大三上-通信原理教程

第七同概同步需要解決的問題載波同位同群同網(wǎng)同解決同步問題的代價(jià)10f0–0f0–f0+ 導(dǎo)頻例：2PSK信號在發(fā)送端 正交導(dǎo)s0(t)Am(t)sin0tm(t)頻譜中的最高頻率為2在接收端用窄帶濾波器濾出導(dǎo)頻分量，并將其移相/2，變sin0t，然后用它和接收信號相乘設(shè)接收信號仍用s0(t)ss(t)sint 2000tAcos0tsin0Am(t)Am(t)cos2tAsin222020濾除20頻率分量，就可以恢復(fù)出原調(diào)制信號m(t)若不用正交導(dǎo)頻，接收端輸出將增加直流分量3原理方框圖 導(dǎo)頻法原理方框4直接提取平方原對于沒有載波分量的信號，例如2PSK信號設(shè)接收信號為s(t)式中，m(t)為調(diào)制信將此接收信號平方后，得ss(t)m(t)cost m(t) m(t)cos22212120220用窄帶濾波器將上式中20載頻0的分量。原理方框圖如下：平方存在問題：二分頻電路的初始狀態(tài)是隨機(jī)的，使分頻輸出的初始相位有兩種可能狀態(tài)：0和即相位是模糊的用鎖相環(huán)代替窄帶濾波器的方原理方框abc優(yōu)點(diǎn)：輸出信號具有更好的穩(wěn)定性，并且不必須有連續(xù)的輸入信號。6科斯塔斯環(huán)法－同相正交環(huán)原理方框cce解調(diào)輸a振g移bd低f相相濾低相原設(shè)：接收信號仍為抑制載波的雙邊帶信號s(t)，本地載式中，為信號和本地78輸入信號s(t)和本地載波相乘后得8 m(t)costcos(t)1m(t)[coscos(2tc0020 m(t)costsin(t)1m(t)[sinsin(2td0020經(jīng)過低通濾波后，它們分別為vv1m(t)e2 1m(t)sinf2cea振gcea振g解調(diào)輸移bd低f相相濾低相結(jié)論此壓控振蕩器的輸出電壓va就是從接收信號中提的載波，可以用來進(jìn)行相干接收e點(diǎn)電壓vem(t)/2優(yōu)缺點(diǎn)不需要用平方電路，它在頻率很高時(shí)較難實(shí)現(xiàn)若要求得到最佳性能，則需要低通濾波器的性能完全一致，這對于模擬電路來說較難做到，但是若用數(shù)字電路則不難做到。仍存在相位模糊問題9s(t) s(t) 42t) cos 0 0以QPSK信號為例，說明平設(shè)：一個QPSK信號的表示式s(t)m1(t)cos0tm2(t)sin式中m1(t) m2(t)對其平方后，得0s2(t)1sin20對于先驗(yàn)等概率的QS信號，上式中的“”號表示其中的20分量的平均功率等于零，即其頻譜中沒有20的分量。因此，需要濾除其中的直流分量后，再次平方，得到上式中含有40的分量。將它濾出并4分頻，即可得到載頻0分量。QPSK信號提取載頻的科斯塔斯環(huán)原理方框s(t)

解調(diào)輸相出相乘乘s(t)m1(t)cos0tm2(t)sin載波同步性載波同步精確度兩種相位誤差：1.由電路參量引2.由噪聲引起的隨機(jī)誤差恒定誤由濾波器引起的誤設(shè)：窄帶濾波器由一個單諧振電路組成，則由其2Q2Qfq由鎖相環(huán)引起的誤設(shè)鎖相環(huán)的穩(wěn)態(tài)相位誤差為，則Kq式中，ffqf0之差Kq－鎖相環(huán)路直流增益 22n122n1在加性高斯噪聲信道中，n的方差與信噪比r的系為2Qf2Qfqr信號噪聲功率比恒定誤差和隨機(jī)誤差對于Q值的要求 的同步建立時(shí)間和保持時(shí)同步建立時(shí)間－從開始接收到信號或從系統(tǒng)失步狀態(tài)到提取出穩(wěn)定的載頻所需要的時(shí)間－越短越好。同步保持時(shí)間－從開始失去信號到失去載頻同步的時(shí)長越好。兩者 的載波同步誤差對2PSK相位誤差＝＋式中，恒定誤隨機(jī)誤 1m 1m(t)e2式中cos引起信號∴信號噪聲功率比r下降為cos2倍因此，誤碼率下PP1erfcrcose2式中，r為信號噪：：設(shè)有一單頻基帶

