通信原理PPT課件

1、1通信原理2通信原理第第13 同步原理同步原理3第第13章章 同步原理同步原理l13.1 概述概述 數(shù)字通信系統(tǒng)中的同步種類：載波同步、數(shù)字通信系統(tǒng)中的同步種類：載波同步、碼元同步、群同步和網(wǎng)同步。碼元同步、群同步和網(wǎng)同步。 載波同步載波同步：又稱載波恢復(fù)。：又稱載波恢復(fù)。u目的：在接收設(shè)備中產(chǎn)生一個(gè)和接收信號(hào)的載波目的：在接收設(shè)備中產(chǎn)生一個(gè)和接收信號(hào)的載波同同頻頻、同相同相的本地振蕩，用于相干解調(diào)。的本地振蕩，用于相干解調(diào)。u方法：方法：接收信號(hào)中有載頻分量時(shí)：需要調(diào)整其相位。接收信號(hào)中有載頻分量時(shí)：需要調(diào)整其相位。接收信號(hào)中無載頻分量時(shí)：需從信號(hào)中提取載波，接收信號(hào)中無載頻分量時(shí)：需從信號(hào)

2、中提取載波，或插入輔助同步信息?；虿迦胼o助同步信息。4第第13章章 同步原理同步原理碼元同步碼元同步：又稱時(shí)鐘同步或時(shí)鐘恢復(fù)。：又稱時(shí)鐘同步或時(shí)鐘恢復(fù)。 對(duì)于二進(jìn)制信號(hào)，又稱對(duì)于二進(jìn)制信號(hào)，又稱位同步位同步。u目的：得知每個(gè)接收碼元準(zhǔn)確的起止時(shí)刻，以便決目的：得知每個(gè)接收碼元準(zhǔn)確的起止時(shí)刻，以便決定積分和判決時(shí)刻。定積分和判決時(shí)刻。u方法：從接收信號(hào)中獲取同步信息，由其產(chǎn)生一時(shí)方法：從接收信號(hào)中獲取同步信息，由其產(chǎn)生一時(shí)鐘脈沖序列，使后者和接收碼元起止時(shí)刻保持正確鐘脈沖序列，使后者和接收碼元起止時(shí)刻保持正確關(guān)系?；虿迦胼o助同步信息。關(guān)系?；虿迦胼o助同步信息。群同步群同步：又稱幀同步。：又稱幀同

3、步。u目的：將接收碼元正確分組。目的：將接收碼元正確分組。u方法：通常需要在發(fā)送信號(hào)中周期性地插入一個(gè)同方法：通常需要在發(fā)送信號(hào)中周期性地插入一個(gè)同 步碼元，標(biāo)示出分組位置。步碼元，標(biāo)示出分組位置。網(wǎng)同步網(wǎng)同步：使通信網(wǎng)中各站點(diǎn)時(shí)鐘之間保持同步。：使通信網(wǎng)中各站點(diǎn)時(shí)鐘之間保持同步。 5第第13章章 同步原理同步原理n13.2 載波同步載波同步u 13.2.1 有輔助導(dǎo)頻時(shí)的載頻提取有輔助導(dǎo)頻時(shí)的載頻提取p用于不包含載頻分量的信號(hào)。用于不包含載頻分量的信號(hào)。p在發(fā)送信號(hào)中另外加入一個(gè)或幾個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)。在發(fā)送信號(hào)中另外加入一個(gè)或幾個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)。 p多采用鎖相環(huán)（多采用鎖相環(huán)（PLL）提取載波。）提取載

4、波。p鎖相環(huán)原理方框圖：鎖相環(huán)原理方框圖：環(huán)路濾波器壓控振蕩器輸出導(dǎo)頻輸入信號(hào)圖13-1 鎖相環(huán)原理方框圖鑒相器6第第13章章 同步原理同步原理p對(duì)環(huán)路濾波器的要求：通帶越窄，能夠通過的噪聲越少，對(duì)環(huán)路濾波器的要求：通帶越窄，能夠通過的噪聲越少，但是對(duì)導(dǎo)頻相位漂移的限制越大。但是對(duì)導(dǎo)頻相位漂移的限制越大。 p數(shù)字化接收機(jī)中鎖相環(huán)的實(shí)現(xiàn)方法：數(shù)字化接收機(jī)中鎖相環(huán)的實(shí)現(xiàn)方法：窄帶濾波器：改用數(shù)字濾波器窄帶濾波器：改用數(shù)字濾波器壓控振蕩器：用只讀存儲(chǔ)器代替壓控振蕩器：用只讀存儲(chǔ)器代替 鑒相器：可以是一組匹配濾波器鑒相器：可以是一組匹配濾波器 7第第13章章 同步原理同步原理u13.2.2 無輔助導(dǎo)頻

