通信原理第13章同步原理new

1、通信原理通信原理第第1313章章 同步原理同步原理13.1 概述概述 同步問題發(fā)生在收方。通信系統(tǒng)中的同步種類：同步問題發(fā)生在收方。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。載波同步、碼元同步、群同步和網(wǎng)同步。1、載波同步（又稱載波恢復(fù)）、載波同步（又稱載波恢復(fù)）（1）目的：）目的：在接收設(shè)備中產(chǎn)生一個(gè)和接收信號(hào)的載波在接收設(shè)備中產(chǎn)生一個(gè)和接收信號(hào)的載波同同頻、同相頻、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)。（2）方法：）方法：接收信號(hào)中接收信號(hào)中有載頻分量有載頻分量時(shí)：需要調(diào)整其相位。時(shí)：需要調(diào)整其相位。接收信號(hào)中接收信號(hào)中無載頻分量無載頻分量時(shí)：需從信號(hào)中提

2、取載波，時(shí)：需從信號(hào)中提取載波， 或插入輔助同步信息。或插入輔助同步信息。模擬、數(shù)字通信系統(tǒng)都有模擬、數(shù)字通信系統(tǒng)都有2、碼元同步（又稱位同步或時(shí)鐘恢復(fù)）、碼元同步（又稱位同步或時(shí)鐘恢復(fù)）數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)（1）目的：）目的：得知每個(gè)接收碼元準(zhǔn)確的起止時(shí)刻，以便決定得知每個(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。積分和判決時(shí)刻。（2）方法：）方法：從接收信號(hào)中獲取同步信息，或插入輔助同步從接收信號(hào)中獲取同步信息，或插入輔助同步信息，由其產(chǎn)生一時(shí)鐘脈沖序列，使其和接收碼元重復(fù)頻信息，由其產(chǎn)生一時(shí)鐘脈沖序列，使其和接收碼元重復(fù)頻率和相位一致。率和相位一致。 C(f) GR（f） 抽樣

3、判抽樣判決器決器 GT（f） 干擾如基帶傳輸系統(tǒng)：如基帶傳輸系統(tǒng)： 位同步是基礎(chǔ)同步，如果位失步，則所有位都無意義。位同步是基礎(chǔ)同步，如果位失步，則所有位都無意義。 3、群同步（又稱幀同步）、群同步（又稱幀同步） （1）目的：）目的：將接收碼元正確分組。將接收碼元正確分組。（2）方法：）方法：通常需要在發(fā)送信號(hào)中周期性地插入一個(gè)同通常需要在發(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。數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng) 數(shù)字通信中，消息數(shù)字流通常是用若干碼元組成一個(gè)數(shù)字通信中，消息數(shù)字流通常是用若干碼元組成一個(gè)“字字”，又，又用若干個(gè)用若干個(gè)“字字”組成組成“句句”，即是以

4、，即是以若干碼元組合若干碼元組合作為一個(gè)單元或群作為一個(gè)單元或群來傳送消息的。在接收端接收這些數(shù)字流時(shí)，同樣也必須知道這些來傳送消息的。在接收端接收這些數(shù)字流時(shí)，同樣也必須知道這些“字字”、“句句”的起止時(shí)刻，在接收端產(chǎn)生與的起止時(shí)刻，在接收端產(chǎn)生與“字字”、“句句” 起止時(shí)起止時(shí)刻同步一致的脈沖序列，稱為刻同步一致的脈沖序列，稱為“字同步字同步”或或“句同步句同步”，統(tǒng)稱，統(tǒng)稱“群同群同步步”或或“幀同步幀同步”。 4、網(wǎng)同步：使通信網(wǎng)中各站點(diǎn)時(shí)鐘之間保持同步。、網(wǎng)同步：使通信網(wǎng)中各站點(diǎn)時(shí)鐘之間保持同步。13.2 載波同步載波同步13.2.1 有輔助導(dǎo)頻時(shí)的載頻提?。ㄓ休o助導(dǎo)頻時(shí)的載頻提取（

