文元美現(xiàn)代通信原理教學(xué)課件第6章同步系統(tǒng)

6.1概述6.1.1不同功用的同步載波同步2.位同步(碼元同步)3.群同步(幀同步)4.網(wǎng)同步7/21/20231課件6.1.2不同傳輸方式的同步外同步法2.自同步法7/21/20232課件6.2載波同步技術(shù)載波同步的方法通常有直接法(自同步法)和插入導(dǎo)頻法(外同步法)兩種。直接法又可分為非線性變換—濾波法和特殊鎖相環(huán)法。用直接法提取載波分量的另一途徑是采用特殊的鎖相環(huán)，這種特殊鎖相環(huán)具有從已調(diào)信號(hào)中消除調(diào)制和濾除噪聲的功能，所以能鑒別接收已調(diào)信號(hào)中被抑制了的載波分量與本地VCO輸出信號(hào)之間的相位誤差，從而恢復(fù)出相應(yīng)的相干載波。通常采用的特殊環(huán)路有：同相—正交環(huán)、逆調(diào)制環(huán)、判決反饋環(huán)和基帶數(shù)字處理載波跟蹤環(huán)等。7/21/20233課件插入導(dǎo)頻法也可以分為兩種：一種是在頻域插入，即在發(fā)送信息的頻譜中或頻帶外插入相關(guān)的導(dǎo)頻；另一種是在時(shí)域插入，即在一定的時(shí)段上傳送載波信息。對(duì)載波同步的要求是：發(fā)送載波同步信息所占的功率盡量小，頻帶盡量窄。載波同步的具體實(shí)現(xiàn)方案與采用的數(shù)字調(diào)制方式有著一定的關(guān)系。也就是說(shuō)，具體采用哪一種載波同步方式，應(yīng)視具體的調(diào)制方式而定。7/21/20234課件6.2.1非線性變換—濾波法1.平方變換法圖6-1平方變換法提取同步載波7/21/20235課件對(duì)于2PSK信號(hào)，x(t)是雙極性矩形脈沖，設(shè)x(t)=±1，則x2(t)=1，這樣已調(diào)信號(hào)x(t)cosωct經(jīng)過(guò)非線性變換—平方律部件后得7/21/20236課件2.平方環(huán)法圖6-2平方環(huán)法提取載波7/21/20237課件*3.M次方環(huán)法設(shè)輸入的QPSK信號(hào)為圖6-3四次方環(huán)原理方框圖7/21/20238課件輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)四次方運(yùn)算后，調(diào)制信息被消除，產(chǎn)生了四倍的載波分量設(shè)環(huán)路已經(jīng)鎖定，壓控振蕩器的正弦電壓經(jīng)過(guò)四次方后送給鑒相器的信號(hào)為則鑒相器輸出為7/21/20239課件圖6-4四次方環(huán)鑒相特性7/21/202310課件同樣原理，對(duì)MPSK信號(hào)就可以采用M次方環(huán)，其原理方框圖與圖6-3相似。M次方環(huán)的鑒相特性為可以看出，M次方環(huán)的非線性處理方式是在中頻上進(jìn)行的。通過(guò)M次倍頻后，鍵控信號(hào)的調(diào)制信息被消除，產(chǎn)生了M倍載頻分量；然后用普通鎖相環(huán)對(duì)M倍載頻分量進(jìn)行跟蹤，由此得到了參考載波。M次方環(huán)的鑒相特性為正弦型，它具有M重相位模糊。7/21/202311課件6.2.2特殊鎖相環(huán)法1.同相—正交環(huán)法(科斯塔斯環(huán))圖6-5同相—正交環(huán)法(科斯塔斯環(huán))7/21/202312課件假定環(huán)路已鎖定，若不考慮噪聲，則環(huán)路的輸入信號(hào)為同相與正交兩鑒相器的本地參考信號(hào)分別為7/21/202313課件那么輸入信號(hào)與v1,v2相乘后得經(jīng)過(guò)低通濾波器后分別得v5,v6經(jīng)過(guò)乘法器后得7/21/202314課件圖6-6逆調(diào)制環(huán)*2.逆調(diào)制環(huán)7/21/202315課件設(shè)環(huán)路已鎖定，輸入2PSK信號(hào)和VCO信號(hào)如圖6-6(a)所示，則相位解調(diào)器輸出電壓為根據(jù)進(jìn)入鎖定時(shí)的相位差(θ2-θ1)所處的象限來(lái)對(duì)D(t)進(jìn)行判決。