《数字通信电子教案》第七章数字信号传输的同步技术--.ppt

第七章 数字信号传输的同步技术 本章题要： 通信系统中同步的重要性和各种同步的作用 载波同步技术及实现的方法 位同步技术及实现的方法 帧（群）同步技术及实现的方法 帧同步系统的性能指标 对帧同步系统的要求 网同步技术及实现的方法 7.1 同步的定义与分类 7.1.1 同步的定义 同步技术：实现同步的方法。 同步即为收、发两端的信息传输在时间上保持一致。 7.1.2 同步的分类 按同步的功能和作用角度划分: 载波同步 位同步(码元同步) 帧同步(群同步) 网同步 按通信系统的传输方式划分: 外同步法 发送端在发送有用信号的同时发送专门的同步信息，接收端把这个专门的同步信息检测出来作为同步信号的方法。 自同步法 发送端不发送专门的同步信息，在接收端直接从收到的信号中提取同步信息的方法。 7.2 载波同步技术 载波同步： 在相干或同步解调系统中，接收端提取或恢复与 发送端同频同相的载波，称为载波同步。 载波同步的分类： 插入导频法(又称外同步法) 直接法(又称自同步法) 7.2.1 插入导频法 发送端发送有用信号的同时，在适当的频率位置上插入一个（或多个）称作导频的正弦波，接收端可提取导频，作为相干载波。 插入导频法分类 频域插入导频法 时域插入导频法 1、频域插入导频法 插入导频的位置在信号频谱为零处 ，导频相位与被调制载波正交，称为“正交载波”。接收端提取这一导频，移相后作为相干载波。 2、时域插入导频法 把载波标准插入到每一帧的数据序列中，即对被传输的数据信号和导频信号在时间上加以区别。 时域插入导频法只在每帧的一小段时间内才出现载波标准，且由于发送端发送的载波标准不连续，因此载波提取往往采用锁相环路。 当环路提取载波时，信道引起的随机频偏和相移变化会影响锁相环路性能，因此要求环路有较宽的同步带宽。 7.2.2 直接法 抑制载波的双边带信号虽不包含载波分量，但如果对该信号进行某种非线性处理后，就可直接从其中提取载波分量。 常用的直接法 平方变换法 平方环法 同相正交环法 1、平方变换法 将已调信号经过一个平方运算部件后，由一个中心频率为2f0的窄带滤波器提取2倍频信号，再经二分频电路提取载波f0的方法。其原理如图所示。 存在的问题： 如果上图二分频电路处理不当，将会使f0信号倒相，造成“相位模糊”的结果，即“反向工作” 的问题。 2、平方环法 原理 在平方变换法的基础上，把提取载波用的窄带滤波器用锁相环来代替， 实现载波同步信号提取的方法。 锁相环具有的良好跟踪、窄带滤波和记忆功能，使得平方环法性能优于平方变换法，并在提取载波中得到较为广泛的应用。 3、同相正交环法 又称科斯塔斯(Costas)环法，是另外一种常用的利用锁相环提取载波的方法。 环路中包括两个鉴相器，压控振荡器提供两路相互正交的本地载波信号v1、v2，它们与输入的PSK信号分别在同相和正交两个鉴相器中进行鉴相，得： 经低通滤波之后得： 当 较小时有， 7.2.3 载波同步系统的性能指标 效率 在获得载波的情况下消耗的发送功率。 精度 提取的同步载波与需要的载波标准之间的相位误差。 同步建立时间ts 指系统失去同步后重建同步所需要的最长时间。 同步保持时间tc 7.3 位同步技术 位同步又称码元同步，是数字通信中非常重要的一项同步技术。 实现位同步的方法 插入导频法(外同步法) 直接法(自同步法) 滤波法 锁相环法 7.3.1 插入导频法 插入导频信号的位置： 基带信号频谱的零点处 位定时导频插入原理 实现位同步信号插入的其他方法 包络调制法 时域插入位同步法 插入导频法特点: 电路比较简单 由于发送导频信号要占用部分发射功率，从而降低了传输的信噪比 系统的抗干扰能力较弱 7.3.2 自同步法 自同步法是发送端不用专门发送位同步导频信号，而接收端可直接从接收到的数字信号中提取位同步信号的方法。 常用的自同步方法 微分、全波整流—滤波法 包络检波—滤波法 锁相环法 1. 微分、全波整流—滤波法 2.包络检波—滤波法 是一种从中频已调信号中提取位同步信息的方法，它常用于数字微波的中继通信系统和数字卫星通信系统中。 采用包络检波—滤波法从中频PSK信号中提取同步信息 （原理及波形见教材图7-12） 采用包络检波—滤波法从报头中提取位同步信息 （原理及波形见教材图7-13） 3. 锁相环法 采用锁相环路替代一般窄带滤波器来提取位同步信号的方法称作锁相环法。 基本原理：在接收端利用一个相位比较器来比较接收码元与本地码元定时(位定时)脉冲的相位，若两者相位不一致（超前或滞后），就会产生一个误差控制信号，控制调整定时脉冲的相位，直至获得精确的同