第八章 同步原理

第八章同步原理ff(t)设调制信号为f(t)。f(t)无直流分量，载波为Acosw₀t,则发端输出的信号为接收端的方框图如图所示。WW如果不考虑信道失真及噪声干扰，并设接收端收到的信号与发端的信号完全相同，则此信号通过中心频率为w。的窄带滤波器可取得导频asinwot,再将其移相π/2,就可以得到与调制载波同频同相的相干载波coswot。接收端的解调过程为上式表示的信号通过截止角频率为om的低通滤波器就可得到基带信号如果在发端导频不是正交插入，而是同相插入，则接收端解调信号为[Af(t)cos@ot+acos@ot].cosOot从上式看出，虽然同样可以解调出项，但却增加了一个直流项。这个直流项通过低通滤波器后将对数字信号产生不良影响。这就是发端导频应采用正交插入的2非线性变换—滤波法有些信号(如DSB信号)虽然本身不包含载波分量，只要对接收波形进行适当的非线性变换，然后通过窄带滤波器，就可以从中提取载波的频率和相位信息，即可使接收端恢复相干载波。它是自同步法的一种。下图为DSB信号采用平方变换法恢复载波的框图，(a)平方变换法，(b)平方环3同相正交法(科斯塔斯环)利用锁相环提取载波的另一种常用的方法是采用同相正交环，也称科斯塔斯环(Castas),其方框图如图所示。它包括两个相干解调器，它们的输入信号相同，分别使用二个在相位上正交的本地载波信号，上支路叫做同相相干解调器，下支路叫做正交相干解调器。两个相干解调器的输出同时送入乘法器，并通过低通滤波器形成闭环系统，去控制压控振荡器(VCO),使本地载波自动跟踪发射载波的相位。在同步时，同相支路的输出即为所需的解调信号，这时正交支路的输出为0。因此，这种方法叫做同相正交法。则U₄=f(t)cos(@t+θ₀).sin(@经过带宽为Wm的LPF后得将U₅和U₆加入相乘器后，得 代替f(t)(即滤波器输出直流分量)。最后，由环路误差信号自动控制振荡器相位，使相位差(θ₀-φ)趋于0,在稳定条件下θ≈φ。科斯塔斯环的相位控制作用在调制信号消失时会中止。当再出现调制信号时，必须重新锁定。由于一般入锁过程很短，对语言传输不致引起感觉到的失真。这样U₁就是所需提取的载波，U₅作为解调信号的输出。二、位同步定义：在数字通信系统中，把在接收端产生与接收码元的重复频率和相位一致的定时脉冲序列的过程称为码元同步，或称位同步。实现位同步的方法和载波同步类似，有插入导频法(外同步法)和直接法(自同步法)两类。1插入导频法为了得到码元同步的定时信号，首先要确定接收到的信息数据流中是否有位定时的频率分量。如果存在此分量，就可以利用滤波器从信息数据流中把位定时时钟直接提取出来。若基带信号为随机的二进制不归零码序列，这种信号本身不包含位同步信号，为了获得位同步信号需在基带信号中插入位同步的导频信号，或者对基带信号进行某种码型变换以得到位同步信息。位同步的导频插入方法与载波同步时的插入导频法类似，它也要插在基带信号频谱的零点处，以便提取，如图(a)所示。如果信号经过相关编码，其频谱的第一个零点在f=1/2T,插入导频也应在1/2T处，如图(b)所示.下图为插入位定时导频的接收方框图。在接收端，经中心频率为f=1/T的窄带滤波器就可从基带信号中提取位同步信号。而上图(b)则需经过f=1/2T的窄带滤波器将插入导频取出，再进行二倍频，得到位同步脉冲。插入导频法的另一种形式是使某些恒包络的数字信号的包络随位同步信号的某一波形而变化。例如PSK信号和FSK信号都是包络不变的等幅波。因此，可将导频信号调制在它们的包络上，接收端只要用普通的包络检波器就可恢复导频信号作为位同步信号。且对数字信号本身的恢复不造成影响。若用cosQt进行附加调幅后，得已调信号为其中,T为码元宽度。