现代通信原理与技术第10章同步原理

精度、同步建立时间和同步保持时间。载波 同步追求是：高效率、高精度、同步建立时 间快、保持时间长。 同步建立时间ts和同步保持时间tc： 载波tc：与载输波入同信步号器载的波输之入间信的号相丢位失误后差，小相于干某 一范围所需要的时间。 小但。减 tc也增小减大带小锁通。相滤环波的器自的然Q值谐，振可频减率小，t可s但减tc小也t减s
位置上，插入一个或多个称为导频的正弦 波，接收端就由导频提取出载波。
插入导频法的发端方框图(a)、收端方框图(b) 及插入导频后DSB信号频谱如下图所示：
fC
f
导频
设调制信号m(t)中无直流分量，被调载波 为 a sin ct ，将它经900移相形成插入导 频 a cosct （正交载波），其中a是插入 导频的振幅。于是输出信号为：
从4PSK信号中提取相干载波的方法与2PSK 相似，可用四次方变换，四次方环及四相 Costas环。
用Costas环提取相干载波时，环路的工频率 等于信号载频，用其它方法时电路工作频率等 于信号载频的二倍或四倍。
二、载波同步系统的性能
1、载波同步系统的性能 载波同步系统的性能指标主要有：效率、
·VSB信号一般在电视中采用，常用包络检波 法解调。
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 插入导频的位置与已调信号的频谱 结构有关。
总的原则：在已调信号频谱中的零点 插入导频，且要求其附近的信号频谱 分量尽量小，这样便于插入导频以及 解调时易于滤除它。
a 2
m(t) cos 2ct
a 2
sin
2 c t
2PSK和DSB信号都属于抑制载波的双边带信 号，上述插入导频方法对两者均适用。对SSB 信号，导频插入的原理与上述相同。
·插入正交导频的目的：收端相乘器的输出V(t) 中无直流。也可以插入同相导频，低通滤波器 中加入隔直电容即可。
·插入导频信号的功率应比较小，否则就成为 AM信号了。
sin
2 e
此即为环路的鉴相特性
上化式，中当，VCUOm的、固Ud有为振乘荡法频器率引与起2的PS信K号的幅载度频变非 常接近且环路增益很高时，环路锁定 后相正e交 0环或提，取u1的(t)载 c波os也c存t或在相cos位c模t 。糊可现见象用。同
环路锁定后，u5(t) m(t)或- m(t，) 考虑到噪声等因素， 应对u5(t)进行抽样判决以再生数字基带信号。
经过若干次调整后，使分频器输出的脉 冲序列与接收码元序列达到同步的目的， 实现位同步。
(3) 数字锁相环
位同步数字锁相环分微分整流型数字 锁相环和同相正交积分型数字锁相环 两种。
区别:基准相位的获得方法和鉴相器的 结构不同。
微分整流鉴相器
过零检测
a
微分
整流 d
A
e
超前脉冲
B
d
滞后脉冲
b
¸n
2、直接法： 从2PSK信号中直接提取相干载波。 （1）平方变换法：
2PSK信号
平方
e(t) 2fc窄带 cos2ct
带通
二分频
cosct -cosct
e(t)
m2
(t)
cos2
ct
Cos 2 c t
1 2
(1
cos 2ct)
⑵ 平方环法：（上图的窄带滤波器常用锁 相环代替）
2PSK 信号
三、载波相位误差对解调性能的影响
1、模拟通信
DSB:
m(t)cosct BPF
+n(t)
LPF
uo(t)
cos(ct+θ)
n(t) nc (t) cosct ns (t)sinct
uo (t)
1 2
m(t)
cos
1 2
nc (t) cos
1 2
ns
(t ) sin
输出信号功率
s
1 m2 (t) cos2
低通
u6
ui m(t) cosct
u1 cos(ct θe) u2 sin(ct θe)
u3 Umm(t)cose cos2ct e
u4 Umm(t)sine sin2ct e
u5 Umm(t) cose u6 Umm(t) sine
u7
1 2
U
2 m
m
2
(t
)
sin
2 e
Ud
3. 锁相环法
采用锁相环来提取位同步信号的方法 称为锁相法。通常分两类：
模拟锁相法：环路中误差信号去连续 地调整位同步信号的相位；
数字锁相法：误差信号通过控制器在 信号钟输出的脉冲序列中附加或扣除 一个或几个脉冲，从而达到调整位同 步脉冲序列的相位，实现位同步。
(1) 数字锁相法
常见的数字锁相环位同步器原理方框图 如图 (不包括数字环路滤波器DLF)。由 信号钟、控制器、分频器、相位比较器 等组成。若接收码元的速率为F=1/T， 那么振荡器频率设定在nF，经整形电路 后，输出周期性脉冲序列，其周期 T0=1/(nF)=T/n。
