通信原理第13章-同步原理全章课件

本章内容:

第13章同步原理

同步的意义和分类载波

同步码元同步群/帧同步作用方法性能概述§13.1数字

相干解调时，

提供同频同相

的本地载波（相干载波）。

同步的类型、作用和

获取方法

同步的类型和作用

载波同步：

码元同步：

使通信网中各站点时钟之间保持同步。帧/群同步：

网同

步：

载波同步、位同步、群同步的实现方法和性能。

同步获取方法

外同步法：

自同步法：本章重点

载波同步§13.2作用：提供本地载波

c(t)，用于相干解调方法：插入导频法

和直接法要求：c(t)应与接收信号的载波同频同相导频：含有载波信息的单频信号，伴随发送信号一并被发送。13.2.1

有辅助导频时的载波提取提取：常用锁相环（PLL）来提取载波。原理框图如下：注：可用数字锁相环替代。载波同步问题：DSB-SC、2PSK等信号本身不含有载波分量，怎么办？载波同步——自同步法。设法从接收信号中直接提取同步载波

。

载波同步信号

13.2.2

无辅助导频时的载波提取1.平方变换法和平方环法设2PSK信号当m(t)取+1和-1的概率相等时滤波器提取载频的2次谐波后，再作2分频，即可得到所需的载波。

解决方法：采用2DPSK方式。

存在问题：提取的载波存在180o相位模糊，

可能导致2PSK相干解调后出现反相工作。载波同步（Costas环）当环路锁定时，VCO输出：2.同相正交环——所需的同步载波

原理框图载波同步工作过程

ve与vf相乘产生误差信号:经环路滤波器（低通，只让m2(t)中的直流分量通过）：svg正是所需要的控制电压，它控制调整压控振荡器（VCO)的相位和振荡频率，最终使相位误差(

-

)尽可能地小。是压控振荡器输出电压与接收载波之间的相位误差

即有

≈

。因此，VCO的输出va就是Costas环提取出的载波：ve

就是解调输出：载波同步①②比较：3.再调制器工作原理vd受

b点的振荡电压再调制后，得出的e点的电压:vc

经过低通滤波后，得到解调输出：——该控制电压与科斯塔斯环的控制电压公式相同。vf

经过窄带低通滤波后，得到压控振荡器的控制电压：ve与信号s(t)再次相乘，得到f点的电压：4.MPSK信号的载频恢复(1)M方环法——

一种基于平方环法的推广解调输出(2)基于科斯塔斯环的推广

指标：

效率

精度

同步建立时间tS

同步保持时间tC---

少消耗发送功率（如直接法）---小的相位误差---开机或失步到同步所需时间---

同步建立后，若同步信号消失，

系统还能维持同步的时间13.2.3

载波同步的性能

追求：

高—

高—

快—

长—指标&追求对于DSB信号：提取的相干载波相乘器输出：——载波相位误差——信噪功率比下降将使误码率增加

。对于2PSK信号：导致解调后信号幅度下降，——使信噪功率比下降倍。经LPF后，解调输出：码元同步§13.3对二进制信号而言应满足：

重复频率与接收码元速率相同相位与最佳抽判时刻一致频域插入13.3.1

外同步法

(

插入导频法）位同步导频导频

双极性不归零基带信号功率谱(b)某种相关变换后基带信号功率谱在发送信号中插入频率为码元速率1/T或1/T倍数的同步信号；在接收端利用窄带滤波器将其分离出来，并形成码元定时脉冲。

对(a)，接收端用中心频率为

1/T的

窄带滤波器

提取

导频

；

对(b)，中心频率1/2T

，提取的导频

倍频

所需的位同步脉冲。优点：设备较简单；缺点：需要占用一定的频带宽带和发送功率。时域插入连续插入增加“同步头”13.3.2

自同步法

位同步1.开环码元同步法延迟相乘法微分整流法思路方案“异曲同工”延迟相乘法c延迟时间等于码元时间一半时，码元速率分量最强。微分整流法微分电路完成非线性变换c序列的频谱中含有码元速率的分量。——“超前/滞后门同步器2.闭环码元同步法思路方案原理框图工作原理存在问题解决方法当发送码元序列长时间地没有突跳边沿时，此法不适用。对发送序列的传输码型作某种变换，如改用HDB3码，或用扰乱技术，使发送码元序列有突跳边沿。13.3.3

