载波同步技术 位同步技术 群同步技术 网同步技术共42页文档
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同步原理(载波同步与位同步)
载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
实际中，伴随信号一起进入接收机的还有加性高斯白噪声，为了改善平方变换法的性能，使恢复的相干载波更为纯净，常用锁相环代替窄带滤波器。如下图： 平方环法提取载波框图 锁相环具有良好的跟踪，窄带滤波和记忆功能。
等价于：中心频率可调的窄带滤波器
载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
载波同步：是指在相干解调时，接收端需要提供一个与接收信号中的调制载波同频同相的相干载波。 载波同步是实现相干解调的先决条件。 提取相干载波的方法：直接法（自同步法）
插入导频法
载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
直接法：有些信号（DSB-SC,PSK），虽然本身不含有载波分量，但经过某种非线性变化后，将具有载波的谐波分量，因此可以从中提取。下面介绍几种常用的方法：
载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
一：在抑制载波的双边带信号中插入导频法 导频的插入方法： 在抑制载波双边带信号的已调信号的载频出插入一个与该信号频谱正交的载波信号。 插入导频系统的发端框图： 输出信号为：
载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
1
插入导频系统的接收端框图：
平方变换法和平方环法 设调制信号 ，则抑制载波的双边带信号为： 平方变换法提取载波框图： 窄带滤波器输出为：
载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
二分频器输出，可得载波信号： 注意：载波提取的方框图中用了一个二分频电路，由于分频起点的不确定性，使输出的载波相对于接收信号的相位有180度的相位模糊。 相位模糊对模拟通信关系不大（人耳听不出相位变化） 对数字通信影响很大，有可能使2PSK相干解调后出 现“反向工作”的问题。 解决办法：对调制器输入的信息序列进行差分编码。（2DPSK）
同步技术
巴克码是插在信息码流之中的，因此巴克码的前 后均是信息码，考虑到最坏的情况，我们列出了巴 克码识别器输出电压和对应概率表：
表中： N——巴克码移出识别器的位数(负数表示巴克码 尚未进入识别器的位数) V——巴克码识别器输出电压 P——对应概率
7位巴克码识别器输出曲线
超前脉冲
扣除门
位同步信号
波形 变换相位 比较N来自 分频器Q或门
Q
nf B 晶振
滞后脉冲
附加门
四、锁相法抗干扰性能的改善
两种数字滤波方案原理图：
位同步与载波同步比较
8.5 位同步系统的性能
1. 相位误差 2. 同步建立时间 3. 同步保持时间
8.6 群同步
群同步不是获取群的频率信息，而是指示群开始或 结束的位置，其本质与前两种同步有较大区别。
8.6.1 连贯插入
1. 巴克码 连贯插入的关键是寻找群同步码，其要求：
1.方便识别 2.与信息码区别较大 3.码长适当，以便提高效率
目前尚未找到巴克码的一般构造方法，只搜索到几组 巴克码，其码组最大长度为13，全部列于表中：
局部自相关函数：
2.单峰局部自相关函数
如果局部自相关函数滿足下列条件 n j 0 R( j ) 0或 1 j 0 我们称此局部自相关函数具有单峰特性 7位巴克码正好滿足这个条件 7 j 0 R( j ) 0或-1 j 0
s(t ) cos 2 f ct a sin 2 f ct
X
带通
+
信道
900
a cos 2 f ct
a sin 2 f ct
振荡器
正交插入导频接收机方框原理图：
第7章---同步
将此接收信号平方后，得到
1 2 1 2 s (t ) m (t ) cos 0 t m (t ) m (t ) cos 20 t 2 2
2 2 2
用窄带滤波器将上式中2f0分量滤出，经过二分频，就得出 载频f0的分量。原理方框图如下：
S(t)
平方
S2(t)
2 f0
窄带滤波
二分频
f0
15
同步建立时间和保持时间
载波同步性能
载波同步误差对2PSK信号误码率的影响 相位误差包括两部分： ＝ ＋ 式中， － 恒定误差 － 随机误差
∵解调输出为
ve 1 m(t ) cos 2
式中cos引起信号电压下降， ∴信号噪声功率比r下降为cos2倍。 因此，误码率下降为
Pe 1 erfc 2
r cos
26
