定时与同步

1、抑制载波的双边带信号中插入导频 导频：为“正交载波”－－与加在调制器的那个载波移相90°。 模型：
m(t )
相乘 调制 带通 相加 输出
u0 (t )
u0 (t )
带通 fc 窄带 滤波器
相乘 器
2相移
v(t )
低通
输出
ac sinct
m(t )
ac sinct
wk.baidu.com
2
ac cosct
对于2PSK和DSB信号，信噪功率比下降将使误码 率增加。
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第6章 定时与同步
（2）.载波相位误差对单边带信号的影响
载波相位误差Δφ引起双边带解调系统的信噪比下 降，误码率增加。当Δφ近似为常数时，不会引起波形 失真。 然而，对单边带和残留边带解调而言，相位误差 Δφ不仅引起信噪比下降，而且还引起输出波形失真。
准时钟，这就是网同步的问题。
网同步可以使整个通信网同步工作。
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第6章 定时与同步
三、同步的实现方法
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。
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第6章 定时与同步
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。
高精度 指接收端提取的载波与需要的载波标准比较，
应该有尽量小的相位误差。
如需要的同步载波为：
和
cosωct，提取的同步载波为cos(ωct+Δφ)，Δφ就是载波 相位误差，Δφ应尽量小。通常Δφ分为稳态相差 e 随机相差 两部分，即：
e
稳态相差与提取的电路密切相关，而随机相差则是 由噪声引起。
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第6章 定时与同步
3.同步建立与保持时间
同步建立时间 ts 指从开机或失步到同步所需
要的时间。 显然 ts 越小越好。
同步保持时间 tc 指同步建立后，从同步信号 开始减小时，系统还能维持同步的时间。tc越 大越好。
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第6章 定时与同步
4.载波相位误差对解调性能的影响
对解调性能的影响主要体现为所提取的
第6章 定时与同步
第六章
定时与同步
安全防范系
1
第6章 定时与同步
6.1
同步的概念
一、同步：是指收发双方在时间上保持步调一致。
二、同步的分类：
载波同步－－同频同相相干载波； 位（码元）同步－－节拍一致、相位可调； 群同步－－ 帧同步； 网同步（通信网中用）。 同步信号来自于___???______；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。
cos(ωct+Δφ)，这时解调输出m’(t)为：
1 m(t ) m(t ) cos 2
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第6章 定时与同步
若没有相位差，即Δφ=0，cosΔφ=1，则解调输出 m′(t)=
1 m(t)，这时信号有最大幅度； 2
若存在相位差，即Δφ≠0时，cosΔφ＜1，则解调后
信号幅度下降，使功率和信噪功率比下降。
6.2.2 直接法（自同步法）
思路：直接法也称自同步法。这种方法是设法从 接收信号中提取同步载波。有些信号，如DSBSC、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。
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第6章 定时与同步
1. 平方变换法和平方环法 发端：设调制信号中无直流分量，则抑制载波的双边带信号 为：
第6章 定时与同步
什么是锁相环？ • 锁相环是指一种电路或者模块,它用于在通信的 接收机中,其作用是对接收到的信号进行处理,并 从其中提取某个时钟的相位信息。或者说,对于 接收到的信号,仿制一个时钟信号,使得这两个信 号从某种角度来看是同步的（或者说,相干的）。
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第6章 定时与同步
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第6章 定时与同步
载波与接收信号中的载波的相位误差Δφ。
相位误差Δφ对不同信号的解调所带来的
影响是不同的。
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第6章 定时与同步
（1）.载波相位误差对双边带信号的影响
我们首先研究DSB和PSK的解调情况。DSB和
2PSK信号都属于双边带信号，具有相似的表示形式。
设 DSB 信 号 为 m(t)cosωct ， 所 提 取 的 相 干 载 波 为
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第6章 定时与同步
群同步
对于数字时分多路通信系统，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。
这是识别数据格式的基础，即帧起止位置的识别。
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第6章 定时与同步
网同步
显然，为了保证通信网内各用户之间可靠地 通信和数据交换，全网必须有一个统一的时间标
经低通后：
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第6章 定时与同步
经低通后的输出分别为 ：
1 v 5 mt cos 2 1 v 6 mt sin 2
乘法器的输出为： 1 1 v7 v5 v6 m 2 t sin cos m 2 t sin 2 4 8 上式可以近似地表示为： 1 2 v7 m t 4 注：载波提取、相干解调一次完成！v5; 无π相位模糊问题。
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第6章 定时与同步
2、用插入导频法提取同步载波信号的优缺点是
在发端要发射专门的导频信号，浪费功率； 利用插入导频信号可以作为自动增益控制信号； 有些不能用直接法提取同步载波的调制系统可以 采用插入导频法。
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第6章 定时与同步
6.2.3
• • • •
载波同步的性能指标
高效率 高精度 同步建立时间 同步保持时间
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第6章 定时与同步
2、时域插入导频法
原理：利用PLL的跟踪、记忆、维持功能。
位 同 步 帧 同 步 载 波 同 步 位 同 步 帧 同 步 载 波 同 步
信息
信息
t0
t1
t2
t3
第一帧
t4
(a)
t1
t2
t3
第二帧 解调
t4
接收信号
带通
门控信号
线性门
锁相环
鉴相器
环路滤 波器
压控振 荡器
(b)
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第6章 定时与同步