5、插入導(dǎo)頻法插入導(dǎo)頻法） 在發(fā)送有用信號(hào)的同時(shí)，在適當(dāng)?shù)念l率位置上插入在發(fā)送有用信號(hào)的同時(shí)，在適當(dāng)?shù)念l率位置上插入一個(gè)（或多個(gè)）稱為一個(gè)（或多個(gè)）稱為“導(dǎo)頻導(dǎo)頻”的正弦波，接收端就由此的正弦波，接收端就由此導(dǎo)頻提取出載波，這類方法稱為導(dǎo)頻提取出載波，這類方法稱為“插入導(dǎo)頻法插入導(dǎo)頻法”。用于不包含載頻分量用于不包含載頻分量或很難分離載波的信號(hào)或很難分離載波的信號(hào)1、適用對(duì)象、適用對(duì)象 DSB、SSBVSBPSK（P=1/2）2、缺點(diǎn)：、缺點(diǎn)：由于在發(fā)方插入導(dǎo)頻，占用了寶貴功率。由于在發(fā)方插入導(dǎo)頻，占用了寶貴功率。3、多采用鎖相環(huán)（、多采用鎖相環(huán)（PLL）提取載波）提取載波鎖相環(huán)原理方框圖：鎖相環(huán)

6、原理方框圖：環(huán)路濾波器環(huán)路濾波器壓控振蕩器壓控振蕩器輸出導(dǎo)頻輸出導(dǎo)頻輸入信號(hào)輸入信號(hào)鑒相器鑒相器 對(duì)對(duì)環(huán)路濾波器環(huán)路濾波器的要求：通帶越窄，能夠通過的噪聲越的要求：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。少，但是對(duì)導(dǎo)頻相位漂移的限制越大。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（環(huán)路）濾波器：窄帶（環(huán)路）濾波器：改用數(shù)字濾波器改用數(shù)字濾波器壓控振蕩器：壓控振蕩器：用只讀存儲(chǔ)器代替用只讀存儲(chǔ)器代替鑒相器：鑒相器：可以是一組匹配濾波器可以是一組匹配濾波器例如：例如：DSB/SC（抑制載波的雙邊帶調(diào)制）（抑制載波的雙邊帶調(diào)制） SBF BPF LPF

7、cosct cosct ( )m t調(diào)制信號(hào)：調(diào)制信號(hào)： m(t)( )( )0m tE m t無直流無直流頻域無沖激頻域無沖激無載頻分量無載頻分量設(shè)設(shè)調(diào)制載頻調(diào)制載頻：cosct 插入導(dǎo)頻插入導(dǎo)頻：sinct 并非是調(diào)制載頻，而是調(diào)制載頻相移并非是調(diào)制載頻，而是調(diào)制載頻相移/2后的后的正交載頻正交載頻?？驁D：框圖： SBF BPF LPF cosct ( )m t 90 相相 移移NBPF 90 相相移移( )ou t( )ou t( )v t( )m tsinct （1）插入導(dǎo)頻）插入導(dǎo)頻：sinct 發(fā)送端發(fā)送端接收端接收端分析：分析： （2）發(fā)送端輸出信號(hào)）發(fā)送端輸出信號(hào)：( )( )

8、cossinoccu tttm t （3）接收端輸入信號(hào)）接收端輸入信號(hào)：( )( )ooutu t sin(90 )coscos(90 )sincccctttt 插入插入導(dǎo)頻導(dǎo)頻s n(i)cosccm ttt SBF BPF LPF cosct ( )m t 90 相相 移移NBPF 90 相相移移( )ou t( )ou t( )v t( )m tsinct 發(fā)送端發(fā)送端接收端接收端（4）窄帶濾波器）窄帶濾波器NBPF：NBPF輸出：輸出： sinct （5） 后輸出后輸出：90 相相移移cosct cosct 中心頻率為中心頻率為fc，一般用鎖相環(huán)代替，用來提取導(dǎo)頻。，一般用鎖相環(huán)代替

9、，用來提取導(dǎo)頻。sin(90 )coscos(90 )sincccctttt sinct （6）2( )( )( )cos( )cocossincossincoscos2sis111( )2( )222nccccocccccttttv tutm ttm ttm tm tttt SBF BPF LPF cosct ( )m t 90 相相 移移NBPF 90 相相移移( )ou t( )ou t( )v t( )m tsinct 發(fā)送端發(fā)送端接收端接收端cosct （7）LPF輸出（輸出（G=2）：）：( )( )m tm t ( )( )cossinoccu tttm t 注意：注意： 為了提

10、取同步信號(hào)而插入的導(dǎo)頻，必須是調(diào)制載頻的為了提取同步信號(hào)而插入的導(dǎo)頻，必須是調(diào)制載頻的正交載波正交載波。若插入的導(dǎo)頻直接是載波時(shí)：。若插入的導(dǎo)頻直接是載波時(shí)： SBF BPF LPF cosct ( )m t NBPF ( )ou t( )ou t( )v t( )m tcosct cosct ( )( )coscosoccu tttm t 22( )( )( )cos( )ccoscoscoscoos1111( )( )2222cos2co 2ssoccccccccttttv tutm ttm ttm tm ttt SBF BPF LPF cosct ( )m t NBPF ( )ou t(

