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1、第8章 同步技术本讲稿第一页，共四十五页同步系统的分类同步系统的分类 1载波同步载波同步 2载波同步的性能载波同步的性能 3位同步位同步 4位同步系统的性能位同步系统的性能 5第第8章章同步技术同步技术6群同步群同步本讲稿第二页，共四十五页 为使整个通信系统有序、准确、可靠地工作，收、为使整个通信系统有序、准确、可靠地工作，收、发必须有一个统一的时间标准，即定时系统。依靠定发必须有一个统一的时间标准，即定时系统。依靠定时系统去完成收、发双方时间的一致性，即同步。时系统去完成收、发双方时间的一致性，即同步。（数字，模拟）数字，模拟）同步的目的同步的目的本讲稿第三页，共四十五页8.1 同步系统的分
2、类同步系统的分类 8.1.1 同步系统按功能分类同步系统按功能分类 载波同步载波同步：在接收端得到一个与发端同频同相的载波。：在接收端得到一个与发端同频同相的载波。（相干解调的基础）（相干解调的基础）位同步位同步：在接收端产生一个与接收码元频率和相位吻：在接收端产生一个与接收码元频率和相位吻合的脉冲序列。（取样判决的基础）合的脉冲序列。（取样判决的基础）帧同步（群同步）帧同步（群同步）：在接收端产生一个标志每帧首尾：在接收端产生一个标志每帧首尾的定时脉冲。的定时脉冲。（分组及译码的基础）（分组及译码的基础）网同步网同步：为使数字通信网有统一的时间基准而进行的：为使数字通信网有统一的时间基准而进
3、行的同步。（交换及复接的基础）同步。（交换及复接的基础）本讲稿第四页，共四十五页8.1.2同步系统按实现方法分类同步系统按实现方法分类 外同步法外同步法：由发端插入专门的同步信息，接收端：由发端插入专门的同步信息，接收端提取检测出同步信息的方法。提取检测出同步信息的方法。自同步法自同步法：收端直接从信号中提取同步信息的方：收端直接从信号中提取同步信息的方法。法。本讲稿第五页，共四十五页8.2 载波同步载波同步 8.2.1 自同步自同步(仅讨论信息码流中不含载波的情况仅讨论信息码流中不含载波的情况仅讨论信息码流中不含载波的情况仅讨论信息码流中不含载波的情况)一、平方变换法和平方环法一、平方变换法
4、和平方环法一、平方变换法和平方环法一、平方变换法和平方环法 （1 1 1 1）平方变换法）平方变换法）平方变换法）平方变换法(以以以以PSKPSKPSKPSK信号为例信号为例信号为例信号为例)载波同步是指在相干解调时，接收端需要提供一个载波同步是指在相干解调时，接收端需要提供一个与接收信号中的调制载波同频同相的相干载波。这个载与接收信号中的调制载波同频同相的相干载波。这个载波的获取称为波的获取称为载波提取或载波同步载波提取或载波同步。本讲稿第六页，共四十五页本讲稿第七页，共四十五页信道信道带通带通滤波滤波低通低通相相/绝绝平方平方取判取判X由于电路中有二分频，因此存在相位模糊问题。由于电路中有
5、二分频，因此存在相位模糊问题。1.1.平方变换法原理框图平方变换法原理框图平方变换法原理框图平方变换法原理框图：本讲稿第八页，共四十五页信道信道带通带通低通低通相相/绝绝平方平方取判取判X环滤环滤VCO相比相比 该电路是用锁相环代替平方变换法中的窄带滤波器，该电路是用锁相环代替平方变换法中的窄带滤波器，故称平方环法法故称平方环法法。2.2.平方环法平方环法:由于电路中有二分频，因此同样存在相位模糊问题。由于电路中有二分频，因此同样存在相位模糊问题。本讲稿第九页，共四十五页本讲稿第十页，共四十五页二、同相正交环二、同相正交环(科斯塔斯特环科斯塔斯特环)：方框原理图如下方框原理图如下本讲稿第十一页