若(θ2-θ1)是處于第一、四象限，判決輸出 ；若處于第二、三象限，判決輸出 。上式中Kp為電路決定的增益常數(shù)。基帶數(shù)字信號(hào)波形 對(duì)輸入二相PSK進(jìn)行再次調(diào)制后消除調(diào)制包絡(luò)，得到±U1cos(ωct+θ1),再送到環(huán)路鑒相器。經(jīng)鑒相并取直流輸出為7/21/202316課件*3.判決反饋環(huán)圖6-7判決反饋環(huán)7/21/202317課件7/21/202318課件6.2.3插入導(dǎo)頻法(外同步法)圖6-8幾種信號(hào)的正頻域頻譜圖7/21/202319課件圖6-9DSB發(fā)射機(jī)中導(dǎo)頻的插入7/21/202320課件圖6-10相干解調(diào)器7/21/202321課件假設(shè)接收到的信號(hào)就是u0(t),u0(t)中的導(dǎo)頻經(jīng)過(guò)fc窄帶濾波器濾出來(lái)，再經(jīng)過(guò)90°相移電路后得asinωct,u0(t)與asinωct加到乘法器輸出經(jīng)過(guò)低通濾波器以后，得Aax′(t)/2。7/21/202322課件2.在殘留邊帶信號(hào)中插入導(dǎo)頻(1)殘留邊帶頻譜的特點(diǎn)。圖6-11殘留邊帶頻譜7/21/202323課件(2)插入導(dǎo)頻f1,f2的選擇。可以在殘留邊帶頻譜的兩側(cè)插入f1和f2;f1和f2不能與(fc-fm)和(fc+fr)靠得太近，太近不易濾出f1和f2，但也不能太遠(yuǎn)，太遠(yuǎn)占用過(guò)多頻帶。假設(shè)其中fr是殘留邊帶信號(hào)形成濾波器滾降部分占用帶寬的一半，而fm為基帶信號(hào)的最高頻率。7/21/202324課件(3)載波信號(hào)的提取。在插入導(dǎo)頻的VSB信號(hào)中提取載波的方框圖如圖6-12所示。接收的信號(hào)中包含有VSB信號(hào)和f1,f2兩個(gè)導(dǎo)頻。假設(shè)接收信號(hào)中兩個(gè)導(dǎo)頻是θ1為第一個(gè)導(dǎo)頻的初相θ2為第二個(gè)導(dǎo)頻的初相發(fā)送端的載波為cos(ωct+θc)，收端提取的同步載波也應(yīng)該是cos(ωct+θc)。7/21/202325課件圖6-12插入導(dǎo)頻的VSB信號(hào)的載波提取7/21/202326課件3.時(shí)域插入導(dǎo)頻法圖6-13時(shí)域插入導(dǎo)頻法7/21/202327課件6.2.4載波同步系統(tǒng)的性能指標(biāo)效率。(2)精度。(3)同步建立時(shí)間ts。(4)同步保持時(shí)間tc。7/21/202328課件6.3位同步技術(shù)6.3.1插入導(dǎo)頻法(外同步法)圖6-14功率譜密度特性7/21/202329課件圖6-15位定時(shí)導(dǎo)頻插入法方框圖(a)發(fā)端；(b)收端7/21/202330課件6.3.2自同步法1.從基帶數(shù)字信號(hào)中提取同步信息(1)微分、全波整流—濾波法。圖6-16微分、全波整流—濾波法方框圖及各點(diǎn)波形圖(a)方框圖；(b)波形圖7/21/202331課件(2)從延遲解調(diào)的基帶信號(hào)中濾取位同步分量。圖6-17從延遲解調(diào)的基帶信號(hào)中濾取位同步分量(a)方框圖；(b)波形圖7/21/202332課件(3)延遲相乘—濾波法。圖6-18延遲相乘—濾波法(a)方框圖；(b)波形圖7/21/202333課件2.從已調(diào)信號(hào)中提取位同步信息1)包絡(luò)檢波—濾波法(1)采用包絡(luò)檢波—濾波法從頻帶受限的中頻PSK信號(hào)提取同步信息。由于頻帶受限的中頻PSK信號(hào)在相位反轉(zhuǎn)點(diǎn)處形成幅度的“陷落”，所以可以采用包絡(luò)檢波—濾波法來(lái)提取位同步信息。這種方法的方框圖和波形圖如圖6-19所示。7/21/202334課件圖6-19從中頻PSK信號(hào)中提取位同步信息(a)方框圖；(b)波形圖7/21/202335課件(2)采用包絡(luò)檢波—濾波法從報(bào)頭中提取位同步信息。