第11章 同步原理_sxq

1、2022-7-3第第 1 1 頁(yè)頁(yè)11.1 載波同步載波同步11.0 引言引言11.2 位同步位同步第十一章 同步原理11.3 幀同步幀同步2022-7-3第第 2 2 頁(yè)頁(yè) 為使整個(gè)通信系統(tǒng)有序、準(zhǔn)確、可靠地工為使整個(gè)通信系統(tǒng)有序、準(zhǔn)確、可靠地工作，收、發(fā)必須有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，即定作，收、發(fā)必須有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，即定時(shí)系統(tǒng)。依靠定時(shí)系統(tǒng)去完成收、發(fā)雙方時(shí)間時(shí)系統(tǒng)。依靠定時(shí)系統(tǒng)去完成收、發(fā)雙方時(shí)間的一致性，即同步。的一致性，即同步。 （數(shù)字，模擬）數(shù)字，模擬）11.0 引言一、同步的目的一、同步的目的2022-7-3第第 3 3 頁(yè)頁(yè) 載波同步載波同步：在接收端得到一個(gè)與發(fā)端同頻同相的

2、載：在接收端得到一個(gè)與發(fā)端同頻同相的載波。波。 位同步位同步：在接收端產(chǎn)生一個(gè)與接收碼元頻率和相位：在接收端產(chǎn)生一個(gè)與接收碼元頻率和相位吻合的脈沖序列。吻合的脈沖序列。 幀同步（群同步）幀同步（群同步）：在接收端產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)志每幀首：在接收端產(chǎn)生一個(gè)標(biāo)志每幀首尾的定時(shí)脈沖。尾的定時(shí)脈沖。 網(wǎng)同步網(wǎng)同步：為使數(shù)字通信網(wǎng)有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)而：為使數(shù)字通信網(wǎng)有一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間基準(zhǔn)而進(jìn)行的同步。使整個(gè)網(wǎng)有統(tǒng)一時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。進(jìn)行的同步。使整個(gè)網(wǎng)有統(tǒng)一時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)。1、按不同的功用分：、按不同的功用分：二、同步的分類二、同步的分類2022-7-3第第 4 4 頁(yè)頁(yè) 2、按同步信息傳輸方式的不同：、按同步信息傳輸方式

3、的不同： 外同步法外同步法：由發(fā)端插入專門的同步信息，接收端提取檢：由發(fā)端插入專門的同步信息，接收端提取檢測(cè)出同步信息的方法。測(cè)出同步信息的方法。 自同步法自同步法：收端直接從信號(hào)中提取同步信息的方法。：收端直接從信號(hào)中提取同步信息的方法。2022-7-3第第 5 5 頁(yè)頁(yè)11.1 載波同步載波同步11.0 引言引言11.2 位同步位同步第十一章 同步原理11.3 幀同步幀同步2022-7-3第第 6 6 頁(yè)頁(yè)11.1 載波同步 直接法也稱直接法也稱自同步法自同步法，是指從接收信號(hào)中提取同步載波。，是指從接收信號(hào)中提取同步載波。有些信號(hào)，如有些信號(hào)，如DSB-SCDSB-SC、PSKPSK等，

4、它們雖然本身不直接含有載波等，它們雖然本身不直接含有載波分量，但經(jīng)過(guò)某種非線性變換后，將具有載波的諧波分量，因分量，但經(jīng)過(guò)某種非線性變換后，將具有載波的諧波分量，因而可從中提取出載波分量來(lái)。而可從中提取出載波分量來(lái)。 載波同步是指在相干解調(diào)時(shí)，接收端需要提供一載波同步是指在相干解調(diào)時(shí)，接收端需要提供一個(gè)與接收信號(hào)中的調(diào)制載波同頻同相的相干載波。這個(gè)與接收信號(hào)中的調(diào)制載波同頻同相的相干載波。這個(gè)載波的獲取稱為個(gè)載波的獲取稱為載波提取或載波同步載波提取或載波同步。一一、直接提取法直接提取法2022-7-3第第 7 7 頁(yè)頁(yè)1、信號(hào)中含有載頻分量、信號(hào)中含有載頻分量帶通帶通窄帶窄帶濾波器濾波器900

5、相移相移低通低通0f tu0 00sincosAx ttat0cosat0sinat txAa22022-7-3第第 8 8 頁(yè)頁(yè)非線性變換法非線性變換法2、信號(hào)中不含有載頻分量、信號(hào)中不含有載頻分量 1) 平方變換法平方變換法)(tni帶通帶通低通低通)(tf 平方部件平方部件2分頻分頻 窄帶濾波窄帶濾波)(te02 f0f(t)u0(t)2022-7-3第第 9 9 頁(yè)頁(yè) 接收端信號(hào)：接收端信號(hào)：經(jīng)過(guò)平方律器件：經(jīng)過(guò)平方律器件：0( )( )coss tm tt222200( )cos2( )( )( )cos22m ttm te tm tt 含有載波分量二倍頻含有載波分量二倍頻, ,用窄

