通信原理第10章 同步原理ppt課件

1、10.1 10.1 同步的概念及分類同步的概念及分類10.2 10.2 載波同步載波同步10.3 10.3 碼元同步碼元同步10.4 10.4 群同步群同步10.510.5* * 網(wǎng)同步網(wǎng)同步前往主目錄前往主目錄 通通 信信 原原 理理 載波同步、碼元同步、群同步和網(wǎng)同步載波同步、碼元同步、群同步和網(wǎng)同步 1 載波同步：又稱載波恢復(fù)載波同步：又稱載波恢復(fù)目的：在接納設(shè)備中產(chǎn)生一個和接納信號的目的：在接納設(shè)備中產(chǎn)生一個和接納信號的載波同頻、同相的本地振蕩，用于相關(guān)解載波同頻、同相的本地振蕩，用于相關(guān)解調(diào)。調(diào)。方法：方法：接納信號中有載頻分量時：需求調(diào)整其相接納信號中有載頻分量時：需求調(diào)整其相位。

2、位。接納信號中無載頻分量時：需從信號中提接納信號中無載頻分量時：需從信號中提取載波，或插入輔助同步信息。取載波，或插入輔助同步信息。 在模擬調(diào)制以及數(shù)字調(diào)制學(xué)習(xí)過程中，我們了解到要想實(shí)現(xiàn)相關(guān)解調(diào)，必需有相關(guān)載波。 因此，載波同步是實(shí)現(xiàn)相關(guān)解調(diào)的先決條件。 2 、 碼元同步 又稱時鐘同步或時鐘恢復(fù)。 對于二進(jìn)制信號，又稱位同步。目的：得知每個接納碼元準(zhǔn)確的起止時辰，以便決議積分和判決時辰。方法：從接納信號中獲取同步信息，由其產(chǎn)生一時鐘脈沖序列，使后者和接納碼元起止時辰堅(jiān)持正確關(guān)系?；虿迦胼o助同步信息。 最正確接納機(jī)構(gòu)造中，需求對積分器或匹配濾波器的輸出進(jìn)展抽樣判決，判決時辰應(yīng)對準(zhǔn)每個接納碼元的終

3、止時辰。這就要求接納端必需提供一個用作抽樣判決的定時脈沖序列，它和接納碼元的終止時辰應(yīng)對齊。 把接納端產(chǎn)生與接納碼元的反復(fù)頻率與碼元速率一樣，相位與最正確取樣判決時辰一致的定時脈沖序列的過程稱為碼元同步或位同步。而稱這個定時脈沖序列為碼元同步脈沖或位同步脈沖。 3、 群同步群同步 群同步包含字同步、句同步、分路同步，它有時也稱幀同群同步包含字同步、句同步、分路同步，它有時也稱幀同步或字符同步。步或字符同步。目的：將接納碼元正確分組。目的：將接納碼元正確分組。方法：通常需求在發(fā)送信號中周期性地插入一個同方法：通常需求在發(fā)送信號中周期性地插入一個同 步碼步碼元，標(biāo)示出分組位置。元，標(biāo)示出分組位置。

4、 在數(shù)字通訊中，信息流是用假設(shè)干碼元組成一個在數(shù)字通訊中，信息流是用假設(shè)干碼元組成一個“字，字， 又又用假設(shè)干個用假設(shè)干個“字組成字組成“句。在接納這些數(shù)字信息時，必需知句。在接納這些數(shù)字信息時，必需知道這些道這些“字、字、“句的起止時辰，否那么接納端無法正確恢復(fù)句的起止時辰，否那么接納端無法正確恢復(fù)信息。信息。 在接納端產(chǎn)生與在接納端產(chǎn)生與“字、字、“句及句及“幀起止時辰相一致的定幀起止時辰相一致的定時脈沖序列的過程統(tǒng)稱為群同步。時脈沖序列的過程統(tǒng)稱為群同步。 4、 網(wǎng)同步網(wǎng)同步 在獲得了載波同步、碼元同步、群同步之后，兩點(diǎn)間的數(shù)在獲得了載波同步、碼元同步、群同步之后，兩點(diǎn)間的數(shù)字通訊就可以

5、有序、準(zhǔn)確、可靠地進(jìn)展了。然而，字通訊就可以有序、準(zhǔn)確、可靠地進(jìn)展了。然而， 隨著數(shù)字通隨著數(shù)字通訊的開展，尤其是計(jì)算機(jī)通訊的開展，多個用戶之間的通訊和訊的開展，尤其是計(jì)算機(jī)通訊的開展，多個用戶之間的通訊和數(shù)據(jù)交換，構(gòu)成了數(shù)字通訊網(wǎng)。數(shù)據(jù)交換，構(gòu)成了數(shù)字通訊網(wǎng)。 為了保證通訊網(wǎng)內(nèi)各用戶之間可靠地通訊和數(shù)據(jù)交換，全網(wǎng)為了保證通訊網(wǎng)內(nèi)各用戶之間可靠地通訊和數(shù)據(jù)交換，全網(wǎng)必需有一個一致的時間規(guī)范時鐘，這就是網(wǎng)同步的問題。必需有一個一致的時間規(guī)范時鐘，這就是網(wǎng)同步的問題。2、同步也是一種信息，按照獲取和傳輸同步信息方式的不同，、同步也是一種信息，按照獲取和傳輸同步信息方式的不同，又可分為外同步法和自同

6、步法又可分為外同步法和自同步法 1、 外同步法外同步法 由發(fā)送端發(fā)送專門的同步信息常被稱為導(dǎo)頻，接納端由發(fā)送端發(fā)送專門的同步信息常被稱為導(dǎo)頻，接納端把這個導(dǎo)頻提取出來作為同步信號的方法，稱為外同步法。把這個導(dǎo)頻提取出來作為同步信號的方法，稱為外同步法。 2 、自同步法、自同步法 發(fā)送端不發(fā)送專門的同步信息，接納端設(shè)法從收到的信號發(fā)送端不發(fā)送專門的同步信息，接納端設(shè)法從收到的信號中提取同步信息的方法，稱為自同步法。中提取同步信息的方法，稱為自同步法。 自同步法是人們最希望的同步方法，由于可以把全部功率自同步法是人們最希望的同步方法，由于可以把全部功率和帶寬分配給信號傳輸。和帶寬分配給信號傳輸。

7、在載波同步和碼元同步中，兩種方法都有采用，但自同步在載波同步和碼元同步中，兩種方法都有采用，但自同步法正得到越來越廣泛的運(yùn)用。而群同步普通都采用外同步法。法正得到越來越廣泛的運(yùn)用。而群同步普通都采用外同步法。 1、插入導(dǎo)頻法有輔助導(dǎo)頻時的載波提取 所謂插入導(dǎo)頻法，就是在發(fā)送有用信號的同時，在適當(dāng)?shù)念l率位置上，插入一個或多個稱為導(dǎo)頻的正弦波，接納端就由該導(dǎo)頻提取出載波的方法。 抑制載波的雙邊帶信號如DSB、等概的2PSK本身不含有載波， 殘留邊帶VSB信號雖含有載波分量，但很難從已調(diào)信號的頻譜中把它分別出來。對這些信號的載波提取， 可以用插入導(dǎo)頻法外同步法。尤其是單邊帶SSB信號， 它既沒有載波

