第五讲系统的同步技术(一)

该方法与插入导频的载波同步法类似，插入的导频 必须选择在基带信号频谱的零点处。 一般选择在码元速率 f B 或 f B / 2 处。因为一般基带 信号为矩形波，其谱零点在 f B 处，而经过相关编码后 的基带信号的谱零点在 f B / 2 处。
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1、外同步法
插入位定时导频法系统原理框图如下图所示。
2、插入导频法
为便于提取载频，一般双导频还应满足一种简单的 关系。设 1 和 2 分别为两个导频，则它们的选择可 遵循下述关系式：
c 1
2 1
K
上式中，K为整常数，一般取2的整数次幂。
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2、插入导频法
双导频插入系统原理框图如下图所示。
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k
2、插入导频法
由于 1 和 2 两个导频都在信号频谱的带外，所以，
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1、直接法
M次方环法原理框图如下图所示。
该电路原理与平方环法类似，这里不再叙述。
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2、插入导频法
对于类似于SSB或VSB信号，由于发送信号中不存 在载波分量，通常需要插入导频，以在接收端获取同 步载波信号。由于插入导频需要额外的导频信号才能 同步，所以，插入导频载波同步法属于外同步法。 插入导频原则：避免调制信号与导频信号相互干扰， 故导频一般为调制信号零频谱位置；避免导频信号对 解调产生影响，故一般导频选择正交方式插入；便于 提取载波。
该电路原理与平方环法类似，这里不再叙述。
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1、直接法
四相Costas环原理框图如下图所示。
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1、直接法
设VCO输出信号为：vo (t ) cosc t
输入四相已调信号为： s4 PSK (t ) cosct
与二相Costas环类似，分别写出 v2 (t ) v4 (t ) 的表达式。 导出 v5 (t ) v8 (t ) 和 v9 (t ) v12 (t ) ，最后，可求出乘法器的
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2、直接法
位同步数字锁相环工作波形示意图如下。
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3、位同步系统的性能
（1）性能指标 相位误差：最大相位误差为
max 2 n
百度文库
。
同步建立时间：定义与载波同步里的定义相同。 同步保持时间：定义与载波同步里的定义相同。 同步带宽：系统允许收、发信机振荡器振荡频率之间 的最大频率误差
f0 B 2n
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1、直接法
2、平方环法
平方环法与平方变换法类似，只是将平方变换法中
的窄带滤波器用锁相环（PLL）电路代替。PLL不仅 具有窄带滤波和记忆功能，还具有跟踪性能，即锁相， 尤其是在载波频率频繁改变时，适应力更强。与前者 相比，平方环法提取的载波质量更高。因此，该方法 应用的更广泛。
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1、直接法
平方环法载波恢复原理框图如下图所示。
1 2 vd (t ) k C sin 2 K sin 2 8
可见，VCO的输出是受载波 c(t ) 和接收信号 sm (t ) 之间 的相差 2 控制的。
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1、直接法
Costas环同样存在相位模糊问题，但由于其工作频率就 Costas环在高频段更有优势；若采用DPSK，则相位模 糊问题也就不成问题了；当环路锁定时，由于载波提取 但平方环却无法做到。 但由于Costas环电路包含一个 900 相移电路，该相移电 路必须对每一个载频都产生 900 的相移，所以，对于载 频频繁变化的场合，Costas环不便采用。
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2、插入导频法
插入导频法一般有频域插入和时域插入有种方法， 而频域插入又有频域正交插入和双导频插入两种方法。 现分别介绍如下。
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k
2、插入导频法
1、频域正交插入 频域正交插入导频发信机原理框图如下图所示。
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k
2、插入导频法
插入正交导频接收机原理框图如下图所示。
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k
2、插入导频法
v o (t ) s
2 BPSK
1 2 1 2 (t ) f (t ) f (t ) cos 2 c t 2 2
该输出信号再经窄带滤波器滤波，再进行2分频，最
后，便可得到载波信号 c(t ) cos ct 。
其实现原理框图如下图所示。
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1、直接法
平方变换法载波恢复原理框图如下图所示。
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1、直接法
设VCO输出为：vo (t ) cosc t
则有： v1 (t ) cosc t 90 0
v2 (t ) cosct
乘法器1和2的输出为：
v3 (t ) v1 (t )s m (t ) f (t ) cos c t cosc t 90 0
1、直接法
乘法器3的输出为：
1 2 2 vd (t ) v5 (t )v6 (t ) k f (t ) sin 2 8 f (t ) 为双极性数字基带信号，一般是幅度为A的矩
其中
形波，所以， f 2 (t ) A2 。若 f (t ) 不是矩形波，经环路滤 波后，其低频成分仍为一常数C，故有：
载波提取时，只需用BPF滤出即可，双导频信号不会
进入解调器，自然不会对解调器及判决译码造成干扰。
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2、插入导频法
3、时域插入导频法 时域插入导频法是按照一定时间顺序，在固定的时 隙发送载波信息。该方法在TDMA方式的卫星通信系 统中多有应用。 该方法可以直接插入载频信息，载波提取时常采 用锁相环技术来进行。
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1、直接法
发送端不发送同步载波信号，设法直接从接收到 的调制信号中提取载波信号的方法就是直接法。 典型的直接法有平方变换法，平方环法，正交环 法等多种实现方法，现分别介绍如下。
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1、直接法
