通信原理課件同步原理課件

1、騏驥一躍，不能十步；駑馬十駕，功在不舍；鍥而舍之，朽木不折；鍥而不舍，金石可鏤。 荀況 第十三章第十三章 同步原理同步原理13.1 13.1 概述概述 13.2 13.2 載波同步載波同步13.3 13.3 碼元同步碼元同步13.4 13.4 群同步群同步13.5 13.5 網(wǎng)同步網(wǎng)同步第第1313章章 同步原理同步原理第十三章第十三章 同步原理同步原理13.1 13.1 概述概述v同步：指要求和建立系統(tǒng)的收發(fā)兩端（或多端）同步：指要求和建立系統(tǒng)的收發(fā)兩端（或多端）在時(shí)間上保持步調(diào)一致，故又稱定時(shí)在時(shí)間上保持步調(diào)一致，故又稱定時(shí)。v分類（按同步的功用分）：載波同步、位同步、分類（按同步的功用分

2、）：載波同步、位同步、群同步和網(wǎng)同步。群同步和網(wǎng)同步。載波同步：是指在相干解調(diào)時(shí)，接收端需要提供載波同步：是指在相干解調(diào)時(shí)，接收端需要提供一個(gè)與接收信號(hào)中的調(diào)制載波同頻同相的相干載一個(gè)與接收信號(hào)中的調(diào)制載波同頻同相的相干載波。這個(gè)載波的獲取稱為載波提取或載波同步。波。這個(gè)載波的獲取稱為載波提取或載波同步。位同步：又稱碼元同步。把提取這種定時(shí)脈沖序位同步：又稱碼元同步。把提取這種定時(shí)脈沖序列的過程稱為位同步。列的過程稱為位同步。 第十三章第十三章 同步原理同步原理群同步：包含字同步、句同步、分路同步等，群同步：包含字同步、句同步、分路同步等，有時(shí)也稱幀同步。在接收端產(chǎn)生與有時(shí)也稱幀同步。在接收端

3、產(chǎn)生與“字字”、“句句”及及“幀幀”起止時(shí)刻相一致的定時(shí)脈沖序起止時(shí)刻相一致的定時(shí)脈沖序列的過程統(tǒng)稱為群同步。列的過程統(tǒng)稱為群同步。 網(wǎng)同步：為了保證通信網(wǎng)內(nèi)各用戶之間可靠地網(wǎng)同步：為了保證通信網(wǎng)內(nèi)各用戶之間可靠地通信和數(shù)據(jù)交換，全網(wǎng)必須有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間通信和數(shù)據(jù)交換，全網(wǎng)必須有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘，這就是網(wǎng)同步的問題。標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘，這就是網(wǎng)同步的問題。第十三章第十三章 同步原理同步原理二二. .按傳輸同步信息方式的不同來區(qū)分按傳輸同步信息方式的不同來區(qū)分1.1.外同步外同步: :由發(fā)送端發(fā)送專門的同步信息（常被稱由發(fā)送端發(fā)送專門的同步信息（常被稱為導(dǎo)頻），接收端把這個(gè)導(dǎo)頻提取出來作為同步為導(dǎo)頻

4、），接收端把這個(gè)導(dǎo)頻提取出來作為同步信號(hào)的方法，稱為外同步法。信號(hào)的方法，稱為外同步法。 自同步法是人們最希望的同步方法，因?yàn)榭梢园炎酝椒ㄊ侨藗冏钕Ｍ耐椒椒?，因?yàn)榭梢园讶抗β屎蛶挿峙浣o信號(hào)傳輸。在載波同步和全部功率和帶寬分配給信號(hào)傳輸。在載波同步和位同步中，兩種方法都有采用，但自同步法正得位同步中，兩種方法都有采用，但自同步法正得到越來越廣泛的應(yīng)用。而群同步一般都采用外同到越來越廣泛的應(yīng)用。而群同步一般都采用外同步法。步法。 2.2.自同步自同步: :發(fā)送端不發(fā)送專門的同步信息，接收端發(fā)送端不發(fā)送專門的同步信息，接收端設(shè)法從收到的信號(hào)中提取同步信息。設(shè)法從收到的信號(hào)中提取同步信息。

5、第十三章第十三章 同步原理同步原理同步本身雖然不包含所要傳送的信息，但只有同步本身雖然不包含所要傳送的信息，但只有收發(fā)設(shè)備之間建立了同步后才能開始傳送信息，收發(fā)設(shè)備之間建立了同步后才能開始傳送信息，所以同步是進(jìn)行信息傳輸?shù)谋匾颓疤?。同步所以同步是進(jìn)行信息傳輸?shù)谋匾颓疤?。同步性能的好壞又將直接影響著通信系統(tǒng)的性能。性能的好壞又將直接影響著通信系統(tǒng)的性能。如果出現(xiàn)同步誤差或失去同步就會(huì)導(dǎo)致通信系如果出現(xiàn)同步誤差或失去同步就會(huì)導(dǎo)致通信系統(tǒng)性能下降或通信中斷。因此，統(tǒng)性能下降或通信中斷。因此，同步系統(tǒng)應(yīng)具同步系統(tǒng)應(yīng)具有比信息傳輸系統(tǒng)更高的可靠性和更好的質(zhì)量有比信息傳輸系統(tǒng)更高的可靠性和更好的質(zhì)量指

