第12章 同步原理

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1、12.1 12.1 概概 述述 同步是同步是数字通信数字通信系统，以及某些采用相干解调的系统，以及某些采用相干解调的模拟模拟通信通信系统中一个重要的实际问题。系统中一个重要的实际问题。同步的基本类型：同步的基本类型：n载波同步载波同步n码元同步（位同步）码元同步（位同步）n群同步（帧同步）群同步（帧同步）n网同步网同步n载波同步载波同步：u当采用同步检测或相干解调时，接收端需要提供一个当采用同步检测或相干解调时，接收端需要提供一个与接收信号中的调制载波与接收信号中的调制载波同频同相同频同相的相干载波。这个的相干载波。这个载波获取的过程称为载波获取的过程称为载波恢复载波恢复或或载波同步载波同步。

2、n码元同步（位同步）码元同步（位同步）：u在数字通信系统中，为了正确识别发送端传送的每一在数字通信系统中，为了正确识别发送端传送的每一位码元，接收端需要对收到的信息码元进行判决。在位码元，接收端需要对收到的信息码元进行判决。在接收端产生与接收码元的重复频率和相位一致的接收端产生与接收码元的重复频率和相位一致的的过程称为的过程称为码元同步码元同步。u二进制码元的同步又称为二进制码元的同步又称为位同步位同步。12.1 12.1 概概 述述n群同步（帧同步、字符同步）群同步（帧同步、字符同步）：u在时分多路复用数字通信系统中，为了能正确分离各在时分多路复用数字通信系统中，为了能正确分离各路时隙信号，

3、在发送端必须提供每帧的起止标记，在路时隙信号，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接收端检测并获取这一标志的过程称为帧同步帧同步。u多个二进制码元表示一个字符时，接收端需知道组成多个二进制码元表示一个字符时，接收端需知道组成字符的码元的起止位置字符的码元的起止位置 字符同步字符同步n网同步网同步：u解决网中各用户之间的载波同步、位同步和帧同步等解决网中各用户之间的载波同步、位同步和帧同步等问题。问题。12.1 12.1 概概 述述同步信息的获取方式同步信息的获取方式u外同步法外同步法：由发送端发送专门的同步信息（如导频信：由发送端发送专门的同步信息（如导频信号）

4、，接收端把这个导频信号提取出来作为同步信号号），接收端把这个导频信号提取出来作为同步信号的方法。的方法。u自同步法自同步法：发送端不发送专门的同步信息，接收端设：发送端不发送专门的同步信息，接收端设法从收到的信号中提取同步信息的方法。法从收到的信号中提取同步信息的方法。12.1 12.1 概概 述述12.2 12.2 载波同步载波同步12.2.1 插入导频法（插入导频法（外同步法外同步法）n在发送端的已调信号频谱中额外插入一个导频信号，在发送端的已调信号频谱中额外插入一个导频信号，以便接收端作为载波同步信号加以恢复。以便接收端作为载波同步信号加以恢复。n主要用于接收信号频谱中没有离散载频分量，

5、且在载主要用于接收信号频谱中没有离散载频分量，且在载频附近频谱幅度分布很小的情况，如频附近频谱幅度分布很小的情况，如DSB、等概率的、等概率的2PSK信号等。信号等。12.2 12.2 载波同步载波同步插入导频法（插入导频法（外同步法外同步法）*n发送框图发送框图n接收框图接收框图(正交导频正交导频!)90o相移相移 相相 加加 带带 通通输出输出正交插入的原因正交插入的原因：为：为了避免解调输出的附了避免解调输出的附加直流分量对信号产加直流分量对信号产生影响生影响导频频谱导频频谱w wc 90o o相移相移 低通低通 带通带通w wc窄带窄带滤波器滤波器111( )( )cos( )( )c

6、os2sin2222cccV ts ttm tm tttw ww ww w V(t)经低通滤波器后经低通滤波器后会滤除掉后两项高频会滤除掉后两项高频分量，得到分量，得到m(t)/2n导频插入的原则导频插入的原则u插入导频的位置与已调信号的频谱结构有关。一般在插入导频的位置与已调信号的频谱结构有关。一般在已调信号频谱中的已调信号频谱中的零点零点插入导频，且要求其附近的信插入导频，且要求其附近的信号频谱分量尽量小，以便于解调时滤出它。号频谱分量尽量小，以便于解调时滤出它。u导频的频率应当导频的频率应当与载频有关与载频有关，如，如载频的倍数载频的倍数或者就是或者就是载频的频率载频的频率；12.2 1