8、分量又不能用直接法提取載波，只能用插入導(dǎo)頻法。 1頻域插入導(dǎo)頻頻域插入導(dǎo)頻 頻域插入導(dǎo)頻的特點(diǎn)：插入的導(dǎo)頻在時間上是延續(xù)的，頻域插入導(dǎo)頻的特點(diǎn)：插入的導(dǎo)頻在時間上是延續(xù)的，即信道中自始至終都有導(dǎo)頻信號傳送。即信道中自始至終都有導(dǎo)頻信號傳送。 采用插入導(dǎo)頻法應(yīng)留意：采用插入導(dǎo)頻法應(yīng)留意： 導(dǎo)頻的頻率：該當(dāng)是與載頻有關(guān)的或者是載頻的頻率；導(dǎo)頻的頻率：該當(dāng)是與載頻有關(guān)的或者是載頻的頻率； 插入導(dǎo)頻的位置插入導(dǎo)頻的位置:與已調(diào)信號的頻譜構(gòu)造有關(guān)。與已調(diào)信號的頻譜構(gòu)造有關(guān)。 總的原那么是在已調(diào)信號頻譜中的零點(diǎn)插入導(dǎo)頻，總的原那么是在已調(diào)信號頻譜中的零點(diǎn)插入導(dǎo)頻，且要求其附近的信號頻譜分量盡量小，這樣便于

9、插入導(dǎo)頻且要求其附近的信號頻譜分量盡量小，這樣便于插入導(dǎo)頻以及解調(diào)時易于濾除它。以及解調(diào)時易于濾除它。 對于模擬調(diào)制中的DSB或SSB信號，在載頻fc附近信號頻譜為0，但對于數(shù)字調(diào)制中的2PSK或2DPSK信號，在fc附近的頻譜不但有，而且比較大，因此對這樣的信號，可參考數(shù)字基帶傳輸系一致章中引見的第類部分呼應(yīng)，在調(diào)制以前先對基帶信號進(jìn)展相關(guān)編碼。 相關(guān)編碼的作用是把如圖 10.2-1a所示的基帶信號頻譜函數(shù)變換成如圖 10.2-1(b)所示的頻譜函數(shù)， 這樣經(jīng)過雙邊帶調(diào)制以后可以得到如圖 10.2-2所示的頻譜函數(shù)。由圖可見，在fc附近的頻譜函數(shù)很小，且沒有離散譜，這樣可以在fc處插入頻率為

10、fc的導(dǎo)頻這里僅畫出正頻域。 留意，在圖 10.2-2中插入的導(dǎo)頻并不是加于調(diào)制器的那個載波，而是將該載波移相90后的所謂“正交載波。 圖 10.2-1 相關(guān)編碼進(jìn)展頻譜變換Ofc fmfcfcfmf導(dǎo)頻圖 10 .2-2 抑制載波雙邊帶信號的導(dǎo)頻插入 插入導(dǎo)頻的發(fā)端方框圖如圖10.2-3所示。 相乘調(diào)制帶通相加90相移調(diào)制信號m(t)輸出uo(t)asinct圖 10.2-3 插入導(dǎo)頻法發(fā)端框圖 設(shè)調(diào)制信號m(t)中無直流分量，被調(diào)載波為a sinct，將它經(jīng)90移相構(gòu)成插入導(dǎo)頻正交載波-acosct，其中a是插入導(dǎo)頻的振幅。于是輸出信號為 uo(t)=am(t)sinct-a cosct

11、(10.2 - 1)90相移m(t)uo(t)帶通相乘器低通fc窄帶濾波器v(t)圖 10.2-4 插入導(dǎo)頻法收端框圖 設(shè)收到的信號就是發(fā)端輸出uo(t)，那么收端用一個中心頻率為fc的窄帶濾波器提取導(dǎo)頻-acosct，再將它經(jīng)90移相后得到與調(diào)制載波同頻同相的相關(guān)載波 sinct，收端的解調(diào)方框圖如圖 10.2-4 所示。 發(fā)端是以正交載波作為導(dǎo)頻， 由圖 10.2-4 可知，解調(diào)輸出: v(t)=uo(t)sinct=am(t)sin2ct-acosctsincttwatwtmatmacc2sin22cos)(2)(2 經(jīng)過低通濾除高頻部分后，就可恢復(fù)調(diào)制信號m(t)。 假設(shè)發(fā)端參與的導(dǎo)頻

12、不是正交載波，而是調(diào)制載波，那么收端v(t)中還有一個不需求的直流成分，這個直流成分經(jīng)過低通濾波器對數(shù)字信號產(chǎn)生影響， 這就是發(fā)端正交插入導(dǎo)頻的緣由。 2PSK和DSB信號都屬于抑制載波的雙邊帶信號，所以上述插入導(dǎo)頻方法對兩者均適用。 對于SSB信號，導(dǎo)頻插入的原理也與上述一樣。(10.2 - 2) 2. 時域插入導(dǎo)頻時域插入導(dǎo)頻 時域插入導(dǎo)頻法在時分多址通訊衛(wèi)星中運(yùn)用較多。時域插入導(dǎo)頻法在時分多址通訊衛(wèi)星中運(yùn)用較多。 時域插入導(dǎo)頻方法：是按照一定的時間順序，在指定的時時域插入導(dǎo)頻方法：是按照一定的時間順序，在指定的時間內(nèi)發(fā)送載波規(guī)范，間內(nèi)發(fā)送載波規(guī)范， 即把載波規(guī)范插到每幀的數(shù)字序列中，如即

13、把載波規(guī)范插到每幀的數(shù)字序列中，如圖圖 10.2-5a所示。所示。 位同步幀同步載波同步信 息位同步幀同步載波同步信 息t0t1t2t3t4第 一 幀第 二 幀( a )鑒 相 器環(huán) 路濾 波 器壓 控振 蕩 器線 性 門帶 通解 調(diào)門 控 信 號接 收 信 號鎖 相 環(huán)( b ) 圖中, t2t3就是插入導(dǎo)頻的時間，它普通插入在群同步脈沖之后。這種插入的結(jié)果只是在每幀的一小段時間內(nèi)才出現(xiàn)載波規(guī)范，在接納端運(yùn)用控制信號將載波規(guī)范取出。 從實(shí)際上講可以用窄帶濾波器直接取出這個載波，但實(shí)踐上是困難的，這是由于導(dǎo)頻在時間上是斷續(xù)傳送的，并且只在很小一部分時間存在， 用窄帶濾波器取出這個延續(xù)的載波是不

14、能運(yùn)用的。 時域插入導(dǎo)頻法常用鎖相環(huán)來提取同步載波， 方框圖如圖 10.2-5b所示。 位同步幀同步載波同步信息位同步幀同步載波同步信息t0t1t2t3t4第一幀第二幀( a )鑒相器環(huán)路濾波器壓控振蕩器線性門帶通解調(diào)門控信號接收信號鎖相環(huán)( b )圖 10.2-5 時域插入導(dǎo)頻法 2、直接法無輔助導(dǎo)頻時的載波提取 直接法也稱自同步法：是不專門發(fā)送導(dǎo)頻，設(shè)法從接納信號中提取同步載波方法。 有些信號，如DSB-SC、PSK等，它們雖然本身不直接含有載波分量，但經(jīng)過某種非線性變換后，將具有載波的諧波分量，因此可從中提取出載波分量來。 1. 平方變換法和平方環(huán)法 此方法廣泛用于建立抑制載波的雙邊帶信