6、帶濾波器濾出后進(jìn)行二分頻，用窄帶濾波器濾出后進(jìn)行二分頻，就可獲得所需的相干載波。就可獲得所需的相干載波。平方律部件輸入已調(diào)信號(hào)e(t)2fc窄帶濾波器二 分 頻載波輸出平方變換法提取載波平方變換法提取載波2022-7-3第第 1010 頁(yè)頁(yè) 實(shí)際中為了改善平方變換法的性能，使恢復(fù)的相干載實(shí)際中為了改善平方變換法的性能，使恢復(fù)的相干載波更為純凈，窄帶濾波器常用鎖相環(huán)代替。波更為純凈，窄帶濾波器常用鎖相環(huán)代替。平方律部件輸入已調(diào)信號(hào)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)平方環(huán)法提取載波平方環(huán)法提取載波 鎖相環(huán)具有良好的跟蹤、窄帶濾波和記憶功能，平方環(huán)法鎖相環(huán)具有良好的跟

7、蹤、窄帶濾波和記憶功能，平方環(huán)法比一般的平方變換法具有更好的性能。因此，平方環(huán)法提取載比一般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應(yīng)用。波得到了較廣泛的應(yīng)用。 2) 平方環(huán)法平方環(huán)法2022-7-3第第 1111 頁(yè)頁(yè)多相移相信號(hào)（多相移相信號(hào)（MPSKMPSK）的載波提取的載波提取M M 次方環(huán)提取載波次方環(huán)提取載波M 方律器件調(diào)諧到Mfc 的帶通濾波器環(huán)路濾波器sin(2fct2)VCO分頻器M輸出接收信號(hào)2022-7-3第第 1212 頁(yè)頁(yè)3) 同相正交環(huán)法同相正交環(huán)法科斯塔斯科斯塔斯（Costas）環(huán)環(huán) 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(hào)v

8、3v5v1v2v4v6vd 壓控振蕩器（壓控振蕩器（VCOVCO）提供兩路正交載波，與輸入接收信號(hào)分）提供兩路正交載波，與輸入接收信號(hào)分別進(jìn)行同相和正交鑒相后相乘，可以消除調(diào)制信號(hào)的影響，經(jīng)別進(jìn)行同相和正交鑒相后相乘，可以消除調(diào)制信號(hào)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(duì)壓環(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(duì)壓控振蕩器進(jìn)行調(diào)整?？卣袷幤鬟M(jìn)行調(diào)整。最終解調(diào)輸出最終解調(diào)輸出2022-7-3第第 1313 頁(yè)頁(yè)平方環(huán)和平方環(huán)和CostasCostas 環(huán)得鑒相特性環(huán)得鑒相特性VdKd0 Kd 1 1、CostasCostas環(huán)電路上復(fù)雜一些，但它的工作頻率即為

9、載波環(huán)電路上復(fù)雜一些，但它的工作頻率即為載波頻率，而平方環(huán)的工作頻率是載波頻率的兩倍；頻率，而平方環(huán)的工作頻率是載波頻率的兩倍； 2 2、當(dāng)環(huán)、當(dāng)環(huán)路正常鎖定后，路正常鎖定后，CostasCostas環(huán)可直接獲得解調(diào)輸出，環(huán)可直接獲得解調(diào)輸出，而平方環(huán)則沒(méi)有這種功能。而平方環(huán)則沒(méi)有這種功能。存在相位模糊存在相位模糊2022-7-3第第 1414 頁(yè)頁(yè)多相多相CostasCostas環(huán)法的提取載波環(huán)法的提取載波低通/ 4低通/ 2低通/ 4低通VCO四相移相信號(hào)環(huán)路濾波器vd2022-7-3第第 1515 頁(yè)頁(yè) 對(duì)于對(duì)于不含載頻分量不含載頻分量的信號(hào)，如何在接收端提取的信號(hào)，如何在接收端提取出本

10、地載波信號(hào)呢？采用的方法之一是在發(fā)送端的出本地載波信號(hào)呢？采用的方法之一是在發(fā)送端的有用載波信號(hào)中插入一個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)，該導(dǎo)頻信號(hào)在接收端有用載波信號(hào)中插入一個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)，該導(dǎo)頻信號(hào)在接收端被提取出來(lái)作為本地載波信號(hào)。被提取出來(lái)作為本地載波信號(hào)。 導(dǎo)頻信號(hào)的設(shè)計(jì)要考慮在接收端易于分離。在實(shí)際使用導(dǎo)頻信號(hào)的設(shè)計(jì)要考慮在接收端易于分離。在實(shí)際使用中，并不直接插入施加于調(diào)制器的那個(gè)載波作為導(dǎo)頻信號(hào)，中，并不直接插入施加于調(diào)制器的那個(gè)載波作為導(dǎo)頻信號(hào)，而是將該載波移相而是將該載波移相90后得到所謂的后得到所謂的“正交載波正交載波”再插入。再插入。插入導(dǎo)頻法又分為插入導(dǎo)頻法又分為頻域插入導(dǎo)頻法頻域插入導(dǎo)頻法和

