同步技术

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 克码识别器输出电压和对应概率表：
表中： N——巴克码移出识别器的位数(负数表示巴克码 尚未进入识别器的位数) V——巴克码识别器输出电压 P——对应概率
7位巴克码识别器输出曲线
超前脉冲
扣除门
位同步信号
波形 变换相位 比较N来自 分频器Q或门
Q
nf B 晶振
滞后脉冲
附加门
四、锁相法抗干扰性能的改善
两种数字滤波方案原理图：
位同步与载波同步比较
8.5 位同步系统的性能
1. 相位误差 2. 同步建立时间 3. 同步保持时间
8.6 群同步
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。
8.6.1 连贯插入
1. 巴克码 连贯插入的关键是寻找群同步码，其要求：
1.方便识别 2.与信息码区别较大 3.码长适当，以便提高效率
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13，全部列于表中：
局部自相关函数：
2.单峰局部自相关函数
如果局部自相关函数滿足下列条件 n j 0 R( j ) 0或 1 j 0 我们称此局部自相关函数具有单峰特性 7位巴克码正好滿足这个条件 7 j 0 R( j ) 0或-1 j 0
s(t ) cos 2 f ct a sin 2 f ct
X
带通
+
信道
900
a cos 2 f ct
a sin 2 f ct
振荡器
正交插入导频接收机方框原理图：
1 s(t ) 2
s(t ) cos 2 f ct a sin 2 f ct
带通
X
1 s (t ) 2
低通
判取
第8章
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同步技术
同步系统的分类 载波同步 载波同步的性能 位同步 位同步系统的性能 群同步
同步的目的
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。依靠定时系统去完成收、发双方时间 的一致性，即同步。 （数字，模拟）
8.1 同步系统的分类
相关编码并插入 导频是常用的位同步的外 同步方法，其方框图如图8.15
1 fB 2
二、包络调制法
其方框图如图8.16
如对PSK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 f B ，接 收端采用包络检波，便可得到位同步信息。
8.4.2 直接提取位同步信号法
相关译码
f c 滤波器
900
a sin 2 f ct
2、插入双导频 信号在 f c 或 f c 附近频谱成分较大，无法在 f c 处插导频，此时才插双导频。 双导频确定的原则： （1）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。 （2）插入的双导频应便于求得 f c
f 2 f1 例如我们设计f c与f1、f 2的关系为：f c f1 Q 据此画出电路图如下：
K 指电压下降的系数，常取K
从同步建立时间和同步保持时间两表示式看出，它们 对Q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， 请参见教材。
8.4 位同步
8.4.1外同步法——插入位定时导频及包络调制
一、插入位定时导频
位定时导频插入的原则：
(1)位定时导频必须在基带信号频谱的零点插入。 1 f B如下图。 (2)插入位定时导频通常为 f B或 2
+ + 信道 带通 X 低通
f1
f2
f 2 窄带
X
f1 窄带
f1 f 2
X
Q
图中f1、f 2、Q等参数设计时选定，因此设计选择余地很大。
8.3 载波同步的性能
一、相位误差
2Qf 稳态相差对单谐振电路：0 (弧度) f0 2f 稳态相差对锁相环：0 (弧度) KV
2 随机相差n常用相位抖动表示: n
定义：
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
若基带信号为全占空矩形序列,无论是单极性或双极 性信号，它们都不含 f B 或 2 f B 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 f B 成份。 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，就能提取 f B 信息。 其方框图如8.17，各点波形图如图8.18
一、平方变换法和平方环法
（1）平方变换法 ( 以PSK信号为例)
S PSK (t ) S (t ) cos 2 f ct 从上式看出S PSK (t )的频谱是S (t )频谱的线性搬移 当S (t )无直流，则S PSK (t )无载波， 若S PSK (t )将平方我们得到： S 2 PSK (t ) [ S (t ) cos 2 f ct ]2 1 2 1 2 S (t ) S (t ) cos 4 f ct 2 2 S 2 (t )中肯定有直流, S 2 PSK (t )含有2 f c 成分 将S PSK (t )平方并滤波提取2 f c 成分，再二分频便得到f c
二、包络陷落法
PSK 等 信 号 ， 在 数 据 变 化 时 刻 产 生 幅 度 “ 陷
落”，使包络携带有位同步信息，故可检出。
包络陷落法方框图及各点波形
带限频谱的产生：
三、锁相法
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 期性取样脉冲序列，因此常用数字锁相环，系统 框图如下 ：
3. 7位巴克码识别电路
相加电路
取样判决
群同步输出
接收码流 （含巴克码）
01 01 01 01 01 01 01
巴克码识别器输出计算
巴 0 克 1 码 0 0 识 1 别 1 器 1
0
0
1
0
0
1
1
1
码流
信码 巴 克 码 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
二、同相正交环(科斯塔斯特环) ：
方框原理图如下
Vd 经环路滤波器后控制VCO，则鉴相特性如图8.4
从Vd ~ 曲线看出 0及 n 各点，鉴相特性斜率均为正， 都是稳定锁相点。因此，同相正交环存在相位模糊的问题。
8.2.2
外同步法（插入导频法 ）
导频要在信号频谱为0的位置插,避免信号干扰导频 插入导频要求 避免导频干扰信号-----常用正交插入 插入导频应能很方便地提取f 插入导频频率尽可能就是f c c
8.1.1 同步系统按功能分类
载波同步：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） 位同步：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）
帧同步（群同步）：在接收端产生一个标志每帧首 尾的定时脉冲。 （分组及译码的基础）
网同步：为使数字通信网有统一的时间基准而进行 的同步。（交换及复接的基础）
8.1.2
同步系统按实现方法分类
外同步法：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。
自同步法：收端直接从信号中提取同步信息 的方法。
8.2 载波同步
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 个载波的获取称为载波提取或载波同步。
8.2.1 自同步(仅讨论信息码流中不含载波的情况)
1 2r 式中r为滤波器或环路信噪比，当Q值高或环路滤波器带宽
窄则r高，可见稳态相差与随机相差是矛盾的。 总相差： =0
二、同步建立时间（越短越好）
Q 1 ts ln f0 1 K K 为确定的系数(它指电压上升至稳定值的比例)。
三、同步保持时间（越长越好）
tc Q 1 ln f0 K 1 0.318 e
1. 平方变换法原理框图：
信道 带通 X 低通 取判 相 /绝
平方
滤波
2
由于电路中有二分频，因此存在相位模糊问题。
2.平方环法 :
信道 带通 X 低通 取判 相 /绝
平方
2
环滤 VCO
相比
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。
由于电路中有二分频，因此同样存在相位模糊问题。
1、频域正交插入 f c 并对信码进行相关编码
不进行相关编码，在 fc 附近信号频谱成份太强，它会干扰插入的导频。 不正交插入，则解调后会留下直流干扰，影响取样判决。
相关编码——第 IV 类部分响应：
正交插入导频发射机方框原理图 ：
s(t ) cos 2 f ct
s (t )
相关编码
s(t )