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通信原理 通信原理 第13 同步原理 第13章 同步原理 13.1 概述 数字通信系统中的同步种类：载波同步、码元同步、群同步和网同步。 载波同步：又称载波恢复。 目的：在接收设备中产生一个和接收信号的载波同频、同相的本地振荡，用于相干解调。 方法： 接收信号中有载频分量时：需要调整其相位。 接收信号中无载频分量时：需从信号中提取载波， 或插入辅助同步信息。 第13章 同步原理 码元同步：又称时钟同步或时钟恢复。 对于二进制信号，又称位同步。 目的：得知每个接收码元准确的起止时刻，以便决定积分和判决时刻。 方法：从接收信号中获取同步信息，由其产生一时钟脉冲序列，使后者和接收码元起止时刻保持正确关系。或插入辅助同步信息。 群同步：又称帧同步。 目的：将接收码元正确分组。 方法：通常需要在发送信号中周期性地插入一个同 步码元，标示出分组位置。 网同步：使通信网中各站点时钟之间保持同步。 第13章 同步原理 13.2 载波同步 13.2.1 有辅助导频时的载频提取 用于不包含载频分量的信号。 在发送信号中另外加入一个或几个导频信号。 多采用锁相环（PLL）提取载波。 锁相环原理方框图： 第13章 同步原理 对环路滤波器的要求：通带越窄，能够通过的噪声越少，但是对导频相位漂移的限制越大。 数字化接收机中锁相环的实现方法： 窄带滤波器：改用数字滤波器 压控振荡器：用只读存储器代替 鉴相器：可以是一组匹配滤波器 第13章 同步原理 13.2.2 无辅助导频时的载波提取 平方环：以2PSK信号为例进行讨论。设信号 式中，m(t) = ?1 当m(t)取+1和-1的概率相等时，此信号的频谱中无角频率?c的离散分量。将上式平方，得到 由上式可见，其中包含2倍载频的频率分量。将此2倍频分量用窄带滤波器滤出后再作2分频，即可得出所需载频。方框图如下： 第13章 同步原理 此方案的缺点： 1、相位含糊性：2分频器的输出电压有相差180?的两种可能相位，即其输出电压的相位决定于分频器的随机初始状态。采用2DPSK体制可以避免此缺点的影响。 2、错误锁定：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。解决这个问题的办法是降低环路滤波器的带宽。 第13章 同步原理 科斯塔斯环法：又称同相正交环法或边环法。 原理方框图： 第13章 同步原理 工作原理 a点的压控振荡电压为： b点的压控振荡电压为： c点的电压： d点的电压： e点的电压： f点的电压： g点的电压： 上式中的(? - ? )是压控振荡电压和接收载波相位之差。 第13章 同步原理 将m(t) = ?1代入上式，并考虑到当(? - ?)很小时， sin(? - ?) ? (? - ?)，则上式变为 电压vg 通过环路滤波器，控制压控振荡器的振荡频率。 这个电压控制压控振荡器的输出电压相位，使(? - ? )尽可能地小。当 ?＝? 时，vg = 0 。 压控振荡器的输出电压va 就是科斯塔斯环提取出的载波。 第13章 同步原理 由上式可见，当(? - ? )很小时，除了差一个常数因子外，电压ve 就近似等于解调输出电压m(t)。所以科斯塔斯环本身就同时兼有提取相干载波和相干解调的功能。 优缺点： 1、不需要对接收信号作平方运算，工作频率较低。 2、为了得到科斯塔斯环法在理论上给出的性能，要求两路低通滤波器的性能完全相同。 3、由锁相环原理可知，锁相环在(? - ? )值接近0的稳定点有两个，在(? - ? )等于0和? 处。所以，科斯塔斯环法提取出的载频也存在相位含糊性。 第13章 同步原理 再调制器 －第3种提取相干载波的方法 原理方框图 第13章 同步原理 工作原理 接收信号和a点振荡电压相乘后得到的c点电压 它经过低通滤波后，在d 点的电压为 vd 实际上就是解调电压，它受b点的振荡电压在相乘器中再调制后，得出的e 点电压等于 上式的ve 和信号s(t)再次相乘，得到在f点的电压 第13章 同步原理 vf 经过窄带低通滤波后，得到压控振荡器的控制电压 将上式的控制电压和科斯塔斯环的控制电压式比较可见，这两个方案中的压控振荡器的控制电压相同。 第13章 同步原理 多进制信号的载频恢复 例：QPSK信号提取载频的科斯塔斯环法原理方框图 第13章 同步原理 13.2.3 载波同步的性能 相位误差 相位误差的种类 恒定误差：由电路参量引起的 随机误差：由噪声引起的 恒定误差分析： 当提取载波电路中存在窄带滤波器时，若其中心频率fq和载波频率f0不相等，存在频率偏差?f，则载波通过它时会有附加