通信原理 同步原理

一起构成数控振荡器(DCO)，此环路的基本原理
是：相位比较器(鉴相器)输出的两个信号通过控
制常开门和常闭门的状态，改变N0次分频器输
出信号的周期(一次改变2π/ 到锁定状态。
N0)，使环路逐步达
这种锁相环的同步建立时间比较长，当需
要快速建立同步信号时，可用快速捕捉数字锁 相环。
二、位同步系统的性能
三、载波同步系统的性能
载波同步系统的主要性能指标是效率和精度。 效率高就是为了获得载波信号而尽量少消耗发 送功率。用直接法提取载波时，发端不需发送导频， 因而效率高；而用插入导频法时，由于插入导频要 消耗一部分功率，显然系统的效率降低。 精度高就是提取出的载波应和标准载波同频同 相，但实际上很难实现，只能要求相位误差尽量小。 另外的性能指标有同步建立时间和同步保持时 间。
采用包络检波法从报头中提取位同步 a）帧结构及对应的调幅波形
b）包络检波提取位同步信号的方框图
2. 锁相环法
数字锁相环
数字锁相环由数字电路构成，也可由软 件构成或某些部件由软件完成。常见的数字 锁相环位同步器原理方框图如下页图 (不包 括数字环路滤波器DLF)。
数字锁相环位同步器原理方框图
图中，c次分频器、或门、扣除门和附加门
对数字信号传输来说，有了载波同步和 位同步，发端的代码可以在收端解调出来， 但代码是一连串的“1”、“0”码，数字代码总 是用若干码元组成一个“字”，又用若干 “字”组成一“句”。因此，在接收这些数 字流时，同样也必须知道这些“字”、“句 “的起止时刻。在接收端产生与“字”、 “句”起止时刻相一致的定时脉冲序列，称 为“字”同步和“句“同步，统称为群同步 或帧同步。
经过计算可得v7=1/8 m2(t)sin2θ,因此v1的相 位也是不确定的。
二、插入导频法
插入导频法就是在发送端插入一个或数个导 频与信号一起传输，对于某些信号，比如单边带 调制信号，只能用插入导频法提取载波。下面以 在抑制载波的双边带信号中插入导频为例说明其 原理。
由于导频与信号一起传输，因此第一个要求 是在载频处已调信号的频谱分量为零，这样可避 免信号与导频的相互干扰，当采用某种相关编码 信号去进行抑制载波的双边带调制，载频附近的 频谱分量很小，易于插入导频以及解调时易于滤 出它。第二个要求是插入的导频和加于调制器的 那个载波是正交关系，目的是为了解调。
频带受限二相PSK信号的位同步信号提取 a）带限2PSK信号b）包络检波后的波形c）含有位同步信号的波形
比如在时分多址数字卫星通信系统中，各
地球站的信息都是按子帧传送的，每一子帧都 有一报头，用作为载波恢复时间和位定时恢复 时间等。通常地球站发射报头时功率大，发射 信息部分时功率小，分帧结构及对应的调幅波 形如下页图所示，由于报头的宽度是一个码元 宽度的整数倍，故可以用包络检波一滤波法来 提取位同步信号。为确保位同步恢复在报头内 实现，并一直保持到分帧结束，在滤波之前加 了一个冲激振荡器。
7
1 4
m 2 ( t )
v7的大小与相位误差θ成正比，它就相 当于一个鉴相器的输出。用v7去控制压控 振荡器输出信号的相位，最后使稳态相位 误差减小到很小。这时压控振荡器的输出 v7就是所需提取的载波。
这种方法初看没有二分频，似乎没有
相位模糊问题，但通过分析同样存在这个
问题，因为当v1=cos(2fct+θ+180°)时，
随着数字通信的发展，多个用户需相互 通信，从而组成了数字通信网。为了保证通 信网内各用户之间可靠地进行数据交换，在 整个通信网内必须有一个统一的时钟标准， 这就是网同步。
第二节 载波同步
提取载波的方法分两种：一种是直接 法，该方法不专门发送导频，而在接收端直 接从发送信号中提取载波。第二种是插入导 频法，即在发送有用信号的同时，在适当的 频率位置上，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。
平方变换法提取载波
该方法采用二分频电路后，在相干PSK 解 调时，解调后的序列可能是正确的，也可能极性 正好相反，即“反向工作”。对移相信号而言， 解决这个问题的常用方法是采用相对调相。
为了改善平方变换法的性能，可以在平方变换 法的基础上，把2fc窄带滤波器用锁相环代替，就 称为平方环法提取载波。由于锁相环具有良好的 跟踪、窄带滤波和记忆性能，因此，平方环法比 一般的平方变换法具有更好的性能，应用更为广 泛。
第十章 同步原理
在数字通信系统中，为了使接收端能够正确 地从所收到的信号中恢复出原始信息，就必须保 证接收机能够从所收到数字序列中正确识别出一 个码元的起止时刻、一个码组或码字起止码元、 一帧的起止码字，能够保证接收机产生一个频率 和相位与所收到的频带信号载波的频率和相位一 致的本地载波，这种确保接收机与发送机能够协 调一致工作的技术就统称为同步技术。本章将分 别讨论载波同步、位同步、帧同步和网同步的原 理和性能。