11、和時(shí)域插入導(dǎo)頻法時(shí)域插入導(dǎo)頻法。二、插入導(dǎo)頻法二、插入導(dǎo)頻法2022-7-3第第 1616 頁(yè)頁(yè)sm(t) =Af(t)cos 0t+asin 0t 例例 DSB信號(hào)：信號(hào)： 1 、頻域頻域插入插入 信號(hào)頻譜為零的位置插入正交導(dǎo)頻信號(hào)頻譜為零的位置插入正交導(dǎo)頻2022-7-3第第 1717 頁(yè)頁(yè) sm(t)asin0t相乘調(diào)制器帶通濾波器相加器振蕩器-90相移器 f (t) A f(t) cos0tAcos 0t 采用正交濾波是為了防止恢復(fù)出來(lái)的原始信號(hào)中含有采用正交濾波是為了防止恢復(fù)出來(lái)的原始信號(hào)中含有直流分量。直流分量。頻域插入導(dǎo)頻法中的導(dǎo)頻信號(hào)布滿了整個(gè)時(shí)間軸頻域插入導(dǎo)頻法中的導(dǎo)頻信號(hào)布

12、滿了整個(gè)時(shí)間軸.2022-7-3第第 1818 頁(yè)頁(yè) 收端仍采用窄帶濾波器將收端仍采用窄帶濾波器將asin 0t分離，相移分離，相移/2后成為后成為本地載波。本地載波。 發(fā)送信號(hào)發(fā)送信號(hào): (t)=f(t)cos 0t+asin 0t2022-7-3第第 1919 頁(yè)頁(yè) 時(shí)域中的導(dǎo)頻信號(hào)僅存在于時(shí)間軸的一定間隔上。時(shí)域中的導(dǎo)頻信號(hào)僅存在于時(shí)間軸的一定間隔上。2 、時(shí)域插入時(shí)域插入位位同同步步幀同步幀同步載波同步載波同步信息信息位位同同步步幀幀同同步步載載波波同同步步信息信息第一幀第一幀第二幀第二幀0t3t2t1t2022-7-3第第 2020 頁(yè)頁(yè) 時(shí)域插入導(dǎo)頻法接收端提取載波時(shí)域插入導(dǎo)頻法接

13、收端提取載波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(hào)接收信號(hào)鎖相環(huán)(b)2022-7-3第第 2121 頁(yè)頁(yè)1、直接法的優(yōu)缺點(diǎn)直接法的優(yōu)缺點(diǎn)（1）不占用導(dǎo)頻功率，因此信噪功率比可以大一些；）不占用導(dǎo)頻功率，因此信噪功率比可以大一些；（2）可以防止插入導(dǎo)頻法中導(dǎo)頻和信號(hào)間由于濾波）可以防止插入導(dǎo)頻法中導(dǎo)頻和信號(hào)間由于濾波 不好而引起的互相干擾，也可以防止信道不理不好而引起的互相干擾，也可以防止信道不理 想引起導(dǎo)頻相位的誤差。想引起導(dǎo)頻相位的誤差。(3) 有的調(diào)制系統(tǒng)不能用直接法有的調(diào)制系統(tǒng)不能用直接法(

14、如如SSB系統(tǒng)系統(tǒng)).三、三、直接法和插入法的比較直接法和插入法的比較2022-7-3第第 2222 頁(yè)頁(yè)2、插入導(dǎo)頻法的優(yōu)缺點(diǎn)插入導(dǎo)頻法的優(yōu)缺點(diǎn) (1)有單獨(dú)的導(dǎo)頻信號(hào)，一方面可以提取同步載波有單獨(dú)的導(dǎo)頻信號(hào)，一方面可以提取同步載波, 另一方面可以利用它作為自動(dòng)增益控制；另一方面可以利用它作為自動(dòng)增益控制；(2)有些不能用直接法提取同步載波的調(diào)制系統(tǒng)只能有些不能用直接法提取同步載波的調(diào)制系統(tǒng)只能 用插入導(dǎo)頻法用插入導(dǎo)頻法.(3)插入導(dǎo)頻法要多消耗一部分不帶消息的功率，因此插入導(dǎo)頻法要多消耗一部分不帶消息的功率，因此 與直接法比較，在總功率相同條件下信噪功率比還與直接法比較，在總功率相同條件下