15、號的載波同步。 設(shè)調(diào)制信號m(t)無直流分量，那么抑制載波的雙邊帶信號為 sm(t)=m(t) cosct (10.2 - 3)接納端將該信號經(jīng)過非線性變換平方律器件后得到 e(t)=m(t) cosct2= m2(t)+ m2(t)cos2ct 上式的第二項(xiàng)包含有載波的倍頻2c的分量。假設(shè)用一窄帶濾波器將2c頻率分量濾出，再進(jìn)展二分頻，就可獲得所需的相關(guān)載波。 基于這種構(gòu)思的平方變換法提取載波的方框圖如圖 10.2-6 所示。 2121(10.2 - 4)平方律部件輸入已調(diào)信號e(t)2fc窄帶濾波器二 分 頻載波輸出圖 10.2-6 平方變換法提取載波因此， 同樣可以經(jīng)過圖 10.2-6

16、所示的方法提取載波。 假設(shè)m(t)=1，那么抑制載波的雙邊帶信號就成為二相移置信號2PSK，這時 e(t)=m(t)cosct2= cos2ct2121(10.2 - 5) 在實(shí)踐中，伴隨信號一同進(jìn)入接納機(jī)的還有加性高斯白噪聲，為了改善平方變換法的性能，使恢復(fù)的相關(guān)載波更為純真，圖 10.2-6 中的窄帶濾波器常用鎖相環(huán)替代，構(gòu)成如圖 10.2-7 所示的方框圖，稱為平方環(huán)法提取載波。 由于鎖相環(huán)具有良好的跟蹤、窄帶濾波和記憶功能，平方環(huán)法比普通的平方變換法具有更好的性能。因此，平方環(huán)法提取載波得到了較廣泛的運(yùn)用。 我們以2PSK信號為例，來分析采用平方環(huán)的情況。 2PSK信號平方后得到 tw

17、nTtgatecSnn22cos)()(10.2 - 4)平方律部件輸入已調(diào)信號鑒 相 器二 分 頻載波輸出環(huán) 路濾 波 器壓 控振 蕩 器鎖相環(huán)圖10.2-7 平方環(huán)法提取載波 當(dāng)g(t)為矩形脈沖時，有 e(t)= cos2ct (10.2 - 5)假設(shè)環(huán)路鎖定，VCO的頻率鎖定在2c頻率上，其輸出信號為 v0(t)=Asin(2ct+2) (10.2 - 6)這里，為相位差。經(jīng)鑒相器由相乘器和低通濾波器組成后輸出的誤差電壓為 vd=Kd sin2 (10.2 - 7)式中，Kd為鑒相靈敏度，是一個常數(shù)。vd僅與相位差有關(guān)， 它經(jīng)過環(huán)路濾波器去控制壓控振蕩器的相位和頻率，環(huán)路鎖定之后，是一

18、個很小的量。因此，VCO的輸出經(jīng)過二分頻后，就是所需的相關(guān)載波。 2121 留意，載波提取的方框圖中用了一個二分頻電路， 由于分頻起點(diǎn)的不確定性，使其輸出的載波相對于接納信號相位有180的相位模糊。 相位模糊對模擬通訊關(guān)系不大， 由于人耳聽不出相位的變化。但對數(shù)字通訊的影響就不同了， 它有能夠使2PSK相關(guān)解調(diào)后出現(xiàn)“反相任務(wù)的問題。 抑制相位模糊度對相關(guān)解調(diào)影響的最常用而又有效的方法是對調(diào)制器輸入的信息序列進(jìn)展差分編碼，即采用相對移相2DPSK，并且在解調(diào)后進(jìn)展差分譯碼恢復(fù)信息。 2 同相正交環(huán)法同相正交環(huán)法 同相正交環(huán)法又叫科斯塔斯同相正交環(huán)法又叫科斯塔斯Costas環(huán)，環(huán)， 它的原理框圖

19、它的原理框圖如圖如圖 10.2-8 所示。所示。 圖10.2-8 Costas 環(huán)法提取載波低通壓控振蕩器低通環(huán)路濾波器90 相移輸出輸入已調(diào)信號v3v5v1v2v4v6vd 在此環(huán)路中，壓控振蕩器VCO提供兩路互為正交的載波，與輸入接納信號分別在同相和正交兩個鑒相器中進(jìn)展鑒相，經(jīng)低通濾波之后的輸出均含調(diào)制信號， 兩者相乘后可以消除調(diào)制信號的影響， 經(jīng)環(huán)路濾波器得到僅與相位差有關(guān)的控制壓控，從而準(zhǔn)確地對壓控振蕩器進(jìn)展調(diào)整。 設(shè)輸入的抑制載波雙邊帶信號為m(t)cosct，并假定環(huán)路鎖定，且不思索噪聲的影響，那么VCO輸出的兩路互為正交的本地載波分別為 v1= cos(ct+) (10.2 -

20、8) v2= sin(ct+) 式中，為VCO輸出信號與輸入已調(diào)信號載波之間的相位誤差。 信號m(t) cosct分別與v1、 v2相乘后得 v3=m(t)cosctcos(ct+)= m(t)cos+ cos(2ct+) v4=m(t)cosct sin(ct+)= m(t)sin+sin(2ct+) 經(jīng)低通濾波后分別為v5= m(t)cos v6= m(t) sin 21212121 低通濾波器應(yīng)該允許m(t)經(jīng)過。v5、v6相乘產(chǎn)生誤差信號2sin)(81)(2tmtvd 當(dāng)m(t)為矩形脈沖的雙極性數(shù)字基帶信號時，m2(t)=1。 即使m(t)不為矩形脈沖序列，式中的m2(t)可以分解

21、為直流和交流分量。 由于鎖相環(huán)作為載波提取環(huán)時， 其環(huán)路濾波器的帶寬設(shè)計(jì)的很窄，只需m(t)中的直流分量可以經(jīng)過，因此vd可寫成 vd=Kd sin2 (10.2 - 15)假設(shè)我們把圖 10.2-8 中除環(huán)路濾波器LF和壓控振蕩器VCO以外的部分看成一個等效鑒相器PD，其輸出vd正是我們所需求的誤差電壓。 它經(jīng)過環(huán)路濾波器濾波后去控制VCO的相位和頻率，最終使穩(wěn)態(tài)相位誤差減小到很小的數(shù)值，而沒有剩余頻差即頻率與c同頻。此時VCO的輸出v1=cos(ct+)就是所需的同步載波，而 v5= m(t)cos m(t) 就是解調(diào)輸出。 2121 比較式10.2 - 7與式10.2 - 15可知，Co

22、stas環(huán)與平方環(huán)具有一樣的鑒相特性vd-曲線，如圖 10.2-9 所示。 由圖可知，=nn為恣意整數(shù)為PLL的穩(wěn)定平衡點(diǎn)。 VdKd0Kd圖10.2-9 平方環(huán)和Costas 環(huán)的鑒相特性 PLL任務(wù)時能夠鎖定在任何一個穩(wěn)定平衡點(diǎn)上，思索到在周期內(nèi)取值能夠?yàn)?或，這意味著恢復(fù)出的載波能夠與理想載波同相，也能夠反相。這種相位關(guān)系的不確定性，稱為0，的相位模糊度。 這是用PLL從抑制載波的雙邊帶信號2PSK或DSB中提取載波時不可防止的共同問題。不但在上述兩種環(huán)路中存在，在其他類型的載波恢復(fù)環(huán)路，如逆調(diào)制環(huán)、判決反響環(huán)、 松尾環(huán)等性能更好的環(huán)路中，也同樣存在；不但在2PSK 時存在，在多相移置信

