通信系统中载波同步技术原理应用与研究毕业论文.doc

通信系统中载波同步技术原理应用与研究毕业论文目录摘要 ............................................................................................. 错误!未定义书签。

ABSTRACT.................................................................................. 错误!未定义书签。

目录 .. (I)第一章绪论 (3)1.1选题的意义 (3)1.2载波同步的研究背景 (4)1.3论文内容安排 (5)第二章同步的概念 (6)2.1 同步的分类 (6)2.1.1 载波同步 (6)2.1.2 位同步 (6)2.1.3 群同步 (7)2.1.4 网同步 (7)2.2 载波同步性能指标 (7)2.2.1 精度 (7)第三章载波同步原理 (11)3.1 直接法（自同步法） (11)3.2 同相正交环法（科斯塔斯环） (13)3.3 插入导频法 (14)3.4 时域插入导频法 (18)第四章载波同步应用实例 (20)4.1 马达控制中的载波同步 (20)4.2 BPSK载波同步 (21)4.3 BPSK信号载波同步方法 (21)4.3.1非线性变换——滤波法 (21)4.3.2同相正交环 (22)4.3.3 逆调制环 (23)4.3.4 判决反馈环 (24)4.4 彩色副载波同步 (25)第五章全文总结 (29)5.1 通信发展的未来前景 (29)参考文献 (31)致谢 (32)毕业设计小结 (34)第一章绪论1.1选题的意义从上个世纪70年代开始，随着计算机技术，微电子技术，自动控制技术等的发展，通信技术发生了很大的变化，从模拟通信系统到数字通信系统，从固定通信到移动通信，新的通信体制及标准不断提出，通信业务范围不断扩大。

在现代通信中，由于数据业务量的增加，为在有限的频带内传输更多容量的数字信息，一些更为复杂的通信技术被采用。

在模拟通信时代，模拟器件的非理想特性对系统性能有很大影响，如模拟滤波器的相位失真，放大器和混频器的非线性等。

而且模拟通信系统结构复杂，体积大，功耗大，调试不变，易出故障，兼容性很差。

在模拟通信阶段，人们对载波和位时钟恢复算法的研究工作主要集中于经典的以锁相环路PLL为基础的递归反馈式结构。

锁相环路捕获时间长，其可靠性较差。

而且对于较复杂的高效的一些通信技术，锁相环的设计很困难，系统构成相当复杂，这种技术的使用受到了限制，所所有这些弊端都说明模拟通信系统已经不适合现代通信的要求。

同步是通信系统中一个重要的实际问题，当采用同步解调或相干检测时，接收端需要提供一个与发射端调制载波同频同相的相干载波，这个相干载波的获取就成为载波同步。

通信是在两点之间进行时，完成了载波同步，位同步和群同步之后，接收端不仅获取了相干载波，而且通信双方的时标关系也解决了，接收端就能以较低的错误概率恢复出数字信息。

然而，随着数字通信的发展，特别是计算机通信的发展，多个用户相互通信而组成了数字通信网，为了保证通信网内各用户之间可靠地进行数据交换，还必须实现数字通信系统中一个重要的单元——载波同步（又叫做载波恢复）的方法。

它主要是进行两个方面的工作，一个是补偿信号在传输过程中所造成的频偏损害，另一个是跟踪相位，因此载波恢复包括载波相位偏移的估计和载波频率偏移的估计以及对它们的补偿。

发射机和接收机之间的载波同步，是进行信息传输的一个极其重要的问题，对通信系统性能的优劣有着很大的影响。

1.2载波同步的研究背景同步是通信领域中一个重要的技术问题，同步性能的优劣将直接决定整个通信系统的性能。

可以说，在通信系统中，同步是进行信息传输的前提。

随着现代通信与网络技术的飞速发展，同步的重要性更加突出，许多先进的通信技术与系统都要求精确地实现载波同步，位同步与帧同步，否则系统的优越性能将无法得到保证。

在通信系统中，数据序列都是经过一定的方式映射，被发射机调制到一定的频率通过信道发送出去，接收机接收到的数据其参数受到发送机，接收机和信道的影响，接收机要在对这些参数准确估计的基础上依靠判决装置恢复发送数据。

同步技术就是对这些参数实现准确的估计和校正。

微电子技术、数字信号处理技术、计算机技术与通信技术的相互渗透与协调发展，是数字通信技术发展的强大动力，数字信号和数字系统得天独厚的内在品质是数字通信方式逐步取代模拟通信方式的根本原因。

数字信号容易被产生保存和在传输过程中再生，具有很强的抗噪声能力。

信道对各种形式的数据具有透明性，千差万别的模拟信号均可以转换成数字信号在同一信道中传输，使得通信系统具有更强的通用性和更灵活的网络互连性。

数字信号的这些特点是模拟信号无法比拟的。

当接收端采用相干解调时，接收端需要一个与发射端调制载波同频同相的相干载波，这个相干载波的获取就称为载波同步，因此子阿伯同步是同步的一个重要分支，是实现相干解调的基础。

在中频数字接收机中，数字下变频的本地振荡信号是一个固定频率的自由振荡信号，它不可能和输入信号的载波频率完全相等，必然产生一个频偏；相位噪声也会引起载波相位和频率偏差；同时运动中的物体进行通信时出现的多普勒效应，也会使接受信号的频率发生变化，对通信系统产生恶劣的影响，使接受系统性能下降。