5、時(shí)的載波提取無輔助導(dǎo)頻時(shí)的載波提取p平方環(huán)平方環(huán)：以：以2PSK信號(hào)為例進(jìn)行討論。設(shè)信號(hào)信號(hào)為例進(jìn)行討論。設(shè)信號(hào) 式中，式中，m(t) = 1 當(dāng)當(dāng)m(t)取取+1和和-1的概率相等時(shí)，此信號(hào)的頻譜中無角頻率的概率相等時(shí)，此信號(hào)的頻譜中無角頻率 c的離的離散分量。將上式平方，得到散分量。將上式平方，得到由上式可見，其中包含由上式可見，其中包含2倍載頻的頻率分量。將此倍載頻的頻率分量。將此2倍頻分量用窄倍頻分量用窄帶濾波器濾出后再作帶濾波器濾出后再作2分頻，即可得出所需載頻。方框圖如下：分頻，即可得出所需載頻。方框圖如下： )cos()()(ttmtsc)(2cos1 21)(cos)()(22

6、2tttmtscc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8第第13章章 同步原理同步原理此方案的缺點(diǎn)：此方案的缺點(diǎn)：1、相位含糊性相位含糊性：2分頻器的輸出電壓有相差分頻器的輸出電壓有相差180 的兩種可的兩種可能相位，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)。采用態(tài)。采用2DPSK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。2、錯(cuò)誤鎖定錯(cuò)誤鎖定：平方后的接收電壓中有可能存在其他的離：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)鎖定在錯(cuò)誤的頻率上。解決這個(gè)問散頻率分

7、量，使鎖相環(huán)鎖定在錯(cuò)誤的頻率上。解決這個(gè)問題的辦法是降低環(huán)路濾波器的帶寬題的辦法是降低環(huán)路濾波器的帶寬。9第第13章章 同步原理同步原理p科斯塔斯環(huán)法科斯塔斯環(huán)法：又稱同相正交環(huán)法或邊環(huán)法。：又稱同相正交環(huán)法或邊環(huán)法。原理方框圖原理方框圖： 圖13-3 科斯塔斯環(huán)法原理方框圖90相移環(huán)路濾波壓控振蕩s(t)載頻輸出低 通低 通解調(diào)輸出abcdefg10第第13章章 同步原理同步原理工作原理工作原理a點(diǎn)的壓控振蕩電壓為：點(diǎn)的壓控振蕩電壓為：b點(diǎn)的壓控振蕩電壓為：點(diǎn)的壓控振蕩電壓為：c點(diǎn)的電壓：點(diǎn)的電壓：d點(diǎn)的電壓：點(diǎn)的電壓：e點(diǎn)的電壓：點(diǎn)的電壓：f點(diǎn)的電壓：點(diǎn)的電壓：g點(diǎn)的電壓：點(diǎn)的電壓：上式中

8、的上式中的( - )是壓控振蕩電壓和接收載波相位之差。是壓控振蕩電壓和接收載波相位之差。 )cos(tvca)sin(tvcb)2cos()cos()(21)cos()cos()(ttmtttmvcccc)2sin()sin()(21)sin()cos()(ttmtttmvcccd)cos()(21tmve)sin()(21tmvf)(2sin)(812tmvvvfeg11第第13章章 同步原理同步原理將將m(t) = 1代入上式，并考慮到當(dāng)代入上式，并考慮到當(dāng)( - )很小時(shí)，很小時(shí)，sin( - ) ( - )，則上式變?yōu)?，則上式變?yōu)殡妷弘妷簐g 通過環(huán)路濾波器，控制壓控振蕩器的振蕩頻率。

9、通過環(huán)路濾波器，控制壓控振蕩器的振蕩頻率。這個(gè)電壓控制壓控振蕩器的輸出電壓相位，使這個(gè)電壓控制壓控振蕩器的輸出電壓相位，使( - )盡可能盡可能地小。當(dāng)?shù)匦?。?dāng) 時(shí)，時(shí)，vg = 0 。 壓控振蕩器的輸出電壓壓控振蕩器的輸出電壓va 就是科斯塔斯環(huán)提取出的載波。就是科斯塔斯環(huán)提取出的載波。 )(2sin)(812tmvvvfeg)(41gv12第第13章章 同步原理同步原理由上式可見，當(dāng)由上式可見，當(dāng)( - )很小時(shí)，除了差一個(gè)常數(shù)因子外，電很小時(shí)，除了差一個(gè)常數(shù)因子外，電壓壓ve 就近似等于解調(diào)輸出電壓就近似等于解調(diào)輸出電壓m(t)。所以科斯塔斯環(huán)本身。所以科斯塔斯環(huán)本身就同時(shí)兼有提取相干載