11、 )ou t( )v t( )m tcosct cosct cos2c1111( )( )( )222s2o 2ccv tm tm tttLPF輸出（輸出（G=2）：）：( )( )1m tm t 直流信號(hào)直流信號(hào)“1”對(duì)信號(hào)將產(chǎn)生影響。對(duì)信號(hào)將產(chǎn)生影響。插入的導(dǎo)頻必須是調(diào)制載頻的插入的導(dǎo)頻必須是調(diào)制載頻的正交載波正交載波。13.2.2 無輔助導(dǎo)頻時(shí)的載波提?。o輔助導(dǎo)頻時(shí)的載波提取（直接法直接法/自同步自同步）不專門發(fā)送導(dǎo)頻，而在接收端直接從發(fā)送信號(hào)中不專門發(fā)送導(dǎo)頻，而在接收端直接從發(fā)送信號(hào)中提取載波提取載波。優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：不占發(fā)射功率不占發(fā)射功率缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：收發(fā)設(shè)備復(fù)雜收發(fā)設(shè)備復(fù)雜 例如：例

12、如：DSB信號(hào)，雖然不含有載波分量，但對(duì)該已調(diào)信號(hào)進(jìn)信號(hào)，雖然不含有載波分量，但對(duì)該已調(diào)信號(hào)進(jìn)行某種行某種非線性變換非線性變換后，就可以直接從其中提取出載波。后，就可以直接從其中提取出載波。1、平方變化法和平方環(huán)法、平方變化法和平方環(huán)法 （1）適用對(duì)象：）適用對(duì)象：DSB、2PSK、2DPSK（SSB不能）不能）（2）分析：）分析： 基帶信號(hào)基帶信號(hào)m(t)： 無直流分量，即無直流分量，即 ( )0E m t發(fā)送信號(hào)：發(fā)送信號(hào)：( )( )coscs tm tt收發(fā)：收發(fā)：將接收的已調(diào)信號(hào)進(jìn)行將接收的已調(diào)信號(hào)進(jìn)行平方變換平方變換：22221( )( )cos( )(1cos2)2ccstm t

13、tm tt2211( )cos222( )cm tm tt2( )0E m t由于：由于：則在則在2c上有載頻沖激。上有載頻沖激。思路：思路：先用先用窄帶濾波器濾窄帶濾波器濾取高頻部分取高頻部分21cos( )22cm tt再經(jīng)過二分頻，獲取載波再經(jīng)過二分頻，獲取載波 。cosct（3）產(chǎn)生框圖）產(chǎn)生框圖平方變換法平方變換法 平平方方律律部部件件 2fc窄窄帶帶濾濾波波器器 二二分分頻頻 ( )s t平方環(huán)法：鎖相環(huán)代替窄帶濾波器平方環(huán)法：鎖相環(huán)代替窄帶濾波器載頻輸出帶通濾波帶通濾波平平 方方壓控振蕩環(huán)路濾波鎖相環(huán)鎖相環(huán)s(t)二分頻二分頻窄帶濾波窄帶濾波分析：分析： 1）對(duì)于）對(duì)于DSB：

14、( )0E m t2( )0E m t則在則在2c上有載頻沖激。上有載頻沖激。 所以可以先用窄帶濾波器濾取高頻部分所以可以先用窄帶濾波器濾取高頻部分2c，再經(jīng)二，再經(jīng)二分頻，可得載波分量分頻，可得載波分量cosct2）對(duì)于）對(duì)于PSK： ( )0E m t2( )0E m t則在則在2c上有載頻沖激。上有載頻沖激。 所以可以先用窄帶濾波器濾取高頻部分所以可以先用窄帶濾波器濾取高頻部分2c，再經(jīng)二，再經(jīng)二分頻，可得載波分量分頻，可得載波分量cosctm(t)雙極性雙極性3）證明：）證明：SSB不能采用平方法。不能采用平方法。( )( )coscs tm tt11( )( )cos( )sin22