接收端对它进行包络检波，得包络为(1+cosΩt),滤除直流成分，即可得到位同步分量cosQt。插入导频法的优点是接收端提取位同步的电路简单。但是，发送导频信号必然要占用部分发射功率，降低了传输的信噪比，减弱了抗干扰能力。自同步方法是发端不用专门发送位同步导频信号，而接收端可直接从接收到的数字信号中提取位同步信号。这是数字通信中经常采用的一种方法。(一)非线性变换—滤波法(1)微分整流法图(a)为微分整流滤波法提取位同步信息的电原理框图。图b)为该电路各点的波形图。当非归零的脉冲序列通过微分和全波整流后，就可得到尖顶脉冲的归零码序列，它含有离散的位同步分量。然后用窄带滤波器(或锁相环)滤除连续波和噪声干扰，取出纯净稳定的位同步频率分量，经脉冲形成电路产生位同步脉冲。信号输入ttCtt(2)包络检波法如图所示为其原理框图及波形图。(3)延迟相干法下图为延迟相干法的原理框图和波形图。其工作过程与DPSK信号差分相干解cddb(二)、数字锁相法数字锁相法是采用高稳定频率的振荡器(信号钟)。从鉴相器获得的与同步误差成比例的误差电压，不用于直接调整振荡器，而是通过控制器在信号钟输出的脉冲序列中附加或扣除一个或几个脉冲，调整加到鉴相器上的位同步脉冲序列的相位达输入数字控制器信号钟加脉冲减脉冲位同步的目的是确定数字通信中的各个码元的抽样时刻，即把每个码元加以区分，使接收端得到一连串的码元序列，这一连串的码元序列代表一定的信息。通常由若干个码元代表一个字母(符号、数字),而由若干个字母组成一个字，若干个字组成一个句。在传输数据时则把若干个码元组成一个个的码组，即一个个的“字”或“句”,通常称之为群或帧。群同步又称帧同步。帧同步的任务是把字、句和码组区分出来。在时分多路传输系统中，信号是以帧的方式传送的。每一帧中包括许为了解决帧同步中开头和结尾的时刻，即为了确定帧定时脉冲的相位，通常有两类方法：一类是在数字信息流中插入一些特殊码组作为每帧的头尾的标记，接收端根据这些特殊码组的位置就可以实现帧同步。另一类方法不需要外加特殊码组，用类似于载波同步和位同步中的自同步法，利用码组本身之间彼此不同的特性来实现自同步。我们主要讨论插入特殊码组实现帧同步。插入特殊码组实现帧同步的方法有两种：集中插入方式和分散插入方式。下面分别予以介绍。在此之前，首先简(1)起止式同步法(2)集中插入同步法如图示出了PCM30/32路时分多路时隙的分配图。在两个相邻抽样值间隔中，分成32个时隙，其中30个时隙用来传送30路电话，一个时隙用来传送帧同步码，另一个时隙用来传送各话路的标志信号码。第1到第15话路的码组依次安排在时隙TS₁到TS₁₅中传送，而第16到第30话路的码组依次在时隙TS₇到TS₃中传送。TS。时隙标志信号码第16~30话路动帧同步码第1~15话路为了使帧同步能较好的识别假失步和避免伪同步，帧同步表帧同步码的分配情况12345678保留给国际使用00的时隙”0”(目前固定为1)不包含帧定位信号的时隙”0'保留给国际使用(目前固定为1)1保留给国内使用(目前固定为1)从表看出，帧同步码占有第2到第8码位，插入在偶帧TS₀时隙。第1位码目奇帧TS₀时隙插入码的分配是：第1位保留给国际用，暂定为1。第2位作监视码，用以检验帧定位码。第3位用作对告码，同步时为0,一但出现失步，即变为1。并告诉对方，出现对告指示。第4位到第8位目前固定为1,留给国内今后开发使用。(3)分散插入同步法另一种帧同步方法是将帧同步码分散地插入到信息码元中。即每隔一定数量的信息码元插入一个帧同步码元。这时为了便于提取，帧同步码不宜太复杂。PCM24路数字电话系统的帧同步码就是采用的分散插入方式。下面以此为例进行讨论。PCM24路的帧结构编