通信原理第13章-同步原理全章課件

本章內(nèi)容:

第13章同步原理

同步的意義和分類載波

同步碼元同步群/幀同步作用方法性能概述§13.1數(shù)字

相干解調(diào)時，

提供同頻同相

的本地載波（相干載波）。

同步的類型、作用和

獲取方法

同步的類型和作用

載波同步：

碼元同步：

使通信網(wǎng)中各站點時鐘之間保持同步。幀/群同步：

網(wǎng)同

步：

載波同步、位同步、群同步的實現(xiàn)方法和性能。

同步獲取方法

外同步法：

自同步法：本章重點

載波同步§13.2作用：提供本地載波

c(t)，用于相干解調(diào)方法：插入導(dǎo)頻法

和直接法要求：c(t)應(yīng)與接收信號的載波同頻同相導(dǎo)頻：含有載波信息的單頻信號，伴隨發(fā)送信號一并被發(fā)送。13.2.1

有輔助導(dǎo)頻時的載波提取提?。撼Ｓ面i相環(huán)（PLL）來提取載波。原理框圖如下：注：可用數(shù)字鎖相環(huán)替代。載波同步問題：DSB-SC、2PSK等信號本身不含有載波分量，怎么辦？載波同步——自同步法。設(shè)法從接收信號中直接提取同步載波

。

載波同步信號

13.2.2

無輔助導(dǎo)頻時的載波提取1.平方變換法和平方環(huán)法設(shè)2PSK信號當(dāng)m(t)取+1和-1的概率相等時濾波器提取載頻的2次諧波后，再作2分頻，即可得到所需的載波。

解決方法：采用2DPSK方式。

存在問題：提取的載波存在180o相位模糊，

可能導(dǎo)致2PSK相干解調(diào)后出現(xiàn)反相工作。載波同步（Costas環(huán)）當(dāng)環(huán)路鎖定時，VCO輸出：2.同相正交環(huán)——所需的同步載波

原理框圖載波同步工作過程

ve與vf相乘產(chǎn)生誤差信號:經(jīng)環(huán)路濾波器（低通，只讓m2(t)中的直流分量通過）：svg正是所需要的控制電壓，它控制調(diào)整壓控振蕩器（VCO)的相位和振蕩頻率，最終使相位誤差(

-

)盡可能地小。是壓控振蕩器輸出電壓與接收載波之間的相位誤差

即有

≈

。因此，VCO的輸出va就是Costas環(huán)提取出的載波：ve

就是解調(diào)輸出：載波同步①②比較：3.再調(diào)制器工作原理vd受

b點的振蕩電壓再調(diào)制后，得出的e點的電壓:vc

經(jīng)過低通濾波后，得到解調(diào)輸出：——該控制電壓與科斯塔斯環(huán)的控制電壓公式相同。vf

經(jīng)過窄帶低通濾波后，得到壓控振蕩器的控制電壓：ve與信號s(t)再次相乘，得到f點的電壓：4.MPSK信號的載頻恢復(fù)(1)M方環(huán)法——

一種基于平方環(huán)法的推廣解調(diào)輸出(2)基于科斯塔斯環(huán)的推廣

指標(biāo)：

效率

精度

同步建立時間tS

同步保持時間tC---

少消耗發(fā)送功率（如直接法）---小的相位誤差---開機或失步到同步所需時間---

同步建立后，若同步信號消失，

系統(tǒng)還能維持同步的時間13.2.3

載波同步的性能

追求：

高—

高—

快—

長—指標(biāo)&追求對于DSB信號：提取的相干載波相乘器輸出：——載波相位誤差——信噪功率比下降將使誤碼率增加

。對于2PSK信號：導(dǎo)致解調(diào)后信號幅度下降，——使信噪功率比下降倍。經(jīng)LPF后，解調(diào)輸出：碼元同步§13.3對二進制信號而言應(yīng)滿足：