圖6-20從報(bào)頭中提取位同步信息7/21/202336課件2)延遲相干—濾波法圖6-21延遲相干—濾波法(a)方框圖；(b)波形圖7/21/202337課件3.鎖相法提取位同步信號(hào)圖6-22數(shù)字鎖相原理方框圖7/21/202338課件6.3.3位同步系統(tǒng)的性能指標(biāo)相位誤差2.同步建立時(shí)間3.同步保持時(shí)間4.同步帶寬7/21/202339課件6.4群同步(幀同步)技術(shù)群同步問(wèn)題實(shí)質(zhì)上是一個(gè)對(duì)群同步標(biāo)志進(jìn)行檢測(cè)的問(wèn)題。對(duì)群同步系統(tǒng)的基本要求是：(1)正確建立同步的概率要大，即漏同步概率要小，錯(cuò)誤同步或假同步的概率要小。(2)捕獲時(shí)間要短，即同步建立的時(shí)間要短。(3)穩(wěn)定地保持同步。采取保持措施，使同步保持時(shí)間持久穩(wěn)定。(4)在滿足群同步性能要求條件下，群同步碼的長(zhǎng)度應(yīng)盡可能短些，這樣可以提高信息傳輸效率。7/21/202340課件6.4.1起止式同步法圖6-23電傳機(jī)編碼波形7/21/202341課件6.4.2連貫式插入法1.巴克碼巴克碼是一種具有特殊規(guī)律的二進(jìn)制碼組，是有限長(zhǎng)的非周期序列。它的特殊規(guī)律是：若一個(gè)n位的巴克碼｛x1,x2,x3,…,xn｝，每個(gè)碼元xi只可能取值+1或-1，則它必然滿足條件7/21/202342課件表6-1巴克碼組7/21/202343課件以n=7為例，它的局部自相關(guān)函數(shù)如下：(+++--+-)7/21/202344課件圖6-247位巴克碼的自相關(guān)函數(shù)7/21/202345課件2.巴克碼識(shí)別器圖6-257位巴克碼識(shí)別器7/21/202346課件6.4.3間歇式插入法圖6-26間歇插入群同步方式7/21/202347課件6.4.4群同步的保護(hù)圖6-27連貫式插入法群同步保護(hù)原理圖7/21/202348課件6.4.5群同步系統(tǒng)的性能指標(biāo)1.群同步可靠性群同步可靠性受兩個(gè)因素的影響。第一，由于干擾的存在，接收的同步碼組中可能出現(xiàn)一些錯(cuò)誤碼元，從而使識(shí)別器漏識(shí)別已發(fā)出的同步碼組，出現(xiàn)這種情況的概率稱為漏同步概率，記為P1。第二，在接收的數(shù)字信號(hào)序列中，也可能在表示信息的碼元中出現(xiàn)與同步碼組相同的碼組，它被識(shí)別器識(shí)別出來(lái)誤認(rèn)為是同步碼組而形成假同步信號(hào)。出現(xiàn)這種情況的概率稱為假同步概率，記為P2。這兩種概率就是衡量群同步可靠性的主要指標(biāo)。7/21/202349課件設(shè)Pe為碼元錯(cuò)誤概率，n為同步碼組的碼組元數(shù)，m為判決器容許碼組中的錯(cuò)誤碼元最大數(shù)，則同步碼組碼元n中所有不超過(guò)m個(gè)錯(cuò)誤碼元的碼組都能被識(shí)別器識(shí)別，因而，未漏同步概率為故得漏同步同步概率為7/21/202350課件假同步概率P2的計(jì)算就是計(jì)算信息碼元中能被判為同步碼組的組合數(shù)與所有可能的碼組數(shù)之比。設(shè)二進(jìn)制信息碼中1、0碼等概率出現(xiàn)，P(1)=P(0)=0.5，則由該二進(jìn)制碼元組成n位碼組的所有可能的碼組數(shù)為2n個(gè)，而其中能被判為同步碼組的組合數(shù)也與m有關(guān)，若m=0，只有C0n個(gè)碼組能識(shí)別；若m=1，則有 個(gè)碼組能識(shí)，其余類推。寫(xiě)成普遍式，信息碼中可被判為同步碼組的組合數(shù)為，由此可得假同步概率的普遍式為7/21/202351課件例題設(shè)群同步碼組中的碼元數(shù)n=7，系統(tǒng)的誤碼率Pe=10-3，當(dāng)最大錯(cuò)碼數(shù)m=1時(shí)，試求其可靠性指標(biāo)。漏同步概率假同步概