15、ccs tm ttm tt（4）此方案的缺點(diǎn)：）此方案的缺點(diǎn)： 相位含糊性：相位含糊性：二分頻器的輸出電壓有相差二分頻器的輸出電壓有相差180 的兩的兩種可能相位，即其輸出電壓的相位決定于分頻器的隨種可能相位，即其輸出電壓的相位決定于分頻器的隨機(jī)初始狀態(tài)。機(jī)初始狀態(tài)。 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。散頻率分量，使鎖相環(huán)鎖定在錯(cuò)誤的頻率上?？朔椒ǎ嚎朔椒ǎ盒畔⒉恢苯蛹虞d在相位上，而加載在前后碼信息不直接加載在相位上，而加載在前后碼元相位差上，即采用差分編碼，如元相位差上，即采用差分編碼，如2

16、DPSK?？朔椒ǎ嚎朔椒ǎ航档铜h(huán)路濾波器的帶寬。降低環(huán)路濾波器的帶寬。2、M次方環(huán)法次方環(huán)法 （1）適用對(duì)象：）適用對(duì)象：只能用于多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)，如只能用于多進(jìn)制數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)，如MPSK （2）產(chǎn)生框圖：）產(chǎn)生框圖： M次方變換法次方變換法M次方環(huán)法：鎖相環(huán)代替窄帶濾波器次方環(huán)法：鎖相環(huán)代替窄帶濾波器 Mfc窄窄帶帶濾濾波波器器 M 分分頻頻 ( )s tM（）載頻輸出帶通濾波帶通濾波（）（）M壓控振蕩環(huán)路濾波鎖相環(huán)鎖相環(huán)s(t)M分頻分頻窄帶濾波窄帶濾波13.2.3 載波同步的性能載波同步的性能相位誤差相位誤差 當(dāng)實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)時(shí)，載波同步系統(tǒng)所提取的載波存當(dāng)實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)時(shí)，載波同步系

17、統(tǒng)所提取的載波存在相位誤差。在相位誤差。（1）相位誤差的種類）相位誤差的種類恒定誤差：恒定誤差：由電路參量引起的由電路參量引起的隨機(jī)誤差：隨機(jī)誤差：由噪聲引起的由噪聲引起的（2）影響：）影響：減小接收的功率減小接收的功率SNR產(chǎn)生失真（模擬）產(chǎn)生失真（模擬） 產(chǎn)生誤碼（數(shù)字）產(chǎn)生誤碼（數(shù)字） 例如：例如： DSB：接收信號(hào)：接收信號(hào)：( )( )coscs tm tt本地載波：本地載波：cos()ct相位誤差：相位誤差：相干解調(diào)：相干解調(diào)： c( )cosos()ccmttt1( )cos(2)cos( )2cm tt11( )cos(2)( )cos( )22cm ttm t經(jīng)過經(jīng)過LPF

18、1( )cos( )2m tcos( )1因?yàn)椋阂驗(yàn)椋?對(duì)信號(hào)有隨機(jī)波動(dòng)性的衰減，屬于對(duì)信號(hào)有隨機(jī)波動(dòng)性的衰減，屬于減小功率減小功率的影響。的影響。 SSB：接收信號(hào)：接收信號(hào)：11( )( )cos( )sin22ccs tm ttm tt本地載波：本地載波：cos()ct設(shè)基帶信號(hào)為：設(shè)基帶信號(hào)為： ( )cosm tt（上邊帶）（上邊帶） 11coscossinsin22cctttt1cos()2ct相位誤差：相位誤差：相干解調(diào)：相干解調(diào)： cos()(cs tt1cos(2)cos()4cttt 經(jīng)過經(jīng)過LPF： 1cos() cos(2)cctt1cos()4t 11coscossi

19、nsin44tt11( )cos( )sin44m tm tab 是是m(t)的正交項(xiàng)，使基帶信號(hào)產(chǎn)生畸變，的正交項(xiàng)，使基帶信號(hào)產(chǎn)生畸變，即產(chǎn)生失真。即產(chǎn)生失真。對(duì)于對(duì)于a： 1( )cos4m t所以有衰減。所以有衰減。對(duì)于對(duì)于b： 因?yàn)椋阂驗(yàn)椋?既有衰減，又有失真。既有衰減，又有失真。cos( )1因?yàn)椋阂驗(yàn)椋?1( )sin4m t( )m t 2PSK：無相差時(shí)：無相差時(shí)： 有相差時(shí)：有相差時(shí)： 012eEPerfcn02co12seEPerfcn13.3 碼元同步（位同步）碼元同步（位同步）（1）目的：）目的：在準(zhǔn)確的時(shí)刻對(duì)接收碼元進(jìn)行判決，以及對(duì)接在準(zhǔn)確的時(shí)刻對(duì)接收碼元進(jìn)行判決，以