10、波和相干解調(diào)的功能。就同時(shí)兼有提取相干載波和相干解調(diào)的功能。優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)：1、不需要對(duì)接收信號(hào)作平方運(yùn)算，工作頻率較低。不需要對(duì)接收信號(hào)作平方運(yùn)算，工作頻率較低。2、為了得到科斯塔斯環(huán)法在理論上給出的性能，要為了得到科斯塔斯環(huán)法在理論上給出的性能，要求兩路低通濾波器的性能完全相同。求兩路低通濾波器的性能完全相同。3、由鎖相環(huán)原理可知，鎖相環(huán)在、由鎖相環(huán)原理可知，鎖相環(huán)在( - )值接近值接近0的穩(wěn)的穩(wěn)定點(diǎn)有兩個(gè)，在定點(diǎn)有兩個(gè)，在( - )等于等于0和和 處。所以，科斯塔斯處。所以，科斯塔斯環(huán)法提取出的載頻也存在相位含糊性。環(huán)法提取出的載頻也存在相位含糊性。)cos()(21tmve13第第13

11、章章 同步原理同步原理n13.2.3 載波同步的性能載波同步的性能u相位誤差相位誤差p相位誤差的種類相位誤差的種類恒定誤差：由電路參量引起的恒定誤差：由電路參量引起的隨機(jī)誤差：由噪聲引起的隨機(jī)誤差：由噪聲引起的p恒定誤差分析：恒定誤差分析：當(dāng)提取載波電路中存在窄帶濾波器時(shí)，若其中心頻當(dāng)提取載波電路中存在窄帶濾波器時(shí)，若其中心頻率率fq和載波頻率和載波頻率f0不相等，存在頻率偏差不相等，存在頻率偏差 f，則載波，則載波通過它時(shí)會(huì)有附加相移。設(shè)此窄帶濾波器由一個(gè)單通過它時(shí)會(huì)有附加相移。設(shè)此窄帶濾波器由一個(gè)單諧振電路組成，則由其引起的附加相移等于諧振電路組成，則由其引起的附加相移等于由上式可見，電路

12、的由上式可見，電路的Q值越大，附加相移也成比例地值越大，附加相移也成比例地增大。增大。 qffQ214第第13章章 同步原理同步原理u同步建立時(shí)間和保持時(shí)間同步建立時(shí)間和保持時(shí)間p同步建立時(shí)間：從開始接收到信號(hào)（或從系統(tǒng)失步狀態(tài)）同步建立時(shí)間：從開始接收到信號(hào)（或從系統(tǒng)失步狀態(tài)）到提取出穩(wěn)定的載頻所需要的時(shí)間。到提取出穩(wěn)定的載頻所需要的時(shí)間。顯然我們要求此時(shí)間越短越好。在同步建立時(shí)間內(nèi)，由顯然我們要求此時(shí)間越短越好。在同步建立時(shí)間內(nèi)，由于相干載頻的相位還沒有調(diào)整穩(wěn)定，所以不能正確接收于相干載頻的相位還沒有調(diào)整穩(wěn)定，所以不能正確接收碼元。碼元。p同步保持時(shí)間：從開始失去信號(hào)到失去載頻同步的時(shí)間。

13、同步保持時(shí)間：從開始失去信號(hào)到失去載頻同步的時(shí)間。顯然希望此時(shí)間越長(zhǎng)越好。長(zhǎng)的同步保持時(shí)間有可能使顯然希望此時(shí)間越長(zhǎng)越好。長(zhǎng)的同步保持時(shí)間有可能使信號(hào)短暫丟失時(shí)，或接收斷續(xù)信號(hào)時(shí)，不需要重新建立信號(hào)短暫丟失時(shí)，或接收斷續(xù)信號(hào)時(shí)，不需要重新建立同步，保持連續(xù)提供穩(wěn)定的本地載頻。同步，保持連續(xù)提供穩(wěn)定的本地載頻。15第第13章章 同步原理同步原理p同步建立時(shí)間和保持時(shí)間的關(guān)系同步建立時(shí)間和保持時(shí)間的關(guān)系在同步電路中的低通濾波器和環(huán)路濾波器都是通頻帶很窄的在同步電路中的低通濾波器和環(huán)路濾波器都是通頻帶很窄的電路。一個(gè)濾波器的通頻帶越窄，其惰性越大。當(dāng)在其輸入電路。一個(gè)濾波器的通頻帶越窄，其惰性越大。