重復(fù)頻率與接收碼元速率相同相位與最佳抽判時刻一致頻域插入13.3.1

外同步法

(

插入導(dǎo)頻法）位同步導(dǎo)頻導(dǎo)頻

雙極性不歸零基帶信號功率譜(b)某種相關(guān)變換后基帶信號功率譜在發(fā)送信號中插入頻率為碼元速率1/T或1/T倍數(shù)的同步信號；在接收端利用窄帶濾波器將其分離出來，并形成碼元定時脈沖。

對(a)，接收端用中心頻率為

1/T的

窄帶濾波器

提取

導(dǎo)頻

；

對(b)，中心頻率1/2T

，提取的導(dǎo)頻

倍頻

所需的位同步脈沖。優(yōu)點：設(shè)備較簡單；缺點：需要占用一定的頻帶寬帶和發(fā)送功率。時域插入連續(xù)插入增加“同步頭”13.3.2

自同步法

位同步1.開環(huán)碼元同步法延遲相乘法微分整流法思路方案“異曲同工”延遲相乘法c延遲時間等于碼元時間一半時，碼元速率分量最強。微分整流法微分電路完成非線性變換c序列的頻譜中含有碼元速率的分量?！俺?滯后門同步器2.閉環(huán)碼元同步法思路方案原理框圖工作原理存在問題解決方法當(dāng)發(fā)送碼元序列長時間地沒有突跳邊沿時，此法不適用。對發(fā)送序列的傳輸碼型作某種變換，如改用HDB3碼，或用擾亂技術(shù)，使發(fā)送碼元序列有突跳邊沿。13.3.3

碼元同步誤差對誤碼率的影響?Pe觀察位同步位同步則最佳接收2PSK信號的誤碼率為

當(dāng)P=1/2時答：碼元同步是正確取樣判決的基礎(chǔ)，只有數(shù)字通信才需要。答：通常不能。因為。。。思考

群同步§13.413.4.1概述同步種類同步狀態(tài)保持態(tài)捕獲態(tài)應(yīng)防止假同步應(yīng)防止漏同步群同步

原理：13.4.2集中插入法（連貫式插入法）

要求：在每群的開頭集中插入群同步碼組，作為幀標(biāo)記。

設(shè)有一個n位的碼組{x1,x2,…,xn}，其局部自相關(guān)函數(shù)定義為群同步當(dāng)j

0時，R(j

)的值都很小若

當(dāng)j=0時，其中，

j表示錯開的位數(shù)

。xi

=+1或

-1(當(dāng)1

i

n)xi=

0

(當(dāng)1>i

和i>n)——峰值下面介紹

一種常用的幀同步碼組

——巴克碼則可用求自相關(guān)函數(shù)的方法尋找峰值

發(fā)現(xiàn)同步碼組的位置。

設(shè)

一個n位的巴克碼組

{x1,x2,x3,…,xn}，則其

局部相關(guān)函數(shù)滿足：

巴克碼：

巴克碼列表：群同步解例當(dāng)

j=0時,當(dāng)

j=1時,當(dāng)

j=3時,

R（3）=0當(dāng)

j=4時,

R（4）=1當(dāng)

j=2時,自相關(guān)函數(shù)是偶函數(shù)！自相關(guān)函數(shù)

在

j=0時

具有尖銳的單峰特性——這一特性正是集中插入群同步碼組的主要要求之一；也是接收端尋找同步頭的線索。

集中插入法群同步碼檢測流程：群同步群同步

插入原理：13.4.3分散插入法（間隔式插入法）

將某種具有短周期性的同步碼組間隔插入。

在PCM24路基群中

間隔插入10交替同步碼組：

1100舉例

搜索若干個周期。若在同步碼的位置上，都滿足“1”和“0”交替出現(xiàn)規(guī)律時

才確認(rèn)同步。

識別方法：移位搜索法

存儲檢測法目前，多采用軟件的方法實現(xiàn)搜索，如：

移位搜索法

流程圖

存儲檢測法

示意圖

x——碼元取值1或0——碼元編號先入先出指標(biāo)：漏同步概率、假同步概率、同步建立時間。設(shè)