23、號MPSK也同樣存在相位模糊度問題。 Costas環(huán)與平方環(huán)的異同點(diǎn): Costas環(huán)與平方環(huán)都是利用鎖相環(huán)PLL提取載波的常用方法。 Costas環(huán)與平方環(huán)相比，雖然在電路上要復(fù)雜一些， 但它的任務(wù)頻率即為載波頻率，而平方環(huán)的任務(wù)頻率是載波頻率的兩倍，顯然當(dāng)載波頻率很高時，任務(wù)頻率較低的Costas環(huán)易于實(shí)現(xiàn)； 其次，當(dāng)環(huán)路正常鎖定后，Costas環(huán)可直接獲得解調(diào)輸出，而平方環(huán)那么沒有這種功能。 3 3、再調(diào)制器、再調(diào)制器 第第3 3種提取相關(guān)載波的方法種提取相關(guān)載波的方法 原理方框圖原理方框圖載頻輸出90相移環(huán)路濾波壓控振蕩低 通s(t)abcdefg 任務(wù)原理任務(wù)原理接納信號和接納信號和

24、a點(diǎn)振蕩電壓相乘后得到的點(diǎn)振蕩電壓相乘后得到的c點(diǎn)電壓點(diǎn)電壓它經(jīng)過低通濾波后，在它經(jīng)過低通濾波后，在d 點(diǎn)的電壓為點(diǎn)的電壓為 vd 實(shí)踐上就是解調(diào)電壓，它受實(shí)踐上就是解調(diào)電壓，它受b點(diǎn)的振蕩電壓點(diǎn)的振蕩電壓在相乘器中再調(diào)制后，得出的在相乘器中再調(diào)制后，得出的e 點(diǎn)電壓等于點(diǎn)電壓等于上式的上式的ve 和信號和信號s(t)再次相乘，得到在再次相乘，得到在f點(diǎn)的電點(diǎn)的電壓壓 )2cos()cos()(21)cos()cos()(ttmtttmvcccc)cos()(21tmvd)2sin()sin()(41)sin()cos()(21tttmttmvccce)2sin()sin()cos()(412

25、ttttmvcccf)(2sin)(812tmvg)2sin()cos()sin()cos()(412tttttmcccc)( 2sin)( 2sin)( 2sin)(812tttmcc 將上式的控制電壓和科斯塔斯環(huán)的控制電壓式比較可見，這兩個方案中的壓控振蕩器的控制電壓一樣。vf 經(jīng)過窄帶低通濾波后，得到壓控振蕩器的控制電壓* 4 . 多相移置信號多相移置信號MPSK的載波提取的載波提取 當(dāng)數(shù)字信息經(jīng)過載波的當(dāng)數(shù)字信息經(jīng)過載波的M相調(diào)制發(fā)送時，可將上述方法推相調(diào)制發(fā)送時，可將上述方法推行，以獲取同步載波。行，以獲取同步載波。 一種基于平方變換法或平方環(huán)法的推行，是一種基于平方變換法或平方環(huán)法

26、的推行，是M次方變換法次方變換法或或M方環(huán)法，如圖方環(huán)法，如圖 10.2-10所示。所示。 例如從例如從4PSK信號中提取同步載波的四次方環(huán)，其鑒相器信號中提取同步載波的四次方環(huán)，其鑒相器輸出的誤差電壓為輸出的誤差電壓為 vd=Kd sin4 (10.2 - 16) 因此，因此，=n/2 n為恣意整數(shù)為四次方環(huán)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)，為恣意整數(shù)為四次方環(huán)的穩(wěn)定平衡點(diǎn)， 即有即有0、/2、3/2的穩(wěn)定任務(wù)點(diǎn)。這種景象稱為四重相位的穩(wěn)定任務(wù)點(diǎn)。這種景象稱為四重相位模糊度，或稱模糊度，或稱90的相位模糊。的相位模糊。 同理，同理，M次方環(huán)具有次方環(huán)具有M重相位模糊度，即所提取的載波具重相位模糊度，即所提取的載

27、波具有有360/M的相位模糊。處理的方法是采用的相位模糊。處理的方法是采用MDPSK。 圖 10.2-10 (b) M 方環(huán)提取載波圖10.2-10(a) 四相移置信號提取載波 另一種方法基于Costas環(huán)的推行，圖10.2-11 示出了從4PSK信號中提取載波的Costas環(huán)。 可以求得它的等效鑒相特性與式10.2 - 16一樣。 提取的載波也具有90的相位模糊。 這種方法實(shí)現(xiàn)起來比較復(fù)雜，在實(shí)踐中普通不采用。 低通/ 4低通/ 2低通/ 4低通VCO四相移相信號環(huán) 路濾 波 器vd圖 10.2-11 四相Costas環(huán)法的載波提取發(fā)送功率，因此效率要低一些。發(fā)送功率，因此效率要低一些。 2

28、、高精度、高精度 指接納端提取的載波與需求的載波規(guī)范比較，應(yīng)該有盡量指接納端提取的載波與需求的載波規(guī)范比較，應(yīng)該有盡量小的相位誤差。小的相位誤差。 如需求的同步載波為如需求的同步載波為cosct，提取的同步載波為，提取的同步載波為cos(ct+)，就是載波相位誤差，就是載波相位誤差，應(yīng)盡量小。應(yīng)盡量小。 通常通常分為穩(wěn)態(tài)相差分為穩(wěn)態(tài)相差e和隨機(jī)相差和隨機(jī)相差兩部分，即兩部分，即 =e+ (10.2 - 19) 穩(wěn)態(tài)相差與提取的電路親密相關(guān)，而隨機(jī)相差那么是由噪穩(wěn)態(tài)相差與提取的電路親密相關(guān)，而隨機(jī)相差那么是由噪聲引起。聲引起。3、同步建立時間、同步建立時間ts 指從開機(jī)或失步到同步所需求的時間。

29、指從開機(jī)或失步到同步所需求的時間。 顯然顯然ts越小越好。越小越好。 4、 同步堅(jiān)持時間同步堅(jiān)持時間tc 指同步建立后，假設(shè)同步信號小時，系統(tǒng)還能維持同步的指同步建立后，假設(shè)同步信號小時，系統(tǒng)還能維持同步的時間。時間。tc越大越好。越大越好。 這些目的與提取的電路、信號及噪聲的情況有關(guān)。這些目的與提取的電路、信號及噪聲的情況有關(guān)。 當(dāng)采用性能優(yōu)越的鎖相環(huán)提取載波時當(dāng)采用性能優(yōu)越的鎖相環(huán)提取載波時 這些目的主要取決這些目的主要取決于鎖相環(huán)的性能。于鎖相環(huán)的性能。 如：穩(wěn)態(tài)相差就是鎖相環(huán)的剩余相差，即e= ， 其中為壓控振蕩角頻率與輸入載波角頻率之差，KV是環(huán)路直流總增益； 隨機(jī)相差實(shí)踐是由噪聲引

30、起的輸出相位抖動，它與環(huán)路等效噪聲帶寬BL及輸入噪聲功率譜密度等有關(guān)，BL的大小反映了環(huán)路對輸入噪聲的濾除才干，BL越小，越?。?同步建立時間ts 詳細(xì)表現(xiàn)為鎖相環(huán)的捕捉時間； 同步堅(jiān)持時間tc 詳細(xì)表現(xiàn)為鎖相環(huán)的同步堅(jiān)持時間。 有關(guān)這方面的詳細(xì)討論，請參閱鎖相環(huán)教材。 vkw 三. 載波相位誤差對解調(diào)性能的影響 對解調(diào)性能的影響主要表達(dá)為所提取的載波與接納信號中的載波的相位誤差。 相位誤差對不同信號的解調(diào)所帶來的影響是不同的。我們首先研討DSB和PSK的解調(diào)情況。 DSB和2PSK信號都屬于雙邊帶信號，具有類似的表示方式。設(shè)DSB信號為m(t) cosct，所提取的相關(guān)載波為cos(ct+)

