第8章同步技術(shù)sxq

1、同步系統(tǒng)的分類同步系統(tǒng)的分類 1載波同步載波同步 2載波同步的性能載波同步的性能 3位同步位同步 4位同步系統(tǒng)的性能位同步系統(tǒng)的性能 56群同步群同步 為使整個(gè)通信系統(tǒng)有序、準(zhǔn)確、可靠地工為使整個(gè)通信系統(tǒng)有序、準(zhǔn)確、可靠地工作，收、發(fā)必須有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，即定作，收、發(fā)必須有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，即定時(shí)系統(tǒng)。依靠定時(shí)系統(tǒng)去完成收、發(fā)雙方時(shí)間時(shí)系統(tǒng)。依靠定時(shí)系統(tǒng)去完成收、發(fā)雙方時(shí)間的一致性，即同步。的一致性，即同步。 （數(shù)字，模擬）數(shù)字，模擬）同步的目的同步的目的載波同步載波同步：在接收端得到一個(gè)與發(fā)端同頻同相的載：在接收端得到一個(gè)與發(fā)端同頻同相的載波。（相干解調(diào)的基礎(chǔ)）波。（相干解調(diào)的基礎(chǔ)）

2、位同步位同步：在接收端產(chǎn)生一個(gè)與接收碼元頻率和相位：在接收端產(chǎn)生一個(gè)與接收碼元頻率和相位吻合的脈沖序列。（取樣判決的基礎(chǔ)）吻合的脈沖序列。（取樣判決的基礎(chǔ)）幀同步（群同步）幀同步（群同步）：在接收端產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)志每幀首：在接收端產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)志每幀首尾的定時(shí)脈沖。尾的定時(shí)脈沖。 （分組及譯碼的基礎(chǔ)）（分組及譯碼的基礎(chǔ)）網(wǎng)同步網(wǎng)同步：為使數(shù)字通信網(wǎng)有統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)而進(jìn)行：為使數(shù)字通信網(wǎng)有統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)而進(jìn)行的同步。（交換及復(fù)接的基礎(chǔ)）的同步。（交換及復(fù)接的基礎(chǔ)） 外同步法外同步法：由發(fā)端插入專門的同步信息，接：由發(fā)端插入專門的同步信息，接收端提取檢測(cè)出同步信息的方法。收端提取檢測(cè)出同步信息的方法。自同

3、步法自同步法：收端直接從信號(hào)中提取同步信息：收端直接從信號(hào)中提取同步信息的方法。的方法。 載波同步是指在相干解調(diào)時(shí)，接收端需要提供一載波同步是指在相干解調(diào)時(shí)，接收端需要提供一個(gè)與接收信號(hào)中的調(diào)制載波同頻同相的相干載波。這個(gè)與接收信號(hào)中的調(diào)制載波同頻同相的相干載波。這個(gè)載波的獲取稱為個(gè)載波的獲取稱為載波提取或載波同步載波提取或載波同步。222222( )( )cos2( )( )( )( )( )( )( )cos211( )( )cos422( ),( )2( )2PSKcPSKPSKPSKPSKccPSKcPSKccStS tf tStS tS tStStStS tf tStStf tStS

4、tfStff從上式看出的頻譜是頻譜的線性搬移當(dāng)無直流，則無載波，若將平方我們得到：中肯定有直流含有成分將平方并濾波提取成分，再二分頻便得到信道信道帶通帶通濾波濾波低通低通相相/絕絕平方平方取判取判X2由于電路中有二分頻，因此存在相位模糊問題。由于電路中有二分頻，因此存在相位模糊問題。 信道信道帶通帶通低通低通相相/絕絕平方平方取判取判X2環(huán)濾環(huán)濾VCO相比相比 該電路是用鎖相環(huán)代替平方變換法中的窄帶濾波器，該電路是用鎖相環(huán)代替平方變換法中的窄帶濾波器，故稱平方環(huán)法法故稱平方環(huán)法法。2.2.平方環(huán)法平方環(huán)法 : :由于電路中有二分頻，因此同樣存在相位模糊問題。由于電路中有二分頻，因此同樣存在相位

