第十三章同步原理.ppt

通信原理 第13章 同步原理 13.1 概述 13.1 概述 同步是数字通信系统，以及某些采用相干解调的模拟通信系统中一个重要的实际问题； 所谓同步是指收发双方在时间步调上一致，故又称定时。数字通信系统中，按同步的功用分为：载波同步、码元同步、群同步和网同步。 载波同步 载波同步：即在接收设备中恢复载波。 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。 码元同步 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、网同步 群同步：又称帧同步。在数字通信中，信息流是用若干码元组成一个“字”，又用若干个“字”组成“句”。在接收这些数字信息时，必须知道这些“字”、“句”的起止时刻，在接收端产生与“字”、“句”及“帧”起止时刻相一致的定时脉冲序列的过程统称为群同步。 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。 为了保证通信网中各用户之间可靠地通信和数据交换，全网必须有一个统一的时间标准时钟，这就是网同步。 同步信号的获取方式 同步也是一种信息，按照获取和传输同步信息方式的不同，又可分为外同步和自同步法： 1）外同步法 由发送端发送专门的同步信息（常被称为导频），接收端把这个导频提取出来作为同步信号的方法，称为外同步法； 2）自同步法 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，称为自同步法。 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。 例：2PSK信号 1、在发送端：插入正交导频 13.2.1 有辅助导频时的载频提取 2、在接收端： 用窄带滤波器滤出导频分量，并将其移?/2，变成sin?0t， 然后用它和接收信号相乘。 设接收信号仍用s0(t)表示，则此乘积为 13.2.1 有辅助导频时的载频提取 13.2.1 有辅助导频时的载频提取 锁相环原理方框图： 13.2.2 无辅助导频时的载波提取 有些信号，如DSB-SC、PSK等，它们虽然本身不直接含有载波分量，但经过某种非线性变换后，将具有载波的谐波分量，因而可从中提取出载波分量来。 1、平方环 13.2.2 无辅助导频时的载波提取 伴随信号一起进入接收机的还有加性高斯白噪声，为了改善平方变换法的性能，使恢复的相干载波更为纯净，窄带滤波器常用锁相环代替，构成平方环法。 平方环方案的缺点 1、相位含糊性：载波提取用了一个2分频器，由于分频起点的不确定性，使输出的载频相对于接收信号相位有180?的相位模糊，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。 13.2.2 无辅助导频时的载波提取 科斯塔斯环工作原理 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。 科斯塔斯环 优缺点： 1、不需要对接收信号作平方运算，工作频率较低，易于实现；而平方环的工作频率是载波频率的两倍。 2、为了得到Costas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，Costas环法提取出的载频也存在相位含糊性。 4、当环路正常锁定后，Costas环可直接获得解调输出，而平方环则没有这种功能。 13.2.2 无辅助导频时的载波提取 3、再调制器 原理框图 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。 13.2.3 载波同步的性能 1、相位误差 恒定误差：由电路参量引起的 随机误差：由噪声引起的 13.2.3 载波同步的性能 3、载波同步误差对解调信号的影响 对于相位键控信号，载波同步不良引起的相位误差直接影响着接收信号的误码率。这里将具体讨论相位