6、標(biāo)指標(biāo)，如同步誤差小、相位抖動(dòng)小以及同步建，如同步誤差小、相位抖動(dòng)小以及同步建立時(shí)間短，保持時(shí)間長等。立時(shí)間短，保持時(shí)間長等。同步的重要性同步的重要性第十三章第十三章 同步原理同步原理13.2 13.2 載波同步載波同步v載波同步的方法：直接法載波同步的方法：直接法( (自同步法自同步法) )、插入、插入導(dǎo)頻法導(dǎo)頻法( (外同步法外同步法) )插入導(dǎo)頻法：在發(fā)送信息的頻譜中或頻帶外插入導(dǎo)頻法：在發(fā)送信息的頻譜中或頻帶外插入相關(guān)的導(dǎo)頻，或在時(shí)域插入（即在一定插入相關(guān)的導(dǎo)頻，或在時(shí)域插入（即在一定的時(shí)段上傳送載波信息）。的時(shí)段上傳送載波信息）。直接法：也稱自同步法。設(shè)法從接收信號(hào)中直接法：也稱自同

7、步法。設(shè)法從接收信號(hào)中提取同步載波。提取同步載波。v對載波同步的要求：發(fā)送載波同步信息所占對載波同步的要求：發(fā)送載波同步信息所占的功率盡量小，頻帶盡量窄。的功率盡量小，頻帶盡量窄。第十三章第十三章 同步原理同步原理一、插入導(dǎo)頻法一、插入導(dǎo)頻法抑制載波的雙邊帶信號(hào)（如抑制載波的雙邊帶信號(hào)（如DSBDSB、等概的、等概的2PSK2PSK）本身不含有載波，殘留邊帶（）本身不含有載波，殘留邊帶（VSBVSB）信號(hào)雖含有載波分量，但很難從已調(diào)信號(hào)信號(hào)雖含有載波分量，但很難從已調(diào)信號(hào)的頻譜中把它分離出來。對這些信號(hào)的載的頻譜中把它分離出來。對這些信號(hào)的載波提取，可以用插入導(dǎo)頻法（外同步法）。波提取，可以用

8、插入導(dǎo)頻法（外同步法）。尤其是單邊帶（尤其是單邊帶（SSBSSB）信號(hào)，）信號(hào)， 它既沒有載它既沒有載波分量又不能用直接法提取載波，只能用波分量又不能用直接法提取載波，只能用插入導(dǎo)頻法。插入導(dǎo)頻法。第十三章第十三章 同步原理同步原理在抑制載波的雙邊帶信號(hào)中插入導(dǎo)頻在抑制載波的雙邊帶信號(hào)中插入導(dǎo)頻所謂插入導(dǎo)頻，就是在已調(diào)信號(hào)頻譜中額所謂插入導(dǎo)頻，就是在已調(diào)信號(hào)頻譜中額外插入一個(gè)低功率的線譜，以便接收端作外插入一個(gè)低功率的線譜，以便接收端作為載波同步信號(hào)加以恢復(fù)，此線譜對應(yīng)的為載波同步信號(hào)加以恢復(fù)，此線譜對應(yīng)的正弦波稱為導(dǎo)頻信號(hào)。正弦波稱為導(dǎo)頻信號(hào)。抑制載波雙邊帶信號(hào)的導(dǎo)頻插抑制載波雙邊帶信號(hào)的導(dǎo)

9、頻插入入第十三章第十三章 同步原理同步原理插入導(dǎo)頻法插入導(dǎo)頻法 在在fcfc附近的頻譜函數(shù)很小，且沒有離散譜，附近的頻譜函數(shù)很小，且沒有離散譜，這樣可以在這樣可以在fcfc處插入頻率為處插入頻率為fcfc的導(dǎo)頻（這的導(dǎo)頻（這里僅畫出正頻域）。但應(yīng)注意，在圖里僅畫出正頻域）。但應(yīng)注意，在圖 中中插入的導(dǎo)頻并不是加于調(diào)制器的那個(gè)載波，插入的導(dǎo)頻并不是加于調(diào)制器的那個(gè)載波，而是將該載波移相而是將該載波移相9090后的所謂后的所謂“正交載正交載波波”。第十三章第十三章 同步原理同步原理插入導(dǎo)頻法發(fā)端框圖插入導(dǎo)頻法發(fā)端框圖相相乘乘調(diào)調(diào)制制 帶帶通通 相相加加- -9 90 0 相相移移 調(diào)調(diào)制制信信號(hào)號(hào)

10、mm( (t t) )輸輸出出u uo o( (t t) )a ac cs si in n c ct ttcosatsin) t (ma) t (ucccc0 輸出信號(hào)為輸出信號(hào)為第十三章第十三章 同步原理同步原理插入導(dǎo)頻法收端框圖插入導(dǎo)頻法收端框圖 90相移 m(t)uo(t)帶通相乘器低通fc窄帶濾波器v(t)a ac cs si in n c ct ttcosatsin) t (ma) t (ucccc0 接收信號(hào)為接收信號(hào)為接收端用一個(gè)中心頻率為接收端用一個(gè)中心頻率為fcfc的窄帶濾波器提的窄帶濾波器提取導(dǎo)頻取導(dǎo)頻-acos-acosc ct t，再將它經(jīng)，再將它經(jīng)9090移相后得到與

