通讯原理 同步原理

第十三章 同步原理,主要内容 载波同步的概念及方法 位同步的概念及方法,重点 实现同步的系统框图,13.1 概述,13.2 载波同步的办法,13.3 载波同步系统的性能,13.4 载波相位误差对解调性能的影响,13.5 位同步的方法,作业,思考题 13 - 1、3、5,作业,13.1 概述,通信中，同步是一个重要的控制问题,模拟系统：接收端采用相干解调时，需要一个与发端载波同频同相的本地相干载波，相干载波获取称为载波同步控制,数字系统：除载波同步外，还有位同步。位同步反映的是收、发码元的速率应相同。要求接收端用作抽样判决的定时脉冲序列与接收码元的频率、相位一致，这个定时脉冲序列称为位同步脉冲。,点对多点通信：同步包括载波同步，位同步和网同步。,点对点通信：同步包括载波同步，位同步。,13.2 载波同步的办法,13.2.1 插入导频法,例： 在抑制载波的 DSB 信号中插入正交导频,提取载波的方法：插入法和直接法,则,定义：在发射信号的适当频率位置插入一个或多个导频信号,设 调制信号为 m( t ),中插入正交导频信号，使 成为,接收端将收到的 通过一个中心频率为 的窄带滤波器，并移相 -90º 生成本地相干载波，完成相干解调。,讨论,则解调,讨论：插入非正交导频, 插入,设 发端导频为,接收端载波提取框图,例：在 VSB 信号中插入导频,信号中插入导频,则 收端为,带外导频信号,与 fc 同时产生的随机频偏,将 q 次分频 得, 与u2 ( t ) 相乘，并经 fc 窄带滤波 得,经 窄带滤波后为,而在接收端应该提取的载波信号为：,比较 、 相位差,将 经过移相电路移，得,与本地载波同频,设 接收信号为 DSB 信号,1、平方变换和平方变换环法,13.2.2 直接法,定义：将接收信号进行变换提取载波,平方运算,框图,e( t ) 频谱中含 项，用窄带滤波提取再分频得,2、 同相正交环法,科斯塔斯环,设接收信号为, 为 VCO 输出与输入间的载波相位差,与发端载波同频同相，实现载波同步,用 v7 去控制 VCO 输出信号的相位，使= 0,13.3 载波同步系统的性能,定义：稳态下本地载波与发端载波之间的相位差.,相位误差有：稳态相差，随机相差,主要性能指标：本地载波的相位差、同步建立时间、保持时间,1、窄带滤波器即等效单调谐电路，Q 值一定时,当回路中心频率0 与载波频率c 不等，,2、锁相环,13.3.1 稳态相差,不同的同步系统其值不同,输出的本地载波有稳态相差,载波提取电路,13.3.2 随机相差,当输入信噪比,随机相差定义：由于噪声而引起同步信号的相位误差,高斯噪声叠加在正弦载波上,当给定载波的初始相位 ，可知随机相位的分布为,将此式与标准的正态分布公式相比知, 的方差,13.3.3 建立时间和保持时间,同步已经建立,同步已经消失,设 建立时间为 ts ，保持时间为 tc,对单调谐回路，其输出,输出信号幅度从零上升到KV,输出信号幅度从最大值下降KV,13.4 载波相位误差对解调性能的影响,13.4.1 双边带信号,设 接收信号为,提取的相干载波为, 解调输出, 输出信噪比,同步系统中， 总相位差 = 稳态相差 + 随机相差.,讨论 对解调性能的影响,13.4.2 单边带信号,设,则,上边带信号,对 相干解调并经低通滤波，输出为,结论：相干载波的相位差将使解调性能变坏,13.5 位同步的方法,13.5.1 插入导频法,1. 在基带信号频谱的零点处插入导频,设二进制非归零脉冲序列，其频谱为,中不含有单独的 项，即 本身不含有同步信号,在收端可直接利用窄带滤波器提取信号,导频信号,基带信号还原,加入导频信号：在 的第一过零点处插入导频信号,第一过零点的频率值,2、 数字信号的包络按位同步信号的某种波形变化,设 2PSK,另设新信号,Ts ：码元宽度,用 m(t) 去调制 S( t ) 的包络,隔直流,波形变换包括微分、整流。将接收信号变成单极性归零脉冲,波形变换是带限信号的包络检波,例：2PSK 当其频带受限时，相邻码元的相位变换点附近会产生幅度的平滑“陷落”，经包络检波后生成单极性脉冲从中提取 f s 分量,滤波法框图,2 PSK,13.5.2 直接法,1、滤波法 将二进制非归零信号进行变换，使其含有 分量,基带信号的接收,频带信号的接收,2、锁相环法,要求：若接收码元的速率为 F 波特，则要求位同步脉冲的重复速率为 F Hz, 晶振的振荡频率选择为 nF Hz,工作原理： n 次分频器对晶振信号进行分频，得频率为 F 的位同步脉冲信号，由相位比较器将位同步脉冲信号与接收码元进行相位比较，通过反馈控制使二者同频同相。, 同步状态,数字锁相环,数字锁相环,接收码元与位同步信号相位差= 0，相位比较器无新输出，,a 路信号正常输出， 经 n 次分频器得位同步信号, 位同步脉冲相位超前接收码元,需要增加两个位同步脉冲之间的时间间隔。此时，相位比较器输出一个超前脉冲 x = 0 ，使扣除门封锁 a 路信号的一个脉冲，分频器计数减慢，相当于让第二位位同步脉冲信号滞后，滞后的相位为 ，反复调整直至同步 。, 位同步脉冲相位滞后接收码元,调整示意图,和情况相反，相位比较器输出一个滞后脉冲 y = 1 ，使附加门增加 b 路信号的一个脉冲，加快计数器的计数同期，使输出的位同步脉冲信号周期缩短，反复调整直至同步 。,接收码元的相位提取,从接收码元的过零点提取相位,将码元经过微分、整流电路,位同步信号落入此区，表示位同步信号的相位滞后于码元相位,科斯塔斯环框图,低通,低通,环路滤波器,VCO,90 º 相移,输入,本地载波,平方率部件,环路 滤波器,锁相环,平方率部件,2 窄带滤波,二分频,平方法,平方环法,VCO,鉴相,二分频,f1,f2,q 次分频,移相,载波输出,接收信号,位同步脉冲,a 路信号,b 路信号,位同步脉冲相位超前接收码元,位同步脉冲相位滞后接收码元,同步时分频器输出,接收码元,接收码元,n,y1,x1,分频器输出,分频器输出,a、b 路信号相位相差 180º,相位 比较器,扣 除 门,整形,晶振,或 门,附 加 门,接收码元,nF,a 路,b 路,常开,位同步脉冲输出,常 闭,滞后脉冲,超前脉冲,位同步慢时 x0 y1,位同步快时 x1 y0,同步时 x0，y0,y,x,n 次 分频,波形变换,窄带滤波,移相,脉冲形成,基带,合二为一,单极性信号的插入,双极性信号的插入,相 减,窄带滤波,移 相,位同步信号,基带信号,输入 S( t ),