式中，r为信号噪声功率比。
载波同步误差引起的信号波形失真 例如，会使单边带信号产生失真。 设有一单频基带信号：m(t ) cost 用它对载波cos0t进行单边带调制后，取出上边带信号：
s (t ) 1 cos( 0 )t 2
同步； 位同步信号从基带中提取，特殊情况在频带 中提取，而载波同步一定在频带中提取。
29
位同步—码元同步
对位同步信号的要求：
(1)使收端的位同步脉冲频率和发送端的码元速率 相同（同频）。 (2)使收端最佳判决时对接收码元作抽样判决（同 相）。
位同步方法的分类：
外同步法和自同步法。
30
外同步法
若接收端的本地载波有相位误差，则两者相乘后得到
1 1 cos( 0 )t cos( 0 t ) [cos( 20 t t ) cos( t )] 2 4
1 2 1 2 s (t ) m (t ) cos 0 t m (t ) m (t ) cos 20 t 2 2
2 2 2
用窄带滤波器将上式中2f0分量滤出，经过二分频，就得出 载频f0的分量。原理方框图如下：
S(t)
平方
S2(t)
2 f0
窄带滤波
二分频
f0
15
同步建立时间和保持时间
载波同步性能
载波同步误差对2PSK信号误码率的影响 相位误差包括两部分： ＝ ＋ 式中， － 恒定误差 － 随机误差
∵解调输出为
ve 1 m(t ) cos 2
式中cos引起信号电压下降， ∴信号噪声功率比r下降为cos2倍。 因此，误码率下降为
Pe 1 erfc 2
r cos
26
式中，r为信号噪声功率比。
载波同步误差引起的信号波形失真 例如，会使单边带信号产生失真。 设有一单频基带信号：m(t ) cost 用它对载波cos0t进行单边带调制后，取出上边带信号：
s (t ) 1 cos( 0 )t 2
同步； 位同步信号从基带中提取，特殊情况在频带 中提取，而载波同步一定在频带中提取。
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位同步—码元同步
对位同步信号的要求：
(1)使收端的位同步脉冲频率和发送端的码元速率 相同（同频）。 (2)使收端最佳判决时对接收码元作抽样判决（同 相）。
位同步方法的分类：
外同步法和自同步法。
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外同步法
若接收端的本地载波有相位误差，则两者相乘后得到
1 1 cos( 0 )t cos( 0 t ) [cos( 20 t t ) cos( t )] 2 4
现代通信原理第9章同步
9.1 载波同步
提取相干载波的方法有两种：插入导频法和直接法。 一、 直接法 直接法也称自同步法。有些信号，如DSB-SC、PSK等， 它们虽然本身不直接含有载波分量，但经过某种非线性变 换后，将具有载波的谐波分量，因而可从中提取出载波分 量来。
平方变换法和平方环法 设调制信号 m(t ) 无直流分量，则抑制载波的双边带 信号为
一、 连贯式插入法
连贯式插入法就是在一帧数据中的某一位置集 中插入用于帧同步的特殊码组，故又称为集中插入 法。 帧同步的特殊码组一般插入到一帧数据的起始位 置。 接收端通过检测帧同步码组，确定一帧数据的起 止位置，从而实现帧同步。
对该码组的基本要求是： 1） 具有尖锐单峰特性的自相关函数； 2） 便于与信息码区别； 3） 码长适当，以保证传输效率。 符合上述要求的特殊码组有：全0码、全1码、1与 0交替码、巴克码、电话基群帧同步码0011011。目前 常用的帧同步码组是巴克码。
二、 插入导频法 抑制载波的双边带信号（如DSB、等概的2PSK） 本身不含有载波；残留边带（VSB）信号虽含有载波分 量，但很难从已调信号的频谱中把它分离出来；单边带 （SSB）信号，没有载波分量，对这些信号的载波提取， 可以用插入导频法（外同步法）。
在抑制载波的双边带信号中插入导频 采用插入导频法应注意： 1） 导频的频率应当是与载频有关的或者就是载频的 频率； 2） 已调信号频谱中的零点插入导频。
同步也是一种信息，按照获取和传输同步信息方式 的不同，又可分为外同步法和自同步法。 1) 外同步法 由发送端发送专门的同步信息（常被称为导频）， 接收端把这个导频提取出来作为同步信号的方法，称为 外同步法。 2) 自同步法 发送端不发送专门的同步信息，接收端设法从收到 的信号中提取同步信息的方法，称为自同步法。
同步技术
同步技术一、同步技术的定义：同步技术即调整通信网中的各种信号使之协同工作的技术。
诸信号协同工作是通信网正常传输信息的基础。
二、同步技术的分类：按照同步的功能来分，同步可以分为载波同步、位同步（码元同步）、群同步（帧同步）和网同步（通信网中用）等四种。