11、移相后得到與調(diào)制載波同頻同相的相干載波調(diào)制載波同頻同相的相干載波 sinsinc ct t，第十三章第十三章 同步原理同步原理 解調(diào)器輸出解調(diào)器輸出 經(jīng)低通濾波后得經(jīng)低通濾波后得o222222v(t)u (t)sin( )sincos (sin)( )sinsincos111( )( )cos2sin2222ccccccccccccccccccata m ttatata m ttatta m ta m ttat2c1a m(t)2第十三章第十三章 同步原理同步原理發(fā)送端是以正交載波作為導(dǎo)頻的原因發(fā)送端是以正交載波作為導(dǎo)頻的原因 如果發(fā)送端加入的導(dǎo)頻不是正交載波，而如果發(fā)送端加入的導(dǎo)頻不是正交載

12、波，而是調(diào)制載波，則接收端是調(diào)制載波，則接收端v(t)v(t)中還有一個(gè)不中還有一個(gè)不需要的直流成分，這個(gè)直流成分通過低通需要的直流成分，這個(gè)直流成分通過低通濾波器對數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響，這就是發(fā)端濾波器對數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生影響，這就是發(fā)端正交插入導(dǎo)頻的原因。正交插入導(dǎo)頻的原因。2PSK2PSK和和DSBDSB信號(hào)都屬于抑制載波的雙邊帶信號(hào)，信號(hào)都屬于抑制載波的雙邊帶信號(hào)，所以上述插入導(dǎo)頻方法對兩者均適用。所以上述插入導(dǎo)頻方法對兩者均適用。對于對于SSBSSB信號(hào)，導(dǎo)頻插入的原理也與上述相同。信號(hào)，導(dǎo)頻插入的原理也與上述相同。第十三章第十三章 同步原理同步原理2. 2. 在殘留邊帶信號(hào)中插入導(dǎo)頻在殘留邊

13、帶信號(hào)中插入導(dǎo)頻殘留邊帶頻譜的特點(diǎn)殘留邊帶頻譜的特點(diǎn)第十三章第十三章 同步原理同步原理插入導(dǎo)頻插入導(dǎo)頻f f1 1、f f2 2的選擇的選擇 可在殘留邊帶頻譜的兩側(cè)插入可在殘留邊帶頻譜的兩側(cè)插入f f1 1和和f f2 2; ; 假設(shè)假設(shè): : f fr r：滾降部分占用帶寬的一半：滾降部分占用帶寬的一半 f fm m：基帶信號(hào)的最高頻率：基帶信號(hào)的最高頻率2rc21mc1f)ff (ff)ff (f 第十三章第十三章 同步原理同步原理帶帶通通低低通通f1窄窄帶帶濾濾波波f2窄窄帶帶濾濾波波( (f2f1) )低低通通q次次分分頻頻fc窄窄帶帶濾濾波波移移相相v6v5v4v3v2v1接接收收V

14、SB信信號(hào)號(hào)和和f1、f2兩兩個(gè)個(gè)導(dǎo)導(dǎo)頻頻讓讓VSB信 號(hào)號(hào)通通過過，濾濾除除f1 、f2插插入入導(dǎo)導(dǎo)頻頻的的VSB信信號(hào)號(hào)的的載載波波提提取取 第十三章第十三章 同步原理同步原理載波信號(hào)的提取載波信號(hào)的提取 接收的信號(hào)中包含有接收的信號(hào)中包含有VSBVSB信號(hào)和信號(hào)和f f1 1、f f2 2兩個(gè)導(dǎo)頻。假設(shè)接收信號(hào)中兩個(gè)導(dǎo)頻是兩個(gè)導(dǎo)頻。假設(shè)接收信號(hào)中兩個(gè)導(dǎo)頻是 1 1 ：第一個(gè)導(dǎo)頻的初相：第一個(gè)導(dǎo)頻的初相 2 2 ：第二個(gè)導(dǎo)頻的初相：第二個(gè)導(dǎo)頻的初相 發(fā)送端的載波為發(fā)送端的載波為cos(cos(c ct+t+c c) ) )tcos()tcos(2211第十三章第十三章 同步原理同步原理13

15、.2.2 13.2.2 無輔助導(dǎo)頻時(shí)的載波提取無輔助導(dǎo)頻時(shí)的載波提取設(shè)調(diào)制信號(hào)設(shè)調(diào)制信號(hào)m(t)m(t)無直流分量，則抑制載波無直流分量，則抑制載波的雙邊帶信號(hào)為的雙邊帶信號(hào)為tcos) t (m) t (Sc 此方法廣泛用于建立抑制載波的雙邊帶信此方法廣泛用于建立抑制載波的雙邊帶信號(hào)的載波同步。號(hào)的載波同步。圖13-2 平方環(huán)原理方框圖載頻輸出帶通濾波平 方壓控振蕩環(huán)路濾波鎖相環(huán)s(t)2分頻窄帶濾波第十三章第十三章 同步原理同步原理接收端將信號(hào)接收端將信號(hào)S(tS(t) )經(jīng)過非線性變換經(jīng)過非線性變換平平方律器件后得到方律器件后得到tcos22(t)m2(t)m tcos (t)me(t)

16、c22c22 v上式的第二項(xiàng)包含有載波的倍頻上式的第二項(xiàng)包含有載波的倍頻22c c的的分量。若用一窄帶濾波器將分量。若用一窄帶濾波器將22c c頻率分頻率分量濾出，再進(jìn)行二分頻，就可獲得所需量濾出，再進(jìn)行二分頻，就可獲得所需的相干載波。的相干載波。第十三章第十三章 同步原理同步原理v若若m(tm(t)=)=1 1，則抑制載波的雙邊帶信號(hào)，則抑制載波的雙邊帶信號(hào)就成為二相移相信號(hào)（就成為二相移相信號(hào)（2PSK2PSK），這時(shí)），這時(shí)211( ) ( )coscos222cce tm ttt因而同樣可以通過圖中所示的方法提取因而同樣可以通過圖中所示的方法提取載波。載波。第十三章第十三章 同步原理同