20、及對(duì)接收碼元能量正確積分。收碼元能量正確積分。（2）方法：）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。序列，或稱定時(shí)脈沖序列。（3）碼元同步方法分類：）碼元同步方法分類：外同步法：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)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)據(jù)序列。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。自同步法：自同步法：它不需要輔助同步信息，直接從信息碼元中提取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，這種方法要求在信息碼元序列中含出碼元定時(shí)信息

21、。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。有碼元定時(shí)信息。13.3.1 外同步法（插入導(dǎo)頻法）外同步法（插入導(dǎo)頻法） 于發(fā)送信號(hào)中插入頻率為于發(fā)送信號(hào)中插入頻率為碼元速率（碼元速率（1/T）或碼元速率）或碼元速率倍數(shù)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。離出來，并形成碼元定時(shí)脈沖。優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)設(shè)備較簡單；設(shè)備較簡單；缺點(diǎn)缺點(diǎn)需要占用一定的頻帶寬帶和發(fā)送功率。需要占用一定的頻帶寬帶和發(fā)送功率。時(shí)域：時(shí)域：連續(xù)插入；增加連續(xù)插入；增加“同步頭同步頭”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

22、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。外同步法目前采用不多。外同步法目前采用不多。例如：在基帶信號(hào)頻譜的零點(diǎn)插入所需的導(dǎo)頻信號(hào)。例如：在基帶信號(hào)頻譜的零點(diǎn)插入所需的導(dǎo)頻信號(hào)。 如果信號(hào)的速率（傳碼率）為：如果信號(hào)的速率（傳碼率）為：1/T（B），），不歸零不歸零。其其功率譜功率譜為：為： 1Tf()sPf Tt發(fā)方時(shí)鐘周期為發(fā)方時(shí)鐘周期為T。在收方也應(yīng)重建一個(gè)在收方也應(yīng)重建一個(gè)周期為周期為T的時(shí)鐘。的時(shí)鐘。頻譜：頻譜： 1Tf()S f導(dǎo)頻導(dǎo)頻在基帶信號(hào)的頻譜的第一個(gè)零點(diǎn)插入導(dǎo)頻：在基帶信號(hào)

23、的頻譜的第一個(gè)零點(diǎn)插入導(dǎo)頻： f=1/T即即插入一個(gè)頻率為插入一個(gè)頻率為f=1/T的正弦波。的正弦波。 該導(dǎo)頻在接收端可由該導(dǎo)頻在接收端可由中心頻率為中心頻率為f=1/T的窄帶濾波的窄帶濾波器（器（NBPF）提取出來，提取出來，NBPF輸出為一輸出為一正弦波正弦波?；謴?fù)過程如下所示?；謴?fù)過程如下所示。 發(fā)方時(shí)鐘：發(fā)方時(shí)鐘： Tt導(dǎo)頻：導(dǎo)頻：頻率為頻率為1/T的正弦波的正弦波 Tt半波整流：半波整流： Tt放大：放大： Tt限幅：限幅： Tt13.3.2 自同步法（直接法）自同步法（直接法） 自同步法分類：自同步法分類：（1）開環(huán)同步法：）開環(huán)同步法：由于由于二進(jìn)制先驗(yàn)概率相等的不歸零碼二進(jìn)制先

24、驗(yàn)概率相等的不歸零碼元序列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)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)行某種對(duì)其進(jìn)行某種非線性變換非線性變換，才能使其頻譜中含有離散的碼，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。元速率頻譜分量，并從中提取碼元定時(shí)信息。（2）閉環(huán)同步法：）閉環(huán)同步法：用比較用比較本地時(shí)鐘周期本地時(shí)鐘周期和和輸入信號(hào)碼元輸入信號(hào)碼元周期周期的方法，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。 發(fā)送端不發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)，而直接從數(shù)字信號(hào)中提取發(fā)送端不發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)，而直接從數(shù)字信號(hào)中提取“位同步信息位同步信息”的方法。的

25、方法。1、開環(huán)碼元同步法、開環(huán)碼元同步法（1）延遲相乘法原理方框圖）延遲相乘法原理方框圖c延遲延遲T/2ab放大限幅放大限幅窄帶濾波窄帶濾波 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；而前一半則當(dāng)輸入狀態(tài)有改變時(shí)為負(fù)值。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。 因此，變換后的碼元序列的頻譜中就產(chǎn)生了因此，變換后的碼元序列的頻譜中就產(chǎn)生了碼元速率的碼元速率的分量分量。延遲時(shí)間等于延遲時(shí)間等于碼元時(shí)間一半碼元時(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)(b)(a)c延遲延遲T/2ab放大限幅放大限幅窄帶濾波