15、信噪功率比還 要小一些要小一些.2022-7-3第第 2323 頁(yè)頁(yè)11.1.311.1.3 載波同步系統(tǒng)的性能指標(biāo)載波同步系統(tǒng)的性能指標(biāo) 相位誤差通常由穩(wěn)態(tài)相差和隨機(jī)相差組成。相位誤差通常由穩(wěn)態(tài)相差和隨機(jī)相差組成。穩(wěn)態(tài)相差主要是指載波信號(hào)通過(guò)同步信號(hào)提取電穩(wěn)態(tài)相差主要是指載波信號(hào)通過(guò)同步信號(hào)提取電路以后，在穩(wěn)態(tài)下所引起的相差；隨機(jī)相差是由路以后，在穩(wěn)態(tài)下所引起的相差；隨機(jī)相差是由于隨機(jī)噪聲的影響而引起同步信號(hào)的相位誤差。于隨機(jī)噪聲的影響而引起同步信號(hào)的相位誤差。 載波同步系統(tǒng)的性能除了高效率、高精度外，載波同步系統(tǒng)的性能除了高效率、高精度外，還要求同步建立時(shí)間快、保持時(shí)間長(zhǎng)等。還要求同步建立

16、時(shí)間快、保持時(shí)間長(zhǎng)等。2022-7-3第第 2424 頁(yè)頁(yè) 由于隨機(jī)的高斯噪聲疊加在載波信號(hào)上，會(huì)使由于隨機(jī)的高斯噪聲疊加在載波信號(hào)上，會(huì)使載波同步信號(hào)產(chǎn)生隨機(jī)的相位誤差。載波同步信號(hào)產(chǎn)生隨機(jī)的相位誤差。（1 1） 穩(wěn)態(tài)相差穩(wěn)態(tài)相差 用窄帶濾波器提取載波，假設(shè)所用的窄帶用窄帶濾波器提取載波，假設(shè)所用的窄帶濾波器為一個(gè)簡(jiǎn)單的單調(diào)諧回路，其品質(zhì)因素濾波器為一個(gè)簡(jiǎn)單的單調(diào)諧回路，其品質(zhì)因素Q Q值一定。值一定。（2 2） 隨機(jī)相差隨機(jī)相差（3 3） 建立時(shí)間和保持時(shí)間建立時(shí)間和保持時(shí)間 載波同步系統(tǒng)的建立時(shí)間載波同步系統(tǒng)的建立時(shí)間tsts和保持時(shí)間和保持時(shí)間tctc，也也以窄帶濾波器提取載波為例來(lái)作

17、討論。以窄帶濾波器提取載波為例來(lái)作討論。2022-7-3第第 2525 頁(yè)頁(yè) 總的相位誤差總的相位誤差應(yīng)是這兩部分相位誤差的代數(shù)和，應(yīng)是這兩部分相位誤差的代數(shù)和，即即= =+ +4. 4. 載波相位誤差對(duì)解調(diào)性能的影響載波相位誤差對(duì)解調(diào)性能的影響（1） DSB 設(shè)已收到的雙邊帶信號(hào)為設(shè)已收到的雙邊帶信號(hào)為S(t)=m(t)cosct 提取出的相干載波為提取出的相干載波為Sc(t)=cos(ct+) 則解調(diào)時(shí)，相乘器的輸出經(jīng)低通濾波器后為則解調(diào)時(shí)，相乘器的輸出經(jīng)低通濾波器后為X(t)=1/2m(t)cos2022-7-3第第 2626 頁(yè)頁(yè)（2） SSB 設(shè)基帶信號(hào)設(shè)基帶信號(hào)m(t)=cost，

18、 單邊帶信號(hào)取上邊帶為單邊帶信號(hào)取上邊帶為1/2cos(c+)t， 當(dāng)解調(diào)相干載波有相位誤差當(dāng)解調(diào)相干載波有相位誤差時(shí)，相干載波與時(shí)，相干載波與已調(diào)信號(hào)相乘已調(diào)信號(hào)相乘1/2cos(c+)tcos(ct+)=1/4cos（2ct+t+）+cos（t）2022-7-3第第 2727 頁(yè)頁(yè)11.1 載波同步載波同步11.0 引言引言11.2 位同步位同步第十一章 同步原理11.3 幀同步幀同步2022-7-3第第 2828 頁(yè)頁(yè)11.2 位同步對(duì)位同步信號(hào)要求：對(duì)位同步信號(hào)要求：*位同步脈沖的頻率與發(fā)端碼元速率相同位同步脈沖的頻率與發(fā)端碼元速率相同*位同步脈沖的相位對(duì)準(zhǔn)最佳判決時(shí)刻位同步脈沖的相位