17、步原理相位模糊：相位模糊：2 2分頻器的輸出電壓有相差分頻器的輸出電壓有相差180180 的兩種可能相位，即其輸出電壓的相的兩種可能相位，即其輸出電壓的相位決定于分頻器的隨機(jī)初始狀態(tài)。采用位決定于分頻器的隨機(jī)初始狀態(tài)。采用2DPSK2DPSK體制可以避免此缺點(diǎn)的影響。體制可以避免此缺點(diǎn)的影響。錯(cuò)誤鎖定：平方后的接收電壓中有可能錯(cuò)誤鎖定：平方后的接收電壓中有可能存在其他的離散頻率分量，使鎖相環(huán)鎖定存在其他的離散頻率分量，使鎖相環(huán)鎖定在錯(cuò)誤的頻率上。解決這個(gè)問題的辦法是在錯(cuò)誤的頻率上。解決這個(gè)問題的辦法是降低環(huán)路濾波器的帶寬。降低環(huán)路濾波器的帶寬。平方環(huán)法提取載波的缺點(diǎn)平方環(huán)法提取載波的缺點(diǎn)第十三

18、章第十三章 同步原理同步原理2. 2. 同相正交環(huán)法同相正交環(huán)法( (科斯塔斯環(huán)科斯塔斯環(huán)) ) 在此環(huán)路中，壓控振蕩器（在此環(huán)路中，壓控振蕩器（VCOVCO）提供兩路互為正交的）提供兩路互為正交的載波，與輸入接收信號(hào)分別在同相和正交兩個(gè)鑒相器載波，與輸入接收信號(hào)分別在同相和正交兩個(gè)鑒相器中進(jìn)行鑒相，經(jīng)低通濾波之后的輸出均含調(diào)制信號(hào)，中進(jìn)行鑒相，經(jīng)低通濾波之后的輸出均含調(diào)制信號(hào)， 兩者相乘后可以消除調(diào)制信號(hào)的影響，經(jīng)環(huán)路濾波器兩者相乘后可以消除調(diào)制信號(hào)的影響，經(jīng)環(huán)路濾波器得到僅與相位差有關(guān)的控制壓控，從而準(zhǔn)確地對壓控得到僅與相位差有關(guān)的控制壓控，從而準(zhǔn)確地對壓控振蕩器進(jìn)行調(diào)整。振蕩器進(jìn)行調(diào)整。

19、低低通通壓壓控控振振蕩蕩器器低低通通 環(huán)環(huán)路路濾濾波波器器 - -9 90 0 相相移移 輸輸出出 輸輸入入已已調(diào)調(diào)信信號(hào)號(hào)v v3 3v v5 5v v1 1v v2 2v v4 4v v6 6v v7 7 第十三章第十三章 同步原理同步原理 設(shè)輸入抑制載波雙邊帶信號(hào)為設(shè)輸入抑制載波雙邊帶信號(hào)為假定環(huán)路鎖定，且不考慮噪聲的影響，則假定環(huán)路鎖定，且不考慮噪聲的影響，則VCOVCO輸出的兩路互為正交的本地載波分別輸出的兩路互為正交的本地載波分別為為為為VCOVCO輸出信號(hào)與輸入已調(diào)信號(hào)載波之輸出信號(hào)與輸入已調(diào)信號(hào)載波之間的相位差間的相位差 )tsin()90tcos(v)tcos(vcc2c1m

20、(t)Cosct第十三章第十三章 同步原理同步原理 信號(hào)信號(hào)m(t)Cosm(t)Cosc ct t分別與分別與v v1 1、v v2 2相乘后得相乘后得 )t2sin()sint (m21)tsin(tcos) t (mv)t2cos()cost (m21)tcos(tcos) t (mvccc4ccc3561( )cos21( )sin2vm tvm t經(jīng)過低通濾波器后分別得經(jīng)過低通濾波器后分別得第十三章第十三章 同步原理同步原理 v v5 5、v v6 6相乘產(chǎn)生誤差信號(hào)相乘產(chǎn)生誤差信號(hào)27562221vm (t)sin cos41 m (t)sin2811m (t) 2m (t)84v

21、v第十三章第十三章 同步原理同步原理三三. .兩種載波同步方法的比較兩種載波同步方法的比較 1. 1. 直接法的優(yōu)缺點(diǎn)直接法的優(yōu)缺點(diǎn) (1)(1)不占用導(dǎo)頻功率，因此信號(hào)功率比可以大一些。不占用導(dǎo)頻功率，因此信號(hào)功率比可以大一些。 (2)(2)可防止插入導(dǎo)頻法中導(dǎo)頻和信號(hào)由濾波不好引可防止插入導(dǎo)頻法中導(dǎo)頻和信號(hào)由濾波不好引起的互相干擾起的互相干擾, ,也可防止信道不理想引起的導(dǎo)頻相也可防止信道不理想引起的導(dǎo)頻相位誤差。位誤差。 (3)(3)有的調(diào)制系統(tǒng)不能用直接法有的調(diào)制系統(tǒng)不能用直接法( (如如SSBSSB系統(tǒng)系統(tǒng)) )。第十三章第十三章 同步原理同步原理 2. 2.插入導(dǎo)頻法的優(yōu)缺點(diǎn)插入導(dǎo)

