第九章同步原理

第九章同步原理第一頁，共四十八頁，2022年，8月28日第九章同步原理

同步是通信系統(tǒng)中一個(gè)重要的實(shí)際問題。其性能的降低直接導(dǎo)致通信系統(tǒng)性能的降低，甚至通信系統(tǒng)不能正常工作。同步技術(shù)的種類載波同步位同步幀同步網(wǎng)同步第二頁，共四十八頁，2022年，8月28日9.1載波同步方法抵制載波的雙邊帶，單邊帶等信號中不含有載波分量，可以用插入異頻法，來提取載波。尤其是SSB-SC只能用插入異頻法提取載波。一、插入異頻法（外同步法）第三頁，共四十八頁，2022年，8月28日１.在DSB-SC中插入異頻法抑制載波雙邊帶信號的導(dǎo)頻插入插入導(dǎo)頻法發(fā)端框圖(1)工作原理第四頁，共四十八頁，2022年，8月28日(1)異頻插入位置應(yīng)該在信號頻率譜為零的位置，否則異頻與信號頻譜重疊在一起，接收時(shí)不易取出。對于模擬信號(如DSB,SSB)載頻附近信號頻譜為零，但對于數(shù)字信號，有碼序列含有直流分量，必須進(jìn)行相矢編碼，使其不含有直流分量，才能插入異頻。(2)插入的異頻不是加于調(diào)制器的載波，而是將載波90°移位后的“正交載波”。第五頁，共四十八頁，2022年，8月28日接收端方框圖導(dǎo)頻提取與解調(diào)

第六頁，共四十八頁，2022年，8月28日經(jīng)過LPF后,輸出:第七頁，共四十八頁，2022年，8月28日為什么要插入“正交載波”?

接收端接收時(shí),可以不用相移電路,直接將asinωct

取出作為同步載波,即經(jīng)LDF輸出:若插入異頻為

其中直接成分會(huì)對數(shù)字信號接發(fā)產(chǎn)生影響。第八頁，共四十八頁，2022年，8月28日2.在VSB中插入異頻法

前面介紹過VSB頻譜。以下邊帶為例，邊帶濾波器如圖所示。fc-fm至fc使LSB大部分通過，fc到fc+fr讓USB小部分通過。由于fc附近有信號分量，不能在fc處來插入異頻。(1)VSB頻譜特點(diǎn)第九頁，共四十八頁，2022年，8月28日設(shè)

f1=(fc－fm)－Δf1

f2=(fc＋fr)＋Δf2_fr－VSB濾波器傳輸函數(shù)中滾降部分所占帶寬的一半(2)插入異頻f1,f2的選擇

f1,f2可以在H(f)的兩側(cè)插入；但f1,f2不能與fc-fm和fc+fr靠得太近，以免不易游出；f1,f2也不能靠得太遠(yuǎn)，否則占用頻帶太寬。其中:fm－調(diào)制信號的最高頻率第十頁，共四十八頁，2022年，8月28日(3)載波提取框圖收信號f1窄帶f2窄帶(f2-f1)低通q次分頻fc窄帶移相載波輸出第十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日二、直接法1.平方變換法和平方環(huán)法(1)平方變換法第十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日設(shè)：s(t)=m(t)cosωctm(t)模擬調(diào)制信號

則：

雖然m(t)中無直流分量，但m2(t)

中有直流分量，

這樣在第二項(xiàng)中含有2ωc分量，經(jīng)濾波和3分頻后

輸出載波分量。第十三頁，共四十八頁，2022年，8月28日

由于用3，2分頻電路，提取載波存在180°相位模糊問題。對移相信號而言，可采用相對移相克服載波的0,π相位模糊問題。若m(t)=±1時(shí)，則s(t)PSK信號

經(jīng)濾波和2分頻，提取載波分量。

第十四頁，共四十八頁，2022年，8月28日(2)平方環(huán)法用PLL代替平方變換法中的2fc窄帶濾波器。由于PLL具有良好的跟蹤，窄帶濾波和記憶性能，具有比平方變換法更好的性能。平方環(huán)法提取載波應(yīng)用較為廣泛。第十五頁，共四十八頁，2022年，8月28日2.用相正交環(huán)法（科斯塔斯costas)環(huán)m(t)cosωct

輸入已調(diào)信號VCOLPFLPFLPV7V5-90V4V6V3第十六頁，共四十八頁，2022年，8月28日加入兩個(gè)乘法器的本地信號為VCO的輸出cos(ωct+θ)和正交信號sin(ωct+θ)，故稱其為同相正交環(huán)。