5、模糊問題。二、同相正交環(huán)二、同相正交環(huán)( (科斯塔斯特環(huán)科斯塔斯特環(huán)) ) ： 方框原理圖如下方框原理圖如下314256( )( )cos2cos(2)11( )cos( )cos(4)22( )( )cos2sin(2)11( )sin( )sin(4)2211( )cos21( )sin2PSKcccPSKcccVstVs tf tf ts ts tf tVstVs tf tf ts ts tf tVs tVs t 為簡(jiǎn)化，設(shè)低通通帶內(nèi)傳遞函數(shù)為 ，則：則56222211( )cos( )sin221( )cossin41( )sin 2( )8sin 2ddVVVs ts tststst

6、EVK ：當(dāng)較小時(shí)式中常數(shù)dV 經(jīng)環(huán)路濾波器后控制經(jīng)環(huán)路濾波器后控制VCOVCO，則鑒相特性如圖，則鑒相特性如圖8.48.40dVn從曲線看出及各點(diǎn)，鑒相特性斜率均為正，都是穩(wěn)定鎖相點(diǎn)。因此，同相正交環(huán)存在相位模糊的問題。ccff導(dǎo)頻要在信號(hào)頻譜為0的位置插,避免信號(hào)干擾導(dǎo)頻插入導(dǎo)頻要求 避免導(dǎo)頻干擾信號(hào)-常用正交插入插入導(dǎo)頻應(yīng)能很方便地提取插入導(dǎo)頻頻率盡可能就是cf1 1、頻域正交插入、頻域正交插入 并對(duì)信碼進(jìn)行相關(guān)編碼并對(duì)信碼進(jìn)行相關(guān)編碼 cf不進(jìn)行相關(guān)編碼，在附近信號(hào)頻譜成份太強(qiáng)，它會(huì)干擾插入的導(dǎo)頻。不正交插入，則解調(diào)后會(huì)留下直流干擾，影響取樣判決。相關(guān)編碼第 類部分響應(yīng)：IV相關(guān)編碼相

7、關(guān)編碼振蕩器振蕩器帶通帶通信道信道+X090( )s t( )s t( )cos2cs tf tsin 2caf tcos2caf t( )cos2sin 2ccs tf taf t正交插入導(dǎo)頻正交插入導(dǎo)頻發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)方框原理圖方框原理圖 ：正交插入導(dǎo)頻正交插入導(dǎo)頻接收機(jī)接收機(jī)方框原理圖：方框原理圖： 帶通帶通低通低通相關(guān)譯碼相關(guān)譯碼判取判取X090sin 2caf t濾波器濾波器cf( )cos 2sin 2ccs tf taf t1( )2s t1( )2s t22( ) cos 2cos 2( ) cos 2cos 2 cos 2( ) cos2cos21111( )( ) cos 4c

8、os 4222211( )2212( ) cos 2ccccccccccstf taf tstf taf tf tstf taf tststf taaf tstaastf若 是 同 相 插 入 ， 發(fā) 送 信 號(hào) 為 ：此 信 號(hào) 經(jīng) 相 干 解 調(diào)經(jīng) 低 通 濾 波 器 后 ， 信 號(hào) 為 ：式 中為 一 直 流 干 擾正 交 插 入 發(fā) 送 信 號(hào) 為 ：2sin 2( ) cos 2sin 2 cos 2( ) cos2sin 2cos 2111( )( ) cos 4sin 42221( )2ccccccccctaf tstf taf tf tstf taf tf tststf taf

9、 tst此 信 號(hào) 經(jīng) 相 干 解 調(diào)經(jīng) 低 通 濾 波 器 后 ， 信 號(hào) 為 ：因 此 ， 為 消 除 直 流 干 擾 ， 導(dǎo) 頻 應(yīng) 正 交 揷 入2 2、插入雙導(dǎo)頻、插入雙導(dǎo)頻 cf信號(hào)在信號(hào)在 或或 附近頻譜成分較大，無法在附近頻譜成分較大，無法在 處插導(dǎo)頻，此時(shí)才插雙導(dǎo)頻。處插導(dǎo)頻，此時(shí)才插雙導(dǎo)頻。 cfcf雙導(dǎo)頻確定的原則：雙導(dǎo)頻確定的原則：（1 1）雙導(dǎo)頻在信號(hào)帶外，不會(huì)干擾信號(hào)，同時(shí)也）雙導(dǎo)頻在信號(hào)帶外，不會(huì)干擾信號(hào)，同時(shí)也不要離信號(hào)頻帶太遠(yuǎn)。不要離信號(hào)頻帶太遠(yuǎn)。（2 2）插入的雙導(dǎo)頻應(yīng)便于求得）插入的雙導(dǎo)頻應(yīng)便于求得cf21121ccfffffffQ例如我們?cè)O(shè)計(jì) 與 、 的