19、對(duì)準(zhǔn)最佳判決時(shí)刻位同步又稱碼元同步，位同步又稱碼元同步，收發(fā)碼元同步，用以確定接收碼元信號(hào)收發(fā)碼元同步，用以確定接收碼元信號(hào)的取樣判決時(shí)刻。的取樣判決時(shí)刻。 通常從基帶信號(hào)中提取定時(shí)信號(hào)。通常從基帶信號(hào)中提取定時(shí)信號(hào)。位同步的方法位同步的方法直接法直接法插入導(dǎo)頻法插入導(dǎo)頻法* 濾波法濾波法* 直接從頻帶信號(hào)中直接從頻帶信號(hào)中 提取位同步信號(hào)提取位同步信號(hào)* PLL提取位同步提取位同步2022-7-3第第 2929 頁(yè)頁(yè)相加相加調(diào)制調(diào)制位定時(shí)位定時(shí)導(dǎo)導(dǎo) 頻頻tccos)(tx信信道道 插入導(dǎo)頻法時(shí)，一般是在基帶數(shù)字信號(hào)功率譜的零點(diǎn)處插入導(dǎo)頻法時(shí)，一般是在基帶數(shù)字信號(hào)功率譜的零點(diǎn)處插入所需要的位同

20、步導(dǎo)頻信號(hào)。插入所需要的位同步導(dǎo)頻信號(hào)。一、插入導(dǎo)頻法一、插入導(dǎo)頻法（外同步法）（外同步法）2022-7-3第第 3030 頁(yè)頁(yè)(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12T移相放大限幅微分全波整流整形輸入信號(hào)1T12Tfc(b)相關(guān)編碼器相加調(diào)制位定時(shí)導(dǎo)頻12Tcos ct信道(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12T移相放大限幅微分全波整流整形輸入信號(hào)1T12Tfc(b)相關(guān)編碼器相加調(diào)制位定時(shí)導(dǎo)頻12Tcos ct信道發(fā)送端發(fā)送端接收端接收端去除插入載波的影響！去除插入載波的影響！倍頻！倍頻！2022-7-3第第 3131 頁(yè)頁(yè)

21、 發(fā)送端不專門發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)，而直接從接收的數(shù)字發(fā)送端不專門發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)，而直接從接收的數(shù)字信號(hào)中提取位同步信號(hào)。這種方法在數(shù)字通信中得到了信號(hào)中提取位同步信號(hào)。這種方法在數(shù)字通信中得到了最廣泛的應(yīng)用。最廣泛的應(yīng)用。 濾波法濾波法鎖相法鎖相法波形變換法波形變換法包絡(luò)檢波法包絡(luò)檢波法二、二、 直接法（自同步法）直接法（自同步法）2022-7-3第第 3232 頁(yè)頁(yè) 對(duì)沒(méi)有位同步頻率分量的序列，例如不歸零二進(jìn)對(duì)沒(méi)有位同步頻率分量的序列，例如不歸零二進(jìn)制單極性序列等，可通過(guò)非線性變換使之包含位同步制單極性序列等，可通過(guò)非線性變換使之包含位同步分量，然后通過(guò)濾波提取。分量，然后通過(guò)濾波提取。1)濾波法濾

22、波法-波形變換波形變換波形變換窄帶濾波器移相脈沖形成輸入基帶信號(hào)1 0 1 12022-7-3第第 3333 頁(yè)頁(yè)2）濾波法包絡(luò)檢波）濾波法包絡(luò)檢波PSK等信號(hào)，在數(shù)據(jù)變化時(shí)刻產(chǎn)生幅度等信號(hào)，在數(shù)據(jù)變化時(shí)刻產(chǎn)生幅度“陷落陷落”，使包絡(luò)攜，使包絡(luò)攜帶有位同步信息，故可檢出。帶有位同步信息，故可檢出。 OOO(a)(b)(c)ttt2022-7-3第第 3434 頁(yè)頁(yè) 在接收端利用鑒相器比較接收碼元和本地產(chǎn)生的位同步信在接收端利用鑒相器比較接收碼元和本地產(chǎn)生的位同步信號(hào)的相位，若兩者相位不一致（超前或滯后），鑒相器就產(chǎn)生號(hào)的相位，若兩者相位不一致（超前或滯后），鑒相器就產(chǎn)生誤差信號(hào)去調(diào)整位同步信號(hào)

23、的相位，直至獲得準(zhǔn)確的位同步信誤差信號(hào)去調(diào)整位同步信號(hào)的相位，直至獲得準(zhǔn)確的位同步信號(hào)為止。號(hào)為止。2. 鎖相法鎖相法1、連續(xù)的調(diào)整位同步信號(hào)模擬鎖相法、連續(xù)的調(diào)整位同步信號(hào)模擬鎖相法2、調(diào)整不連續(xù)，存在最小的調(diào)整單位數(shù)字鎖相法、調(diào)整不連續(xù)，存在最小的調(diào)整單位數(shù)字鎖相法量化同步器量化同步器2022-7-3第第 3535 頁(yè)頁(yè)相位比較器n次分頻器或門扣除門(常開(kāi))整形附加門(常閉)滯后脈沖超前脈沖接收碼元位同步脈沖輸出晶振a路b路 2) 控制器與分頻器控制器與分頻器 : 分頻器：分頻器：n分頻，計(jì)數(shù)式分頻分頻，計(jì)數(shù)式分頻控制器：加、減脈沖控制器：加、減脈沖 鑒相器：比較位同步輸出與輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的