22、頻法的優(yōu)缺點(diǎn) (1)(1)有單獨(dú)的導(dǎo)頻信號(hào)，一方面可以提取有單獨(dú)的導(dǎo)頻信號(hào)，一方面可以提取同步載波，另一方面可以用它作自動(dòng)增益同步載波，另一方面可以用它作自動(dòng)增益控制?？刂啤?(2)(2)有些不能用直接法提取同步信息的調(diào)有些不能用直接法提取同步信息的調(diào)制系統(tǒng)只能用插入導(dǎo)頻法。制系統(tǒng)只能用插入導(dǎo)頻法。 (3)(3)要多消耗一部分不帶信息的功率，與要多消耗一部分不帶信息的功率，與直接法比較在總功率相同條件下信噪功率直接法比較在總功率相同條件下信噪功率比要小一些。比要小一些。第十三章第十三章 同步原理同步原理13.2.3 13.2.3 載波同步系統(tǒng)的性能載波同步系統(tǒng)的性能v效率：指為了獲得載波信號(hào)而

23、盡量少消耗效率：指為了獲得載波信號(hào)而盡量少消耗發(fā)送功率。發(fā)送功率。v精度：指接收端提取的載波與需要的載波精度：指接收端提取的載波與需要的載波標(biāo)準(zhǔn)比較，應(yīng)該有盡量小的相位誤差。標(biāo)準(zhǔn)比較，應(yīng)該有盡量小的相位誤差。v同步建立時(shí)間同步建立時(shí)間t ts s：指從開機(jī)或失步到同步：指從開機(jī)或失步到同步所需要的時(shí)間。顯然所需要的時(shí)間。顯然t ts s越小越好。越小越好。v同步保持時(shí)間同步保持時(shí)間t tc c：指同步建立后，若同步：指同步建立后，若同步信號(hào)小時(shí)，系統(tǒng)還能維持同步的時(shí)間。信號(hào)小時(shí)，系統(tǒng)還能維持同步的時(shí)間。第十三章第十三章 同步原理同步原理v穩(wěn)態(tài)相位誤差穩(wěn)態(tài)相位誤差當(dāng)濾波器中心頻率與載波頻率不相等

24、時(shí)就會(huì)使當(dāng)濾波器中心頻率與載波頻率不相等時(shí)就會(huì)使提取的同步載波信號(hào)引起一個(gè)穩(wěn)態(tài)相位誤差提取的同步載波信號(hào)引起一個(gè)穩(wěn)態(tài)相位誤差。 鎖相環(huán)的剩余相差鎖相環(huán)的剩余相差 ：鎖相環(huán)壓控振蕩角頻率與輸入載波角頻：鎖相環(huán)壓控振蕩角頻率與輸入載波角頻率之差率之差 K KV V：環(huán)路直流總增益：環(huán)路直流總增益v隨機(jī)相位誤差隨機(jī)相位誤差vk 第十三章第十三章 同步原理同步原理13.3 13.3 碼元同步碼元同步在數(shù)字通信中，信號(hào)的碼元組成序在數(shù)字通信中，信號(hào)的碼元組成序列向?qū)Ψ絺魉停邮斩私獯a時(shí)必須列向?qū)Ψ絺魉?，接收端解碼時(shí)必須知道各個(gè)碼元的起止時(shí)刻。產(chǎn)生與知道各個(gè)碼元的起止時(shí)刻。產(chǎn)生與碼元的頻率和相位一致的定時(shí)

25、脈沖碼元的頻率和相位一致的定時(shí)脈沖序列的過程稱為位同步。序列的過程稱為位同步。為獲得位同步信號(hào)，可以在基帶信為獲得位同步信號(hào)，可以在基帶信號(hào)中插入位同步導(dǎo)頻信號(hào)，也可以號(hào)中插入位同步導(dǎo)頻信號(hào)，也可以通過對基帶信號(hào)進(jìn)行處理來提取。通過對基帶信號(hào)進(jìn)行處理來提取。第十三章第十三章 同步原理同步原理1.1.位同步與載波同步的區(qū)別：模擬通信沒有位位同步與載波同步的區(qū)別：模擬通信沒有位同步，數(shù)字通信一般都有位同步；位同步信同步，數(shù)字通信一般都有位同步；位同步信號(hào)從基帶中提取，特殊情況在頻帶信號(hào)中提號(hào)從基帶中提取，特殊情況在頻帶信號(hào)中提取，而載波同步一定在頻帶信號(hào)中提取。取，而載波同步一定在頻帶信號(hào)中提取。

26、2.2.對位同步信號(hào)的要求：對位同步信號(hào)的要求：(1)(1)使收端的位同步脈沖頻率和發(fā)送端的碼元速使收端的位同步脈沖頻率和發(fā)送端的碼元速率相同。率相同。(2)(2)使收端最佳判決時(shí)對接收碼元作抽樣判決。使收端最佳判決時(shí)對接收碼元作抽樣判決。3.3.位同步方法的分類：直接法和插入導(dǎo)頻法。位同步方法的分類：直接法和插入導(dǎo)頻法。直接法中也分濾波法和鎖相法。直接法中也分濾波法和鎖相法。第十三章第十三章 同步原理同步原理位同步是正確取樣判決的基礎(chǔ)，只有數(shù)位同步是正確取樣判決的基礎(chǔ)，只有數(shù)字通信才需要，并且不論基帶傳輸還是字通信才需要，并且不論基帶傳輸還是頻帶傳輸都需要位同步；所提取的位同頻帶傳輸都需要位