1、平方变换法
设 sBPSK (t ) f (t ) cos ct
在接收端经过平方率器件后，输出为：
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1、直接法
3、相位模糊
无论平方变换法还是平方环法，在其子阿伯提取过
程中，都使用了2分频电路。2分频电路实质是一个双 稳态触发电路，由于在加电瞬间，其初始输出状态为 高或为低是随机的，这就使得所提取的载波要么与载 波同相，要么反相，由此造成了相位模糊问题。
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1、直接法
4、同相正交法（Costas科斯塔斯环法） 原理框图如下图所示。
2、插入双导频 对于VSB信号，由于其载波处信号功率很大，因此， 不能在载频处插入导频，此时，只能插入双载频。 为避免导频信号与调制信号互相干扰，导频应选在 信号频谱带外，同时，为了节省频率资源，导频应尽 可能靠近信号频谱，因此，双导频一般选择在信号频 谱的上下限的带外，又靠近信号频谱的位置。
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。
（2）相位误差对位同步的影响 位同步相位误差将影响抽样判决时刻偏离最佳位置。
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系统的同步技术(一)
第五讲完！
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1 sin 4 输出为：vd (t ) 128
可见，VCO的输出是受载波 c(t ) 和接收信号 sm (t ) 之间 的相差 4 控制的。 该方法产生的载波依然存在相位模糊问题。
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1、直接法
6、M元调相信号的载波同步
M次方变换法原理框图如下图所示。
由该电路恢复的载波同样存在相位模糊问题，但若 采用多进制DPSK，问题也就解决了。
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2、直接法
直接法应用最广，它属于自同步法。该方法无需发 送导频，而是通过适当的措施，从接收到的信号中提 取位同步信号。 通常使用的自同步法有滤波法、包络陷落法和锁相 法等方法。下面分别予以介绍。
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2、直接法
（1）滤波法
在数字基带传输系统中，当基带信号中含有位定时
基频成份，就可以采用该方法。 滤波法位定时信号提取电路如下图所示。
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2、插入导频法
3、时域插入导频法 时域插入导频法是按照一定时间顺序，在固定的时 隙发送载波信息，示意图如下图所示。
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2、插入导频法
时域插入导频法载波提取原理图如下图所示。
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3、载波同步系统的性能
（1）载波同步系统的性能指标： 效率：为提取载波所用发送功率与信号总发送功率比。 精度：提取载波信号与标准载波信号的频差与相差。 同步建立时间：开机到同步或从失步到同步的时间。 同步保持时间：同步状态下，同步信号消失，系统维 持同步状态的时间。
v4 (t ) v2 (t )s m (t ) f (t ) cos c t cosc t
1 0 v ( t ) k f ( t ) cos 90 低通滤波器输出为： 5 2
1 v 6 (t ) k f (t ) cos 2
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3、载波同步系统的性能
（2）相位误差对解调性能的影响 模拟信号解调：影响输出信号幅度，降低SNR。 数字信号解调：影响误码率。 分析过程在此从略。
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二、位同步技术
1、外同步法
2、直接法
3、位同步系统的性能
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k
1、外同步法
外同步法包括插入位定时导频法和包络调制法两种。
（1）插入位定时导频法
北京信息科技大学
第五讲 系统的同步技术
通信工程系：汪毓铎
2013年1月28日
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内容提要
一、载波同步技术 二、位同步技术 三、帧同步技术 四、群同步技术 五、网同步技术
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一、载波同步技术
1、直接法
2、插入导频法
3、载波同步系统的性能
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一、载波同步技术
无论是模拟调制，还是数字调制，都有相干接收 的解调方法，这就是相干解调。在相干解调中，由接 收到的信号恢复与发送端的载波同频同相的信号是其 关键环节。由接收到的信号恢复与发送端的载波同频 同相的载波信号的过程就是载波同步。
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1、外同步法
（2）包络调制法
该方法适应于2PSK或2FSK等恒包络数字调制系统
的解调。在发送端用位同步信号的某种波形（如升余 弦波形等）对数字调制信号进行附加幅度调制，从而 形成调相调幅波或调频调幅波。其调幅频率即是位定 时频率 f B 。
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1、外同步法
包络调制原理框图如下图所示。
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是载频，所以，而平方环工作频率是载频的倍频，所以，
和解调电路可以合二而一，Costas环可以直接解调输出，
1、直接法
5、四相信号的载波同步
四次方变换法原理框图如下图所示。
由该电路恢复的载波同样存在相位模糊问题，但若 采用多进制DPSK，问题也就解决了。
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1、直接法
四次方环法原理框图如下图所示。
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2、直接法
滤波法位定时提取电路各点波形如下图所示。
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2、直接法
（2）包络陷落法
对于2PSK信号的位定时提取，宜采用该方法。
包络陷波法位定时信号提取电路如下图所示。
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2、直接法
包络陷波法定时提取电路各点波形如下图所示。
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2、直接法
（3）锁相法
锁相法位定时信号提取电路如下图所示。