26、窄帶濾波（2）微分整流法原理）微分整流法原理低低 通通微微 分分整整 流流窄帶濾波窄帶濾波放大限幅放大限幅 Tt Tt TtTtTt基帶信號(hào)：基帶信號(hào)：微分：微分：全波整流：全波整流：窄帶濾波：窄帶濾波：放大限幅：放大限幅：2、閉環(huán)碼元同步法（鎖相法）、閉環(huán)碼元同步法（鎖相法） 基本原理：基本原理：將將接收信號(hào)和本地產(chǎn)生的碼元定時(shí)信號(hào)接收信號(hào)和本地產(chǎn)生的碼元定時(shí)信號(hào)相相比較，使本地產(chǎn)生的定時(shí)信號(hào)和接收碼元波形的比較，使本地產(chǎn)生的定時(shí)信號(hào)和接收碼元波形的轉(zhuǎn)變點(diǎn)轉(zhuǎn)變點(diǎn)保保持同步。這種方法類似載頻同步中的持同步。這種方法類似載頻同步中的鎖相環(huán)法鎖相環(huán)法。“超前超前/滯后門滯后門”同步器同步器（1）原

27、理方框圖）原理方框圖超前門超前門滯后門滯后門環(huán)路濾波環(huán)路濾波| | | +壓控振蕩壓控振蕩+u1u2|u1|u2|e=|u2|-|u1|m(t)門波形產(chǎn)生門波形產(chǎn)生dTdt0Tddt（2）工作原理）工作原理d+1-1超前門超前門滯后門滯后門(a) 同步狀態(tài)同步狀態(tài)Td(b) 超前狀態(tài)超前狀態(tài)d+1-1超前門超前門滯后門滯后門T2積分時(shí)間超前門超前門滯后門滯后門環(huán)路濾波環(huán)路濾波| | | +壓控振蕩壓控振蕩+u1u2|u1|u2|e=|u2|-|u1|m(t)門波形產(chǎn)生門波形產(chǎn)生dTdt0Tddt13.4 群同步群同步13.4.1 概述概述 數(shù)字通信中，一般總是以一定數(shù)目的碼元組成一個(gè)數(shù)字通信中

28、，一般總是以一定數(shù)目的碼元組成一個(gè)個(gè)的個(gè)的“字字”或或“句句”，即組成一個(gè)個(gè)的，即組成一個(gè)個(gè)的“群群”來進(jìn)行傳輸。來進(jìn)行傳輸。如果已知了如果已知了“位同步信號(hào)位同步信號(hào)”，如何如來確定，如何如來確定“群同步信號(hào)群同步信號(hào)”呢？呢？ “群群”是由多個(gè)（是由多個(gè)（m位）二進(jìn)制碼元組成的一個(gè)序列，位）二進(jìn)制碼元組成的一個(gè)序列，如果已知如果已知位同步信號(hào)的頻率為位同步信號(hào)的頻率為fb，則，則群同步信號(hào)的頻率群同步信號(hào)的頻率fq可由位同步信號(hào)的頻率經(jīng)過可由位同步信號(hào)的頻率經(jīng)過分頻分頻而得到。而得到。bqffm 再達(dá)到再達(dá)到“同相同相”的要求，即可實(shí)現(xiàn)群同步信號(hào)與接收信的要求，即可實(shí)現(xiàn)群同步信號(hào)與接收信號(hào)

29、在起、止時(shí)刻上嚴(yán)格一致，即實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的號(hào)在起、止時(shí)刻上嚴(yán)格一致，即實(shí)現(xiàn)嚴(yán)格的“同步同步”。1、實(shí)現(xiàn)方法：、實(shí)現(xiàn)方法： （1）外同步法）外同步法在數(shù)字信息流中插入一些特殊碼組（在數(shù)字信息流中插入一些特殊碼組（幀幀同步信號(hào)同步信號(hào)）作為每群的頭、尾，接收端根據(jù)這些特殊碼組的）作為每群的頭、尾，接收端根據(jù)這些特殊碼組的位置就可以實(shí)現(xiàn)群同步，類似于位置就可以實(shí)現(xiàn)群同步，類似于插入導(dǎo)頻法插入導(dǎo)頻法。（2）自同步法）自同步法不需要加特殊碼組，類似于載波同步和不需要加特殊碼組，類似于載波同步和位同步的直接法，利用數(shù)據(jù)碼組本身之間彼此不同的特性位同步的直接法，利用數(shù)據(jù)碼組本身之間彼此不同的特性來實(shí)現(xiàn)同步。來實(shí)現(xiàn)

