通信原理第9章同步原理

mt
ct t cos1t 1
cr t cos 2 t 2
3
接收端作相干解调，得
z t mt cos1t 1 cos 2t 2
低通滤波器后输出差频，得
mt
因此，要求收发端同频同相。
1 mt cos1 2 t 1 2 2
10.4.1 帧同步的方法
为了实现群同步，可在数字信息流中 插入一些特殊码字作为每个群的头尾标记。 实现方法：连贯式插入法和间隔式插 入法。
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1、起止同步法
7.5个码元 止 起 止
5个码元 （信息）
2、连贯式插入法 连贯式插入法就是在每群的开头集中插 入群同步码字的同步方法。该方法的关键是 需要找到一个特殊的帧同步码组。巴克码
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T1 T2 1 F1 1 F2
F2 F1 F1F2
F 2 F0
F T1 T2 F0 T1 T2 F0 T0
T0 K F tc F0 1 1 tc 或 F F K tc K
或 tc 1 F 2 2F0 K F0
位同步脉冲输出 输入相 位基准 控制电路 （扣除门 和添加门 脉冲）
相位比 较 器
n次分频
晶振及 整 形
3、直接从频带信号中提取同步信号 另一种常用的波形变换方法是对带限信 号进行包络检波。
21
9.3.4 位同步系统的性能指标 位同步系统的性能指标除了效率以外， 主要有以下几方面 1、相位误差 由上图可见一个码元周期内由晶振来的 脉冲数为n个，因此，最大调整相位为：
32
第一帧
第二帧
第三帧
插入的一个群同步码元 共 24 8 192 位 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
1 2 3 4 5 6 7 8
33
c 收码 e 异 或 门 d 分路定时脉冲 本 地 群 码

插入导频法的优缺点主要表现在；
（1）可以利用它作为自动增益控制；
（2）多消耗一部分不带信息的功率。
13
9.2.3 载波同步系统的性能指标 载波同步系统的主要性能包括：效率、 精度、同步建立时间和同步保持时间。 1、载波同步精度
精度是指提取的同步载波与载波标准比 较，它们之间的相位误差大小。 （1）稳态相位误差
4
4.多相移相信号中提取同步信息
数字通信中经常使用多相移相信号，这 类信号同样可以利用多次方变换法从已调信 号中提取载波信息。
10
9.2.2 插入导频法 1、双边带信号中插入导频
插入的位置应在频谱位零处，导频与加 在调制器的那个载波移相90°后的所谓“正 交载波” 。
mt
相乘 调制 带通 相加 输出
概 述
信 源
压 缩 编 码
保 密 编 码 信 调 信 解 道 编 码 制 道 调 信 道 解 码 保 密 解 码
压 缩 信 解 宿 码
信源编码
噪声
同步
信源解码
发送端
接收端
1
数字通信系统模型
同步需要解决的问题
要实现信号的正确传输，要求接收机产生的 信号与发射机发送过来的信号具有相同的频率与 相位关系，称具有相同频率和相位的时间关系的 两信号为同步信号。
N
延迟一位 a 位同步码
f
禁 门
b
逐码移位法的基本原理：由位同步脉冲 经过n次分频以后的本地群码与接收到码元中 间歇式插入的群同步码进行远码移位比较， 使本地群码与发送来的群同步码同步。
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1 a b
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
c
1
2
3
1
2
3
1
2
3
d d1
d2
1
2
3
1
2
3
1
2
3
e e1
u0 t
u0 t
带通
相乘器
vt
低通
输出
mt
ac sin c t
2 相移
fc 窄带滤 波器
2相移
其输出信号可表示为： u0 t ac mt sinct ac cos ct
11
收端乘法器输出为：
vt ac mt sin c t ac cos c t ac sin c t ac2 mt ac2 mt ac2 cos 2 c t sin 2 c t 2 2 2
2Q
Kv
14
0
（2）随机相位误差 从物理概念上讲，正弦波加上随机噪声 以后，相位变化是随机的，它与噪声的性质 和信噪功率比有关。 n0 f 0 2 n 1 2r 2 2A Q 2、载波同步的效率 3、同步建立时间和保持时间 建立时间 保持时间
