同 步 系 统09

插入导频法(外同步法) 9.2.3 插入导频法(外同步法)
DSB信号中插入导频 信号中插入导频 1. 在DSB信号中插入导频 插入导频的位置应该在信号频谱为0的位置， 插入导频的位置应该在信号频谱为0的位置，否则导频与信 应该在信号频谱为 号频谱成分重叠在一起，接收时不易取出。 号频谱成分重叠在一起，接收时不易取出。对于模拟调制的信 如双边带话和单边带话等信号， 号， 如双边带话和单边带话等信号， 在载波 fc 附近信号频谱为 但对于2PSK和 DPSK等数字调制的信号 等数字调制的信号， 0； 但对于2PSK和2DPSK等数字调制的信号，在fc附近的频谱不 但有，而且比较大，因此对于这样的数字信号， 但有，而且比较大，因此对于这样的数字信号，在调制以前先 对基带信号 x(t) 进行相关编码， 相关编码的作用是把如图 9进行相关编码 ， 所示的基带信号频谱函数变为如图9 (b)所示的频谱函数 所示的频谱函数， 8(a)所示的基带信号频谱函数变为如图9-8(b)所示的频谱函数， (a)所示的基带信号频谱函数变为如图 (c)所示的频谱函数 所示的频谱函数， 这样经过双边带调制以后可以得到图 9-8(c) 所示的频谱函数 ， 附近频谱函数很小，且没有离散谱， 在 fc 附近频谱函数很小 ， 且没有离散谱 ， 这样可以在 fc 处插入 的导频(这里仅画出正频域) 频率为fc的导频(这里仅画出正频域)。
u0 (t) = Ax' (t)sin ωct − a cosωct
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由正向频谱可以看出， 由正向频谱可以看出，由于插入的这个导频与传输的上下 边带是不重叠的， 边带是不重叠的，接收端容易通过窄带滤波器提取导频作为相 干载波。关于在DSB DSB中插入导频的方框图如图 所示。 干载波。关于在DSB中插入导频的方框图如图 9-9 所示。图中 除正常产生双边带信号外，振荡器的载波经移相π/ π/2 除正常产生双边带信号外 ， 振荡器的载波经移相 π/2 网络产 生一个正交的导频信号，二者叠加成输出信号。 生一个正交的导频信号，二者叠加成输出信号。显然
科斯塔斯环的两个优点：（1）工作在ωc频率上，比平方环工 科斯塔斯环的两个优点： 频率上， 作频率低，且不用平方器件和分频器； 当环路正常锁定后， 作频率低 ，且不用平方器件和分频器 ； （ 2 ） 当环路正常锁定后 ， 同相鉴相器的输出就是所需要解调的原数字序列。 同相鉴相器的输出就是所需要解调的原数字序列。具有提取载波和 相干解调的双重功能。 相干解调的双重功能。 科斯塔斯环的缺点：电路较复杂以及存在着相位模糊的问题。 科斯塔斯环的缺点：电路较复杂以及存在着相位模糊的问题。 成都理工大学“数字通信原理”
2
(9-1)
对于2PSK信号，x(t)是双极性矩形脉冲，设x(t)=±1， 信号， 是双极性矩形脉冲， )=± 对于2PSK信号 )=1 经过非线性变换—平方 则 x2(t)=1， 这样已调信号 x(t)cosωct 经过非线性变换 平方 律部件后得
1 1 e(t) = + cos 2ωct 2 2
开路滤波器压控振荡器平方律部件二分频输入已调信号载波输出成都理工大学数字通信原理922特殊锁相环法相移压控振荡器成都理工大学数字通信原理同相与正交两鉴相器的本地参考信号分别为90cos99那么输入信号与vsinsinsincoscoscoscoscos910经过低通滤波器后分别得911成都理工大学数字通信原理cossin912这个电压经过环路滤波器以后控制vco使它与同频相位只差一个很小的
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插入导频法也可以分为两种 一种是在频域插入 也可以分为两种： 频域插入， 2、插入导频法也可以分为两种： 一种是在频域插入，即 在发送信息的频谱中或频带外插入相关的导频；另一种是在时 在发送信息的频谱中或频带外插入相关的导频；另一种是在时 域插入， 在一定的时段上传送载波信息。 域插入，即在一定的时段上传送载波信息。 对载波同步的要求是： 对载波同步的要求是 ： 发送载波同步信息所占的功率尽 量小，频带尽量窄。 量小，频带尽量窄。
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同相与正交两鉴相器的本地参考信号分别为 同相与正交两鉴相器的本地参考信号分别为 本地参考信号