14、當(dāng)在其輸入端加入一個(gè)正弦振蕩時(shí)，它輸出端振蕩的建立時(shí)間越長(zhǎng)；當(dāng)端加入一個(gè)正弦振蕩時(shí)，它輸出端振蕩的建立時(shí)間越長(zhǎng)；當(dāng)輸入振蕩截止時(shí)，輸出端振蕩的保持時(shí)間也越長(zhǎng)。顯然，這輸入振蕩截止時(shí)，輸出端振蕩的保持時(shí)間也越長(zhǎng)。顯然，這個(gè)特性和我們對(duì)于同步性能的要求是相左的，即建立時(shí)間短個(gè)特性和我們對(duì)于同步性能的要求是相左的，即建立時(shí)間短和保持時(shí)間長(zhǎng)是互相矛盾的要求。在設(shè)計(jì)同步系統(tǒng)時(shí)只能折和保持時(shí)間長(zhǎng)是互相矛盾的要求。在設(shè)計(jì)同步系統(tǒng)時(shí)只能折中處理。中處理。16第第13章章 同步原理同步原理u載波同步誤差對(duì)解調(diào)信號(hào)的影響載波同步誤差對(duì)解調(diào)信號(hào)的影響p載波同步的相位誤差：包括兩部分恒定誤差載波同步的相位誤差：包括兩

15、部分恒定誤差和和隨機(jī)誤隨機(jī)誤差（相位抖動(dòng)）差（相位抖動(dòng)） ，現(xiàn)在將其寫為：現(xiàn)在將其寫為： p相位誤差對(duì)于相位誤差對(duì)于2PSK信號(hào)誤碼率的影響：信號(hào)誤碼率的影響：由科斯塔斯環(huán)的輸出電壓由科斯塔斯環(huán)的輸出電壓可知，其中可知，其中( - )為相位誤差，為相位誤差，ve即解調(diào)輸出電壓，而即解調(diào)輸出電壓，而cos( - )就是由于相位誤差引起的解調(diào)信號(hào)電壓下降。就是由于相位誤差引起的解調(diào)信號(hào)電壓下降。因此信號(hào)噪聲功率比因此信號(hào)噪聲功率比r下降至下降至cos2( - )倍。將它代入誤碼倍。將它代入誤碼率公式，得到相位誤差為率公式，得到相位誤差為( - )時(shí)的誤碼率等于時(shí)的誤碼率等于式中，式中，r為信號(hào)噪聲

16、功率比。為信號(hào)噪聲功率比。)cos()(21tmve)cos(21rerfcPe17第第13章章 同步原理同步原理p相位誤差對(duì)于單邊帶信號(hào)的影響相位誤差對(duì)于單邊帶信號(hào)的影響設(shè)有一單頻基帶信號(hào)設(shè)有一單頻基帶信號(hào) 它對(duì)載波它對(duì)載波cos ct進(jìn)行單邊帶調(diào)制后，取出上邊帶信號(hào)進(jìn)行單邊帶調(diào)制后，取出上邊帶信號(hào)傳輸?shù)浇邮斩恕Ｈ艚邮斩说谋镜叵喔奢d波有相位誤差傳輸?shù)浇邮斩?。若接收端的本地相干載波有相位誤差 ，則，則兩者相乘后得到兩者相乘后得到經(jīng)過低通濾波器濾出的低頻分量為經(jīng)過低通濾波器濾出的低頻分量為其中第其中第1項(xiàng)是原調(diào)制基帶信號(hào)，但是受到因子項(xiàng)是原調(diào)制基帶信號(hào)，但是受到因子cos 的衰減；的衰減；第第2

17、項(xiàng)是和第項(xiàng)是和第1項(xiàng)正交的項(xiàng)，它使接收信號(hào)產(chǎn)生失真。項(xiàng)正交的項(xiàng)，它使接收信號(hào)產(chǎn)生失真。 ttm cos)(ttsc)cos(21)()cos()2cos(41)cos()cos(21tttttcccsinsin41coscos41)cos(41ttt18第第13章章 同步原理同步原理l13.3 碼元同步碼元同步u碼元同步目的：準(zhǔn)確的時(shí)刻對(duì)接收碼元進(jìn)行判決，碼元同步目的：準(zhǔn)確的時(shí)刻對(duì)接收碼元進(jìn)行判決，以及對(duì)接收碼元能量正確積分。以及對(duì)接收碼元能量正確積分。u碼元同步方法：從接收碼元的起止時(shí)刻產(chǎn)生一個(gè)碼碼元同步方法：從接收碼元的起止時(shí)刻產(chǎn)生一個(gè)碼元同步脈沖序列，或稱定時(shí)脈沖序列。元同步脈沖序列，或

