＋＋＋－－－＋－－＋－(11100010010)13＋＋＋＋＋－－＋＋－＋－＋(1111100110101)第三十八页，共四十八页，2022年，8月28日同样可求出j=3,5,7时R(j)=0；j=2,4,6时R（j）=-1。根据这些值,利用偶函数性质,可以作出7位巴克码的R(j)与j的关系曲线，

当j=0时，当j=1时以7位巴克码组{+++--+-}为例，它的局部自相关函数如下：

第三十九页，共四十八页，2022年，8月28日由图可见，其自相关函数在j=0时具有尖锐的单峰特性。这一特性正是连贯式插入群同步码组的主要要求之一。第四十页，共四十八页，2022年，8月28日(2)巴克码识别器及工作原理用7级移位寄存器、相加器和判决器就可以组成一个巴克码识别器。第四十一页，共四十八页，2022年，8月28日当输入码元的“1”进入某移位寄存器时，该移位寄存器的1端输出电平为+1，0端输出电平为-1。反之，进入“0”码时，该移位寄存器的0端输出电平为+1，1端输出电平为-1。各移位寄存器输出端的接法与巴克码的规律一致,这样识别器实际上是对输入的巴克码进行相关运算。第四十二页，共四十八页，2022年，8月28日只有当7位巴克码在某一时刻,正好已全部进入7位寄存器时，7位移位寄存器输出端都输出+1，相加后得最大输出+7，其余情况相加结果均小于+7。若判别器的判决门限电平定为+6，那么就在7位巴克码的最后一位0进入识别器时，识别器输出一个同步脉冲表示一群的开头。第四十三页，共四十八页，2022年，8月28日二、间隔式插入法－群同步码组不是集中插入在信息码流中而是分散地插入，即每隔一定的数量信息码元，插入一个群同步码。

1.逐码移位法

２.ＲAM帧码检测法第四十四页，共四十八页，2022年，8月28日三、群同步系统的性能

群同步系统应该建立时间短,并且在群同步建立后应有较强的抗干扰能力。

１.漏同步概率P设P为码元错误概率,n为同步码组的码元数,m为判决器容许码组中的错误码元最大数，则同步码组码元n中所有不超过m个错误码元的码组都能被识别器识别第四十五页，共四十八页，2022年，8月28日其同步未漏概率为：

故漏同步概率为：第四十六页，共四十八页，2022年，8月28日2.假同步概率P2在信息码元中，也可能出现与群同步码组相同码组，而被识别器认为是同步码组实