m(t)用它對載波cos0t進(jìn)行單邊帶調(diào)ss(t)120若接收端的本地載波有相位誤差11 )tcos(t)1[cos(2tt)cos(t)]20040經(jīng)過低通濾波器濾出的低頻分量11cos(t)1costcos1sintsin444上式中，第1項(xiàng)的因子cos使原調(diào)制第2項(xiàng)和第1產(chǎn)生碼間串?dāng)_。位同碼元同外同步法－輔助信息同步 在接收端利用一個窄帶濾波器，將其分離出來，并形成碼元定時(shí)脈沖。位同步信號的方法時(shí)域：連 、不連 （“位同步頭頻域：信號頻帶 、信號頻帶內(nèi)“空隙” 優(yōu)缺點(diǎn)：設(shè)備較簡單；但占用一定的帶寬和發(fā)送功率自同步開環(huán)碼元同步法－同步電路直接從輸入碼流中提取發(fā)送碼流的時(shí)鐘下面給出3個具體波形變換延遲相乘TKEbTKEb/K時(shí)間誤差：若窄帶濾波器的帶寬等于1/KT，當(dāng)式中同步誤差時(shí)間；T元持續(xù)時(shí)間；Eb碼元能量；n0－單邊噪聲功率譜密度因此，只要接收的碼元同步開環(huán)法主要缺點(diǎn)：存在非零平均同 誤差閉環(huán)碼元同步法－“超前/滯后門”同步TdTd|-門波后產(chǎn)|++環(huán)路濾壓控振-dd(a)(bP1e2P1e2n0P1erfe4Ebn0 14Eb12n0T若位同步時(shí)間誤差為，則積分時(shí)間將損失，積分得到的碼元能量將減小為E12/；在相鄰碼元沒有突變邊沿時(shí)，則積分時(shí)間沒有損失。邊沿各占1/2。例：2PSK信號的最佳誤碼率等故在有相位誤差時(shí)的平均誤碼率群同概群同步信息的傳

碼組本身自帶分組信集群同步碼分信信號碼元信號碼元信號碼元群同步碼群同步碼(a群同步碼法群同步碼信號碼元信號碼元信號碼元群同步碼群同步碼群同步碼群同步碼……群同步序…(b法集中 ：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)間很短的場合分散 ：需要較長的同步建立時(shí)間。故適用于連續(xù)傳輸信號之處，例如數(shù)字 系統(tǒng)中同步電路的兩種狀態(tài)：捕捉態(tài)和保持態(tài)起止式同步法主要適用于低速的手工操作的電傳打字機(jī)中12345止12345起止式同步通信有時(shí)也稱為異步式通信，因?yàn)槠浯a元間隔不等。R(j)R(j)xixiN(1iNjR(0)xxNN x2i原設(shè)有一個碼組，它包含N個碼元{x1x2,xN}，則其局部自式中，N－碼組中的碼元數(shù)目xi碼元的取值，可以取+1或-1。當(dāng)j=0時(shí)，上式在運(yùn)算中，已假定當(dāng)1>i和i>N時(shí)，xi=0。從而確定此碼組的位置。巴克RjRjxixij0或NNij0jNjN巴克碼尚未找到一般構(gòu)造方N1＋23457R(0)=R(1)=R(2)=R(3)=R(4)= 321 4j威拉德(Willard)碼對于隨機(jī)相鄰碼元能給出最小錯誤同步概率N威拉德1＋23457集 法的實(shí)一旦發(fā)現(xiàn)自相關(guān)值等于同步碼組的長度N捉到了同步，并將系統(tǒng)從捕捉態(tài)轉(zhuǎn)換為保持態(tài)繼續(xù)同步位置上的接收碼組是否仍然具有等于N的當(dāng)系統(tǒng)失去同步時(shí)，自相關(guān)值立即下降因?yàn)樵肼曇部赡芤鹱韵嚓P(guān)值下降。所以為了保護(hù)同步狀態(tài)不易被噪聲等干擾打斷，在保持狀態(tài)時(shí)要降低對自相關(guān)值的要求。判定系統(tǒng)失步后，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入捕捉態(tài)，從新捕捉同步碼分 法－間隔 例：在數(shù) 系統(tǒng)中常采用的“1/0”交替 群同步碼

…1010101010…同步碼搜索方移位搜索

NN N是同步碼 Y

NYY檢測

9xxx9xxxxxxx09xxxxxxx1xxxxxxx035xxxxxxx16xxxxxxx0群同步性漏同步概率Pl：將正確同步位置漏過的概率收碼元錯誤概率為p，rm p(1nrr所以，漏同步概率等PP1rm pnrnrlr當(dāng)不允許有錯誤時(shí)，即設(shè)定m=0時(shí)，則上式變PP1(1p)nl假同步概率Pf將錯誤同步位置當(dāng)作正確同步位置捕捉到的概率設(shè)：信息碼元“1”和“0”出現(xiàn)的先驗(yàn)概率相等假同步是由某個同步碼組長度為則n位的信息碼組有2n種排列。它被錯當(dāng)成同步碼組概率和容許錯誤碼元數(shù)m若不容許有錯碼，即m=0，則只有一種可能，即信息C若m=1，則有C0nC1n種可能。C