設(shè)輸入為DSB:m(t)cosωct，

則經(jīng)LPF后

由于θ是VCO信號與輸入已調(diào)信號載波之間的相位差。當(dāng)環(huán)路確定時(shí),θ很小。第十七頁，共四十八頁，2022年，8月28日用V7控制VCO,使其輸出信號相位θ減小到最小值(剩余穩(wěn)態(tài)相差)，V1就是所需提取的載波。同相正交環(huán)的工作頻率是載頻,而平方環(huán)的工作頻率是載頻的兩倍.顯然當(dāng)載頻很高時(shí),同相正交環(huán)比平方環(huán)易于實(shí)現(xiàn)。相當(dāng)于PD器輸出第十八頁，共四十八頁，2022年，8月28日9.2載波相位誤差對解調(diào)性能影響載波同步系統(tǒng)提供的載波存在穩(wěn)態(tài)相差和隨機(jī)相差,使得相干載波相位φ和已調(diào)信號載波相位不完全相同。穩(wěn)態(tài)相差Δφ－載波提取電路在穩(wěn)態(tài)下引起的相差隨機(jī)相差θn－因隨機(jī)噪聲引起的同步信號的相差，則總相位差第十九頁，共四十八頁，2022年，8月28日一、相位誤差對雙邊帶調(diào)制信號的影響設(shè)收到的雙邊帶信號為

S(t)=m(t)cosωct相干載波為

Sc(t)=cos(ωct+φ)解調(diào)后，經(jīng)LPF得到輸出為

可見，相位誤差φ對雙邊帶信號解調(diào)性能的影響只是引起信噪比下降。第二十頁，共四十八頁，2022年，8月28日二、φ對單邊帶調(diào)制信號的影響Φ對單邊帶調(diào)制信號的影響不僅引起信噪比下降，而且還引起信號畸變。設(shè)單邊帶信號(上邊帶)：與相干載波相乘:取低頻分量:第二十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日可見：第一項(xiàng)

第二項(xiàng)與原基信號正交，使基本信號畸變,φ越大,畸變越大。由于cosφ存在，使信號噪比下降。第二十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日9.3位同步的方法直接法（自同步法）當(dāng)基帶信號為隨機(jī)的二進(jìn)制不歸零的脈沖序列，其本身不包含位同步信號，為此要提取位同步。位同步的方法插入異頻法（外同頻法）第二十三頁，共四十八頁，2022年，8月28日一、插入異頻法1.類似于載波同步的插入異頻法，它是在基帶信號頻譜的零點(diǎn)插入異頻信號。如圖:第二十四頁，共四十八頁，2022年，8月28日圖(a)提取出位同步時(shí)鐘與插入異頻周期（或頻率相同）圖(b)經(jīng)相關(guān)編碼后波形頻譜提取出異頻頻率為位同步時(shí)鐘頻率一半，要經(jīng)過信頻。2.雙垂調(diào)制法:對PSK,FSK發(fā)送時(shí)進(jìn)行幅度調(diào)制第二十五頁，共四十八頁，2022年，8月28日二、直接法即直接從數(shù)字信號中提取出位同步信號的一種方法。1.濾波法

由于不歸零的隨機(jī)二進(jìn)制序列,不能直接從其中濾出位同步信號，但經(jīng)過波形變換后，再經(jīng)濾波即可。如圖所示：第二十六頁，共四十八頁，2022年，8月28日歸零基帶信號位同步脈沖第二十七頁，共四十八頁，2022年，8月28日2.鎖相法在數(shù)字通信中采用的數(shù)字鎖相法提取位同步(1)數(shù)字鎖相原理方框圖第二十八頁，共四十八頁，2022年，8月28日(2)位同步信號提取原理

同步時(shí)：若接收碼元的速率為F(B),則要求位同步脈沖重復(fù)速率為F(HZ)．由于晶振頻率設(shè)計(jì)為nF(HZ),經(jīng)套形后得到重復(fù)頻率為nF(HZ)的窄帶脈沖經(jīng)扣除門、或門并n次分頻后，就可得到頻率為F(HZ)的位同步信號。第二十九頁，共四十八頁，2022年，8月28日不同步時(shí)，調(diào)態(tài)原理:a:當(dāng)頻器輸出的位同步時(shí)鐘超前于接收碼元的相位時(shí)，相位比較器送出一超前脈沖，加到扣除門（常開）的禁止端，扣除一個(gè)a路脈沖，這樣分頻器輸出的脈沖相位就推后1/n周期。第三十頁，共四十八頁，2022年，8月28日b.當(dāng)分頻器輸出的位同步脈沖滯后于接收碼元的相位時(shí)，相位比較器送出一滯后脈沖，加到附加門（常閉的），使b路輸出一個(gè)脈沖通過“或門”插入到原a路之間，使分頻器輸出相位就提前1/n周期。經(jīng)過這樣反復(fù)調(diào)態(tài)，即實(shí)現(xiàn)了同步。第三十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日三、位同步誤差對性能的影響第三十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日9.4群同步群：數(shù)字通信中，一定數(shù)目的碼元組成的一個(gè)個(gè)“字”或“句”，來進(jìn)行傳輸。這些“字”或“句”稱之為“群”。群同步：提供每個(gè)群的“開頭”和“結(jié)尾”的時(shí)刻。雖然群同步信號可以由位同步信號分頻獲得，但每群的“開始”無法由分頻器輸出決定。第三十三頁，共四十八頁，2022年，8月28日連續(xù)式插入法間隔式插入法群同步方法:插入特殊碼組作為群的“頭”“尾”標(biāo)記自同步法：利用數(shù)據(jù)碼組之間特性實(shí)現(xiàn)群同步第三十四頁，共四十八頁，2022年，8月28日一、連貫式插入法－在每群開頭集中插入群同步碼組1.群同步碼：要求:

(1)具有尖銳單峰特性的局部自相關(guān)函數(shù)。

(2)識別器盡量簡單第三十五頁，共四十八頁，2022年，8月28日(2)設(shè)特殊碼組{x1,x2…..xn}是一個(gè)非周期序列，其局部自相關(guān)函數(shù)表示為：它相當(dāng)于在時(shí)延j=0時(shí),序列中全部元素都參加相關(guān)運(yùn)算,而j≠0時(shí),只有部分元素參加相關(guān)運(yùn)算。第三十六頁，共四十八頁，2022年，8月28日2.巴克碼—一種常用的群同步碼組(1)局部自相關(guān)函數(shù)一個(gè)n位巴克碼組為｛x1,x2…..xn},其中xi取值為±1，其局部自相關(guān)函數(shù)為：n0或±10j=0n≤j第三十七頁，共四十八頁，2022年，8月28日目前已找到的巴克碼組如圖：n巴克碼組2

＋＋(11)3

＋＋－（110）4＋＋＋－(1110)；＋＋－＋(1101)5

＋＋＋－＋(11101)7＋＋＋－－＋－(1110010)11＋＋＋－－－＋－－＋－(11100010010)13＋＋＋＋＋－－＋＋－＋－＋(1111100110101)第三十八頁，共四十八頁，2022年，8月28日同樣可求出j=3,5,7時(shí)R(j)=0；j=2,4,6時(shí)R（j）=-1。根據(jù)這些值,利用偶函數(shù)性質(zhì),可以作出7位巴克碼的R(j)與j的關(guān)系曲線，

當(dāng)j=0時(shí)，當(dāng)j=1時(shí)以7位巴克碼組{+++--+-}為例，它的局部自相關(guān)函數(shù)如下：

第三十九頁，共四十八頁，2022年，8月28日由圖可見，其自相關(guān)函數(shù)在j=0時(shí)具有尖銳的單峰特性。這一特性正是連貫式插入群同步碼組的主要要求之一。第四十頁，共四十八頁，2022年，8月28日(2)巴克碼識別器及工作原理用7級移位寄存器、相加器和判決器就可以組成一個(gè)巴克碼識別器。第四十一頁，共四十八頁，2022年，8月28日當(dāng)輸入碼元的“1”進(jìn)入某移位寄存器時(shí)，該移位寄存器的1端輸出電平為+1，0端輸出電平為-1。反之，進(jìn)入“0”碼時(shí)，該移位寄存器的0端輸出電平為+1，1端輸出電平為-1。各移位寄存器輸出端的接法與巴克碼的規(guī)律一致,這樣識別器實(shí)際上是對輸入的巴克碼進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。第四十二頁，共四十八頁，2022年，8月28日只有當(dāng)7位巴克碼在某一時(shí)刻,正好已全部進(jìn)入7位寄存器時(shí)，7位移位寄存器輸出端都輸出+1，相加后得最大輸出+7，其余情況相加結(jié)果均小于+7。若判別器的判決門限電平定為+6，那么就在7位巴克碼的最后一位0進(jìn)入識別器時(shí)，識別器輸出一個(gè)同步脈沖表示一群的開頭。第四十三頁，共四十八頁，2022年，8月28日二、間隔式插入法－群同步碼組不是集中插入在信息碼流中而是分散地插入，即每隔一定的數(shù)量信息碼元，插入一個(gè)群同步碼。

1.逐碼移位法

２.ＲAM幀碼檢測法第四十四頁，共四十八頁，2022年，8月28日三、群同步系統(tǒng)的性能

群同步系統(tǒng)應(yīng)該建立時(shí)間短,并且在群同步建立后應(yīng)有較強(qiáng)的抗干擾能力。

１.漏同步概率P設(shè)P為碼元錯(cuò)誤概率,n為同步碼組的碼元數(shù),m為判決器容許碼組中的錯(cuò)誤碼元最大數(shù)，則同步碼組碼元n中所有不超過m個(gè)錯(cuò)誤碼元的碼組都能被識別器識別第四十五頁，共四十八頁，2022年，8月28日其同步未漏概率為：

故漏同步概率為：第四十六頁，共四十八頁，2022年，8月28日2.假同步概率P2在信息碼元中，也可能出現(xiàn)與群同步碼組相同碼組，而被識別器認(rèn)為是同步碼組實(shí)