30、同步。主要種類：主要種類： 連貫式插入連貫式插入 / 集中插入集中插入間隔式插入間隔式插入 / 分散插入分散插入（1）捕捉態(tài)：）捕捉態(tài)：在捕捉態(tài)時(shí)，確認(rèn)搜索到群同步碼的條在捕捉態(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。件必須規(guī)定得很高，以防發(fā)生假同步。（2）保持態(tài)：）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。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，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，應(yīng)該降低判斷同步的條件，以

31、使系統(tǒng)穩(wěn)定工失去同步，應(yīng)該降低判斷同步的條件，以使系統(tǒng)穩(wěn)定工作。作。2、同步電路的狀態(tài)、同步電路的狀態(tài)1 5 1.5 3、幀同步方法、幀同步方法（1）起止同步法：）起止同步法： 在電傳機(jī)中廣泛使用在電傳機(jī)中廣泛使用 電傳報(bào)：電傳報(bào)： 一幀（字）有一幀（字）有7.5個(gè)碼元組成，結(jié)構(gòu)如下：個(gè)碼元組成，結(jié)構(gòu)如下： 起起止止1 0 0 1 0 起始脈沖（負(fù)）起始脈沖（負(fù)） 信息信息 止脈沖（正）止脈沖（正） 原理：原理： 根據(jù)根據(jù)“1.5碼元止脈沖正電平第一次轉(zhuǎn)為負(fù)電平碼元止脈沖正電平第一次轉(zhuǎn)為負(fù)電平”這一特殊規(guī)律，確定一個(gè)字的起止位置，從而實(shí)現(xiàn)同步。這一特殊規(guī)律，確定一個(gè)字的起止位置，從而實(shí)現(xiàn)同步。

32、缺點(diǎn)缺點(diǎn)：（1）止脈沖寬度（止脈沖寬度（1.5）與碼元寬度不一致，給同步）與碼元寬度不一致，給同步數(shù)字傳輸帶來不便；（數(shù)字傳輸帶來不便；（2）7.5個(gè)碼元中只有個(gè)碼元中只有5個(gè)碼元用來傳輸個(gè)碼元用來傳輸信息，效率低。信息，效率低。止止（2）連貫式插入）連貫式插入/集中插入集中插入在每群的開頭集中插入在每群的開頭集中插入“群同步碼組群同步碼組”的方法。的方法。1）要求：）要求： 對(duì)作對(duì)作“群同步碼組群同步碼組”用的特殊碼組，應(yīng)具有用的特殊碼組，應(yīng)具有尖銳單峰特尖銳單峰特性的局部自相關(guān)函數(shù)性的局部自相關(guān)函數(shù)R(j)； 識(shí)別器應(yīng)盡量簡單。識(shí)別器應(yīng)盡量簡單。信息碼組信息碼組同步碼組同步碼組信息碼組信息

33、碼組信息碼組信息碼組信息碼組信息碼組同步碼組同步碼組同步碼組同步碼組 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)間很短的場合。并且每次傳輸時(shí)間很短的場合。2）群同步碼組：）群同步碼組： 123,nxxxxx 如如30/32路路PCM群同步信號(hào)：群同步信號(hào)： 0011011最難出現(xiàn)偽同步最難出現(xiàn)偽同步非周期序列或有限序列非周期序列或有限序列3）局部自相關(guān)函數(shù)：）局部自相關(guān)函數(shù)： 設(shè)有一個(gè)碼組，它包含設(shè)有一個(gè)碼組，它包含N個(gè)碼元，則其個(gè)碼元，則其局部自相關(guān)函數(shù)局部自相關(guān)函數(shù)等于：等于：jNijiixxjR1)()1 (Ni 整數(shù)）j (當(dāng)

34、當(dāng)j = 0時(shí)，序列中的全部元素都參加了相關(guān)運(yùn)算；時(shí)，序列中的全部元素都參加了相關(guān)運(yùn)算；當(dāng)當(dāng)j 0時(shí)，序列中只有部分元素參加了相關(guān)運(yùn)算。時(shí)，序列中只有部分元素參加了相關(guān)運(yùn)算。4）巴克碼）巴克碼 ：常用的一種群同步碼常用的一種群同步碼 定義：定義：設(shè)一個(gè)設(shè)一個(gè)N位的巴克碼組為位的巴克碼組為x1, x2, ,xN，其中，其中，xi-1,+1，則其局部自相關(guān)函數(shù)可以用下式表示：，則其局部自相關(guān)函數(shù)可以用下式表示：NjNjjNxxjRjNijii, 00,00,)(11或 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，而在其他處的自相關(guān)函數(shù)相關(guān)函數(shù)R(j)的絕對(duì)值均不大于的絕對(duì)