6、，共四十五页 经环路滤波器后控制经环路滤波器后控制VCOVCO，则鉴相特性如图，则鉴相特性如图8.48.4本讲稿第十三页，共四十五页8.2.2外同步法（插入导频法外同步法（插入导频法）1 1、频域正交插入、频域正交插入 并对信码进行相关编码并对信码进行相关编码 本讲稿第十四页，共四十五页相关编码第 类部分响应：本讲稿第十五页，共四十五页相关编码相关编码振荡器振荡器带通带通信道信道+X正交插入导频正交插入导频发射机发射机方框原理图方框原理图 ：本讲稿第十六页，共四十五页正交插入导频正交插入导频接收机接收机方框原理图：方框原理图：带通带通低通低通相关译码相关译码判取判取X滤波器滤波器本讲稿第十七页
7、，共四十五页2 2、插入双导频、插入双导频 信号在信号在 或或 附近频谱成分较大，无法在附近频谱成分较大，无法在 处插导频，此时才插双导频。处插导频，此时才插双导频。双导频确定的原则：双导频确定的原则：（1 1）双导频在信号带外，不会干扰信号，同时也）双导频在信号带外，不会干扰信号，同时也不要离信号频带太远。不要离信号频带太远。（2 2）插入的双导频应便于求得）插入的双导频应便于求得本讲稿第十九页，共四十五页+信道带通低通X窄带窄带XX本讲稿第二十页，共四十五页8.3 载波同步的性能载波同步的性能 一、相位误差一、相位误差 本讲稿第二十一页，共四十五页二、同步建立时间（越短越好）二、同步建立时
8、间（越短越好）三、同步保持时间（越长越好）三、同步保持时间（越长越好）从同步建立时间和同步保持时间两表示式看出，它们从同步建立时间和同步保持时间两表示式看出，它们对对Q Q的要求是矛盾的。的要求是矛盾的。若用锁相环，同步建立时间与保持时间也是矛盾的，若用锁相环，同步建立时间与保持时间也是矛盾的，请参见教材。请参见教材。本讲稿第二十二页，共四十五页8.4 位同步位同步 8.4.1外同步法外同步法外同步法外同步法插入位定时导频及包络调制插入位定时导频及包络调制插入位定时导频及包络调制插入位定时导频及包络调制 一、插入位定时导频一、插入位定时导频 位定时导频插入的原则：位定时导频插入的原则：(1)位
9、定时导频必须在基带信号频谱的零点插入。(2)插入位定时导频通常为本讲稿第二十三页，共四十五页相关编码并插入相关编码并插入 导频是常用的位同步的外导频是常用的位同步的外同步方法，其方框图如同步方法，其方框图如图图8.158.15本讲稿第二十四页，共四十五页二、包络调制法二、包络调制法 其方框图如图其方框图如图8.168.16 如对如对PSKPSK调制，该信号原包络是一条水平线，它不包含有位同步信息，调制，该信号原包络是一条水平线，它不包含有位同步信息，若对包络实现浅调幅，其调幅信号频率为若对包络实现浅调幅，其调幅信号频率为 ，接收端采用包络检波，接收端采用包络检波，便可得到位同步信息。便可得到位
10、同步信息。本讲稿第二十五页，共四十五页8.4.2 直接提取位同步信号法直接提取位同步信号法 定义：定义：是指从接收到的基带信号中直接提取位同步信息。是指从接收到的基带信号中直接提取位同步信息。一、滤波法一、滤波法 若基带信号为全占空矩形序列若基带信号为全占空矩形序列,无论是单极性或双极无论是单极性或双极性信号，它们都不含性信号，它们都不含 或或 成份，因此不能直接提成份，因此不能直接提取位同步信息。若是归零脉冲，则一定含有取位同步信息。若是归零脉冲，则一定含有 成份。成份。因此对全占空矩形随机序列先进行波形变换，如采用因此对全占空矩形随机序列先进行波形变换，如采用微分、全波整流等变换手段，就能