18、稱定時(shí)脈沖序列。u碼元同步方法分類：碼元同步方法分類：p外同步法：它是一種利用輔助信息同步的方法，需外同步法：它是一種利用輔助信息同步的方法，需要在信號(hào)中另外加入包含碼元定時(shí)信息的導(dǎo)頻或數(shù)要在信號(hào)中另外加入包含碼元定時(shí)信息的導(dǎo)頻或數(shù)據(jù)序列。據(jù)序列。p自同步法，它不需要輔助同步信息，直接從信息碼自同步法，它不需要輔助同步信息，直接從信息碼元中提取出碼元定時(shí)信息。顯然，這種方法要求在元中提取出碼元定時(shí)信息。顯然，這種方法要求在信息碼元序列中含有碼元定時(shí)信息。信息碼元序列中含有碼元定時(shí)信息。 19第第13章章 同步原理同步原理n 13.3.1 外同步法外同步法u常用的外同步法：于發(fā)送信號(hào)中插入頻率為

19、碼元速率（常用的外同步法：于發(fā)送信號(hào)中插入頻率為碼元速率（1/T）或碼元速率的倍數(shù)的同步信號(hào)。在接收端利用一個(gè)窄帶濾波或碼元速率的倍數(shù)的同步信號(hào)。在接收端利用一個(gè)窄帶濾波器，將其分離出來，并形成碼元定時(shí)脈沖。器，將其分離出來，并形成碼元定時(shí)脈沖。 u優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備較簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是需要占用一定的頻帶寬優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備較簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是需要占用一定的頻帶寬帶和發(fā)送功率。帶和發(fā)送功率。 u插入碼元同步信號(hào)的方法插入碼元同步信號(hào)的方法p時(shí)域：時(shí)域：連續(xù)插入連續(xù)插入增加增加“同步頭同步頭” p頻域：頻域：在信息碼元頻譜之外占用一段頻譜用于傳輸同步信息在信息碼元頻譜之外占用一段頻譜用于傳輸同步信息利用信息

20、碼元頻譜中的利用信息碼元頻譜中的“空隙空隙”處，插入同步信息處，插入同步信息u外同步法目前采用不多。外同步法目前采用不多。20第第13章章 同步原理同步原理n 13.3.2 自同步法自同步法u自同步法分類：自同步法分類：p開環(huán)同步法：由于二進(jìn)制等先驗(yàn)概率的不歸零碼元序列開環(huán)同步法：由于二進(jìn)制等先驗(yàn)概率的不歸零碼元序列中沒有離散的碼元速率頻譜分量，故需要在接收時(shí)對(duì)其中沒有離散的碼元速率頻譜分量，故需要在接收時(shí)對(duì)其進(jìn)行某種非線性變換，才能使其頻譜中含有離散的碼元進(jìn)行某種非線性變換，才能使其頻譜中含有離散的碼元速率頻譜分量，并從中提取碼元定時(shí)信息。速率頻譜分量，并從中提取碼元定時(shí)信息。 p閉環(huán)同步法

21、：用比較本地時(shí)鐘周期和輸入信號(hào)碼元周期閉環(huán)同步法：用比較本地時(shí)鐘周期和輸入信號(hào)碼元周期的方法，將本地時(shí)鐘鎖定在輸入信號(hào)上。的方法，將本地時(shí)鐘鎖定在輸入信號(hào)上。 21第第13章章 同步原理同步原理u開環(huán)碼元同步法開環(huán)碼元同步法p延遲相乘法原理方框圖延遲相乘法原理方框圖p相乘器輸入和輸出的波形：相乘器輸入和輸出的波形：延遲相乘后碼元波形的后一延遲相乘后碼元波形的后一半永遠(yuǎn)是正值；而前一半則半永遠(yuǎn)是正值；而前一半則當(dāng)輸入狀態(tài)有改變時(shí)為負(fù)值。當(dāng)輸入狀態(tài)有改變時(shí)為負(fù)值。因此，變換后的碼元序列的因此，變換后的碼元序列的頻譜中就產(chǎn)生了碼元速率的頻譜中就產(chǎn)生了碼元速率的分量。分量。p延遲時(shí)間等于碼元時(shí)間一半延

22、遲時(shí)間等于碼元時(shí)間一半時(shí)，碼元速率分量最強(qiáng)。時(shí)，碼元速率分量最強(qiáng)。c延遲T/2ab放大限幅窄帶濾波(c)(b)(a)22第第13章章 同步原理同步原理p微分整流法原理微分整流法原理p同步誤差同步誤差若窄帶濾波器的帶寬等于若窄帶濾波器的帶寬等于1/KT，其中，其中K為一個(gè)常數(shù)，則提取為一個(gè)常數(shù)，則提取同步的時(shí)間誤差比例為：同步的時(shí)間誤差比例為： T 碼元持續(xù)時(shí)間；碼元持續(xù)時(shí)間； Eb 碼元能量；碼元能量； n0 單邊噪聲功率譜密度。單邊噪聲功率譜密度。只要接收信噪比大，上述方案能保證足夠準(zhǔn)確的碼元同步。只要接收信噪比大，上述方案能保證足夠準(zhǔn)確的碼元同步。低 通微 分整 流窄帶濾波放大限幅0/33