码元同步误差对误码率的影响∆Pe观察位同步位同步则最佳接收2PSK信号的误码率为

当P=1/2时答：码元同步是正确取样判决的基础，只有数字通信才需要。答：通常不能。因为。。。思考

群同步§13.413.4.1概述同步种类同步状态保持态捕获态应防止假同步应防止漏同步群同步

原理：13.4.2集中插入法（连贯式插入法）

要求：在每群的开头集中插入群同步码组，作为帧标记。

设有一个n位的码组{x1,x2,…,xn}，其局部自相关函数定义为群同步当j

0时，R(j

)的值都很小若

当j=0时，其中，

j表示错开的位数

。xi

=+1或

-1(当1

i

n)xi=

0

(当1>i

和i>n)——峰值下面介绍

一种常用的帧同步码组

——巴克码则可用求自相关函数的方法寻找峰值

发现同步码组的位置。

设

一个n位的巴克码组

{x1,x2,x3,…,xn}，则其

局部相关函数满足：

巴克码：

巴克码列表：群同步解例当

j=0时,当

j=1时,当

j=3时,

R（3）=0当

j=4时,

R（4）=1当

j=2时,自相关函数是偶函数！自相关函数

在

j=0时

具有尖锐的单峰特性——这一特性正是集中插入群同步码组的主要要求之一；也是接收端寻找同步头的线索。

集中插入法群同步码检测流程：群同步群同步

插入原理：13.4.3分散插入法（间隔式插入法）

将某种具有短周期性的同步码组间隔插入。

在PCM24路基群中

间隔插入10交替同步码组：

1100举例

搜索若干个周期。若在同步码的位置上，都满足“1”和“0”交替出现规律时

才确认同步。

识别方法：移位搜索法

存储检测法目前，多采用软件的方法实现搜索，如：

移位搜索法

流程图

存储检测法

示意图

x——码元取值1或0——码元编号先入先出指标：漏同步概率、假同步概率、同步建立时间。设

n

——同步码组的长度，

P——

接收码元错误概率

m

——识别器允许同步码组出现错码的最多个数13.4.4群同步性能

漏同步概率Pl指没有捕捉到同步码组的位置。当m=0（不允许出错）时——n中取r的组合数则漏概率为

假同步概率Pf指信息码元中出现与同步码组一样的码组，而被识别器

错当成同步码。设

n

——同步码组的长度，则所有可能出现的信息码组数：被错当成同步码组的组合数与m有关：

Pf

=被错当成同步码组的组合数/所有可能出现的信息码组数当m=0时当m=1(最多错一位）时群同步性能当m=0时比较漏同步假同步可见：

Pl和Pf对m和n的要求都是矛盾的，设计时需折中考虑。对于集中插入法:

其中，

N为每群的码元数目（含n位群同步码）；T为每个码元持续时间；NT

为帧时间。——从开始捕捉

保持态所需的时间。平均建立时间ts

te

NT(1/2+Pf

+Pl)用途：主要用于电传打字机中。属于“异步通信”优点：设备简单、便宜缺点：传输效率较低（因为起、止位的开销所占比例较大）13.4.5起止式同步法晴云阴雨010111011113.4.6自群同步——本身具有分群能力的一类特殊的信息编码。唯一可译码——在编码中任何一个码字都不能是其他码字的前缀。注意：唯一可译码的唯一可译性是有条件的，即必须正确接收到开

头的第一个或前几个码元。举例当接收到的数字序列为“1110110110

”时，它将唯一地可以译为“雨晴阴阴

”。

当发送序列仍是“1110110110

”时，若接收时丢失了

第一个符号，则接收序列变成“110110110

”。

这时，

它将被译为“阴阴阴

”。晴云阴雨0101110111上例“雨晴阴阴

”可见：为了能正确接收丢失开头码元的信息序列，要求该编码不仅

应该是唯一可译的，而且是可同步的。若第一个码元丢失，则收到的序列为“00110110101

”

由于前两个码元“00”无法译出，

故得知同步有误，译码器将从第二个码元开始译码，即对“0110110101

”译码，并译为

晴云阴雨011001011101可同步编码——若丢失了开头的一个或几个码元，则变成不可译的或对开头几个码元错译后，能自动获得正确同步及正确译码。举例可见，前两个码字错译了，但从第三个码字开始已自动恢复正确的同步。若前两个码元都丢失了，则收到的序列将是“01101101

”。这时，也是从第三个码字开始恢复正确的同步。“晴阴阴晴

设发送“云雨阴晴

则对应“100110110101

可以验证：这8个码字中任何两个码字的拼合所形成的码长等于3

的码字都和这8个码字不同。例如“AB”的编码为“100101”，

从其中拼合出的3位码字有“001”、“010”，它们都不是表中

的码字。所以这种编码能够自动正确地区分每个接收码字。ABCDFGHI100101102200201202211212无逗号码——可同步码中的一种码组长度均相等的码。一种三进制的码长等于3的无逗号码：举例目前无逗号码尚无一般的构造方法。13.4.7扩谱通信系统的同步1.捕获（粗同步），即两者粗略同步，相位误差小于一个码元。2.跟踪（细同步），即将相位误差减少到最小，并保持下去。在扩谱通信系统中，大多采用伪随机码，因为伪码

具有良好的相关特性，有利于同步。扩谱序列的同步：伪码同步分为两步：使接收机产生的本地伪码与收到的伪码