通信原理第11章同步原理

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1、第11章同步原理講義第二節(jié)載波同步第三節(jié)位同步第四節(jié)群同步第一節(jié)概述第一節(jié)概述在數(shù)字通信中，按照同步的功用分為：載波同步、位同步、群同步。載波同步當(dāng)采用同步檢測或相干解調(diào)時，接收端需要提供一個與接收信號中的調(diào)制載波同頻同相的相干載波。這個載波的獲取稱為載波提取或稱載波同步。位同步位同步又稱碼元同步。在接收端產(chǎn)生與接收碼元的重復(fù)頻率和相位一致的定時脈沖序列的過程稱為位同步。群同步在數(shù)字通信中，信碼流是用若干碼元組成一個“字”，又用若干個“字”組成“句”。對于數(shù)字時分多路通信系統(tǒng)，各路信碼都安排在指

2、定的時隙內(nèi)傳送，形成一定的幀結(jié)構(gòu)。為使接收端正確分離各路信號，發(fā)送端必須提供每幀的起止標(biāo)記，在接收端檢測并獲取這一標(biāo)志的過程，稱為幀同步。因此，在接收端產(chǎn)生與“字”、“句”及“幀”起止時刻相一致的定時脈沖序列的過程統(tǒng)稱為群同步。按照獲取和傳輸同步信息方式的不同，又可分為外同步法和自同步法。同步是進(jìn)行信息傳輸?shù)谋匾颓疤?。同步性能的好壞又將直接影響著通信系統(tǒng)的性能。自同步法發(fā)送端不發(fā)送專門的同步信息，接收端設(shè)法從收到的信號中提取同步信息的方法，稱為自同步法。第二節(jié)載波同步11.2.1、直接法（自同

3、步法）非線性變換——載波的諧波分量——提取——分頻——載波同步信號（1）平方變換法和平方環(huán)法設(shè)抑制載波的雙邊帶信號（11.2）外同步法由發(fā)送端發(fā)送專門的同步信息（常被稱為導(dǎo)頻），接收端把這個導(dǎo)頻提取出來作為同步信號的方法，稱為外同步法。平方變換法提取載波信號——平方律器件——倍頻的分量——濾波器——二分頻——相干載波。11.3同相正交環(huán)法(costas環(huán))aLPFLPF壓控振蕩器環(huán)路濾波器為了改善平方變換法的性能圖11-1中的窄帶濾波器常用鎖相環(huán)代替，構(gòu)成如圖11-2所示的方框圖，稱之為平方環(huán)法

4、。平方環(huán)法提取載波注意：由于分頻起點的不確定性，提取的載波存在的相位模糊，它有可能使2PSK相干解調(diào)后出現(xiàn)“反向工作”的問題。解決方法：2DPSK（2）同相正交環(huán)法（Costas環(huán)）設(shè)輸入的抑制載波雙邊帶信號為，并假定環(huán)路鎖定，且不考慮噪聲的影響，則VCO輸出的兩路互為正交的本地載波分別為式中，θ為VCO輸出信號與輸入已調(diào)信號載波之間的相位誤差。此時VCO的輸出就是所需的同步載波，即解調(diào)輸出。Costas環(huán)法提取載波Costas環(huán)與平方環(huán)都是利用鎖相環(huán)（PLL）提取載波的常用方法。比較兩者：Co

5、stas環(huán)工作在載波頻率上，而平方環(huán)的工作頻率是載波頻率的兩倍當(dāng)環(huán)路鎖定后，Costas環(huán)可直接獲得解調(diào)輸出Costas環(huán)與平方環(huán)具有相同的鑒相特性（~θ曲線）（11.3）如圖11-4所示：θ=nπ(n為任意整數(shù)）為PLL的穩(wěn)定平衡點。由于在周期π內(nèi)θ取值可能為0或π，這意味著恢復(fù)出的載波可能與理想載波同相，也可能反相。這種相位關(guān)系的不確定性，稱為0，π的相位模糊度。11-4平方環(huán)和Costas環(huán)的鑒相特性（3）多相移相信號（MPSK）的載波提取一種基于平方變換法或平方環(huán)法的推廣，是M次方變換法

6、或M方環(huán)法，如圖11-5所示。例如從4PSK信號中提取同步載波的四次方環(huán)，其鑒相器輸出的誤差電壓為因此，（n為任意整數(shù)）為四次方環(huán)的穩(wěn)定平衡點，即有0、π/2、π、3π/2的穩(wěn)定工作點。這種現(xiàn)象稱為四重相位模糊度，或稱90°的相位模糊。同理，M次方環(huán)具有M重相位模糊度，即所提取的載波具有360°/M的相位模糊。解決的方法是采用MDPSK。圖11-5M方環(huán)提取載波另一種方法基于Costas環(huán)的推廣，這種方法實現(xiàn)起來比較復(fù)雜，在實際中較少采用。11.2.2插入導(dǎo)頻法（外同步法）此法適用于DSB-SC

7、、等概的2PSK、VSB、SSB信號等，尤其是單邊帶（SSB）信號，它即沒有載波分量又不能用直接法提取載波，只能用插入導(dǎo)頻法。插入導(dǎo)頻：在發(fā)送端的已調(diào)信號頻譜中額外插入一個稱作導(dǎo)頻的正弦波，以便接收端作為載波同步信號加以恢復(fù)。插入原則：在已調(diào)信號頻譜中的零點插入導(dǎo)頻,且要求其附近的信號頻譜分量盡量的小,這樣便于插入導(dǎo)頻以及解調(diào)時易于濾除它.采用插入導(dǎo)頻法應(yīng)注意：類部分響應(yīng)調(diào)制前先對基帶信號進(jìn)行相關(guān)編碼.作用:把如圖11.6（a）所示的基帶信號頻譜函數(shù)變換成如圖11.6(b)所示的頻譜函數(shù).這樣經(jīng)

8、過雙邊帶調(diào)制以后可以得到如圖11.7所示的頻譜函數(shù)。11.7抑制載波雙邊帶信號的導(dǎo)頻插入11.6相關(guān)編碼進(jìn)行頻譜變換這樣，就可組成插入導(dǎo)頻的發(fā)端方框圖11-9。設(shè)調(diào)制信號m(t)中無直流分量，被調(diào)載波為asinωct，將它經(jīng)90°移相形成插入導(dǎo)頻（正交載波）-----acosωct，其中a是插入導(dǎo)頻的振幅。于是輸出信號為uo(t)=am(t)sinωct-acosωct(9.2-17)設(shè)收到的信號就是發(fā)端輸出uo(t)，則收端用一個中心頻率為fc的窄帶濾波器提取導(dǎo)頻-acosωct，再將它經(jīng)