7、2.2 载波同步载波同步12.2.2 直接提取法（直接提取法（自同步法自同步法）n在接收端对已调信号进行某种在接收端对已调信号进行某种非线性变换非线性变换后，得到载后，得到载波对应的谐波分量，再经过分频可以得到载波同步信号波对应的谐波分量，再经过分频可以得到载波同步信号。n1、平方环法、平方环法u设设2PSK信号信号 s(t)=m(t)cos(w wct+q q)pm(t)=1，等概时，基带信号稳态波为，等概时，基带信号稳态波为0， s(t)的功的功率谱中无率谱中无w wc的离散分量的离散分量us2 (t) = m2 (t)cos2 (w wct+q q) =1/2 m2 (t)+1/2m2

8、(t)cos(2w wct+q q) =1/2 +1/2cos(2w wct+q q) 12.2 12.2 载波同步载波同步平方平方窄带滤波器窄带滤波器二分频二分频s(t)s2 (t)2w wcw wc用窄带滤波器将此二倍频分量滤出，再经二分频就可得到载波分量n随信号进入接收机的还有加性高斯白噪声，为改善平随信号进入接收机的还有加性高斯白噪声，为改善平方变换法的性能，产生更纯净的载波，一般用锁相环代方变换法的性能，产生更纯净的载波，一般用锁相环代替窄带滤波器替窄带滤波器n平方环法平方环法示意图示意图12.2 12.2 载波同步载波同步载频载频输出输出带通滤波带通滤波平平 方方压控振荡压控振荡环

9、路滤波环路滤波锁相环锁相环s(t)2分频分频窄带滤波窄带滤波平方平方窄带滤波器窄带滤波器二分频二分频s(t)s2 (t)2w wcw wc再生频率为再生频率为2w wc的载波的载波n锁相环工作原理锁相环工作原理u1. 压控振荡器的输出信号和基准信号同时输入鉴相器压控振荡器的输出信号和基准信号同时输入鉴相器；u2. 鉴相器通过比较上述两个信号的频率鉴相器通过比较上述两个信号的频率/相位差，然相位差，然后输出一个直流脉冲电压控制压控振荡器，使它的频后输出一个直流脉冲电压控制压控振荡器，使它的频率率/相位改变；相位改变；u3. 不断改变频率不断改变频率/相位一直到压控振荡器的输出信号相位一直到压控振

10、荡器的输出信号与基准信号保持一致。与基准信号保持一致。u4. 环路滤波器一般为窄带低通滤波器，目的是滤除控环路滤波器一般为窄带低通滤波器，目的是滤除控制信号中的交流分量。制信号中的交流分量。环路滤波器环路滤波器压控振荡器压控振荡器输出导频输出导频基准信号基准信号鉴相器鉴相器12.2 12.2 载波同步载波同步平方环法的缺点：平方环法的缺点：1、相位含糊性相位含糊性：2分频器的输出电压有相差分频器的输出电压有相差180 的的两种可能相位，即其输出电压的相位决定于分频器两种可能相位，即其输出电压的相位决定于分频器的随机初始状态。采用的随机初始状态。采用2DPSK体制可以避免此缺点体制可以避免此缺点

11、的影响。的影响。2、错误锁定错误锁定：平方后的接收电压中有可能存在其他：平方后的接收电压中有可能存在其他的离散频率分量，使锁相环锁定在错误的频率上。的离散频率分量，使锁相环锁定在错误的频率上。解决这个问题的办法是降低环路滤波器的带宽。解决这个问题的办法是降低环路滤波器的带宽。12.2 12.2 载波同步载波同步p科斯塔斯环法科斯塔斯环法：又称同相正交环法或边环法。：又称同相正交环法或边环法。原理方框图原理方框图：工作原理工作原理a点的压控振荡电压为：点的压控振荡电压为：b点的压控振荡电压为：点的压控振荡电压为： 12.2 12.2 载波同步载波同步cos()acvtw w sin()bcvtw