11、提取微分、全波整流等变换手段，就能提取 信息。信息。其方框图如其方框图如8.178.17，各点波形图如图，各点波形图如图8.18 8.18 本讲稿第二十六页，共四十五页本讲稿第二十七页，共四十五页本讲稿第二十八页，共四十五页二、包络陷落法二、包络陷落法 包络陷落法方框图及各点波形包络陷落法方框图及各点波形 PSKPSK等等等等信信信信号号号号，在在在在数数数数据据据据变变变变化化化化时时时时刻刻刻刻产产产产生生生生幅幅幅幅度度度度“陷陷陷陷落落落落”，使使使使包络携带有位同步信息，故可检出。包络携带有位同步信息，故可检出。包络携带有位同步信息，故可检出。包络携带有位同步信息，故可检出。本讲稿第
12、二十九页，共四十五页带限频谱的产生：带限频谱的产生：本讲稿第三十页，共四十五页三、锁相法三、锁相法 锁相法是用锁环代替上述方法中的窄带滤波器，锁相法是用锁环代替上述方法中的窄带滤波器，从而实现位同步信号提取。由于位同步信号是周从而实现位同步信号提取。由于位同步信号是周期性取样脉冲序列，因此常用数字锁相环，系统期性取样脉冲序列，因此常用数字锁相环，系统框图如下框图如下 ：波形波形变换变换相位相位比较比较N次次分频器分频器或门或门附加门附加门晶振晶振扣除门扣除门位同步信号位同步信号 滞后脉冲滞后脉冲超前脉冲超前脉冲本讲稿第三十一页，共四十五页四、锁相法抗干扰性能的改善四、锁相法抗干扰性能的改善两种
13、数字滤波方案原理图两种数字滤波方案原理图：本讲稿第三十二页，共四十五页位同步与载波同步比较位同步与载波同步比较本讲稿第三十三页，共四十五页8.5 位同步系统的性能位同步系统的性能 1.1.相位误差相位误差 2.2.同步建立时间同步建立时间 3.3.同步保持时间同步保持时间 本讲稿第三十四页，共四十五页8.6 群同步群同步 群同步不是获取群的频率信息，而是指示群开始或群同步不是获取群的频率信息，而是指示群开始或结束的位置，其本质与前两种同步有较大区别。结束的位置，其本质与前两种同步有较大区别。8.6.1 8.6.1 连贯插入连贯插入 1.1.巴克码巴克码 连贯插入的关键是寻找群同步码，其要求：连
14、贯插入的关键是寻找群同步码，其要求：本讲稿第三十五页，共四十五页目前尚未找到巴克码的一般构造方法，只搜索到几组目前尚未找到巴克码的一般构造方法，只搜索到几组巴克码，其码组最大长度为巴克码，其码组最大长度为1313，全部列于表中：，全部列于表中：本讲稿第三十六页，共四十五页局部自相关函数：局部自相关函数：本讲稿第三十七页，共四十五页本讲稿第三十八页，共四十五页本讲稿第三十九页，共四十五页本讲稿第四十页，共四十五页2.2.单峰局部自相关函数单峰局部自相关函数 本讲稿第四十一页，共四十五页3.73.7位巴克码识别电路位巴克码识别电路 相加电路0 10 10 10 10 10 10 1取样判决群同步输
15、出 接收码流（含巴克码）本讲稿第四十二页，共四十五页0 1 0 0 1 1 10 1 0 0 1 1 10 其中四位相同，三位不同(红色)所以，巴克码识别器输出电压为：4-3=1码流巴 克 码信码巴 克 码 识 别 器巴克码识别器输出计算本讲稿第四十三页，共四十五页 巴克码是插在信息码流之中的，因此巴克码的前巴克码是插在信息码流之中的，因此巴克码的前后均是信息码，考虑到最坏的情况，我们列出了巴后均是信息码，考虑到最坏的情况，我们列出了巴克码识别器输出电压和对应概率表：克码识别器输出电压和对应概率表：表中：表中：N N巴克码移出识别器的位数巴克码移出识别器的位数(负数表示巴克码负数表示巴克码 尚未进入识别器的位数尚未进入识别器的位数)V V巴克码识别器输出电压巴克码识别器输出电压P P对应概率对应概率本讲稿第四十四页，共四十五页7 7位巴克码识别器输出曲线位巴克码识别器输出曲线本讲稿第四十五页，共四十五页