v1 = cos(ωct +θ) v2 = cos(ωct +θ −90°) = sin( ωct +θ)
那么输入信号与v1,v2相乘后得
1 v3 = x(t) cosωct ⋅ cos(ωct +θ ) = x(t)[cosθ + cos(2ωct +θ )] 2 v = x(t) cosω t ⋅ sin( ω t +θ ) = 1 x(t)[sin θ + sin( 2ω t +θ )] c c c 4 2
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9.1.2 不同传输方式的同步 不同传输方式的同步 同步也是一种信息，按照传输同步信息方式的不同， 同步也是一种信息，按照传输同步信息方式的不同，可分 为外同步法和自同步法。 外同步法和自同步法。 外同步法 1. 外同步法 由发送端发送专门的同步信息，接收端把这个专门的同步 由发送端发送专门的同步信息， 信息检测出来作为同步信号的方法，称为外同步法。 信息检测出来作为同步信号的方法，称为外同步法。 自同步法 2. 自同步法 发送端不发送专门的同步信息， 发送端不发送专门的同步信息，接收端设法从收到的信号 中提取同步信息的方法，称为自同步法。 中提取同步信息的方法，称为自同步法。
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9.2 载波同步技术
载波同步的方法通常有 直接法( 自同步法) 和 插入导频法 载波同步的方法 通常有直接法 ( 自同步法 ) 通常有 直接法 外同步法)两种。 (外同步法)两种。 滤波法和 1、直接法可分为:非线性变换—滤波法和特殊锁相环法。 直接法可分为:非线性变换 滤波法 特殊锁相环法。 可分为 通常采用的特殊环路有：同相—正交环 逆调制环、 正交环、 通常采用的特殊环路有：同相 正交环、逆调制环、判决 反馈环和基带数字处理载波跟踪环等 反馈环和基带数字处理载波跟踪环等。 特点：特殊锁相环具有从已调信号中消除调制和滤除噪声 特点： 的功能， 的功能，所以能鉴别接收已调信号中被抑制了的载波分量与本 VCO输出信号之间的相位误差 从而恢复出相应的相干载波。 输出信号之间的相位误差， 地 VCO 输出信号之间的相位误差 ， 从而恢复出相应的相干载波 。
9.2.2 特殊锁相环法
同相—正交环法(科斯塔斯环) 1. 同相—正交环法(科斯塔斯环)
v3 v1 x(t)cos ωct 90° 相移 v2 v4 低通 v6 低通 v5 x′ (t)
v1
压控振荡器
环路滤波器
v7
假定环路已锁定，若不考虑噪声， 假定环路已锁定，若不考虑噪声，则环路的输入信号为 x(t) cosωct (9- 8)
(9-9)
(9-10)
经过低通滤波器后分别得 v5 = 1 x(t) cosθ
2 v = 1 x(t) sin θ 6 2
(9-11)
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1 1 v7 = v5 ⋅ v6 = x2 (t) sin θ cosθ = x2 (t) sin 2θ v5, v6经过乘法器后得 4 8 1 1 ≈ x2 (t) ⋅ 2θ = x2 (t) ⋅θ 8 4
第九章
同 步 系 统
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主要内容
9.1 概述 9.2 载波同步技术 9.3 位同步技术 群同步(帧同步) 9.4 群同步(帧同步)技术 9.5 网同步技术
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9.1 概
述
9.1.1 不同功用的同步 不同功用的同步 按照同步的功用来区分，有载波同步、位同步(码元同步)、 群同步(帧同步)和网同步(通信网络中使用)等四种。 1. 载波同步（载波跟踪、载波提取）：相干解调中，在接 收端恢复出与发送端的载波在频率上同频的相干载波的过程。 载波同步是实现相干解调的先决条件。 2. 位同步(码元同步)：位同步脉冲与接收码元的重复频率 和相位的一致。 接收端 “码元定时脉冲序列”的重复频率和相位(位置)要 与接收码元一致，以保证：① 接收端的定时脉冲重复频率和发 送端的码元速率相同;② 取样判决时刻对准最佳取样判决位置。 这个码元定时脉冲序列称为“码元同步脉冲”或“位同步脉 冲”。 成都理工大学“数字通信原理”
输入已调 平方律部件 信号 鉴相器 开路滤波器 压控振荡器 二分频
