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1、 第第7 7章章 同步原理同步原理7.1 7.1 同步的基本概念同步的基本概念 7.2 7.2 载波同步7.3 7.3 位同步 7.47.4 群同步群同步 7.1 7.1 同步的基本概念同步的基本概念 同同步步是是通通信信系系统统中中一一个个非非常常重重要要的的实实际际问问题题，是是进进行行信信息息传传输输的的前前提提和和基基础础，同同步步性性能能的好坏直接影响通信系统的性能。的好坏直接影响通信系统的性能。数字通信中，同步问题包括载波同步、位数字通信中，同步问题包括载波同步、位同步、群同步和网同步。当采用同步解调或相同步、群同步和网同步。当采用同步解调或相干检测时，接收端需要提供一个发射端调制
2、载干检测时，接收端需要提供一个发射端调制载波同频同相的相干载波。这个载波的获取就称波同频同相的相干载波。这个载波的获取就称为载波提取或称为载波同步。在数字通信系统为载波提取或称为载波同步。在数字通信系统中，接收端需要对接收到的信息码进行判决，中，接收端需要对接收到的信息码进行判决，所产生与接收码元同频同相的定时脉冲序列的所产生与接收码元同频同相的定时脉冲序列的过程称为码元同步或位同步。过程称为码元同步或位同步。7.1 7.1 同步的基本概念同步的基本概念 数数字字通通信信中中的的消消息息数数字字流流总总是是由由若若干干码码元元组组成成“字字”，若若干干“字字”又又组组成成“句句”，接接收收时时
3、需需要要知知道道“字字”、“句句”的的起起止止时时刻刻。在在接接收收端端产产生生与与“字字”、“句句”起起止止时时刻刻相相一一致致的的定定时时脉脉冲冲序序列列的的过过程程，称称为为“字字”同同步步和和“句句”同同步步，统统称称群群同同步步或或帧帧同同步步。为为了了保保证证通通信信网网络络中中各各用用户户之之间间可可靠靠地地进进行行数数据据交交换换，还还必必须须实实现现网网同同步步，使使整整个个通通信信网网内内有有一个统一的时间标一个统一的时间标 准。准。7.2 7.2 载波同步载波同步 7.2.1 7.2.1 载波同步的方法载波同步的方法 载波同步的方法一般有两种：插入导频法载波同步的方法一般
4、有两种：插入导频法和直接法。和直接法。（1 1）插入导频法：对于已调信号本身不含载波）插入导频法：对于已调信号本身不含载波或接收端很难从已调信号的频谱中分离出载波或接收端很难从已调信号的频谱中分离出载波这种情况，在发送有用信号的同时，在适当频这种情况，在发送有用信号的同时，在适当频率位置上，插入一个（或多个）称作导频的正率位置上，插入一个（或多个）称作导频的正弦波，接收端就由导频提取出载波，弦波，接收端就由导频提取出载波，接接收收端端就就由由导导频频提提取取出出载载波波，这这类类方方法法称称为为插插入入导导频频法法，也也叫叫外外同同步步法法。导导频频信信号号的的位位置置和和信信号号的的具具体体
5、形形式式有有关关，应应易易于于滤滤出出，导导频频信信号号的的形形式式是是正正交交载载波波。图图8.1所所示示为为插插入入导导频频法法的的系系统统框框图图，窄带滤波器可以用锁相环来替代。窄带滤波器可以用锁相环来替代。载波同步的方法（2）直直接接法法：若若已已调调信信号号本本身身含含有有足足够够的的载载频频分分量量，接接收收端端就就可可以以直直接接用用窄窄带带滤滤波波器器从从发发送送信信号号中中提提取取载载波波，这这类类方方法法称称为为直直接接法法，也也叫叫自自同同步步法法。直直接接法法进进行行载载波波同同步步是是在在接接收收端端对对已已调调信信号号进进行行某某种种非非线线性性变变换换，就就得得到
6、到了了载载波波同同步步信信号号。对对于于二二相相信信号号，典典型型的的方方法法有有平平方方变变换换法法如如图图8.2所所示示，和和同同相相正正交交环环法法（Costas环），如图环），如图8.3所示。所示。载波同步的方法 载波同步的方法 图图8.2中中窄窄带带滤滤波波器器可可用用锁锁相相环环替替代代，这这时时载载波波提提取取的的方方法法称称为为平平方方环环法法。平平方方环环法法的的工工作作频频率率是是 ，显显然然，当当 很很高高时时，工工作作频频率率较较低低的的同同相相正正交交环环易易于于实实现现，同同相相正正交交环法也是利用锁相环法提取载波。环法也是利用锁相环法提取载波。二分频电路有二分频电
7、路有180相位含糊问题，相位含糊问题，发发送送信号用信号用2DPSK 7.2.2 载波同步系统的性能指标载波同步系统的性能指标 载载波波同同步步系系统统的的主主要要性性能能指指标标是是高高效效率率和和高高精精度度。高高效效率率指指的的是是为为了了获获取取载载波波信信号号而而尽尽量量少少消消耗耗发发送送功功率率；高高精精度度指指的的是是接接收收端端提提取取的的载载波波应应是是相相位位误误差差 尽尽量量小小的的相相干干载载波波。载载波波相相位位误误分分为为稳稳态态误误差差和和随随机机误误差差；稳稳态态误误差差主主要要是是由由系系统统决决定定，随随机机误误差差则则是是由由随随机机噪噪声声产产生。生。