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巴克码
它的特殊规律是：若一个n位的巴克码 {x1, x2, x3,…, xn}，每个码元xi 只可能取值+1 或-1，则它必然满足条件
R j
x x
i 1
n j
i i j
n 0 ,1,1
当 j 0 当 0 j n
R(j) 6 4 2 -6 -4 -2 2 4 6
整形
2、波形变化法 插入导频法的另一种形式是使数字信号的 包络按位同步信号的某种波形变化。
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9.3.3 直接法 当系统的位同步采用自同步方法时，发 端不专门发送导频信号，而直接从数字信号 中提取位同步信号。
1、滤波法
全占空码 波形变换 单极性归零码 fb窄带滤波器 移相 脉冲形成 位同步
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2、采用锁相法提取位同步
9
经低通后的输出分别为 ： 乘法器的输出为：
1 v 5 2 mt cos 1 v 6 mt sin 2
1 2 上式可以近似地表示为： v7 m t
1 2 1 2 v7 v5 v6 m t sin cos m t sin 2 4 8
e 360 n
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2、同步建立时间ts
定义：失去同步后重建同步最所需的长 时间。 Tb 2 n
Tb n 2 故同步建立时间为： t s 2Tb N nTb N
3、同步保持时间tc 系统因为没有输入，使得收端位同步信 号的相位就会逐渐发生漂移，时间越长，相 位漂移量越大，直至漂移量达到某一准许的 最大值，就算失步了。
4
2、位同步 位同步：要求在接受端产生于发送端相 同码元重复频率，并且具有合适的相位位置。 3、帧同步 建立在位同步基础之上，通常由位同步 分频产生，关注的是为同步产生的位置。 4、网同步
5
9.1.2 按同步的实现方法分类 外同步法：在适当的位置，专门发送同 步信息。 自同步法：同步信息可以从信号中直接 提取出来。 在通信系统中，通常都是要求同步信息传 输的可靠性高于信号传输的可靠性。
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这时漏同步概率的通式可以写为：
P 1 1
C p 1 p
r n r r 1
m
nr
2、假同步概率P2
在信息码中也可能出现与所要识别的群 同步码字相同的码字，这时识别器会把它误 认为群同步码字而出现假同步。
7
输入已调 信号
平方律部件
e(t)
2fc 窄带滤波器
二分频
载波输出
2. 平方环法
锁相环 输入已调 信号 平方律部件 鉴相器 环路滤 波器 压控振 荡器 二分频 载波输出
二分频电路提取出的载波存在π相位模 糊问题。
8
3. 科斯塔斯环
v3
mt cos c t 输入已调 信号
低通
v5
载波输出
载波同步
数字信号同步
位同步 群同步（字同步） 网同步
2
9.1 同步的分类
9.1.1 按同步的功能分类 功用来分：同步可以分为载波同步、位 同步（码元同步）、帧同步（群同步）和网 同步（通信网中用）。 1、载波同步
mt cos1t 1 mt
×
BPF BPF
×
z t
LPF
巴克码识别器 识别器用10级移位寄存 器、相加器和判决器就可以 组成，具体结构如图所示。
29
判决
相
加
0 (7)
1
0 (6)
1
0 (5)
1
0 (4)
1
0 (3)
1
0 (2)
1
0 (1)
1
输入 码元
移动方向
巴克码 (a) t 1 1 1 0 0 1 0 信息码 一群 (b) t t1
30
巴克码 1 1 1 0 0 1 0
Hf
2、残留边带信号中插入导频
f 1
fr
f 2
f1
fc fm
fc
f2
f1 f c f m f1 f 2 f c f r f 2
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3、直接法和插入导频法的比较 （1）不占用导频功率;
（2）防止导频和信号间的互相干扰；
（3）防止信道不理想引起导频相位误差 。
v1
压控振 荡器 环路滤 波器
2 相移
v7
v2 v4
低通
v6
1 v 3 mt cos c t cos c t 2 mt cos cos2 c t 1 v 4 mt cos c t sin c t mt sin sin2 c t 2
6
9.2 载波同步
9.2.1 直接法（自同步法）