35、值均不大于1。這就是說，凡是滿。這就是說，凡是滿足上式的碼組，就稱為巴克碼。足上式的碼組，就稱為巴克碼。尖銳單峰尖銳單峰巴克碼的局部自相關(guān)函數(shù)巴克碼的局部自相關(guān)函數(shù)R(j) 在在j=0時(shí)出現(xiàn)尖銳單峰。時(shí)出現(xiàn)尖銳單峰。巴克碼組列表巴克碼組列表N巴克碼巴克碼12， 34， 571113 注意：表中各碼組的反碼（即正負(fù)號(hào)相反的碼）和反序碼注意：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)間順序相反的碼）也是巴克碼。（即時(shí)間順序相反的碼）也是巴克碼。例：例：N = 5的巴克碼：的巴克碼：在在j = 0至至4的范圍內(nèi)，求其的范圍內(nèi)，求其局部自相關(guān)函數(shù)值局部自相關(guān)函數(shù)值：其自相關(guān)函數(shù)絕對(duì)值除其自相關(guān)

36、函數(shù)絕對(duì)值除R(0)外，均不大于外，均不大于1，即出現(xiàn)尖銳單峰。，即出現(xiàn)尖銳單峰。52222221(0)111( 1)15iiRx 41122334451(1)1 11 11 ( 1)( 1) 10iiiRx xx xx xx xx x 321324351(2)1 11 ( 1)1 11iiiRx xx xx xx x 2314251(3)1 ( 1)1 10iiiRx xx xx x 14151(4)1 11iiiRx xx x 在在j=0時(shí)時(shí)在在j=1時(shí)時(shí)在在j=2時(shí)時(shí)在在j=3時(shí)時(shí)在在j=4時(shí)時(shí)1( )NjiijiR jx x 類似地，也可以計(jì)算類似地，也可以計(jì)算j0時(shí)對(duì)稱，時(shí)對(duì)稱，即自

37、相關(guān)函數(shù)是偶函數(shù)，從而可以得到巴克碼的即自相關(guān)函數(shù)是偶函數(shù)，從而可以得到巴克碼的自相關(guān)自相關(guān)函數(shù)值曲線函數(shù)值曲線：4123-4-1-3-2R(j)1-15j320N=5時(shí)：時(shí)： 將將j = 0時(shí)的時(shí)的R(j)值稱為值稱為主瓣主瓣，其他處的值稱為旁瓣。，其他處的值稱為旁瓣。集中插入法群同步碼檢測流程集中插入法群同步碼檢測流程初始化初始化 (將同步狀態(tài)設(shè)為捕捉態(tài)將同步狀態(tài)設(shè)為捕捉態(tài))移移1位位開始開始N等待下一等待下一同步碼組同步碼組Y保持態(tài)保持態(tài)捕捉態(tài)捕捉態(tài)NY計(jì)算計(jì)算R(j) (N-2)?計(jì)算計(jì)算R(j) = N?（3）間隔式插入）間隔式插入/分散插入分散插入 在某些情況下，群同步碼組不是集中

38、插入在信息碼流在某些情況下，群同步碼組不是集中插入在信息碼流中，而是將它們分散地插入，即在每隔一定數(shù)量的信息碼中，而是將它們分散地插入，即在每隔一定數(shù)量的信息碼元，插入一個(gè)同步碼元。元，插入一個(gè)同步碼元。信息碼組信息碼組信息碼組信息碼組信息碼組信息碼組同步碼元同步碼元同步碼元同步碼元同步碼組同步碼組同步碼元同步碼元同步碼元同步碼元適用于連續(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。原理：原理：通常，分散插入法的群同步碼都很短。例如，在通常，分散插入法的群同步碼都很短。例如，在數(shù)字電話系統(tǒng)中常采用數(shù)字電話系統(tǒng)中常采用“10”交替碼，即在下圖所示的同交替碼，即在下圖所示的同步碼元位置上輪流發(fā)送二進(jìn)制數(shù)字步碼元位置上輪流發(fā)送二進(jìn)制數(shù)字“1”和和“0” 這種有規(guī)律的周期性地出現(xiàn)的這種有規(guī)律的周期性地出現(xiàn)的“10”交替碼，在信息交替碼，在信息碼元