24、相位，產(chǎn)生鑒相器：比較位同步輸出與輸入數(shù)據(jù)信號(hào)的相位，產(chǎn)生 誤差電壓。誤差電壓。3） 1） 信號(hào)鐘：高穩(wěn)定振蕩器信號(hào)鐘：高穩(wěn)定振蕩器2022-7-3第第 3636 頁(yè)頁(yè)n12345678(n1)n12345(n1)(a)(b)周期 T 1/ f(c)n1234567n1234(n1)(d)該脈沖扣除(e)n1236789n1236(f)附加一個(gè)脈沖5445(g)2022-7-3第第 3737 頁(yè)頁(yè) 加入一個(gè)數(shù)字濾波器，濾除這些隨機(jī)的超前加入一個(gè)數(shù)字濾波器，濾除這些隨機(jī)的超前/滯后脈沖，滯后脈沖，提高環(huán)路的抗干擾能力。提高環(huán)路的抗干擾能力。 常用的數(shù)字濾波器有常用的數(shù)字濾波器有“N先于先于M”濾

25、波器和濾波器和“隨機(jī)徘徊隨機(jī)徘徊”濾波器兩種。濾波器兩種。 數(shù)字鎖相環(huán)抗干擾性能的改善數(shù)字鎖相環(huán)抗干擾性能的改善 由于噪聲的干擾，使接收到的碼元轉(zhuǎn)換時(shí)間產(chǎn)生隨機(jī)抖由于噪聲的干擾，使接收到的碼元轉(zhuǎn)換時(shí)間產(chǎn)生隨機(jī)抖動(dòng)甚至產(chǎn)生虛假的轉(zhuǎn)換，相應(yīng)在鑒相器輸出端就有隨機(jī)的超動(dòng)甚至產(chǎn)生虛假的轉(zhuǎn)換，相應(yīng)在鑒相器輸出端就有隨機(jī)的超前或滯后脈沖，這導(dǎo)致鎖相環(huán)進(jìn)行不必要的來(lái)回調(diào)整，引起前或滯后脈沖，這導(dǎo)致鎖相環(huán)進(jìn)行不必要的來(lái)回調(diào)整，引起位同步信號(hào)的相位抖動(dòng)。位同步信號(hào)的相位抖動(dòng)。解決方法解決方法2022-7-3第第 3838 頁(yè)頁(yè)（a） N先于先于M濾波器濾波器; (b) 隨機(jī)徘徊濾波隨機(jī)徘徊濾波器器NM或門置 “

26、 0”N置 “ 0”或門超前脈沖滯后脈沖(a)減脈沖加脈沖2N可 逆計(jì) 數(shù) 器加計(jì)數(shù)減計(jì)數(shù)超前脈沖滯后脈沖復(fù)位置N或門2N0減脈沖加脈沖(b)2022-7-3第第 3939 頁(yè)頁(yè)1) 相位誤差相位誤差e 位同步信號(hào)的平均相位和最佳相位之間的偏差稱為靜態(tài)位同步信號(hào)的平均相位和最佳相位之間的偏差稱為靜態(tài)相差。相差。 對(duì)于數(shù)字鎖相法提取位同步信號(hào)而言，相位誤差主要對(duì)于數(shù)字鎖相法提取位同步信號(hào)而言，相位誤差主要是由于位同步脈沖的相位在跳變地調(diào)整所引起的。是由于位同步脈沖的相位在跳變地調(diào)整所引起的。n.36011.2.311.2.3 位同步系統(tǒng)的性能及相位誤差的影響位同步系統(tǒng)的性能及相位誤差的影響 1.

27、 位同步系統(tǒng)的性能位同步系統(tǒng)的性能eTTn2022-7-3第第 4040 頁(yè)頁(yè)2) 同步建立時(shí)間同步建立時(shí)間ts 同步建立時(shí)間是指開(kāi)機(jī)或失去同步后重新建立同步所需的同步建立時(shí)間是指開(kāi)機(jī)或失去同步后重新建立同步所需的最長(zhǎng)時(shí)間。最長(zhǎng)時(shí)間。22nNn 由于接收碼元是隨機(jī)的，由于接收碼元是隨機(jī)的， 對(duì)二進(jìn)制碼而言，相鄰兩個(gè)碼元對(duì)二進(jìn)制碼而言，相鄰兩個(gè)碼元（01、 10、 11、 00）中，有或無(wú)過(guò)零點(diǎn)的情況各占一半。）中，有或無(wú)過(guò)零點(diǎn)的情況各占一半。2 *stTNnT3) 同步保持時(shí)間同步保持時(shí)間tc 同步建立后，輸入信號(hào)中斷或出現(xiàn)長(zhǎng)連同步建立后，輸入信號(hào)中斷或出現(xiàn)長(zhǎng)連“0”、連、連“1”碼鎖相碼鎖相