27、同步；所提取的位同步信息是頻率等于碼速率的定時(shí)脈沖，步信息是頻率等于碼速率的定時(shí)脈沖，相位則根據(jù)判決時(shí)信號(hào)波形決定，可能相位則根據(jù)判決時(shí)信號(hào)波形決定，可能在碼元中間，也可能在碼元終止時(shí)刻或在碼元中間，也可能在碼元終止時(shí)刻或其他時(shí)刻。其他時(shí)刻。第十三章第十三章 同步原理同步原理一、插入導(dǎo)頻法一、插入導(dǎo)頻法(外同步法外同步法)v插入位定時(shí)導(dǎo)頻法插入位定時(shí)導(dǎo)頻法O Of f1 1 / / ( (2 2T T) )M M( ( f f ) )M M( ( f f ) )1 1 / / T Tf fO O ( (a a) ) ( (b b) )v這種方法與載波同步時(shí)的插入導(dǎo)頻法類似，這種方法與載波同步時(shí)

28、的插入導(dǎo)頻法類似，也是在基帶信號(hào)頻譜的零點(diǎn)處插入所需的位也是在基帶信號(hào)頻譜的零點(diǎn)處插入所需的位定時(shí)導(dǎo)頻信號(hào)定時(shí)導(dǎo)頻信號(hào)第十三章第十三章 同步原理同步原理插入位定時(shí)導(dǎo)頻系統(tǒng)框圖插入位定時(shí)導(dǎo)頻系統(tǒng)框圖(a) 發(fā)送端；發(fā)送端； (b) 接收端接收端第十三章第十三章 同步原理同步原理 接收端在解調(diào)后設(shè)置了接收端在解調(diào)后設(shè)置了 窄帶濾波窄帶濾波器，其作用是取出位定時(shí)導(dǎo)頻。器，其作用是取出位定時(shí)導(dǎo)頻。 移相、倒相和相加電路是為了從信移相、倒相和相加電路是為了從信號(hào)中消去插入導(dǎo)頻，使進(jìn)入取樣判號(hào)中消去插入導(dǎo)頻，使進(jìn)入取樣判決器的基帶信號(hào)沒有插入導(dǎo)頻。這決器的基帶信號(hào)沒有插入導(dǎo)頻。這樣做是為了避免插入導(dǎo)頻對取

29、樣判樣做是為了避免插入導(dǎo)頻對取樣判決的影響。決的影響。T21第十三章第十三章 同步原理同步原理與插入載波導(dǎo)頻法相比，它們消除插入導(dǎo)頻影響與插入載波導(dǎo)頻法相比，它們消除插入導(dǎo)頻影響的方法各不相同，載波同步中采用正交插入，而的方法各不相同，載波同步中采用正交插入，而位同步中采用反相相消的辦法。位同步中采用反相相消的辦法。這是因?yàn)檩d波同步在接收端進(jìn)行相干解調(diào)時(shí)，相這是因?yàn)檩d波同步在接收端進(jìn)行相干解調(diào)時(shí)，相干解調(diào)器有很好的抑制正交載波的能力，它不需干解調(diào)器有很好的抑制正交載波的能力，它不需另加電路就能抑制正交載波，因此載波同步采用另加電路就能抑制正交載波，因此載波同步采用正交插入。而位定時(shí)導(dǎo)頻是在基帶

30、加入，它沒有正交插入。而位定時(shí)導(dǎo)頻是在基帶加入，它沒有相干解調(diào)器，故不能采用正交插入。為了消除導(dǎo)相干解調(diào)器，故不能采用正交插入。為了消除導(dǎo)頻對基帶信號(hào)取樣判決的影響，頻對基帶信號(hào)取樣判決的影響， 位同步采用了反位同步采用了反相相消。相相消。 第十三章第十三章 同步原理同步原理包絡(luò)調(diào)制法包絡(luò)調(diào)制法v包絡(luò)調(diào)制法主要用于包絡(luò)調(diào)制法主要用于2PSK2PSK和和2FSK2FSK等包絡(luò)等包絡(luò)恒定的數(shù)字調(diào)制方式。在發(fā)送端對恒定恒定的數(shù)字調(diào)制方式。在發(fā)送端對恒定包絡(luò)調(diào)制附加幅度調(diào)制，其調(diào)制頻率包絡(luò)調(diào)制附加幅度調(diào)制，其調(diào)制頻率為為f fs s，則在接收端采用包絡(luò)解調(diào)就可以取，則在接收端采用包絡(luò)解調(diào)就可以取出出f

31、 fs s，作為位同步信號(hào)。作為位同步信號(hào)。第十三章第十三章 同步原理同步原理v以以2PSK2PSK信號(hào)為例信號(hào)為例 2PSK2PSK信號(hào)信號(hào) s(t)= coss(t)= cosc ct+(t)t+(t) 調(diào)制信號(hào)調(diào)制信號(hào)cos2cos2f fs st t 已調(diào)信號(hào)已調(diào)信號(hào)(1+cos2(1+cos2f fs st)cost)cosc ct+(t)t+(t) 接收端進(jìn)行包絡(luò)檢波，包絡(luò)檢波器的輸出為接收端進(jìn)行包絡(luò)檢波，包絡(luò)檢波器的輸出為 (1+cos2(1+cos2f fs st)t)，除去直流分量后，就可獲得，除去直流分量后，就可獲得位同步信號(hào)位同步信號(hào) cos2cos2f fs st t第