nrr 2n式中，分母2n是全部可能出現(xiàn)的信息碼組數(shù)當(dāng)m增大時(shí)，漏同步概率減小，但假同步概率增大。所以兩者 的 網(wǎng)同概目的：解決網(wǎng)中各站的載波同步、位同步和群同步等問單向通信： 解決網(wǎng)同步問題 終端站發(fā)射機(jī)同步方法：有開環(huán)和閉環(huán)兩種開環(huán)法：不需依靠對中心站上接收信號參量的測度，它依靠的是準(zhǔn)確的可以預(yù)測的鏈路參量。優(yōu)點(diǎn)：捕捉快、不需要反向鏈路也能工作和實(shí)時(shí)算量小缺點(diǎn)：需要外部有關(guān)部門提供所需的鏈路參量數(shù)據(jù)，并且缺乏靈活性。閉環(huán)法：不需要預(yù)先得知鏈路參量的數(shù)據(jù)，中心站需果通過反向信道送給終端站，使其作出調(diào)整。優(yōu)點(diǎn)：不需要外部供給有關(guān)鏈路參量的數(shù)據(jù)，能及時(shí)適應(yīng)路徑和鏈路情況的變化。缺點(diǎn)：終端站需要有較高的實(shí)時(shí)處理能力，并且每個終端站和中心站之間要有雙向鏈路。此外，捕捉同步也需要較長的時(shí)間。 Tatcf1Vc0兩類開環(huán)法：1.不利用反向鏈路2.利用反向鏈路提供的信息例通信系統(tǒng)－預(yù)先校正時(shí)間：終端站發(fā)射機(jī)需要計(jì)算信號到達(dá)中心站的時(shí)間：式中，Tt－實(shí)際發(fā)送開始時(shí)間d輸距離；c速預(yù)先校正發(fā)送頻率：考慮多譜勒頻移后，發(fā)送頻率應(yīng)該等于式中，V對速度（距離縮短時(shí)為正f0稱發(fā)送頻率TecTecfeVef0c式中，re離估值的誤差t－發(fā)射機(jī)處 處參考時(shí)間之差頻率預(yù)測誤式中，Ve－發(fā)射機(jī)和 f－發(fā)射機(jī) 參考頻率間的誤差f0參考f0(Hz/（Hz· T0ft( T0ft(f0dtt(0) tdtT0T0ff0dt1T2(0)Tf2f0Tf(T)f00dtf(0)f0Tf式中，f(T)－在時(shí)間T內(nèi)增大的頻率偏移f(0)始（t0時(shí)）頻率偏移T間（天）積累的時(shí)間偏差t由上式可以看出參時(shí)誤隨間平律長。通常必須定期地更新終端站的 定時(shí)數(shù)據(jù)，重新 和發(fā)射機(jī)的參考時(shí)間設(shè)置到標(biāo)稱時(shí)間通信系統(tǒng)－利用反向鏈路提供的信息對下行鏈路信號測量得到的t和f的誤差，可以用計(jì)算對上行傳輸?shù)男Ｕ艚K端站有來自中心站的反向（下行）鏈路，并能夠?qū)⒔K端站能夠利用對反向鏈路信號測量進(jìn)行同步的方法有若已知參考時(shí)間和參考頻率是準(zhǔn)確的，但是鏈路的路徑有變動，則對下行鏈路的同樣測量也可以用于解決距離閉環(huán)閉環(huán)法需要終端站發(fā)送特殊的同步信號，用以在中心站定信號的時(shí)間和頻率誤差。所得結(jié)果并在反向（下行）鏈反饋給終端站發(fā)射機(jī)。若中心站具有足夠的處理能力，則中心站可以進(jìn)行實(shí)際的誤差測量；并將誤差送回給終端站發(fā)射機(jī)。優(yōu)點(diǎn)：1.在反向 傳送的誤差測量結(jié)果很短2.在中心站上的誤差測量 若中心站沒有處理能力，則此特殊同步信號可以直接由向鏈路送回終端站發(fā)射機(jī)；由發(fā)射機(jī)處理優(yōu)點(diǎn)：1.中心站可以設(shè)計(jì)得較簡單響應(yīng)更快，因?yàn)闆]有中心站處理帶來的延遲點(diǎn)s(點(diǎn)s(t)sin[(0s)tsin[(0)t0ttt采

TT

號，中心式中，T－碼元持續(xù)時(shí)間0－2FSK信號1個碼元的角頻率(0s2FSK信號另1個碼元的角頻率－中心站接收信號的角頻率誤差t－中心站接收信號到達(dá)時(shí)間誤差任意相角z2x2yz2x2y2 sin[()t/2]2 sin[(Tt)/2]2(scos(t)cos[T(s)t]cos(T)(2sxx1TT0s(t)cos0y1TT0s(t)sin0則解調(diào)信號的能z2si