n

——同步碼組的長度，

P——

接收碼元錯誤概率

m

——識別器允許同步碼組出現(xiàn)錯碼的最多個數(shù)13.4.4群同步性能

漏同步概率Pl指沒有捕捉到同步碼組的位置。當(dāng)m=0（不允許出錯）時——n中取r的組合數(shù)則漏概率為

假同步概率Pf指信息碼元中出現(xiàn)與同步碼組一樣的碼組，而被識別器

錯當(dāng)成同步碼。設(shè)

n

——同步碼組的長度，則所有可能出現(xiàn)的信息碼組數(shù)：被錯當(dāng)成同步碼組的組合數(shù)與m有關(guān)：

Pf

=被錯當(dāng)成同步碼組的組合數(shù)/所有可能出現(xiàn)的信息碼組數(shù)當(dāng)m=0時當(dāng)m=1(最多錯一位）時群同步性能當(dāng)m=0時比較漏同步假同步可見：

Pl和Pf對m和n的要求都是矛盾的，設(shè)計時需折中考慮。對于集中插入法:

其中，

N為每群的碼元數(shù)目（含n位群同步碼）；T為每個碼元持續(xù)時間；NT

為幀時間?！獜拈_始捕捉

保持態(tài)所需的時間。平均建立時間ts

te

NT(1/2+Pf

+Pl)用途：主要用于電傳打字機中。屬于“異步通信”優(yōu)點：設(shè)備簡單、便宜缺點：傳輸效率較低（因為起、止位的開銷所占比例較大）13.4.5起止式同步法晴云陰雨010111011113.4.6自群同步——本身具有分群能力的一類特殊的信息編碼。唯一可譯碼——在編碼中任何一個碼字都不能是其他碼字的前綴。注意：唯一可譯碼的唯一可譯性是有條件的，即必須正確接收到開

頭的第一個或前幾個碼元。舉例當(dāng)接收到的數(shù)字序列為“1110110110

”時，它將唯一地可以譯為“雨晴陰陰

”。

當(dāng)發(fā)送序列仍是“1110110110

”時，若接收時丟失了

第一個符號，則接收序列變成“110110110

”。

這時，

它將被譯為“陰陰陰

”。晴云陰雨0101110111上例“雨晴陰陰

”可見：為了能正確接收丟失開頭碼元的信息序列，要求該編碼不僅

應(yīng)該是唯一可譯的，而且是可同步的。若第一個碼元丟失，則收到的序列為“00110110101

”

由于前兩個碼元“00”無法譯出，

故得知同步有誤，譯碼器將從第二個碼元開始譯碼，即對“0110110101

”譯碼，并譯為

晴云陰雨011001011101可同步編碼——若丟失了開頭的一個或幾個碼元，則變成不可譯的或?qū)﹂_頭幾個碼元錯譯后，能自動獲得正確同步及正確譯碼。舉例可見，前兩個碼字錯譯了，但從第三個碼字開始已自動恢復(fù)正確的同步。若前兩個碼元都丟失了，則收到的序列將是“01101101

”。這時，也是從第三個碼字開始恢復(fù)正確的同步。“晴陰陰晴

設(shè)發(fā)送“云雨陰晴

則對應(yīng)“100110110101

可以驗證：這8個碼字中任何兩個碼字的拼合所形成的碼長等于3

的碼字都和這8個碼字不同。例如“AB”的編碼為“100101”，

從其中拼合出的3位碼字有“001”、“010”，它們都不是表中

的碼字。所以這種編碼能夠自動正確地區(qū)分每個接收碼字。ABCDFGHI100101102200201202211212無逗號碼——可同步碼中的一種碼組長度均相等的碼。一種三進制的碼長等于3的無逗號碼：舉例目前無逗號碼尚無一般的構(gòu)造方法。13.4.7擴譜通信系統(tǒng)的同步1.捕獲（粗同步），即兩者粗略同步，相位誤差小于一個碼元。2.跟蹤（細(xì)同步），即將相位誤差減少到最小，并保持下去。在擴譜通信系統(tǒng)中，大多采用偽隨機碼，因為偽碼

具有良好的相關(guān)特性，有利于同步。擴譜序列的同步：偽碼同步分為兩步：使接收機產(chǎn)生的本地偽碼與收到的偽碼