23、. 0nKETb18, 50KnEb式中， 同步誤差時(shí)間的均值；23第第13章章 同步原理同步原理l13.4 群同步群同步n13.4.1 概述概述u群同步碼的種類：群同步碼的種類：p集中插入集中插入適用于要求快速建立同步的地方，或間斷傳輸信息適用于要求快速建立同步的地方，或間斷傳輸信息并且每次傳輸時(shí)間很短的場(chǎng)合。并且每次傳輸時(shí)間很短的場(chǎng)合。 信息碼組同步碼組信息碼組信息碼組信息碼組同步碼組同步碼組24第第13章章 同步原理同步原理p分散插入分散插入適用于連續(xù)傳輸信息之處，例如數(shù)字電話系統(tǒng)中。適用于連續(xù)傳輸信息之處，例如數(shù)字電話系統(tǒng)中。信息碼組信息碼組信息碼組同步碼元同步碼元同步碼組同步碼元同步

24、碼元25第第13章章 同步原理同步原理u同步電路的狀態(tài)：同步電路的狀態(tài)：p捕捉態(tài)：在捕捉態(tài)時(shí)，確認(rèn)搜索到群同步碼的條件必須規(guī)捕捉態(tài)：在捕捉態(tài)時(shí)，確認(rèn)搜索到群同步碼的條件必須規(guī)定得很高，以防發(fā)生假同步。定得很高，以防發(fā)生假同步。p保持態(tài)：一旦確認(rèn)達(dá)到同步狀態(tài)后，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入保持態(tài)。在保持態(tài)：一旦確認(rèn)達(dá)到同步狀態(tài)后，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入保持態(tài)。在保持態(tài)下，仍須不斷監(jiān)視同步碼的位置是否正確。但是，保持態(tài)下，仍須不斷監(jiān)視同步碼的位置是否正確。但是，這時(shí)為了防止因?yàn)樵肼曇鸬膫€(gè)別錯(cuò)誤導(dǎo)致認(rèn)為失去同步，這時(shí)為了防止因?yàn)樵肼曇鸬膫€(gè)別錯(cuò)誤導(dǎo)致認(rèn)為失去同步，應(yīng)該降低判斷同步的條件，以使系統(tǒng)穩(wěn)定工作。應(yīng)該降低判斷同步的條件，以

25、使系統(tǒng)穩(wěn)定工作。26第第13章章 同步原理同步原理n13.4.2 集中插入法：又稱連貫式插入法。集中插入法：又稱連貫式插入法。u原理：。采用特殊的群同步碼組，集中插入在信息碼原理：。采用特殊的群同步碼組，集中插入在信息碼組的前頭，使得接收時(shí)能夠容易地立即捕獲它。因此，組的前頭，使得接收時(shí)能夠容易地立即捕獲它。因此，要求群同步碼的自相關(guān)特性曲線具有尖銳的單峰，以要求群同步碼的自相關(guān)特性曲線具有尖銳的單峰，以便容易地從接收碼元序列中識(shí)別出來。便容易地從接收碼元序列中識(shí)別出來。 u局部自相關(guān)函數(shù)定義：設(shè)有一個(gè)碼組，它包含局部自相關(guān)函數(shù)定義：設(shè)有一個(gè)碼組，它包含N個(gè)碼元，個(gè)碼元，則其局部自相關(guān)函數(shù)等于

26、則其局部自相關(guān)函數(shù)等于式中，式中，N為碼組中的碼元數(shù)目；為碼組中的碼元數(shù)目； xi = +1或或 -1，當(dāng)，當(dāng)1 i N； xi = 0， 當(dāng)當(dāng)1 i 和和i N。jNijiixxjR1)()1 (Ni 整數(shù)）j (27第第13章章 同步原理同步原理顯然可見，當(dāng)顯然可見，當(dāng)j = 0時(shí)，時(shí)，若一個(gè)碼組的自相關(guān)函數(shù)僅在若一個(gè)碼組的自相關(guān)函數(shù)僅在R(0)處出現(xiàn)峰值，其他處的處出現(xiàn)峰值，其他處的R(j)值均很小，則可以用求自相關(guān)函數(shù)的方法尋找峰值，從而發(fā)值均很小，則可以用求自相關(guān)函數(shù)的方法尋找峰值，從而發(fā)現(xiàn)此碼組并確定其位置。現(xiàn)此碼組并確定其位置。u巴克碼：常用的一種群同步碼。巴克碼：常用的一種群同