32、十三章第十三章 同步原理同步原理二、直接法二、直接法(自同步法自同步法)這一類方法是發(fā)送端不專門發(fā)送導(dǎo)頻信這一類方法是發(fā)送端不專門發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)，而直接從接收的數(shù)字信號(hào)中提取位號(hào)，而直接從接收的數(shù)字信號(hào)中提取位同步信號(hào)。這種方法在數(shù)字通信中得到同步信號(hào)。這種方法在數(shù)字通信中得到了最廣泛的應(yīng)用。了最廣泛的應(yīng)用。第十三章第十三章 同步原理同步原理濾波法濾波法不歸零的隨機(jī)二進(jìn)制序列，不論是單極性還不歸零的隨機(jī)二進(jìn)制序列，不論是單極性還是雙極性的，當(dāng)是雙極性的，當(dāng)P(0)=P(1)=1/2P(0)=P(1)=1/2時(shí)，都沒有時(shí)，都沒有f=1/Tf=1/T，2/T2/T等線譜，因而不能直接濾出等線譜，因而

33、不能直接濾出f=1/Tf=1/T的位同步信號(hào)分量。的位同步信號(hào)分量。但若對該信號(hào)進(jìn)行某種變換，如變成歸零的但若對該信號(hào)進(jìn)行某種變換，如變成歸零的單極性脈沖，其譜中含有單極性脈沖，其譜中含有f=1/Tf=1/T的分量，然后的分量，然后用窄帶濾波器取出該分量，再經(jīng)移相調(diào)整后用窄帶濾波器取出該分量，再經(jīng)移相調(diào)整后就可形成位定時(shí)脈沖。就可形成位定時(shí)脈沖。第十三章第十三章 同步原理同步原理濾波法的原理方框圖波波形形變變換換窄窄帶帶濾濾波波器器移移相相脈脈沖沖形形成成 輸輸入入基基帶帶信信號(hào)號(hào)1 10 01 11 1它的特點(diǎn)是先形成含有位同步信息的信號(hào)，它的特點(diǎn)是先形成含有位同步信息的信號(hào)，再用濾波器將其

34、取出。圖中的波形變換電路可再用濾波器將其取出。圖中的波形變換電路可以用微分、全波整流來實(shí)現(xiàn)。以用微分、全波整流來實(shí)現(xiàn)。第十三章第十三章 同步原理同步原理 波形變換器可由比較器、微分器及整流器波形變換器可由比較器、微分器及整流器構(gòu)成?？紤]到噪聲的影響，波形變換器各構(gòu)成?？紤]到噪聲的影響，波形變換器各單元輸出波形示意圖如下圖所示。單元輸出波形示意圖如下圖所示。第十三章第十三章 同步原理同步原理包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波- -濾波法濾波法這是一種從頻帶受限的中頻這是一種從頻帶受限的中頻PSKPSK信號(hào)中提信號(hào)中提取位同步信息的方法。當(dāng)接收端帶通濾波取位同步信息的方法。當(dāng)接收端帶通濾波器的帶寬小于信號(hào)帶寬時(shí)，使

35、頻帶受限的器的帶寬小于信號(hào)帶寬時(shí)，使頻帶受限的2PSK2PSK信號(hào)在相鄰碼元相位反轉(zhuǎn)點(diǎn)處形成幅信號(hào)在相鄰碼元相位反轉(zhuǎn)點(diǎn)處形成幅度的度的“陷落陷落”。經(jīng)包絡(luò)檢波后得到圖。經(jīng)包絡(luò)檢波后得到圖(b)(b)所示的波形，它可看成是一直流與圖所示的波形，它可看成是一直流與圖(c)(c)所示的波形相減，而圖所示的波形相減，而圖(c)(c)波形是具有一波形是具有一定脈沖形狀的歸零脈沖序列，含有位同步定脈沖形狀的歸零脈沖序列，含有位同步的線譜分量，可用窄帶濾波器取出。的線譜分量，可用窄帶濾波器取出。第十三章第十三章 同步原理同步原理從從2PSK2PSK信號(hào)中提取位同步信息信號(hào)中提取位同步信息 O OO OO O

36、( (a a) )( (b b) )( (c c) )t tt tt t第十三章第十三章 同步原理同步原理2. 2. 鎖相法鎖相法位同步鎖相法的基本原理與載波同步的類位同步鎖相法的基本原理與載波同步的類似，在接收端利用鑒相器比較接收碼元和似，在接收端利用鑒相器比較接收碼元和本地產(chǎn)生的位同步信號(hào)的相位，若兩者相本地產(chǎn)生的位同步信號(hào)的相位，若兩者相位不一致（超前或滯后），鑒相器就產(chǎn)生位不一致（超前或滯后），鑒相器就產(chǎn)生誤差信號(hào)去調(diào)整位同步信號(hào)的相位，直至誤差信號(hào)去調(diào)整位同步信號(hào)的相位，直至獲得準(zhǔn)確的位同步信號(hào)為止。獲得準(zhǔn)確的位同步信號(hào)為止。第十三章第十三章 同步原理同步原理前面介紹的濾波法中的窄帶