10、關(guān)系為：據(jù)此畫出電路圖如下：+1f2f信道帶通低通X12ff窄帶1f窄帶2fXXQ12ffQ圖中 、 、 等參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)選定，因此設(shè)計(jì)選擇余地很大。022212VnnQ fffKrrQr000穩(wěn)態(tài)相差對(duì)單諧振電路：(弧度)穩(wěn)態(tài)相差對(duì)鎖相環(huán)：(弧度)隨機(jī)相差常用相位抖動(dòng)表示:式中 為濾波器或環(huán)路信噪比，當(dāng)值高或環(huán)路濾波器帶寬窄則 高，可見穩(wěn)態(tài)相差與隨機(jī)相差是矛盾的。總相差：=一、相位誤差一、相位誤差 二、同步建立時(shí)間（越短越好）二、同步建立時(shí)間（越短越好） 01ln1sQtfKK為確定的系數(shù)(它指電壓上升至穩(wěn)定值的比例)。三、同步保持時(shí)間（越長(zhǎng)越好）三、同步保持時(shí)間（越長(zhǎng)越好） 01ln10.31

11、8cQtfKKKe指電壓下降的系數(shù)，常取 從同步建立時(shí)間和同步保持時(shí)間兩表示式看出，它們從同步建立時(shí)間和同步保持時(shí)間兩表示式看出，它們對(duì)對(duì)Q Q的要求是矛盾的。的要求是矛盾的。 若用鎖相環(huán)，同步建立時(shí)間與保持時(shí)間也是矛盾的，若用鎖相環(huán)，同步建立時(shí)間與保持時(shí)間也是矛盾的，請(qǐng)參見教材。請(qǐng)參見教材。一、插入位定時(shí)導(dǎo)頻一、插入位定時(shí)導(dǎo)頻 位定時(shí)導(dǎo)頻插入的原則：位定時(shí)導(dǎo)頻插入的原則： (1)位定時(shí)導(dǎo)頻必須在基帶信號(hào)頻譜的零點(diǎn)插入。(2)插入位定時(shí)導(dǎo)頻通常為12BBff或如 下 圖 。相關(guān)編碼并插入相關(guān)編碼并插入 導(dǎo)頻是常用的位同步的外導(dǎo)頻是常用的位同步的外同步方法，其方框圖如同步方法，其方框圖如圖圖8.

12、158.1512Bf二、包絡(luò)調(diào)制法二、包絡(luò)調(diào)制法 其方框圖如圖其方框圖如圖8.168.16 如對(duì)如對(duì)PSKPSK調(diào)制，該信號(hào)原包絡(luò)是一條水平線，它不包含有位調(diào)制，該信號(hào)原包絡(luò)是一條水平線，它不包含有位同步信息，若對(duì)包絡(luò)實(shí)現(xiàn)淺調(diào)幅，其調(diào)幅信號(hào)頻率為同步信息，若對(duì)包絡(luò)實(shí)現(xiàn)淺調(diào)幅，其調(diào)幅信號(hào)頻率為 ，接，接收端采用包絡(luò)檢波，便可得到位同步信息。收端采用包絡(luò)檢波，便可得到位同步信息。Bf8.4.2 直接提取位同步信號(hào)法直接提取位同步信號(hào)法 定義：定義： 是指從接收到的基帶信號(hào)中直接提取位同步信息。是指從接收到的基帶信號(hào)中直接提取位同步信息。一、濾波法一、濾波法 BfBf2BfBf 若基帶信號(hào)為全占空矩