f ( n )
r e r n2 n
随机相差θn的方差与信噪比r有如下关系
所以随机相差θn的方n2 差与信21r噪比r是反比关系。
2.建立时间和保持时间
当用单调谐电路作为窄带滤波器时，设回路 的谐振频率f0与Q 值已经给定。如果在t=0 时刻将 信号接入电路，则输出电压为
u
U
1
2f0 t
e 2Q
主要内容
• 第一节 • 第二节 • 第三节 • 第四节 • 第五节
同步的基本内容和要求 载波同步 位同步 帧同步 网同步的基本概念
第一节 同步的基本内容和要求
同步是通信系统中一个非常重要问题。 由于一般收、发双方有一定距离，要使它们 能很好地发送和接收信息，同步系统是必不 可少的。
当接收端采用同步解调时，需要提供一 个与发射端调制载波同频同相的相干载波。 这个相干载波的获取就称为载波同步。
2Q f
f0
因此，Q 值越高，所引起的稳态相差越大。
同步系统使用锁相环时，当锁相环压控振荡 器与输入载波信号之间有频率差Δf 时，也会引起 一稳态相差。该稳态相差为
2f
K
式中，Kv为环路直流增益。
随机相差是由于随机的噪声叠加在载波信号
上而引起的。假设载波信号的初始相位为零，则 θn就是随机相差，经计算得相位误差的分布f(θn)。
为了衡量一个数字通信设备的位同步性 能，通常提出以下几项指标：
相位误差θe 同步建立时间ts 同步保持时间t0
1．相位误差θe
衡量数字锁相环的一个重要指标是相位误 差，考虑到它对误码的影响，一般用时差来表 示相位误差。显然，为了减小位同步相位误差
的影响，分频次数N（N=2n-1)应越大越好，但
这与减小同步建立时间有矛盾。因为在同步建 立过程中，本地位定时脉冲是每比较一次向输 入信号过渡点靠近TB/2n-1秒，N越大，靠近的步 子就越小，同步建立的速度就越慢。所以N值 的选取要折中两者的要求。
假定信号传输无失真，到接收端后，将该信号进 行平方变换，得
e(t )
m 2 (t ) cos
2
2f c t
m 2 (t) 2
1 2
m 2 (t ) cos
4f c t
显然，上式中E[s2(t)]≠0，所以e(t)表示式的第二 项中包含有2fc频率的分量。若用一窄带滤波器将 2fc频率分量滤出，再进行二分频，就获得所需的 载波fc。
u (t ) Ue 2Q cos 2f0t
上式示于曲线的末尾部分，其包络逐渐衰减。当输出
电压u(tc)下降到ｋＵ时，认为同步信号已经消失。求得保
持时间为
2Q 1
t c 2f 0 ln k
第三节 位同步
位同步又称码元（或比特）定时。实现位同 步的方法基本上可以分为两大类，一类是外同步 法，另一类是自同步法。外同步法就是在发送端 除了发送有用的数字信息外，还专门传送位同步 信号，到了接收端用窄带滤波器或锁相环把滤波 出来的信号作为同步之用。自同步法是发送端不 专门向接收端传送位同步信号，收端所需要的位 同步信号是从解调后的数字基带信号中提取出来。
平方环法提取载波
2．同相正交环法
同相正交环法提取载波
设输入的抑制载波双边带信号为m(t)cos2fct ，在 压经号过控相位相振差移荡电器/2路锁，定后因后得此输v通2=出常si信n称(2号这f为c种t+v环1θ=)路c，o为s(由2同于f相ct这+正两θ交) 个，环信v，1
得
3 m(t) cos 2fct cos(2fc 4 m(t) cos2fct sin(2fct
因为数字通信中消息是一串相继的信号 码元的序列，解调时常需知道每个码元的起 止时刻。因此，接收端必须产生一个用作抽 样判决的定时脉冲序列，它和接收码元的终 止时刻应对齐。我们把在接收端产生与接收 码元的频率和相位一致的定时脉冲序列的过 程称为码元同步或位同步，称这个定时脉冲 序列为码元同步脉冲或位同步脉冲。
插入导频法收端方框图
设u0(t)无失真地传到收端，则收端用一 个中心频率为fc的窄带滤波器就可取得导频-
accos2fct ，再将它移相/2，就可得到与调 制载波同频同相的信号sin2fct 。
插入导频法提取载波要使用窄带滤 波器。这个窄带滤波器也可以用锁相环 来代替，这是因为锁相环本身就是一个 性能良好的窄带滤波器，因而使用锁相 环后，载波提取的性能将有改善。
抑制载波双边带信号的导频插入
插入导频法发端方框图
设调制信号为m(t)，m(t)中无直流分量，被调载波为 acsin2fct，调制器假设为一相乘器，插入导频是被调 载波移相90°形成的，为-accos2fct，其中，ac是插入
导频的振幅。于是输出信号为
u 0 (t ) a c m (t ) sin 2 f c (t ) a c cos 2 f c t
t))1212mm((tt))scinossicno(s4(4fcftct))