因此，如何抵御噪声的干扰，从噪声中高质量提取相干载波，是载波同步的一个关键技术问题。

近年来，随着数字信号处理技术的飞速发展，数字通信以其显著的优势逐渐代替模拟通信，采用数字技术，不仅可以避免模拟电路的固有失真，温度漂移和增益变换对系统性能的恶化，而且可以提高系统的可靠性，灵活性和集成度。

1.3论文内容安排此次毕业设计的内容是通信系统中载波同步技术原理应用与研究。

本课题首先从载波同步的定义入手，熟悉载波同步的基本原理。

深入研究不同情况下载波同步方式的条件。

最后归纳总结出载波同步在通信系统中的最佳应用方式。

并举出载波同步技术在现实中的具体应用，分析其原理。

在数字通信系统中，以及在某些采用同步解调的模拟通信系统中，同步是一个非常重要的问题。

由于收，发双方不在一地，要使它们能步调一致地协调工作，就必须要有一个统一的时间标准，即要有同步系统来保证。

通过对BPSK信号的分析来研究载波同步的主要特性。

第二章同步的概念2.1同步的分类在数字通信系统中，以及在某些采用同步解调的模拟通信系统中，同步是一个非常重要的问题。

由于收、发双方不在一地，要使它们能步调一致地协调工作，就必须要有一个统一的时间标准，既要有同步系统来保证。

所谓同步是指收、发方在时间上步调一致，所以又称为定时。

按照同步的功能来划分，有载波同步、位同步、群同步和网同步四种。

2.1.1载波同步载波同步又称载波恢复（carrier restoration），即在接收设备中产生一个和接收信号的载波同频同相的本地振荡（local oscillation），供给解调器作相干解调用。

当接收信号中包含离散的载频分量时，在接收端需要从信号中分离出信号载波作为本地相干载波；这样分离出的本地相干载波频率必然与接收信号载波频率相同，但为了使相位也相同，可能需要对分离出的载波相位作适当的调整。

若接收信号中没有离散载波分量，例如在2PSK信号中（“1” 和“0” 以等概率出现时），则接收端需要用较复杂的方法从信号中提取载波。

因此，在这些接收设备中需要有载波同步电路，以提供相干解调所需要的相干载波；相干载波必须与接收信号的载波严格地同频同相。

2.1.2位同步位同步的目的是使每个码元得到最佳的解调和判决。

位同步可以分为外同步法和自同步法两大类。

一般而言，自同步法应用较多。

外同步法需要另外专门传输位同步信息。

自同步法则是从信号码元中提取其包含的位同步信息。

自同步法又可以分为两种，即开环同步法和闭环同步法。

开环法采用对输入码元做某种变换的方法提取位同步信息。

闭环法则用比较本地时钟和输入信号的方法，将本地时钟锁定在输入信号上。

闭环法更为准确，但是也更为复杂。

位同步不准确将引起误码率增大。

2.1.3群同步群同步包含字同步、句同步、分路同步、它有时也称帧同步。

在数字通信中，信息流是用若干码元组成一个“字”，又用若干个“字”组成“句”。

在接收这些数字信息时，必须知道这些“字”、“句”的起止时刻，否则接收端无法正确恢复信息。

对于数字时分多路通信系统，如PCM30/32电话系统，各路信码都安排在指定的时隙内传送，形成一定的帧结构。

为了使接收端能正确分离各路信号，在发送端必须提供每帧的起止标记，在接收端检测并获取这一标志的过程，称为帧同步。

因此，在接收端产生与“字”、“句”及“帧”起止时刻相一致的定时脉冲序列的过程统称为群同步。

2.1.4网同步网同步是指通信网的时钟同步，解决网中各站的载波同步、位同步、和群同步等问题。

实现网同步的方法主要有两大类：一类是全网同步系统，即在通信网中使各站的时钟彼此同步，各站的时钟频率和相位都保持一致，建立这种网同步的主要方法有主从同步法和相互同步法；另一类是准同步系统，也称为独立时钟发，即在各站采用具有高稳定性的时钟，相互独立，允许其速率偏差在一定的范围之内，在转接时设法把各处输入的数码速率变换成本站的数码率，再传送出去。

在变换过程中要采用一定措施使信息不至于丢失。

实现这种方式的方法有两种：码速调整法和水库法。

2.2载波同步性能指标载波同步系统的：效率、精度、同步建立时间和同步保持时间。

在以上四个性能指标中，对于效率的指标没有必要讨论，因为载波提取的方法本身就确定了效率的高低。

因此，下面主要对其他三个指标做必要的讨论。

2.2.1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。

通常又习惯地将这种误差分为稳态相位误差和随机相位误差。

（1）稳态相位误差当利用窄带滤波器提取载波时，假设所用的窄带滤波器为一个简单的单调谐回路。

其θ值一定，那么，当回路的中心频率0ω与载波频率c ω不相等时，就会使输出的载波同步信号引起一稳态相差ϕ∆。

若0ω与c ω之差为ω∆，且ω∆较小时，可得：02Q ωϕω∆∆≈ （2-1）由式（2-1）可见Q 值越高，所引起的稳态相差越大。

当利用锁相环构成同步系统时，当锁相环压控振荡器输出与输入载波信号之间会存在频率差ω∆时，它也会引起稳态相差，该稳态相差可以表示为： =vK ωϕ∆∆ （2-2） 式中v K 为环路直流增益，只要使v K 足够大，φ∆就可以足够小，同时观察式（2-1）和式（2-2）可以看到，无论采用何种方法进行载波同步的提取，ω∆都是产生稳态相位误差的重要因素。

（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。