（一）载波同步1、定义当采用同步解调（相干检测，它的基本功能就是完成频谱的线性搬移，但为了防止失真，同步检波电路中都必须输入与载波同步的解调载波。
）时，接收端需要提供一个与接收信号载波同频同相的相干载波，而这个相干载波的获取就称为载波提取，或称为载波同步。
2-12、提取方法载波同步一般有两类方法：一类是直接提取法（自同步法），一类是插入倒频法（外同步法）。
（1）直接提取法（自同步法）定义：是从接收到的有用信号中直接（或经变换）提取相干载波，而不需要另外传送载波或其它倒频信号。
基本原理：有些信号（如DSB信号、2PSK信号等）虽然本身不包含载波分量，但却包含载波信息，对该信号进行某些非线性变换以后，就可以直接从中提取出载波分量来。
提取方法：平方变换法和平方环法、同相正交环法（科斯塔斯环）①平方变换法和平方环法图2-2平方变换法提取载波图2-2即为平方变换法提取载波，为了改善性能，可以在平方变换法大的基础上，把窄带滤波器用锁相环替代，构成如图2-3所示的方框图，这就是平方环法提取载波。
图2-3平方环法提取载波由于锁相环具有良好的跟踪、窄带滤波性能，因此平方环法比一般的平方变换法具有更好的性能，因而得到广泛的应用。
②同相正交环法（科斯塔斯环）图2-4同相正交环法提取载波同相正交环法（科斯塔斯环）是利用锁相环提取载波的另一种常用方法，由于加到上下两个相乘器的本地信号分别为压控振荡器的输出信号和它的正交信号，因此常称这种环路为同相正交环，有时也被称为科斯塔斯环（Costas）环。
如图2-4所示。
（2）插入倒频法（外同步法）定义：是在发端发送信息码元的同时，再发送一个（或多个）包含载波信息的倒频信号，并且要求这个倒频信号不随传播的信息变换，在接收端根据倒频信号提取载波。
文元美现代通信原理课件第6章同步系统
带通
平方律 部件
×
fc 二分频
低通 x(t)
e(t) 2fc
2fc
窄带滤波
2020/2/29
图 6-1 平方变课件换法提取同步载波
6
同步系统
e(t)
[x(t) cosct]2
1 2
x2 (t )
1 2
x2(t) cosct
对于2PSK信号，x(t)是双极性矩形脉冲，设x(t)=±1，则 x2(t)=1，这样已调信号x(t)cosωct经过非线性变换—平方律部件 后得
f1 ( fc fm ) f1
f2 ( fc fr ) f2
其中fr是残留边带信号形成滤波器滚降部分占用带宽的一半， 而fm为基带信号的最高频率。
2020/2/29
课件
25
同步系统
(3) 载波信号的提取。在插入导频的VSB信号中提取载波 的方框图如图 6 - 12 所示。接收的信号中包含有VSB信号和f1, f2两个导频。假设接收信号中两个导频是
同步系统
2. 从已调信号中提取位同步信息
1) 包络检波— (1) 采用包络检波—滤波法从频带受限的中频PSK信号提 取同步信息。由于频带受限的中频PSK信号在相位反转点处形 成幅度的“陷落”，所以可以采用包络检波—滤波法来提取位 同步信息。 这种方法的方框图和波形图如图 6 - 19 所示。
2020/2/29
s(t) QP SK
(* )4 U1(t) 鉴 相
UD
U2(t) (* )4
环路 滤 波器
压控 参 考载 波
2020/2/29
课件
9
图 6-3 四次方环原理方框图
同步系统
第五讲系统的同步技术(一)
36
k
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 。
37
k
1、外同步法
包络调制原理框图如下图所示。
11
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
汪毓铎2013年1月28日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1直接法2插入导频法3载波同步系统的性能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
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
1
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
7
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。
8
1、直接法
平方环法载波恢复原理框图如下图所示。
32
k
3、载波同步系统的性能
7同步技术
d
低通
f
16
主要内容
7.1 概述 7.2 载波同步技术 7.3 位同步技术 7.4 群同步技术 7.5 网同步技术 小结 思考题、 思考题、习题
ห้องสมุดไป่ตู้