27、步碼。p定義：設(shè)一個(gè)定義：設(shè)一個(gè)N位的巴克碼組為位的巴克碼組為x1, x2, ,xN，則其自相，則其自相關(guān)函數(shù)可以用下式表示：關(guān)函數(shù)可以用下式表示：上式表明，巴克碼的上式表明，巴克碼的R(0) = N，而在其他處的自相關(guān)函，而在其他處的自相關(guān)函數(shù)數(shù)R(j)的絕對(duì)值均不大于的絕對(duì)值均不大于1。這就是說，凡是滿足上式的。這就是說，凡是滿足上式的碼組，就稱為巴克碼。碼組，就稱為巴克碼。 NxxxRNiiNiii121)0(NjNjjNxxjRjNijii, 00,00,)(11或28第第13章章 同步原理同步原理p巴克碼組列表：巴克碼組列表： 表中各碼組的反碼（即正負(fù)號(hào)相反的碼）和反序碼（即時(shí)表中各

28、碼組的反碼（即正負(fù)號(hào)相反的碼）和反序碼（即時(shí)間順序相反的碼）也是巴克碼。間順序相反的碼）也是巴克碼。 N巴克碼12， 34， 57111329第第13章章 同步原理同步原理p例：例：N = 5的巴克碼。的巴克碼。在在j = 0至至4的范圍內(nèi)，求其自相關(guān)函數(shù)值：的范圍內(nèi)，求其自相關(guān)函數(shù)值：由以上計(jì)算結(jié)果可見，其自相關(guān)函數(shù)絕對(duì)值除由以上計(jì)算結(jié)果可見，其自相關(guān)函數(shù)絕對(duì)值除R(0)外，均不外，均不大于大于1。 1)4(4011)3(31111)2(201111) 1 (1511111)0(0114213312411512iiiiiiiiiiiiiixxRjxxRjxxRjxxRjxRj時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，

29、當(dāng)時(shí)，當(dāng)時(shí)，當(dāng)304123-4-1-3-2R(j)1-15j320第第13章章 同步原理同步原理p巴克碼的自相關(guān)函數(shù)值曲線巴克碼的自相關(guān)函數(shù)值曲線 自相關(guān)函數(shù)是偶函數(shù)，所以其自相關(guān)函數(shù)值畫成曲線自相關(guān)函數(shù)是偶函數(shù)，所以其自相關(guān)函數(shù)值畫成曲線 如上如上圖所示。將圖所示。將j = 0時(shí)的時(shí)的R(j)值稱為主瓣，其他處的值稱為旁瓣。值稱為主瓣，其他處的值稱為旁瓣。實(shí)際通信情況中，在巴克碼前后有其他碼元存在。但是，若實(shí)際通信情況中，在巴克碼前后有其他碼元存在。但是，若假設(shè)信號(hào)碼元的出現(xiàn)是等概率的，則相當(dāng)于在巴克碼前后的假設(shè)信號(hào)碼元的出現(xiàn)是等概率的，則相當(dāng)于在巴克碼前后的碼元取值平均為碼元取值平均為0。

30、所以平均而言，計(jì)算巴克碼的局部自相。所以平均而言，計(jì)算巴克碼的局部自相關(guān)函數(shù)的結(jié)果，近似地符合在實(shí)際通信情況中計(jì)算全部自相關(guān)函數(shù)的結(jié)果，近似地符合在實(shí)際通信情況中計(jì)算全部自相關(guān)函數(shù)的結(jié)果。關(guān)函數(shù)的結(jié)果。31第第13章章 同步原理同步原理n13.4.4 群同步性能u主要性能指標(biāo)：主要性能指標(biāo)：p假同步概率假同步概率Pf ：當(dāng)捕捉時(shí)同步系統(tǒng)將錯(cuò)誤的同步位置當(dāng)：當(dāng)捕捉時(shí)同步系統(tǒng)將錯(cuò)誤的同步位置當(dāng)作正確的同步位置捕捉到。產(chǎn)生假同步的主要原因是由作正確的同步位置捕捉到。產(chǎn)生假同步的主要原因是由于噪聲的影響使信息碼元錯(cuò)成同步碼元。于噪聲的影響使信息碼元錯(cuò)成同步碼元。 p漏同步概率漏同步概率Pl：同步系統(tǒng)將