31、，這時解調(diào)輸出m(t)為 m(t)= m(t) cos (9.2 - 20)假設(shè)沒有相位差，即=0，cos=1，那么解調(diào)輸出m(t)= m(t)，這時信號有最大幅度； 假設(shè)存在相位差，即0 時，cos1，解調(diào)后信號幅度下降，使功率和信噪功率比下降 cos2 倍。 2121 對于2PSK信號，信噪功率比下降將使誤碼率添加。假設(shè)=0時 那么0 時)(210nEerfcPe)cos(210nEerfcPe 以上闡明， 載波相位誤差引起雙邊帶解調(diào)系統(tǒng)的信噪比下降，誤碼率添加。當(dāng)近似為常數(shù)時，不會引起波形失真。然而，對單邊帶和殘留邊帶解調(diào)而言，相位誤差不僅引起信噪比下降，而且還引起輸出波形失真。 下面以

32、單邊帶信號為例，闡明這種失真是如何產(chǎn)生的。設(shè)單音基帶信號m(t)=cost，且單邊帶信號取上邊帶(10.2 - 21)(10.2 - 22)twc)cos(21 所提取的相關(guān)載波為cos(ct+)，相關(guān)載波與已調(diào)信號相乘得 經(jīng)低通濾除高頻即得解調(diào)輸出 式10.2 - 23中的第一項(xiàng)與原基帶信號相比，由于cos的存在，使信噪比下降了；第二項(xiàng)是與原基帶信號正交的項(xiàng)，它使恢復(fù)的基帶信號波形失真，推行到多頻信號時也將引起波形的失真。假設(shè)用來傳輸數(shù)字信號，波形失真會產(chǎn)生碼間干擾，使誤碼率大大添加，因此應(yīng)盡能夠使減小。 )cos()2cos(41)cos()cos(21tttwtwtwcccsinsin4

33、1coscos41)cos(41)(ttttm(10.2 - 23) 作作 業(yè)業(yè)思索題自作：思索題自作： P435 13-1、13-2 作作 業(yè)：業(yè)：P435 *13-1 自作自作 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 碼元同步與載波同步的異同碼元同步與載波同步的異同點(diǎn)點(diǎn) 碼元同步的目的與分類碼元同步的目的與分類 外同步法外同步法 自同步法自同步法 碼元同步誤差對于誤碼率的碼元同步誤差對于誤碼率的影響影響 一、碼元同步與載波同步的異同點(diǎn) 1、碼元同步：是指在接納端的基帶信號中提取碼元定時的過程。 2、碼元同步與載波同步有一定的類似和區(qū)別 載波同步是相關(guān)解調(diào)的根底，不論模擬通訊還是數(shù)字通訊只需是采用相關(guān)解調(diào)都需求載

34、波同步，并且在基帶傳輸時沒有載波同步問題； 所提取的載波同步信息是載頻為 fc的正弦波，要求它與接納信號的載波同頻同相。實(shí)現(xiàn)方法有插入導(dǎo)頻法和直接法。 碼元同步是正確取樣判決的根底，只需數(shù)字通訊才需碼元同步是正確取樣判決的根底，只需數(shù)字通訊才需求，求， 并且不論基帶傳輸還是頻帶傳輸都需求碼元同步；并且不論基帶傳輸還是頻帶傳輸都需求碼元同步； 所提取的碼元同步信息是頻率等于碼速率的定時脈沖，所提取的碼元同步信息是頻率等于碼速率的定時脈沖，相位那么根據(jù)判決時信號波形決議，能夠在碼元中間，也能相位那么根據(jù)判決時信號波形決議，能夠在碼元中間，也能夠在碼元終止時辰或其他時辰。夠在碼元終止時辰或其他時辰。

35、 實(shí)現(xiàn)方法也有插入導(dǎo)頻法和直接法。實(shí)現(xiàn)方法也有插入導(dǎo)頻法和直接法。二、碼元同步的目的與分類二、碼元同步的目的與分類1、碼元同步目的：在準(zhǔn)確的時辰對接納碼元進(jìn)展判、碼元同步目的：在準(zhǔn)確的時辰對接納碼元進(jìn)展判決，以及對接納碼元能量正確積分。決，以及對接納碼元能量正確積分。2、碼元同步方法：從接納碼元的起止時辰產(chǎn)生一個、碼元同步方法：從接納碼元的起止時辰產(chǎn)生一個碼元同步脈沖序列，或稱定時脈沖序列。碼元同步脈沖序列，或稱定時脈沖序列。3、碼元同步方法分類：、碼元同步方法分類：外同步法：它是一種利用輔助信息同步的方法，需求外同步法：它是一種利用輔助信息同步的方法，需求在信號中另外參與包含碼元定時信息的導(dǎo)

36、頻或數(shù)據(jù)序在信號中另外參與包含碼元定時信息的導(dǎo)頻或數(shù)據(jù)序列。列。自同步法，它不需求輔助同步信息，直接從信息碼元自同步法，它不需求輔助同步信息，直接從信息碼元中提取出碼元定時信息。顯然，這種方法要求在信息中提取出碼元定時信息。顯然，這種方法要求在信息碼元序列中含有碼元定時信息。碼元序列中含有碼元定時信息。 利用信息碼元頻譜中的利用信息碼元頻譜中的“空隙處，插入同步信息空隙處，插入同步信息外同步法目前采用不多。外同步法目前采用不多。Of1 / (2T)S( f )S( f )1 / TfO(a)(b)圖 10.3-1 插入導(dǎo)頻法頻譜圖 在接納端， 對圖 10.3-1a的情況，經(jīng)中心頻率為1/T的窄

37、帶濾波器，就可從解調(diào)后的基帶信號中提取出位同步所需的信號，這時，位同步脈沖的周期與插入導(dǎo)頻的周期一致； 對圖 10.3-1b的情況, 窄帶濾波器的中心頻率應(yīng)為1/2T ， 所提取的導(dǎo)頻需經(jīng)倍頻后，才得所需的位同步脈沖。 其中，圖(a)為常見的雙極性不歸零基帶信號的功率譜， 插入導(dǎo)頻的位置是1/T ； 圖(b)表示經(jīng)某種相關(guān)變換的基帶信號， 其譜的第一個零點(diǎn)為 1/2T ，插入導(dǎo)頻應(yīng)在1/2T 處。 圖 10.3-2 畫出了插入位定時導(dǎo)頻的系統(tǒng)框圖，它對應(yīng)于圖 10.3-1b所示譜的情況。 發(fā)端插入的導(dǎo)頻為1/2T ，接納端在解調(diào)后設(shè)置了1/2T窄帶濾波器，其作用是取出位定時導(dǎo)頻。 移相、倒相和

38、相加電路是為了從信號中消去插入導(dǎo)頻，使進(jìn)入取樣判決器的基帶信號沒有插入導(dǎo)頻。這樣做是為了防止插入導(dǎo)頻對取樣判決的影響。圖 10.3-2 插入位定時導(dǎo)頻系統(tǒng)框圖 (a) 發(fā)送端； (b) 接納端(a)帶通相乘低通同步載波提取窄帶濾波 移相倒相相加波形反變換取樣判決12 T移相放大限幅微分全波整流整形輸入信號1T12 Tfc(b)相關(guān)編碼器 相加調(diào)制位定時導(dǎo)頻12 Tcos ct信道 與插入載波導(dǎo)頻法相比，它們消除插入導(dǎo)頻影響的方法各不一樣，載波同步中采用正交插入，而碼元同步中采用反向相消的方法。 這是由于載波同步在接納端進(jìn)展相關(guān)解調(diào)時，相關(guān)解調(diào)器有很好的抑制正交載波的才干， 它不需另加電路就能抑