13、形序列若基帶信號(hào)為全占空矩形序列, ,無論是單極性或雙極無論是單極性或雙極性信號(hào)，它們都不含性信號(hào)，它們都不含 或或 成份，因此不能直接提成份，因此不能直接提取位同步信息。若是歸零脈沖，則一定含有取位同步信息。若是歸零脈沖，則一定含有 成份。成份。因此對(duì)全占空矩形隨機(jī)序列先進(jìn)行波形變換，如采用因此對(duì)全占空矩形隨機(jī)序列先進(jìn)行波形變換，如采用微分、全波整流等變換手段，就能提取微分、全波整流等變換手段，就能提取 信息。信息。其方框圖如其方框圖如8.178.17，各點(diǎn)波形圖如圖，各點(diǎn)波形圖如圖8.18 8.18 二、包絡(luò)陷落法二、包絡(luò)陷落法 包絡(luò)陷落法方框圖及各點(diǎn)波形包絡(luò)陷落法方框圖及各點(diǎn)波形 帶限頻

14、譜的產(chǎn)生：帶限頻譜的產(chǎn)生： 三、鎖相法三、鎖相法 鎖相法是用鎖環(huán)代替上述方法中的窄帶濾波器，鎖相法是用鎖環(huán)代替上述方法中的窄帶濾波器，從而實(shí)現(xiàn)位同步信號(hào)提取。由于位同步信號(hào)是周從而實(shí)現(xiàn)位同步信號(hào)提取。由于位同步信號(hào)是周期性取樣脈沖序列，因此常用數(shù)字鎖相環(huán)，系統(tǒng)期性取樣脈沖序列，因此常用數(shù)字鎖相環(huán)，系統(tǒng)框圖如下框圖如下 ：波形波形變換變換相位相位比較比較N次次分頻器分頻器或門或門附加門附加門QQ晶振晶振Bnf扣除門扣除門位同步信號(hào)位同步信號(hào) 滯后脈沖滯后脈沖超前脈沖超前脈沖四、鎖相法抗干擾性能的改善四、鎖相法抗干擾性能的改善兩種數(shù)字濾波方案原理圖兩種數(shù)字濾波方案原理圖：位同步與載波同步比較位同步

15、與載波同步比較 群同步不是獲取群的頻率信息，而是指示群開始或群同步不是獲取群的頻率信息，而是指示群開始或結(jié)束的位置，其本質(zhì)與前兩種同步有較大區(qū)別。結(jié)束的位置，其本質(zhì)與前兩種同步有較大區(qū)別。 8.6.1 8.6.1 連貫插入連貫插入 1. 1. 巴克碼巴克碼 連貫插入的關(guān)鍵是尋找群同步碼，其要求：連貫插入的關(guān)鍵是尋找群同步碼，其要求： 1.2.3.方便識(shí)別與信息碼區(qū)別較大碼長(zhǎng)適當(dāng)，以便提高效率 目前尚未找到巴克碼的一般構(gòu)造方法，只搜索到幾組目前尚未找到巴克碼的一般構(gòu)造方法，只搜索到幾組巴克碼，其碼組最大長(zhǎng)度為巴克碼，其碼組最大長(zhǎng)度為1313，全部列于表中：，全部列于表中：局部自相關(guān)函數(shù)：局部自相關(guān)函數(shù)：2.2.單峰局部自相關(guān)函數(shù)單峰局部自相關(guān)函數(shù) 0( )010770( )010njR jjjR jj 如果局部自相關(guān)函數(shù)滿足下列條件或我們稱此局部自相關(guān)函數(shù)具有單峰特性位巴克碼正好滿足這個(gè)條件或-3. 73. 7位巴克碼識(shí)別電路位巴克碼識(shí)別電路 相加電路0 1 0 1 0 10 10 10 10 1取樣判決群同步輸出 接收碼流 （含巴克碼）0 1 0 0 1 1 10 1 0 0 1 1 10 其中四位相同，三位不同(紅色) 所以，巴克碼識(shí)別器輸出電壓為：4 - 3 = 1碼流巴 克 碼信碼巴 克 碼 識(shí) 別 器巴克碼識(shí)別器輸出計(jì)算