31、正確的同步位置漏過而沒有：同步系統(tǒng)將正確的同步位置漏過而沒有捕捉到。漏同步的主要原因是噪聲的影響，使正確的同捕捉到。漏同步的主要原因是噪聲的影響，使正確的同步碼元變成錯(cuò)誤的碼元。步碼元變成錯(cuò)誤的碼元。32第第13章章 同步原理同步原理u計(jì)算漏同步概率：設(shè)接收碼元錯(cuò)誤概率為計(jì)算漏同步概率：設(shè)接收碼元錯(cuò)誤概率為p，需檢驗(yàn)的同，需檢驗(yàn)的同步碼元數(shù)為步碼元數(shù)為n，檢驗(yàn)時(shí)容許錯(cuò)誤的最大碼元數(shù)為，檢驗(yàn)時(shí)容許錯(cuò)誤的最大碼元數(shù)為m，則未，則未漏判定為同步碼的概率等于漏判定為同步碼的概率等于式中，式中，Cnr為為n中取中取r的組合數(shù)。的組合數(shù)。所以，漏同步概率等于所以，漏同步概率等于當(dāng)不允許有錯(cuò)誤時(shí)，即設(shè)定當(dāng)不

32、允許有錯(cuò)誤時(shí)，即設(shè)定m = 0時(shí)，則上式變?yōu)闀r(shí)，則上式變?yōu)樯鲜骄褪遣辉试S有錯(cuò)同步碼時(shí)漏同步的概率。上式就是不允許有錯(cuò)同步碼時(shí)漏同步的概率。mrrnrrnuppCP0)1 (mrrnrrnlppCP0)1 (1nlpP)1 (133第第13章章 同步原理同步原理u計(jì)算假同步概率計(jì)算假同步概率 假設(shè)信息碼元是等概率的，即其中假設(shè)信息碼元是等概率的，即其中“1”和和“0”的先驗(yàn)概的先驗(yàn)概率相等；并且假設(shè)假同步完全是由于某個(gè)信息碼組被誤率相等；并且假設(shè)假同步完全是由于某個(gè)信息碼組被誤認(rèn)為是同步碼組造成的。同步碼組長(zhǎng)度為認(rèn)為是同步碼組造成的。同步碼組長(zhǎng)度為n，所以，所以n位的位的信息碼組有信息碼組有2n

33、種排列。它被錯(cuò)當(dāng)成同步碼組的概率和容種排列。它被錯(cuò)當(dāng)成同步碼組的概率和容許錯(cuò)誤碼元數(shù)許錯(cuò)誤碼元數(shù)m有關(guān)。若不容許有錯(cuò)碼，即有關(guān)。若不容許有錯(cuò)碼，即m = 0，則只，則只有一種可能，即信息碼組中的每個(gè)碼元恰好都和同步碼有一種可能，即信息碼組中的每個(gè)碼元恰好都和同步碼元相同。若元相同。若m = 1，則有，則有Cn1種可能將信息碼組誤認(rèn)為是同種可能將信息碼組誤認(rèn)為是同步碼組。因此假同步的總概率為步碼組。因此假同步的總概率為式中，分母式中，分母2n是全部可能出現(xiàn)的信息碼組數(shù)。是全部可能出現(xiàn)的信息碼組數(shù)。nmrrnfCP2034第第13章章 同步原理同步原理u比較比較p比較漏同步和假同步公式可見，當(dāng)判定

34、條件放寬時(shí)，即比較漏同步和假同步公式可見，當(dāng)判定條件放寬時(shí)，即m增大時(shí)，漏同步概率減小，但假同步概率增大。設(shè)計(jì)時(shí)需增大時(shí)，漏同步概率減小，但假同步概率增大。設(shè)計(jì)時(shí)需折中考慮。折中考慮。u平均建立時(shí)間：平均建立時(shí)間：p從開始捕捉轉(zhuǎn)變到保持態(tài)所需的時(shí)間。從開始捕捉轉(zhuǎn)變到保持態(tài)所需的時(shí)間。p現(xiàn)以集中插入法為例進(jìn)行計(jì)算。現(xiàn)以集中插入法為例進(jìn)行計(jì)算。假設(shè)漏同步和假同步都不發(fā)生，則由于在一個(gè)群同步周期假設(shè)漏同步和假同步都不發(fā)生，則由于在一個(gè)群同步周期內(nèi)一定會(huì)有一次同步碼組出現(xiàn)。所以按照上流程圖捕捉同內(nèi)一定會(huì)有一次同步碼組出現(xiàn)。所以按照上流程圖捕捉同步碼組時(shí)，最長(zhǎng)需要等待一個(gè)周期的時(shí)間，最短則不需等步碼組時(shí)，最長(zhǎng)需要