8、另外，性能指标还有：同步建立时间另外，性能指标还有：同步建立时间 和保持时间和保持时间 ，要求要求 短，短，长。长。7.2.3 7.2.3 载波相位误差载波相位误差对解调性能的影响对解调性能的影响 载载波波相相位位误误差差对对于于不不同同信信号号的的解解调调影影响响不不同。同。对对于于双双边边带带信信号号（2 2PSKPSK），对对解解调调性性能能的的影影响响只只是是引引起起信信噪噪比比下下降降 倍倍，此此时时的的误码率变为误码率变为 对对于于单单边边带带信信号号和和残残留留边边带带信信号号，不不仅仅引引起起信信噪噪比比下下降降，而而且且还还引引起起信信号号畸畸变变。越越大，畸变也越大。大，畸
9、变也越大。7.3 7.3 位同步位同步 7.3.1 位同步的方法位同步的方法 位同步的实现方法也可分为插入导频法和直位同步的实现方法也可分为插入导频法和直接法。插入导频法和载波同步中的插入导频法原接法。插入导频法和载波同步中的插入导频法原理基本相同，可以在频域和时域中进行。理基本相同，可以在频域和时域中进行。直直接接法法又又有有滤滤波波法法和和锁锁相相法法两两种种形形式式。滤滤波波法法得得到到位位同同步步信信号号有有两两种种方方法法：一一是是对对信信号号进进行行某某种种变变换换后后滤滤出出位位同同步步信信号号；另另一一种种方方法法是是对对带带限限信信号号进进行行包包络络检检波波，利利用用幅幅度
10、度的的“陷陷落落”进进而而恢恢复复出出位位同同步步信信号号。位位同同步步锁锁相相法法是是指指利利用用锁锁相相环环来来提提取取位位同同步步信信号号，根根据据数数字字通通信信的的需需要要，常常采采用用数数字锁相环。其原理框图如图字锁相环。其原理框图如图8.4所示。所示。7.3.2 7.3.2 位同步系统的性能指标位同步系统的性能指标 位位同同步步系系统统的的性性能能指指标标与与载载波波同同步步系系统统类类似似，也也用用相相位位误误差差，同同步步建建立立时时间间，同同步步保保持持时时间间等等指指标来衡量。标来衡量。数字锁相法位同步系统的主要性能指标有：数字锁相法位同步系统的主要性能指标有：（1 1）
11、相位误差相位误差 ：由位同步脉冲的相位跳变调整而由位同步脉冲的相位跳变调整而 引起，引起，。（2 2）同同步步建建立立时时间间 ：指指失失去去同同步步后后重重建建同同步步所所需需要要的最大时间，的最大时间，。（3）同同步步保保持持时时间间 ：重重建建同同步步到到下下次次失失步步所所需需要要的时间，的时间，为频差，为频差，为常数。为常数。位同步系统的性能指标位同步系统的性能指标（4）同同步步带带宽宽 ：收收、发发信信号号频频率率不不相相等等，会会引起时间漂移，定义频偏的最大值为同步带引起时间漂移，定义频偏的最大值为同步带 宽，宽，为输入码元的重复频率。为输入码元的重复频率。（5）相相位位误误差差
12、对对误误码码率率的的影影响响：2PSK信信号号，用用时间差时间差 表示相位误差，表示相位误差，为为 是码元周期。是码元周期。7.4 7.4 群同步群同步 7.4.1 群同步的方法群同步的方法 实实现现群群同同步步的的方方法法有有两两类类方方法法：一一类类是是插插入入特特殊殊码码组组。在在数数字字信信码码流流中中插插入入一一些些特特殊殊码码组组作作为为每每群群的的头头尾尾标标记记，接接收收端端根根据据这这些些特特殊殊码码组组的的位位置置，就就可可实实现现群群同同步步；另另一一类类是是自自同同步步法法。利利用用数数据据码码组组本本身之间彼此不同的特性来实现群同步。身之间彼此不同的特性来实现群同步。
13、插入特殊码组实现群同步有两种方法；插入特殊码组实现群同步有两种方法；即起止式同步法和连贯式插入法即起止式同步法和连贯式插入法 7.4.2 群同步系统的性能群同步系统的性能 群群同同步步系系统统建建立立同同步步时时间间应应该该短短，且且在在群群同同步步建建立立后后应应有有较较强强的的抗抗干干扰扰能能力力。通通常常用用漏漏同同步步概概率率 ，假假同同步步概概率率 和和群群同步建立时间同步建立时间 来衡量性能指标。来衡量性能指标。漏同步概率漏同步概率 :群同步系统的性能群同步系统的性能 假同步概率假同步概率 :式式中中，为为码码元元错错误误概概率率；为为同同步步码码组组的的码码元元数数；为为允允许许
14、码码组组中中的的错错误误码码元元的的最最大大数。集中式插入群同步平均建立时间数。集中式插入群同步平均建立时间 为为 其中，其中，为每群的码元数，为每群的码元数，为码元宽度。为码元宽度。7.4.3 7.4.3 群同步的保护群同步的保护 群群同同步步最最常常见见的的保保护护措措施施是是将将群群同同步步的的工工作作划划分分为为捕捕捉捉和和维维持持两两种种状状态态。在在捕捕捉捉态态时时，同同步步码码组组识识别别器器的的判判决决门门限限为为电电平平较较高高，减减小小了了假假同同步步概概率率；在在维维持持态态时时，降降低低识识别别器器的的判判决决门门限限电电平平，减减小小漏漏同同步步概概率率，提提高高系系统统的的抗抗干干扰扰能能力。力。