通信原理第9章同步原理.doc

第9章 同步原理 §9.1 引言 同步是系统正常工作的前提，同步系统性能的降低会直接导致通信系统性能的降低，甚至使通信系统不能工作。 在数字通信系统中，要求同步系统具有比信息信号传输更高的可靠 性。 同步问题包括： 载波同步: 在相干检测中，接收端如何获得与发射端调制载波同频同相的相干载波。 位同步: 在接收端如何产生与接收码元同频同相的定时脉冲序列。 群同步或帧同步: 在接收端如何产生与“码字”、“句”起始时刻一致的定时脉冲序列。 网同步: 在多用户的条件下，如何使得整个通信网有一个统一的时间基准-----解决通信网的时钟同步问题。 §9.2 载波同步的方法 解决在接收端如何提取与发射端调制载波同频同相的载波信号问题。 载波提取的方法： 插入导频法。应用场合：发送信号中不含有载波分量的情形。 直接法。应用场合：发送信号中含有载波分量的情形。 §9.2.1插入导频法 不含有载波分量的发送信号有： 抑制载波的双边带信号； 残留边带信号；虽含有载波分量，但很难从已调信号中提取。 当二进制数字取值概率时，2PSK信号； 单边带信号。 对于上述信号的载波提取一般都采用插入导频法。 在抑制载波的双边带信号中插入导频 导频的插入方法： 在抑制载波双边带信号的已调信号的载频处插入一个与该信号频谱正交的载波信号。 插入导频系统的发端框图 输出信号为：。 插入导频系统的接收端框图 插入的导频为何要与载波正交？ 因为接收端收到后，利用窄带滤波器就可提取导频信号，经900移相可得到与调制载波同频同相的信号，则乘法器输出： 低通滤波器输出： ，由此可得信号。 若导频不是正交载波，则 低通滤波器输出： 。 即，输出除了调制信号外，还有一直流分量。该直流分量将对数字信号产生影响。由此可见，发端导频须正交插入。 在残留边带信号中插入导频 对于残留边带信号，由于在载波处存在有用信号成份，因此若在已调信号载频处插入一个正交的载波导频分量，则接收机在提取载波时势必将受到有用信号成份的干扰。该现象由残留边带信号形成滤波器的传输函数很容易看出，由下图可见处的频谱不为零。 残留边带信号插入导频的方法 对于残留边带信号可在信号频谱外插入两个导频和，使它们在接收端经过某些变换产生所需要的载波。 设两个导频分别为： 其中，是调制信号的带宽； 和分别是两个导频与已调信号频谱两端间的间隔； 是残留边带信号形成滤波器的传输函数中滚降部分所占带宽的一半。 接收机提取载波的方法 其目的就是如何从和提取所需要的载波。原理图如下 设两个导频信号分别为： ， 其中，和为两个导频信号的初始相位，且为固定常数。 若导频信号和已调信号经信道传输后，都产生随时间变化的随机频偏和相偏，则提取的载波也应该有相同的频偏和相偏，才能达到正真的相干解调。 1．乘法器1的输出为： 2.低通滤波器的输出为： 令，则上式为 。 经次分频后，可得 ， 其中，为分频器输出的初始相位，且为常数。 3．乘法器2的输出为： 经窄带滤波器后，可得 ， 4. 经移相器将相位变换为载波初始相位，则可得所需要的相干载波信号： 其中，移相量为。 接收机载波提取电路设计中值得注意的事项： 调整和可得到整数； 增大或有利于减小信号频谱对导频的干扰，但所需信道的带宽将增加； 窄带滤波器可采用锁相环实现。 §9.2.2 直接法 有些已调信号中虽然不包含单独的载波信号，但采用某种非线性变换后，仍可从这些已调信号中提取载波信号。这种方法称为直接法。 平方变换法和平方环法 设调制信号为，则抑制载波双边带信号为 。 平方变换法提取载波框图如下， 窄带滤波器输出为： 二分频器输出，可得载波信号：。 注意：该方法中由于存在二分频器，故载波存在1800的相位含糊问题。 平方变换法中的2窄带滤波器若采用锁相环代替，则称其为平方环法。其如下图所示 二、同相正交环法（或称为科斯塔斯（Costas）环法） 同相正交环法电路框图如下 设抑制载波双边带信号为：，则 经低通滤波器后， ， 乘法器输出： ， 若相位差很小，则 该信号包含了载波与压控振荡器输出信号的相位差，故经环路滤波器即可转换为压控振荡器的控制电压，以产生与载波同频的振荡信号。 同相正交环法的优点： 由于平方环法的工作频率为2，而同相正交环法的工作频率为，由此可见，若载波频率很高时，同相正交环法较易实现。 当环路正常锁定后，同相鉴相器的输出V5就是所需要解调的原始数字序列，所以，这种电路具有提取载波和相干解调的双重功能。 §9.2.3 载波同步系统的性能 载波同步系统的主要性能指标