第11章_同步原理[1] (2)

2020/9/24
通信原理
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第11章 同步原理
13.1 引言
同步：解决信号传输的时间基准问题，以保证收发两端的设备 在时间上步调一致的工作。 分类：
载波同步：相干解调时，在接收端必须能够提供一个与所 接收到的载波信号同频同相的本地参考载波。
位（码元）同步：在数字通信系统中，在接收端需要知道 每个码元的起止时间，以便在恰当的时刻进行采样判决。
由于“窄滤”通带很窄，所以要求载波频率或导频相对 于窄带滤波器的中心频率不能有漂移，但在实际系统中由于各 种原因(如发送频率不稳或多卜勒效应等)，频率总有漂移，有 时还漂移不少，这会使解调质量大大降低。为此，---希望：找到中心频率能跟随输入频率作相应变化的窄带滤波器， 这可用锁相环 （PLL）来实现。
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第11章 同步原理
1、平方变换法和平方环法 发端：设调制信号中无直流分量，则DSB信号为：
s(t) f (t) cosct
收端：
平方变换法模型： 输入已
调信号
平方律
2f0窄带
部 件 e(t) 滤波器
二分频 载波
输出
经平方律部件后:
e(t)
f 2 (t) cos2 0t
第11章 同步原理
通信原理电子教案
第11章 同步原理
西 北 工 业 大 学 （2010.12）
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第11章 同步原理
第11章 同步原理
同步是通信信号传输的基本保证。 本章主要介绍同步的基本方法，并简单分析其性能。
➢ 11.1 引言 ➢ *11.2 锁相环的基本原理 ➢ 11.3 载波同步 ➢ 11.4 位同步 ➢ 11.5 帧同步
本章要求：掌握载波、位、群同步的工作原理和获取方法。 性能及影响作一般了解。
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第11章 同步原理
11.3 载波同步
获取方法： 1. 插入导频法(外同步法)：在发送信号中专门插入一个载波
分量，或者与载波的频率及相位有关的一个信号。 2. 直接法(自同步法) ：从接收到的已调信号中直接提取。 ●已调波中含有载波分量，直接提取； ●已调波中不包含载波分量，通过非线性变换的方法提取
参考载波。
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第11章 同步原理
11.3.1 载波同步的方法 一 、 插入导频法
适用：不包含载频分量的信号：DSB、SSB、2DPSK、2DPSK。 原理：
S ( )
0
Sc ()
0 f
0
导频
0 f
图11-5 DSB信号的“正交载波”插入法
注：插入导频为“正交载波”－－与加在调制器的那个载波移 相90°。
解决？
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2、同相-正交环法（科斯塔斯环）
模型：
mtcos ct
输入已调 信号
同相载波 正交载波 双PLL环
v3 载波输出 v1
2相移
v2 v4
LPF VCO LPF
v5 解调输出 LP v7
v6
目标：只需证得v7∝θ(载波相位差)。
v3
m t cosct
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用PLL提取本地载波的原理框图:
s(t) 带通滤波器
鉴相器
Leabharlann Baidu
环路滤波器
参考载波 压控振荡器
sc(t)
好处：窄带、跟踪、记忆、维持。
图11-8
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二、 直接法（自同步法） －－无辅助导频时的载波提取。
思路：DSB信号虽不含载波分量，但对该信号进行某种非线性变 换（如：平方）后－－派生新的频率分量，就可从中提取同步 信息。
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模型：
f(t)
× BPF
cosω0t
f0
/2 相移
s(t)
asinω0t
图11-6 插入导频法发端原理框图
BPF
sp(t)
×
LPF
s0(t)
sinω0t cosω0t
f 0窄带 / 2 滤波器 相移
图11-7 插入导频法收端原理框图
数学分析：
发端： s(t) f (t)cos0t a sin0t
要求：节拍一致，相位可调 帧（群）同步：在数字通信系统中，接收端只有准确地区 分开各个字、句和段，才能正确地恢复出原始信息和数据。
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方法: 外同步法: 外加的专门同步信号来传输，即为了传输独立的同步信
号，需要付出额外的传输功率和频带。 内同步法(自同步法)：通过变换，从传输的数字信号中直接提取。
f 2 (t) 1 22
f 2 (t) cos 20t
注：虽f(t)中无直流分量，但f 2(t)=1却有直流分量，故e(t)中第
二项包含有2ω0频率分量，经窄带滤波器可获成分： 2ω0
二分频，得: cos0t
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第11章 同步原理
输入已 调信号
平方律
2fc 窄带
部 件 e(t) 滤波器
问题：窄带滤波器不易实现。 改进：用PLL（锁相环）代替。
二分频 载波
输出
输入已 平方律 调信号 部 件
锁相环
PD
载波输出
LP
VCO 二分频
好处：窄带、跟踪、记忆、维持。
载波跟踪环
讨论：平方环适于DSB，2PSK、2DPSK [ m2 (t) k ]； 问题：二分频电路提取出的载波存在π相位模糊问题。
v7
v5
v6
1 4
m2 t sin
cos
1 8
m2 t sin
2
上式可以近似地表示为：
v7
1 4
m2 t
好处：载波提取、相干解调一次完成！v5;
工作频率为fc，不是2fc，当载波频率很高时易于实现；
无π相位模糊问题。
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cos ct
v1同相载波
1 2
m t cos
cos 2ct
v4
m t cosct
sin ct
1 2
m t sin
sin
2c t
v2正交载波
经低通后：
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经低通后的输出分别为 ：
v5
v
6
1
2 1
2
mtcos mtsin
乘法器的输出为：
收端： sp(t) s(t)cos0t f (t)cos 2t a sin0 cos0t
LPF输出：
1 2
f
(t)
1 2
f (t)cos 20t
1 2
a
sin
2
0
t
1 s0 (t) 2 f (t)
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第11章 同步原理
窄带滤波实现： 问题：理想的窄带滤波器难以实现，总有一定频带，从而得到 的参考载波频率不可能很“干净”；