39、制正交載波，因此載波同步采用正交插入。 而位定時導(dǎo)頻是在基帶參與，它沒有相關(guān)解調(diào)器，故不能采用正交插入。 為了消除導(dǎo)頻對基帶信號取樣判決的影響， 碼元同步采用了反相相消。 此外， 由于窄帶濾波器取出的導(dǎo)頻為1/(2T) ，圖中微分全波整流起到了倍頻的作用，產(chǎn)生與碼元速率一樣的位定時信號1/T。圖中兩個移相器都是用來消除窄帶濾波器等引起的相移， 這兩個移相器可以合用。 *2、包絡(luò)調(diào)制法：是另一種導(dǎo)頻插入的方法。 這種方法是用碼元同步信號的某種波形對恒包絡(luò)數(shù)字已調(diào)信號如移相鍵控或移頻鍵控信號進(jìn)展附加的幅度調(diào)制，使其包絡(luò)隨著位同步信號波形變化。在接納端只需進(jìn)展包絡(luò)檢波，就可以構(gòu)成碼元同步信號。 設(shè)移

40、相鍵控的表達(dá)式為 s1(t)= cosct+(t) 利用含有碼元同步信號的某種波形對s1(t)進(jìn)展幅度調(diào)制， 假設(shè)這種波形為升余弦波形，那么其表示式為 式中的=2/T，T為碼元寬度。幅度調(diào)制后的信號為)cos1 (21)(ttm 接納端對s2(t)進(jìn)展包絡(luò)檢波，包絡(luò)檢波器的輸出為 除去直流分量后，就可獲得碼元同步信號 。 除了以上兩種在頻域內(nèi)插入碼元同步導(dǎo)頻之外，還可以在時域內(nèi)插入，其原理與載波時域插入方法類似。 tcos21)cos1 (21t)(cos)cos1 (21)()()(12ttwttstmtsc1延遲相乘法延遲相乘法相乘器輸入和輸出的波形：相乘器輸入和輸出的波形：延遲相乘后碼元

41、波形的后一延遲相乘后碼元波形的后一半永遠(yuǎn)是正值；而前一半那么半永遠(yuǎn)是正值；而前一半那么當(dāng)輸入形狀有改動時為負(fù)值。當(dāng)輸入形狀有改動時為負(fù)值。因此，變換后的碼元序列的因此，變換后的碼元序列的頻譜中就產(chǎn)生了碼元速率的頻譜中就產(chǎn)生了碼元速率的分量。分量。延遲時間等于碼元時間一半延遲時間等于碼元時間一半時，碼元速率分量最強(qiáng)。時，碼元速率分量最強(qiáng)。c延遲T/2ab放大限幅窄帶濾波(c)(b)(a)原理方框圖原理方框圖2 2、開環(huán)碼元同步法、開環(huán)碼元同步法( (非線性變換同步法非線性變換同步法) )*(2) 包絡(luò)檢波包絡(luò)檢波-濾波法濾波法 這是一種從頻帶受限的中頻這是一種從頻帶受限的中頻PSK信號中提取碼元

42、同步信號中提取碼元同步信息的方法，其波形圖如圖信息的方法，其波形圖如圖10.3-4所示。所示。OOO(a)(b)(c)ttt圖 10.3-4 從2PSK信號中提取位同步信息 當(dāng)接納端帶通濾波器的帶寬小于信號帶寬時，使頻帶受限的2PSK信號在相鄰碼元相位反轉(zhuǎn)點(diǎn)處構(gòu)成幅度的“陷落。 經(jīng)包絡(luò)檢波后得到圖 10.3-4(b)所示的波形，它可看成是不斷流與圖 10.3-4(c)所示的波形相減， 而圖(c)波形是具有一定脈沖外形的歸零脈沖序列，含有位同步的線譜分量， 可用窄帶濾波器取出。 3微分整流法原理微分整流法原理 用微分整流電路去檢測矩形碼元脈沖的邊沿，微分電路用微分整流電路去檢測矩形碼元脈沖的邊沿

43、，微分電路的輸出是正負(fù)窄脈沖，它經(jīng)過整流后得到正脈沖序列。的輸出是正負(fù)窄脈沖，它經(jīng)過整流后得到正脈沖序列。 得到正脈沖序列的頻譜中就包含有碼元速率的分量。得到正脈沖序列的頻譜中就包含有碼元速率的分量。 由于微分電路對于寬帶噪聲很敏感，所以在輸入端用一由于微分電路對于寬帶噪聲很敏感，所以在輸入端用一個低通濾波器。個低通濾波器。 但是，加用低通濾波器后又會使碼元波形的邊沿變緩，但是，加用低通濾波器后又會使碼元波形的邊沿變緩，使微分后的波形上升和下降也變慢，所以該當(dāng)對低通濾波器使微分后的波形上升和下降也變慢，所以該當(dāng)對低通濾波器的截止頻率作折中選取。的截止頻率作折中選取。4同步誤差同步誤差(由于隨機(jī)

44、噪聲疊加在接納信號上由于隨機(jī)噪聲疊加在接納信號上,使所提使所提取的碼元同步信息產(chǎn)生誤差取的碼元同步信息產(chǎn)生誤差,這個誤差是一個隨機(jī)量這個誤差是一個隨機(jī)量) 假設(shè)窄帶濾波器的帶寬等于假設(shè)窄帶濾波器的帶寬等于1/KT，其中，其中K為一個常為一個常數(shù)，那么提取同步的時間誤差比例為：數(shù)，那么提取同步的時間誤差比例為： T 碼元繼續(xù)時間；碼元繼續(xù)時間； Eb 碼元能量；碼元能量； n0 單邊噪聲功率譜密度。單邊噪聲功率譜密度。 只需接納信噪比大，上述方案能保證足夠準(zhǔn)確的碼只需接納信噪比大，上述方案能保證足夠準(zhǔn)確的碼元同步。元同步。0/33.0nKETb18, 50KnEb式中， 同步誤差時間的均值； (

45、5)開環(huán)碼元同步的主要缺陷：開環(huán)碼元同步的主要缺陷： 同步跟蹤誤差的平均值不等于零。同步跟蹤誤差的平均值不等于零。 使信噪比增大可以降低此跟蹤誤差，但是由于是直接從接使信噪比增大可以降低此跟蹤誤差，但是由于是直接從接納信號波形中提取同步，所以跟蹤誤差永遠(yuǎn)不能夠?yàn)榱恪＜{信號波形中提取同步，所以跟蹤誤差永遠(yuǎn)不能夠?yàn)榱恪?處理的方法：處理的方法： 采用閉環(huán)碼元同步，將接納信號和本地產(chǎn)生的碼元定時信采用閉環(huán)碼元同步，將接納信號和本地產(chǎn)生的碼元定時信號相比較，使本地的定時信號和接納碼元波形的轉(zhuǎn)變點(diǎn)堅(jiān)持號相比較，使本地的定時信號和接納碼元波形的轉(zhuǎn)變點(diǎn)堅(jiān)持同步，該方法類似載波同步中的鎖相環(huán)法。同步，該方法類