28、環(huán)失去調(diào)整作用。而且收發(fā)雙方位定時(shí)脈沖總存在頻差，相位發(fā)環(huán)失去調(diào)整作用。而且收發(fā)雙方位定時(shí)脈沖總存在頻差，相位發(fā)生漂移，達(dá)到某一值時(shí)就算失去同步。由同步到失步所需要的時(shí)生漂移，達(dá)到某一值時(shí)就算失去同步。由同步到失步所需要的時(shí)間，稱為同步保持時(shí)間。間，稱為同步保持時(shí)間。2022-7-3第第 4141 頁(yè)頁(yè)4） 同步帶寬同步帶寬fs 同步帶寬是指能夠調(diào)整到同步狀態(tài)所允許的收、發(fā)振蕩器同步帶寬是指能夠調(diào)整到同步狀態(tài)所允許的收、發(fā)振蕩器最大頻差。最大頻差。由于數(shù)字鎖相環(huán)平均每由于數(shù)字鎖相環(huán)平均每2周（周（2T）調(diào)整一次）調(diào)整一次, 每次所每次所能調(diào)整的時(shí)間為能調(diào)整的時(shí)間為T/n（T/nT0/n），一個(gè)

29、碼元周期內(nèi)平均最多），一個(gè)碼元周期內(nèi)平均最多可調(diào)整的時(shí)間為可調(diào)整的時(shí)間為T0/2n。00212nFnTT02021nFFfsnFfs202022-7-3第第 4242 頁(yè)頁(yè)11.1 載波同步載波同步11.0 引言引言11.2 位同步位同步第十一章 同步原理11.3 幀同步幀同步2022-7-3第第 4343 頁(yè)頁(yè) 數(shù)字通信時(shí)，一般總是以若干個(gè)碼元組成一個(gè)字，若干個(gè)數(shù)字通信時(shí)，一般總是以若干個(gè)碼元組成一個(gè)字，若干個(gè)字組成一個(gè)句，即組成一個(gè)個(gè)的字組成一個(gè)句，即組成一個(gè)個(gè)的“群群”進(jìn)行傳輸。進(jìn)行傳輸。起止式同步法起止式同步法插入特殊同步碼組的同步法插入特殊同步碼組的同步法連貫式插入法連貫式插入法間隔

30、式插入法間隔式插入法11.3 幀同步(群同步) 載波同步解決了同步解調(diào)問(wèn)題；位同步確定數(shù)字通信載波同步解決了同步解調(diào)問(wèn)題；位同步確定數(shù)字通信中各個(gè)碼元的抽樣判決問(wèn)題；群同步的任務(wù)就是在位同步的中各個(gè)碼元的抽樣判決問(wèn)題；群同步的任務(wù)就是在位同步的基礎(chǔ)上識(shí)別出這些數(shù)字信息群（字、句、幀）基礎(chǔ)上識(shí)別出這些數(shù)字信息群（字、句、幀）“開(kāi)頭開(kāi)頭”和和“結(jié)尾結(jié)尾”的時(shí)刻。的時(shí)刻。2022-7-3第第 4444 頁(yè)頁(yè) 數(shù)字電傳機(jī)中廣泛使用的是起止式同步法。在電傳機(jī)中數(shù)字電傳機(jī)中廣泛使用的是起止式同步法。在電傳機(jī)中 常用的是五單位碼，標(biāo)志每個(gè)字的開(kāi)頭和結(jié)尾。在五單位碼的常用的是五單位碼，標(biāo)志每個(gè)字的開(kāi)頭和結(jié)尾。

31、在五單位碼的前后分別加上前后分別加上 1 個(gè)單位的起碼（低電平）和個(gè)單位的起碼（低電平）和1.5個(gè)單位的止碼個(gè)單位的止碼（高電平），共（高電平），共7.5個(gè)碼元組成一個(gè)字。個(gè)碼元組成一個(gè)字。 收端根據(jù)高電平第一收端根據(jù)高電平第一次轉(zhuǎn)到低電平這一特殊標(biāo)志來(lái)確定一個(gè)字的起始位置，從而實(shí)次轉(zhuǎn)到低電平這一特殊標(biāo)志來(lái)確定一個(gè)字的起始位置，從而實(shí)現(xiàn)字同步。現(xiàn)字同步。 一、一、 起止式同步法起止式同步法止起15個(gè)碼元1.5止2022-7-3第第 4545 頁(yè)頁(yè) 對(duì)幀同步碼的要求：易于檢測(cè)，即具有尖銳單峰特性對(duì)幀同步碼的要求：易于檢測(cè)，即具有尖銳單峰特性的局部自相關(guān)函數(shù)；同步建立時(shí)間短，保持時(shí)間長(zhǎng)；假、的局部