17
7.3 位同步技术
一、定义
数字通信系统中，接收端必须提供一个确定抽样 数字通信系统中， 判决时刻的定时脉冲序列—码元定时脉冲序列， 判决时刻的定时脉冲序列—码元定时脉冲序列， 此序列的频率 相位必须与发送端的信息序列一 频率和 此序列的频率和相位必须与发送端的信息序列一 致。在接收端产生码元定时脉冲序列的过程称为 位同步技术。 位同步技术。
21
7.3 位同步技术
（1）波形变换法
波形变换器包括： 波形变换器包括：微 分器、全波整流器、 分器、全波整流器、 窄脉冲生成电路
22
7.3 位同步技术
（2）延迟相乘法
23
7.3 位同步技术
2、锁相环同步法 将接收信号和本地产生的码元定时信号相比较， 将接收信号和本地产生的码元定时信号相比较 ， 使本地产生的定时信号和接收码元波形的转变点 保持同步。 保持同步。
2
主要内容
7.1 概述 7.2 载波同步技术 7.3 位同步技术 7.4 群同步技术 7.5 网同步技术 小结 思考题、 思考题、习题
3
7.1 概述
一、同步需要解决的问题
要实现信号的正确传输， 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 相位的时间关系的 相同频率和 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。 两信号为同步信号。 载波同步 数字信号同步
1 1 s 2 (t ) = m 2 (t ) cos 2 ω0 t = m 2 (t ) + m 2 (t ) cos 2ω0 t 2 2
第2讲_同步系统
数字通信原理
由正向频谱可以看出，由于插入的这个导频与传输的上下 边带是不重叠的，接收端容易通过窄带滤波器提取导频作为相 干载波。关于在DSB中插入导频的方框图如图 2-9 所示。图中 除正常产生双边带信号外，振荡器的载波经移相π/2 网络产 生一个正交的导频信号，二者叠加成输出信号。显然
u0 (t ) Ax' (t ) sin ct a cos ct
1 2 1 x (t ) 2 x 2 (t ) 8 4
(2-12)
这个电压经过环路滤波器以后控制VCO，使它与 ωc 同频，相位 只差一个很小的 θ。此时v1=cos(ωct+θ)就是要提取的同步载
1 1 波，而 v5 x(t ) cos x(t ) 就是解调器的输出。 2 2
同步信号，在 t1—t2 的时隙内传送帧同步信号，在 t2—t3 的时隙
内传送载波同步信号，而在 t ３ —t4 时间内才传送数字信息；以 后各帧都如此。
数字通信原理
位同 步
t0 t1
帧 同 步
t2
载 波 同 步
t3
信息
位 同 步
t4
帧 同 步
载 波 同 步 第二帧
信息
第一帧
(a)
图 2- 13 时域中插入导频法
载波 输出
锁
相
环
平方环法提取载波得到了广泛应用的优势：由于锁相环具有良 好的跟踪、窄带滤波和记忆功能，平方环法比一般的平方变换 法的性能更好。
数字通信原理
2.2.2 特殊锁相环法
1. 同相—正交环法(科斯塔斯环)
v3 v1 x(t)cosωct 9 0° 相移 v2 v4 低通 v6 低通 v5 x′ (t)
相加
由正向频谱可以看出，由于插入的这个导频与传输的上下 边带是不重叠的，接收端容易通过窄带滤波器提取导频作为相 干载波。关于在DSB中插入导频的方框图如图 2-9 所示。图中 除正常产生双边带信号外，振荡器的载波经移相π/2 网络产 生一个正交的导频信号，二者叠加成输出信号。显然
u0 (t ) Ax' (t ) sin ct a cos ct
1 2 1 x (t ) 2 x 2 (t ) 8 4
(2-12)
这个电压经过环路滤波器以后控制VCO，使它与 ωc 同频，相位 只差一个很小的 θ。此时v1=cos(ωct+θ)就是要提取的同步载
1 1 波，而 v5 x(t ) cos x(t ) 就是解调器的输出。 2 2
同步信号，在 t1—t2 的时隙内传送帧同步信号，在 t2—t3 的时隙
内传送载波同步信号，而在 t ３ —t4 时间内才传送数字信息；以 后各帧都如此。
数字通信原理
位同 步
t0 t1
帧 同 步
t2
载 波 同 步
t3
信息
位 同 步
t4
帧 同 步
载 波 同 步 第二帧
信息
第一帧
(a)
图 2- 13 时域中插入导频法
载波 输出
锁
相
环
平方环法提取载波得到了广泛应用的优势：由于锁相环具有良 好的跟踪、窄带滤波和记忆功能，平方环法比一般的平方变换 法的性能更好。
数字通信原理
2.2.2 特殊锁相环法
1. 同相—正交环法(科斯塔斯环)
v3 v1 x(t)cosωct 9 0° 相移 v2 v4 低通 v6 低通 v5 x′ (t)
相加