37、濾波器可以是前面介紹的濾波法中的窄帶濾波器可以是簡單的單調(diào)諧回路或晶體濾波器，也可以簡單的單調(diào)諧回路或晶體濾波器，也可以是鎖相環(huán)路。是鎖相環(huán)路。采用鎖相環(huán)來提取位同步信號(hào)的方法稱為采用鎖相環(huán)來提取位同步信號(hào)的方法稱為鎖相法。鎖相法。 鎖相法的分類：模擬鎖相法、數(shù)字鎖相環(huán)鎖相法的分類：模擬鎖相法、數(shù)字鎖相環(huán)模擬鎖相法：用環(huán)路中誤差信號(hào)去連續(xù)地模擬鎖相法：用環(huán)路中誤差信號(hào)去連續(xù)地調(diào)整位同步信號(hào)的相位；調(diào)整位同步信號(hào)的相位；第十三章第十三章 同步原理同步原理數(shù)字鎖相環(huán)：采用高穩(wěn)定度的振蕩器（信號(hào)數(shù)字鎖相環(huán)：采用高穩(wěn)定度的振蕩器（信號(hào)鐘），從鑒相器所獲得的與同步誤差成比例鐘），從鑒相器所獲得的與同步誤

38、差成比例的誤差信號(hào)不是直接用于調(diào)整振蕩器，而是的誤差信號(hào)不是直接用于調(diào)整振蕩器，而是通過一個(gè)控制器在信號(hào)鐘輸出的脈沖序列中通過一個(gè)控制器在信號(hào)鐘輸出的脈沖序列中附加或扣除一個(gè)或幾個(gè)脈沖，這樣同樣可以附加或扣除一個(gè)或幾個(gè)脈沖，這樣同樣可以調(diào)整加到減相器上的位同步脈沖序列的相位，調(diào)整加到減相器上的位同步脈沖序列的相位，達(dá)到同步的目的。這種電路可以完全用數(shù)字達(dá)到同步的目的。這種電路可以完全用數(shù)字電路構(gòu)成全數(shù)字鎖相環(huán)路。電路構(gòu)成全數(shù)字鎖相環(huán)路。由于這種環(huán)路對位同步信號(hào)相位的調(diào)整不是由于這種環(huán)路對位同步信號(hào)相位的調(diào)整不是連續(xù)的，連續(xù)的， 而是存在一個(gè)最小的調(diào)整單位，而是存在一個(gè)最小的調(diào)整單位，也就是說對

39、位同步信號(hào)相位進(jìn)行量化調(diào)整，也就是說對位同步信號(hào)相位進(jìn)行量化調(diào)整，故這種位同步環(huán)又稱為量化同步器。故這種位同步環(huán)又稱為量化同步器。第十三章第十三章 同步原理同步原理數(shù)字鎖相原理框圖數(shù)字鎖相原理框圖相位相位比較器比較器 n n次分頻器次分頻器 或或門門 扣除門扣除門(常開常開) 整形整形附加門附加門(常閉常閉) 滯滯后后脈脈沖沖 超超前前脈脈沖沖 接收碼元接收碼元位同步脈沖位同步脈沖輸出輸出 晶振晶振a a路路b b路路 nfsfsfs第十三章第十三章 同步原理同步原理位同步脈沖的相位調(diào)整位同步脈沖的相位調(diào)整第十三章第十三章 同步原理同步原理這種構(gòu)成量化同步器的全數(shù)字環(huán)是數(shù)字鎖相環(huán)這種構(gòu)成量化同

40、步器的全數(shù)字環(huán)是數(shù)字鎖相環(huán)的一種典型應(yīng)用。的一種典型應(yīng)用。用于位同步的全數(shù)字鎖相環(huán)的原理框圖組成用于位同步的全數(shù)字鎖相環(huán)的原理框圖組成: : 信號(hào)鐘、控制器、分頻器、相位比較器等。信號(hào)鐘、控制器、分頻器、相位比較器等。信號(hào)鐘信號(hào)鐘: :包括一個(gè)高穩(wěn)定度的振蕩器（晶體）和包括一個(gè)高穩(wěn)定度的振蕩器（晶體）和整形電路。若接收碼元的速率為整形電路。若接收碼元的速率為F=1/TF=1/T，那么振，那么振蕩器頻率設(shè)定在蕩器頻率設(shè)定在nFnF，經(jīng)整形電路之后，輸出周，經(jīng)整形電路之后，輸出周期性脈沖序列，其周期期性脈沖序列，其周期T T0 0=1/(nF)=T/n=1/(nF)=T/n。第十三章第十三章 同步

41、原理同步原理分頻器分頻器: :是一個(gè)計(jì)數(shù)器，每當(dāng)控制器輸出是一個(gè)計(jì)數(shù)器，每當(dāng)控制器輸出n n個(gè)脈個(gè)脈沖時(shí)，它就輸出一個(gè)脈沖。沖時(shí)，它就輸出一個(gè)脈沖?？刂破髋c分頻器的共同作用的結(jié)果就調(diào)整了加控制器與分頻器的共同作用的結(jié)果就調(diào)整了加至相位比較器的位同步信號(hào)的相位。這種相位至相位比較器的位同步信號(hào)的相位。這種相位前、后移的調(diào)整量取決于信號(hào)鐘的周期，每次前、后移的調(diào)整量取決于信號(hào)鐘的周期，每次的時(shí)間階躍量為的時(shí)間階躍量為T T0 0，相應(yīng)的相位最小調(diào)整量為，相應(yīng)的相位最小調(diào)整量為 =2T=2T0 0/T=2/n/T=2/n?？刂破骺刂破? :扣除門（常開）、附加門（常閉）和扣除門（常開）、附加門（常閉）和“或門或門”，它根據(jù)比相器輸出的控制脈沖（，它根據(jù)比相器輸出的控制脈沖（“超超前脈沖前脈沖”或或“滯后脈沖滯