若信号频谱的零频处幅度达到最大值，则频 谱的第一个零点处应为f=1/T，即可以1/T作为 插入导频处；若基带信号频谱的零频处幅度 为零，则f=1/(2T)为频谱的第一个零点，此时 应在1/(2T)处插入导频信号。
在接收端通过窄带滤波器提取位同步信号。 当导频信号在1/(2T)处时，滤出导频后需对其 进行倍频，以获得需要的位同步脉冲。
11.3.2 直接法
直接（提取）法即发送端不专门发送导频 信号，接收端直接从数字信号中提取位同 步信号的方法。
直接法主要有滤波法和锁相法两种。
1. 滤波法
① 对信号进行变换，使其变成归零脉冲； ② 使用窄带滤波器，滤出位同步信号分量； ③使该信号通过一移相器调整相位，形成位同
步脉冲。
波形变换方式一：微分、整流
u0 (t) am(t)sin ct a cosct
设收到的信号就是发端输出u0(t)，则收端用 一个中心频率 fc 为的窄带滤波器提取导
频 a cosct ，再将它经900移相后得到与
调制载波同频同相的相干载波sin ct ，收 端的解调输出：
V(t)=u0(t)sinct
a 2
m(t)
2、同步误差
理想相干载波 cosct 与接收机输入信号载
波同频同相。实际相干载波 cosct n(t)
为稳态相差，由固有频差（锁相环VCO 的固有频率或振荡回路中心频率与载频之 差）产生。θn(t)为随机相差、噪声产生。
减小带通滤波器带宽（增大Q值），可减小 随机相差、但增加稳态相差。减小环路自 然谐振频率可减小随机相差，增大环路增 益可减小稳态相差。
第十一章 同步原理
所谓同步就是要求和建立系统的收发两 端（或多端）在时间上保持步调一致，又 称定时 。 11.2 载波同步 11.3 位同步 11.4 帧同步 11.5 网同步
在数字通信中，按照同步的功用分：载 波同步、位同步、群同步和网同步。
1、载波同步：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。
2、位同步：又称码元同步，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，
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。把提取这种定时脉冲序列的过 程称为位同步。
c
图 微分整流鉴相器
如图所示，设接收信号为不归零脉冲（波 形a），将每个码元的宽度分为两个区，前
半码元称为“滞后区”，即若位同步脉冲 （波形b'）落入此区，表示位同步脉冲的相
位滞后于接收码元的相位；同样，后半码
元称为“超前区”。接收码元经过零检测
（微分、整形）后，输出一窄脉冲序列 （波形d）。分频器输出两列相差1800的矩 形脉冲b和c。当位同步脉冲波形b'（由n次 分频器b端输出，取其上升沿而形成的脉冲） 位于超前区时，波形d和b使与门A产生一超 前脉冲（波形e），与此同时，与门B关闭， 无脉冲输出。位同步脉冲滞后的情况相似。
数字锁相法
信号钟 控制器
(2) 原 理
晶振产生的信号经整形后得到周期为T0 和相位差为T0/2的两个脉冲序列，如图 (a)、(b)；脉冲序列(a)通过常开门、 或门并经n次分频后，输出本地位同步 信号(c)；为与发端时钟同步，分频器 输出与接收到的码元序列同时加到相位 比较器进行比相；
（1）若同步，则无误差信号，本地位同 步信号作为同步时钟；
Pe Q(
2Eo cos )
no
最佳相干接收机
10.3 位同步
在数字通信中，信号的码元组成序列向 对方传送，接收端解码时必须知道各个 码元的起止时刻。产生与码元的频率和 相位一致的定时脉冲序列的过程称为位 同步。
为获得位同步信号，可以在基带信号中 插入位同步导频信号，也可以通过对基 带信号进行处理来提取。
导频信号插入点示意图
提取导频信号原理框图
插入导频法的另一种形式
在PSK或FSK通信系统中，通过对已调信号进 行附加的幅度调制，接收端只要进行包络检 波，就可以形成位同步信号。
如；设PSK信号的表达式:
s1(t)=cos[ωct+ φ(t)] 可对其进行幅度调制:
s2(t)=1/2(1+cos Ωt) cos[ωct+ φ(t)] 式中的Ω=2π/T，T为码元宽度。接收端进行 包络检波后，除去直流分量，就可获得位同 步信号1/2·cosΩt。
4
输出噪声功率
N0
1 4
nc
2
(t)
cos2
1 4
ns2 (t)sin2