载波 输出
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
锁
相
环
平方环法提取载波得到了广泛应用的优势： 平方环法提取载波得到了广泛应用的优势：由于锁相环具有良 好的跟踪、窄带滤波和记忆功能， 好的跟踪、窄带滤波和记忆功能，平方环法比一般的平方变换 法的性能更好。 法的性能更好。
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群同步( 帧同步) 在数字时分多路通信系统中， 3. 群同步 ( 帧同步 ): 在数字时分多路通信系统中 ， 各路信 码都安排在指定的时隙内传送，形成一定的帧结构。 码都安排在指定的时隙内传送，形成一定的帧结构。在接收端为 了正确地分离各路信号，首先要识别出每帧的起始时刻， 了正确地分离各路信号，首先要识别出每帧的起始时刻，从而找 出各路时隙的位置。也就是说，接收端必须产生与字、 出各路时隙的位置。也就是说，接收端必须产生与字、句和帧起 止时间相一致的定时信号。我们称获得这些定时序列的过程为帧 止时间相一致的定时信号。我们称获得这些定时序列的过程为帧 (字、句、群)同步。 同步。 4. 网同步 通信网也有模拟网和数字网之分。在一个数字通信网中， 通信网也有模拟网和数字网之分。在一个数字通信网中， 往往需要把各个方向传来的信码，按它们的不同目的进行分路、 往往需要把各个方向传来的信码，按它们的不同目的进行分路、 合路和交换，为了有效地完成这些功能，必须实现网同步。 合路和交换，为了有效地完成这些功能，必须实现网同步。
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非线性变换—滤波法 9.2.1 非线性变换 滤波法
1. 平方变换法
x(t)cos ωct n i(t) 带通 × fc 平方律 部件 e(t) 二分频 2fc 低通 x(t)
2fc 窄带滤波
图 9-1 平方变换法提取同步载波
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1 2 1 2 e(t) = [x(t) cosωct] = x (t) + x (t) cosωct 2 2
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分析： 分析：
由于外同步法需要传输独立的同步信号，因此， (1)由于外同步法需要传输独立的同步信号，因此， 要付 出额外功率和频带，在实际应用中，二者都有采用。 出额外功率和频带，在实际应用中，二者都有采用。在载波同 步中，采用两种同步方法， 自同步法用的较多；在位同步中， 步中，采用两种同步方法，而自同步法用的较多；在位同步中， 大多采用自同步法，外同步法也有采用；在群同步中，一般都 大多采用自同步法，外同步法也有采用；在群同步中，一般都 采用外同步法。 采用外同步法。 无论采用哪种同步方式，对正常的信息传输来说， (2)无论采用哪种同步方式，对正常的信息传输来说，都 是必要的，只有收发之间建立了同步才能开始传输信息。 是必要的，只有收发之间建立了同步才能开始传输信息。同步 误差小、相位抖动小以及同步建立时间短、 误差小、相位抖动小以及同步建立时间短、保持时间长等为其 主要指标，它是系统正常工作的前提， 主要指标，它是系统正常工作的前提，否则就会使数字通信设 备的抗干扰性能下降，误码增加。如果同步丢失(或失步) 备的抗干扰性能下降，误码增加。如果同步丢失(或失步)，将 会使整个系统无法工作。 会使整个系统无法工作。
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(9-2)
2. 平方环法 为了改善平方变换的性能，使恢复的相干载波更为纯净， 为了改善平方变换的性能，使恢复的相干载波更为纯净， 常常在非线性处理之后加入锁相环 具体做法是 在非线性处理之后加入锁相环。 常常在非线性处理之后加入锁相环。具体做法是在平方变换法 的基础上，把窄带滤波器改为锁相环。 的基础上，把窄带滤波器改为锁相环。
(9-12)
这个电压经过环路滤波器以后控制VCO， 同频， 这个电压经过环路滤波器以后控制VCO，使它与 ωc 同频 ， 相位 VCO 只差一个很小的θ。此时v1=cos(ωct+θ)就是要提取的同步载
1 1 就是解调器的输出。 波，而 v5 = x(t) cosθ ≈ x(t) 就是解调器的输出。 2 2