6.2 载波同步技术
获取方法： ●插入导频法（外同步法）：在发送有用信 号的同时，在适当的频率位置上插入一个或多 个称作载频的正弦波，接收端由导频提取载波； ●直接法（自同步法）：不专门发送导频， 在接收端直接从发送信号中提取载波。
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第6章 定时与同步
6.2.1
插入导频法
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第6章 定时与同步
• 性能分析
1.平方环法 电路简单，但当载频f0很高时，实现f0有些困难； 2.科斯塔斯环 电路复杂，但工作频率低，存在相位模糊问题， 具有载波提取和相干解调双重功能，可靠性相 对高。
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第6章 定时与同步
6.2.3 直接法与插入导频法比较
1、用直接法提取同步载波信号的优缺点是： 发端不专门发射导频信号，这样可以节省功率； 不会出现插入导频法中导频信号与所传输的信号 之间可能存在的互相干扰； 可以防止信道不理想引起导频相位的误差； 一些系统不能用直接法提取载波(如SSB系统）。
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第6章 定时与同步
2、自同步法
• 发送端不发送专门的同步信息，接收端从所收到
的信号中提出同步信息。（这意味着在所发送的 信号中必须包含有同步信息，如果没有，则通过 一定的预处理使发送的信息中包含有同步信息）
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第6章 定时与同步
• 自同步法是人们最希望的同步方法，因为可以
把全部功率和带宽分配给信号传输。 • 自同步法正得到越来越广泛的应用。 • 在载波同步和位同步中，两种方法都可采用， 而群同步一般都采用外同步法。
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第6章 定时与同步
载波相位误差对单边带信号的影响
设单音基带信号 m(t)=cosΩ t ，且单边带信号取上边带 cos(ω c+Ω )t ，所提取的相干载波为 cos(ω ct+Δ φ ) ， 相干载波与已调信号相乘得：
c os ( t c 1 ) ct o s ( c 4 ) ct [ s 2 tc o ( t
• 载波同步追求的是高效率、高精度、同步建 立时间快，保持时间长。
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第6章 定时与同步
1.高效率
高效率 指为了获得载波信号而尽量少消耗发 送功率。
在这方面，直接法由于不需要专门发送导频， 因而效率高；而插入导频法由于插入导频要消 耗一部分发送功率，因而效率要低一些。
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第6章 定时与同步
2.高精度
经低通滤除高频，即得解调输出：
1 1 m (t ) cos(t ) cos t cos sin t sin ) 4 4
/
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第6章 定时与同步
载波相位误差对单边带信号的影响
1 1 m (t ) cos(t ) cos t cos sin t sin ) 4 4
/
′ 上式中的第一项与原基带信号相比，由于cosΔ φ 的存 在，使信噪比下降了；第二项是与原基带信号正交的
项，它使恢复的基带信号波形失真，推广到多频信号 时也将引起波形的失真。 若用来传输数字信号，波形失真会产生码间串扰，使 误码率大大增加，因此应尽可能使Δ φ 减小。
2
点对点
第6章 定时与同步
载波同步
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。这
个载波的获取称为载波提取或载波同步。 因此，载波同步是实现相干解调的先决条件。
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第6章 定时与同步
位同步
在数字通信系统中，任何消息都是通过一连串码元序 列传送的，所以接收时需要知道每个码元的起止时刻， 以便在恰当的时刻进行取样判决。 这就要求接收端必须提供一个位定时脉冲序列，该序 列的重复频率与码元速率相同，相位与最佳取样判决 时刻一致。我们把提取这种定时脉冲序列的过程称为 位同步。这是实现信息比特正确检测的基础。
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第6章 定时与同步
四、同步的重要性
同步是进行信息传输的必要和前提。同步性能的好
坏又将直接影响着通信系统的性能。如果出现同步误差 或失去同步就会导致通信系统性能下降或通信中断。 因此，同步系统应具有比信息传输系统更高的可靠 性和更好的质量指标，如同步误差小、相位抖动小以及 同步建立时间短，保持时间长等。
解决？
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第6章 定时与同步
2. 同相正交环法（科斯塔斯环） 模型：
mt cos c t
输入已调 信号 载波输出
v3 v1
低通
v5 v7
同相载波 正交载波 双PLL环
2 相移
压控振 荡器
环路滤 波器
v2 v4
低通
v6
目标：只需证得v7∝θ (载波相位差)。
1 v 3 mt cos c t cos c t mt cos cos2 c t 2 1 v 4 mt cos c t sin c t mt sin sin2 c t 2
数学分析： u0 (t ) ac m(t )sin ct ac cos ct 发端： 收端： v(t ) ac m(t ) sin c t ac cos c t ac sin c t
LPF输出：。。
ac2 m(t ) ac2 m(t ) ac2 cos 2c t sin 2c t 2 2 2
cos 2c t
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第6章 定时与同步
平方律 部 件 2fc 窄带 滤波器
二分频 载波 输出
输入已 调信号
e(t)
问题：窄带滤波器不易实现。 改进：用PLL（锁相环）代替。
输入已 调信号
平方律 部 件
锁相环
鉴相器
环路滤 波器
压控振 荡器
载波输出 二分频
好处：窄带、跟踪、记忆、维持。 问题：二分频电路提取出的载波存在π相位模糊问题。
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第6章 定时与同步
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。 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。
st mt cos c t
平方律 部 件
收端： 平方变换法模型： 经平方律部件后:
输入已 调信号
e(t)
2fc 窄带 滤波器
二分频 载波 输出
经窄带滤波器（2ωc），含: 二分频，得: cos t c
m 2 t 1 2 et m 2 t cos 2 c t m t cos 2 c t 2 2