32、自相關(guān)函數(shù)；同步建立時(shí)間短，保持時(shí)間長(zhǎng)；假、漏同步概率??；接收端識(shí)別器盡量簡(jiǎn)單。漏同步概率小；接收端識(shí)別器盡量簡(jiǎn)單。漏同步漏同步:未檢測(cè)出同步碼組未檢測(cè)出同步碼組假同步假同步:信息碼誤認(rèn)為同步碼組信息碼誤認(rèn)為同步碼組1、集中插入法、集中插入法 幀同步碼組檢出即可確定幀，但也可能出錯(cuò)，導(dǎo)致幀同步碼組檢出即可確定幀，但也可能出錯(cuò)，導(dǎo)致: 二、特殊同步碼組的同步法二、特殊同步碼組的同步法2022-7-3第第 4646 頁(yè)頁(yè)2、分散插入法、分散插入法(等間隔插入等間隔插入) 優(yōu)點(diǎn)：同步系統(tǒng)電路較簡(jiǎn)單，占用時(shí)隙少；優(yōu)點(diǎn)：同步系統(tǒng)電路較簡(jiǎn)單，占用時(shí)隙少； 缺點(diǎn)：同步時(shí)間長(zhǎng)。缺點(diǎn)：同步時(shí)間長(zhǎng)。 常用的幀同步

33、碼組有巴克碼、偽隨機(jī)碼和脈位碼等。常用的幀同步碼組有巴克碼、偽隨機(jī)碼和脈位碼等。這里我們只介紹常用的這里我們只介紹常用的巴克碼。巴克碼。2022-7-3第第 4747 頁(yè)頁(yè)巴克碼是一種常用群同步碼組，其自相關(guān)函數(shù)：巴克碼是一種常用群同步碼組，其自相關(guān)函數(shù)：例例: 7位巴克碼：位巴克碼：+- -+-jijniiXXjR1)(n j=00,1,-1 0jnj表示兩序列錯(cuò)開(kāi)的位數(shù)表示兩序列錯(cuò)開(kāi)的位數(shù).1)( 6,4,2;0)( 7, 5, 3, 1;7)( , 0 jRjjRjjRj3、巴克碼、巴克碼 自相關(guān)函數(shù)在自相關(guān)函數(shù)在j=0時(shí)具有尖銳的單峰特性，這一特性也是時(shí)具有尖銳的單峰特性，這一特性也是

34、連貫式插入群同步碼組的重要要求。連貫式插入群同步碼組的重要要求。 2022-7-3第第 4848 頁(yè)頁(yè)巴巴 克克 碼碼 組組 n巴克碼組巴克碼組2 (11) 3 （110） 4(1110)； (1101) 5 (11101) 7(1110010) 11(11100010010) 13(1111100110101) 2022-7-3第第 4949 頁(yè)頁(yè)巴克碼的產(chǎn)生巴克碼的產(chǎn)生01010101010101輸出輸出預(yù)置線預(yù)置線 移位寄存器的級(jí)數(shù)為巴克碼的位數(shù)，七位巴克碼組由七移位寄存器的級(jí)數(shù)為巴克碼的位數(shù)，七位巴克碼組由七級(jí)移位寄存器組成。各移位寄存器的初始狀態(tài)預(yù)置成巴克碼級(jí)移位寄存器組成。各移位寄

35、存器的初始狀態(tài)預(yù)置成巴克碼組的數(shù)字，即組的數(shù)字，即1110010。圖中的預(yù)置狀態(tài)是從右達(dá)到左計(jì)的，。圖中的預(yù)置狀態(tài)是從右達(dá)到左計(jì)的，經(jīng)過(guò)七個(gè)移位脈沖后，預(yù)置的巴克碼組經(jīng)過(guò)七個(gè)移位脈沖后，預(yù)置的巴克碼組1110010就全部從移位就全部從移位寄存器的最右端移出去了。寄存器的最右端移出去了。2022-7-3第第 5050 頁(yè)頁(yè) 用用7級(jí)移位寄存器、相加器和判決器就可以組成一個(gè)巴克碼識(shí)級(jí)移位寄存器、相加器和判決器就可以組成一個(gè)巴克碼識(shí)別器。別器。7 7位巴克碼識(shí)別器位巴克碼識(shí)別器 當(dāng)輸入碼元的當(dāng)輸入碼元的“1”進(jìn)入某移位寄存器時(shí)，該移位寄存器的進(jìn)入某移位寄存器時(shí)，該移位寄存器的1端輸出電平為端輸出電平為+1，0端輸出電平為端輸出電平為-1。該識(shí)別器實(shí)際上是對(duì)輸入。該識(shí)別器實(shí)際上是對(duì)輸入的巴克碼進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。的巴克碼進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。01(7)01(6)01(5)01(4)01(3)01(2)01(1)相 加判決輸入碼元移位方向2022-7-3第第 5151 頁(yè)頁(yè)識(shí)別器的輸出波形識(shí)別器的輸出波形111001 011 10010巴克碼信息碼信息碼ttt1t1一群識(shí)別器輸入識(shí)別器輸出(a)(b) 巴克碼用于群同步是常見(jiàn)的，但并不是惟一的，巴克碼用于群同步是常見(jiàn)的，但并不是惟一的， 只要