46、似載波同步中的鎖相環(huán)法。3、閉環(huán)碼元同步法、閉環(huán)碼元同步法“超前超前/滯后門同步器：滯后門同步器：原理方框圖原理方框圖超前門滯后門環(huán) 路濾 波 | | | | +壓 控振 蕩+-u1u2|u1|u2|e=|u2|-|u1|m(t)門 波 形產(chǎn) 生dTdt0Tddt 任務(wù)原理Tdd+1-1超前門滯后門(a) 同步形狀(b) 超前形狀d+1-1超前門滯后門T2積分時間 存在的問題和處理方法存在的問題和處理方法 在上面討論中曾經(jīng)假定接納信號中的碼元波形有突跳在上面討論中曾經(jīng)假定接納信號中的碼元波形有突跳邊沿。邊沿。 假設(shè)它沒有突跳邊沿，那么無論有無同步時間誤差，假設(shè)它沒有突跳邊沿，那么無論有無同步時

47、間誤差，超前門和滯后門的積分結(jié)果總是相等，這樣就沒有誤超前門和滯后門的積分結(jié)果總是相等，這樣就沒有誤差信號去控制壓控振蕩器，故不能運(yùn)用此法獲得同步。差信號去控制壓控振蕩器，故不能運(yùn)用此法獲得同步。 這個問題在一切自同步法的碼元同步器中都存在，在這個問題在一切自同步法的碼元同步器中都存在，在設(shè)計(jì)時必需加以思索。此外，由于兩個支路積分器的設(shè)計(jì)時必需加以思索。此外，由于兩個支路積分器的性能也不能夠做得完全一樣。性能也不能夠做得完全一樣。這樣將使本來應(yīng)該等于零的誤差值產(chǎn)生偏向；當(dāng)接納碼元序列中較長時間沒有突跳邊沿時，此誤差值偏向繼續(xù)地加在壓控振蕩器上，使振蕩頻率繼續(xù)偏移，從而會使系統(tǒng)失去同步。為了使接

48、納碼元序列中不會長時間地沒有突跳邊沿，可以在發(fā)送時對基帶碼元的傳輸碼型作某種變換，例如改用HDB3碼，或用擾亂技術(shù)，使發(fā)送碼元序列不會長時間地沒有突跳邊沿。 碼元信號，有突變的邊沿和無突變的邊沿各占碼元信號，有突變的邊沿和無突變的邊沿各占1/2。TnEerfcnEerfcPbbe21414100故在有相位誤差時的平均誤碼率為021nEerfcPbe以等概率2PSK信號為例，其最正確誤碼率為： 作作 業(yè)業(yè)思索題自作：思索題自作： P435 13-9，13-13 作作 業(yè)：業(yè)：P435 *13-3設(shè)備的群定時與接納到的信號中的群定時處于同步設(shè)備的群定時與接納到的信號中的群定時處于同步形狀。形狀。2

49、、實(shí)現(xiàn)群同步方法、實(shí)現(xiàn)群同步方法 1外同步法：是在發(fā)送的數(shù)字信號序列中插入群同步外同步法：是在發(fā)送的數(shù)字信號序列中插入群同步脈沖或群同步碼作為群字、句、幀的起始標(biāo)志，接納端脈沖或群同步碼作為群字、句、幀的起始標(biāo)志，接納端根據(jù)這些特殊碼組的位置可以實(shí)現(xiàn)群同步。根據(jù)這些特殊碼組的位置可以實(shí)現(xiàn)群同步。 采用的方法是起止式同步法和插入特殊同步碼組的同步采用的方法是起止式同步法和插入特殊同步碼組的同步法。而插入特殊同步碼組的方法有兩種：一種為銜接式插入法。而插入特殊同步碼組的方法有兩種：一種為銜接式插入法集中插入，另一種為間隔式插入法分散插入。法集中插入，另一種為間隔式插入法分散插入。 2自同步法：不需

50、求外加的特殊碼組，類似于載波同自同步法：不需求外加的特殊碼組，類似于載波同步和位同步中的直接法，利用數(shù)據(jù)碼組本身之間彼此不同的步和位同步中的直接法，利用數(shù)據(jù)碼組本身之間彼此不同的特性實(shí)現(xiàn)自同步。特性實(shí)現(xiàn)自同步。集中插入信息碼組同步碼組信息碼組信息碼組信息碼組同步碼組同步碼組 適用于要求快速建立同步的地方，或延續(xù)傳輸信息并且每次傳輸時間很短的場所。 分散插入 適用于延續(xù)傳輸信息之處，例如數(shù)字系統(tǒng)中。信息碼組信息碼組信息碼組同步碼元同步碼元同步碼組同步碼元同步碼元3、同步電路的形狀：、同步電路的形狀：捕捉態(tài)：在捕捉態(tài)時，確認(rèn)搜索到群同步碼的條件必需捕捉態(tài)：在捕捉態(tài)時，確認(rèn)搜索到群同步碼的條件必需規(guī)

51、定得很高，以防發(fā)生假同步。規(guī)定得很高，以防發(fā)生假同步。堅(jiān)持態(tài)：一旦確認(rèn)到達(dá)同步形狀后，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入堅(jiān)持態(tài)。堅(jiān)持態(tài)：一旦確認(rèn)到達(dá)同步形狀后，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入堅(jiān)持態(tài)。在堅(jiān)持態(tài)下，仍須不斷監(jiān)視同步碼的位置能否正確。在堅(jiān)持態(tài)下，仍須不斷監(jiān)視同步碼的位置能否正確。但是，這時為了防止由于噪聲引起的個別錯誤導(dǎo)致以但是，這時為了防止由于噪聲引起的個別錯誤導(dǎo)致以為失去同步，應(yīng)該降低判別同步的條件，以使系統(tǒng)穩(wěn)為失去同步，應(yīng)該降低判別同步的條件，以使系統(tǒng)穩(wěn)定任務(wù)。定任務(wù)。 銜接插入法的關(guān)鍵是尋覓實(shí)現(xiàn)群同步的特殊碼組。銜接插入法的關(guān)鍵是尋覓實(shí)現(xiàn)群同步的特殊碼組。對該碼組的根本要求是：對該碼組的根本要求是： 具有鋒利單峰特性的自相

52、關(guān)函數(shù)；具有鋒利單峰特性的自相關(guān)函數(shù)； 便于與信息碼區(qū)別；便于與信息碼區(qū)別； 碼長適當(dāng)，以保證傳輸效率。碼長適當(dāng)，以保證傳輸效率。 符合上述要求的特殊碼組有：全符合上述要求的特殊碼組有：全0碼、全碼、全1碼、碼、1與與0交交替碼、替碼、 巴克碼、基群幀同步碼巴克碼、基群幀同步碼0011011。 目前常用的群同步碼組是巴克碼。目前常用的群同步碼組是巴克碼。 2. 巴克碼 巴克碼是一種有限長的非周期序列。 定義： 一個n位長的碼組x1, x2, x3， ，xn，其中xi的取值為+1或1， 假設(shè)它的部分相關(guān)函數(shù)njnjjnxxjRjijnii,00 , 100,)(1或 那么稱這種碼組為巴克碼，其中

53、j表示錯開的位數(shù)。 目前已找到的一切巴克碼組如表 10 -1 所示。其中的、號表示xi的取值為+1、 -1，分別對應(yīng)二進(jìn)制碼的“1或“0。 表表 10- 1 巴克碼組巴克碼組 n巴克碼組2 (11) _3 3 110 _64(1110)； (1101) _E,D5 (11101) _1D7(1110010) _7211(11100010010) _712 13(1111100110101) _1F35 以7位巴克碼組+ + + - - + -為例， 它的部分自相關(guān)函數(shù)如下： 當(dāng)j=0時， 當(dāng)j=1時， 同樣可求出j=3，5，7時Rj=0； j=2，4，6時Rj=-1。 根據(jù)這些值，利用偶函數(shù)性

