第 13 讲 同步原理

13.2 载波同步
锁相环
压控振荡器：
• wo = wr+A⋅vc(t)
鉴相 器 低通 滤波 压控 振荡
鉴相器：输出电压与两输入相位差成正比
• 乘积型鉴相器：
vi(t) =Vim cos[wit +ji(t)] vo(t) =Vom cos[wot +jo(t) + 90] vc
鉴相特性 压控特性 wo ~ vc(t) 互相对应
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13.2 载波同步 再调制器
再调制器 Remodulator
例 2PSK：m(t) = 1
s(t) = 2m(t)⋅cos(wct +q) va(t) = cos(wct +j) vb(t) = -sin(wct +j) vd(t) = m(t)⋅cos(j -q) ve(t) = -0.5⋅m(t)⋅sin(wct +q) -0.5⋅m(t)⋅sin(wct +2j -q) vg(t) = -0.5⋅m2(t)⋅sin2(j -q) vg(t) = 0.5⋅sin 2(q -j)
平方环
• 锁相环作为窄带滤波器 • 例 2PSK：0、1 等概时，无载波离散谱
信号 平 方
锁相 环路
分 频
滤 波
移 载频 相 输出
○ m(t) = 1, s(t) = e2PSK(t) = m(t)⋅cos(wct+q) ○ s2(t) = m2(t)⋅cos2(wct+q) 0.5⋅cos(2wct+2q)
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13.4 群同步 起止式同步法
起止式同步法 (Start-Stop Synchronization)
• 一个字符由 5 个二进制码元组成，每个码元的长度相等 • 无字符输入时，输出电压一直处于高电平状态 • 起脉冲：宽度为 T 的低电平，放在 5 个信息码元之前 • 止脉冲：宽度至少为 1.5T 的高电平，放在信息码之后 • 一个字符的总长度：7.5T
s(t) c
解调输出 低通 d b e
a 载波 90 输出 压控振荡 g 环路滤波 f
• 兼有提取相干载波 (a) 和相干解调 (d) 的功能 • 不需要平方运算，工作频率低，仍然有相位模糊问题
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13.2 载波同步
有辅助导频 (或信号含有载波) 时的载频提取
• 辅助导频：在发送信号中另外插入的同步信号 • 常用锁相环作为窄带滤波器提取出同步信号
无辅助导频时的载波提取
• 通过非线性变换从信号中获取载频
13.3 码元同步
时钟同步、符号同步，对于二进制则称为位同步
目的：
获得正确的码元判决时刻，或对码元能量正确积分
方法：
外同步法：
• 在信号中另外加入包含码元定时信息的导频或数据序列
自同步法：
• 直接从信息码元中提取出码元定时信息 • 开环同步法：信号进行非线性变换，产生离散谱 • 闭环同步法：利用接收码元变化信息修正本地时钟周期
vg(t) = 0.5⋅m2(t)⋅sin2(q -j)
vg(t) = 0.5⋅sin2(q -j)
• • • •
所以，压控振荡器的输入与相位差成正比，满足要求 科斯塔斯环兼有提取相干载波 (a) 和相干解调 (e) 的功能 科斯塔斯环也存在相位模糊问题 科斯塔斯环不需要平方运算，工作频率低，易于实现
例 2PSK：m(t) = 1
s(t) = 2m(t)⋅cos(wct +q) va(t) = cos(wct +j) vb(t) = -sin(wct +j) ve(t) = m(t)⋅cos(q -j) vf(t) = m(t)⋅sin(q -j)
c 低通滤波 e 解调 输出 载波 s(t) 输出 a 压控 环路 g 振荡 滤波 90 b 低通滤波 d f
同步：
载波同步：频率、相位
• 模拟/数字通信系统
码元同步：频率、相位
• 判决时刻、积分区间
群同步：起止时刻 网同步：
• 例 (2048 0.1) kb/s

• 同步网、准同步网
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13.2制信号的载波恢复
上述方法都可推广至多进制情况，也存在多重相位模糊 • 四次方环 解调输出 低通 • Costas 环
s(t) 低通 45 低通 90 低通 135 压控 振荡
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环路 滤波

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N 1 2 3 4 5 7 11 13
巴克码 (找到 10 组)
• 其反码和反序码也是巴克码
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13.4 群同步 集中插入法
例：N = 7： + + + - - + i 1 2 3 4 5 6 7 xi +1 +1 +1 -1 -1 +1 -1
+1 × +1 × +1 × -1 × -1 × +1 × -1
• • • • • • • • •
R(0) = 7 R(-1) = R(1) = 0 R(-2) = R(2) = -1 R(-3) = R(3) = 0 R(-4) = R(4) = -1 R(-5) = R(5) = 0 R(-6) = R(6) = -1 R(-7) = R(7) = 0, ... -7 -5 -3 -1
vc(t) =Ad sin[(wi -wo)⋅t +je(t)] je(t) = ji(t) -jo(t)
锁定状态：Dw = wi-wo = 0，je = 常数，很小的剩余相差
• 压控振荡器的输出经过 -90 相移，可用做相干载波 • 锁相环亦可作为性能优异的窄带滤波器使用
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• 相位模糊：分频器的输出有两种可能相位 (0、p) • 差分相移键控 2DPSK 可以解决相位模糊问题
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13.2 载波同步 科斯塔斯环
同相正交环、科斯塔斯环 (Costas)
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13.1 概述 13.2 载波同步 13.3 码元同步 13.4 群同步 13.5 网同步
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13.1 概述

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13.4 群同步
帧同步、字符同步
分类：
起止式同步法：
• 电传打字机等
插入特殊同步码组同步法：
集中插入式： • 采用特殊的群同步码组，集中插入在信息码组的前头 • 例：PCM 30/32 的 TS0 分散插入式： • 将特殊的周期性同步码元，分散插入在各信息码组中 • 例：PCM 24 的 F-bit
微 分 整 流 窄带 滤波 放大 限幅
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13.3 码元同步 闭环同步法
闭环同步法：
• 使本地产生的定时信号与接收码元波形的转变点同步 • 类似载频同步中的锁相环法 • 超前/滞后门同步器
+ + +, + +++ + + -, + + - + +++-+ +++--++++---+--++++++--++-+-+ 注 +:'+1'; -:'-1'
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xi = 1，1 £ i £ N
• 巴克码 (Baker)： 最常用的一种群同步码
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13.3 码元同步 开环同步法
开环同步法：
1. 延迟相乘法：
窄带 滤波 延迟 T/2 放大 限幅
时钟
正弦波
方波
• 每个码元的后一半，都是自身 相乘，结果必为正， • 前一半，当码元变化时为负值 • 变换后码元含有码元速率分量 2. 微分整流法：
止 起 止
1.5T T
1.5T
• 字符长度很短，接收端时钟不需要很精确即可对准 • com：计算机异步串行通信
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13.4 群同步 集中插入法
集中插入法：
• 采用具有特殊规律的群同步码组， 其自相关函数特性曲 线具有尖锐单峰，接收端易于捕获。 • 局部自相关函数：设码组长度为 N 个码元
R(j )
3 1
5
7 j
实际检测时，自相关运算近似符合上述结果
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