54、質(zhì)，可以作出7位巴克碼的Rj與j的關(guān)系曲線， 如圖 10.4-2 所示。 由圖可見，其自相關(guān)函數(shù)在j=0時具有鋒利的單峰特性。 這一特性正是銜接式插入群同步碼組的主要要求之一。 71111111)(712iixjR0111111)(611iiixxjR圖 10.4-2 7位巴克碼的自相關(guān)函數(shù) 3. 巴克碼識別器 仍以7位巴克碼為例。用7級移位存放器、相加器和判決器就可以組成一個巴克碼識別器，如圖10.4-3 所示。01(7)01(6)01(5)0 1(4)01(3)01(2)01(1)相 加判決輸入碼元移位方向圖 10 .4-3 巴克碼識別器 當(dāng)輸入碼元的“1進(jìn)入某移位存放器時，該移位存放器的

55、1端輸出電平為+1，0端輸出電平為-1。反之，進(jìn)入“0碼時，該移位存放器的0端輸出電平為+1，1端輸出電平為-1。 各移位存放器輸出端的接法與巴克碼的規(guī)律一致, 這樣識別器實(shí)踐上是對輸入的巴克碼進(jìn)展相關(guān)運(yùn)算。 當(dāng)一幀信號到來時，首先進(jìn)入識別器的是群同步碼組， 只需當(dāng)7位巴克碼在某一時辰如圖10.4-4(a)中的t1正好已全部進(jìn)入7位存放器時，7位移位存放器輸出端都輸出+1，相加后得最大輸出+7，其他情況相加結(jié)果均小于+7。 假設(shè)判別器的判決門限電平定為+6，那么就在7位巴克碼的最后一位0進(jìn)入識別器時，識別器輸出一個同步脈沖表示一群的開頭，如圖 10.4-4(b)所示。 圖 10.4-4 識別器

56、的輸出波形11100101110010巴克碼信息碼信息碼ttt1t1一群識別器輸入識別器輸出(a)(b) 巴克碼用于群同步是常見的，但并不是獨(dú)一的， 只需具有良好特性的碼組均可用于群同步，例如PCM30/32路基群的銜接隔幀插入的幀同步碼為00110111B。 4、集中插入法群同步碼檢測流程、集中插入法群同步碼檢測流程 初始化 (將同步形狀設(shè)為捕捉態(tài))移1位開場N等待下一同步碼組Y堅(jiān)持態(tài)捕捉態(tài)NY計(jì)算R(j)(N-2)?計(jì)算R(j) = N? 三、分散插入法 分散插入法又稱為間隔式插入法，它是將群同步碼以分散的方式均勻插入信息碼流中。 這種方式比較多地用在多路數(shù)字電路系統(tǒng)中，如PCM 24路基

57、群設(shè)備以及一些簡單的M系統(tǒng)普通都采用1、0交替碼型作為幀同步碼間隔插入的方法。 即一幀插入“1碼，下一幀插入“0碼，如此交替插入。由于每幀只插一位碼，那么它與信碼混淆的概率那么為1/2， 這樣似乎無法識別同步碼，但是這種插入方式在同步捕獲時我們不是檢測一幀兩幀，而是延續(xù)檢測數(shù)十幀，每幀都符合“1、 “0交替的規(guī)律才確認(rèn)同步。 分散插入的最大特點(diǎn):是同步碼不占用信息時隙， 每幀的傳輸效率較高，但是同步捕獲時間較長，它較適宜于延續(xù)發(fā)送信號的通訊系統(tǒng)， 假設(shè)是斷續(xù)發(fā)送信號，每次捕獲同步需求較長的時間，反而降低效率。 詳細(xì)方法，多采用軟件的方法，不再采用硬件邏輯電路實(shí)現(xiàn)。軟件搜索方法分為移位搜索法和存

58、儲檢測法。1、移位搜索法、移位搜索法系統(tǒng)開場處于捕捉態(tài)。系統(tǒng)開場處于捕捉態(tài)。對接納碼元逐個調(diào)查，假設(shè)調(diào)查的第一個接納碼元就發(fā)現(xiàn)對接納碼元逐個調(diào)查，假設(shè)調(diào)查的第一個接納碼元就發(fā)現(xiàn)它符合群同步碼元的要求，那么暫時假定它就是群同步它符合群同步碼元的要求，那么暫時假定它就是群同步碼元；碼元；在等待一個周期后，再調(diào)查下一個預(yù)期位置上的碼元能否在等待一個周期后，再調(diào)查下一個預(yù)期位置上的碼元能否還符合要求。假設(shè)延續(xù)還符合要求。假設(shè)延續(xù)n個周期都符合要求，就以為捕捉個周期都符合要求，就以為捕捉到了群同步碼。到了群同步碼。假設(shè)第一個接納碼元不符合要求或在假設(shè)第一個接納碼元不符合要求或在n個周期內(nèi)出現(xiàn)一次個周期內(nèi)

59、出現(xiàn)一次被調(diào)查的碼元不符合要求，那么推遲一位調(diào)查下一個接被調(diào)查的碼元不符合要求，那么推遲一位調(diào)查下一個接納碼元。直至找到符合要求的碼元并堅(jiān)持延續(xù)納碼元。直至找到符合要求的碼元并堅(jiān)持延續(xù)n個周期都個周期都符合為止；這時捕捉態(tài)轉(zhuǎn)為堅(jiān)持態(tài)。符合為止；這時捕捉態(tài)轉(zhuǎn)為堅(jiān)持態(tài)。 在堅(jiān)持態(tài)，同步電路依然要不斷調(diào)查同步碼能否正確，但是為了防止調(diào)查時因噪聲偶爾發(fā)生一次錯誤而導(dǎo)致錯以為失去同步，普通可以規(guī)定在延續(xù)n個周期內(nèi)發(fā)生m次(m 0，即接納偽碼相位超前，那么控制電壓Vc為正值，使壓控振蕩器的振蕩頻率上升；假設(shè) 0，即接納偽碼相位滯后，那么控制電壓Vc為負(fù)值，使壓控振蕩器的振蕩頻率下降。這樣就使跟蹤環(huán)路鎖定在

60、接納偽碼的相位上。 0Vc|R( - Tc/2)|- | R ( +Tc/2)|R( +Tc/2) -R( - Tc/2)Tc/2 接納信號的解擴(kuò)：在原理方框圖中還示出，為了對接納信號解擴(kuò)，用早相關(guān)器的本地偽碼，加以延遲半個碼片時間Tc/2，使之和接納偽碼同相，然后送到第三個相乘器，和接納信號相乘，進(jìn)展解擴(kuò)。 缺陷：延遲鎖定跟蹤環(huán)的兩個支路特性必需準(zhǔn)確一樣，否那么合成的控制電壓特性曲線能夠偏移，使跟蹤誤差()為0時，控制電壓Vc不為0。此外，當(dāng)跟蹤準(zhǔn)確使控制電壓值長時間為0時，跟蹤環(huán)路有能夠發(fā)生不穩(wěn)定景象，特別是在有自動調(diào)整環(huán)路增益的一些較復(fù)雜的跟蹤環(huán)路中。下面將引見的抖動跟蹤環(huán)抑制了這些缺陷