第八章 同步原理

第八章同步原理ff(t)設(shè)調(diào)制信號(hào)為f(t)。f(t)無(wú)直流分量，載波為Acosw?t,則發(fā)端輸出的信號(hào)為接收端的方框圖如圖所示。WW如果不考慮信道失真及噪聲干擾，并設(shè)接收端收到的信號(hào)與發(fā)端的信號(hào)完全相同，則此信號(hào)通過(guò)中心頻率為w。的窄帶濾波器可取得導(dǎo)頻asinwot,再將其移相π/2,就可以得到與調(diào)制載波同頻同相的相干載波coswot。接收端的解調(diào)過(guò)程為上式表示的信號(hào)通過(guò)截止角頻率為om的低通濾波器就可得到基帶信號(hào)如果在發(fā)端導(dǎo)頻不是正交插入，而是同相插入，則接收端解調(diào)信號(hào)為[Af(t)cos@ot+acos@ot].cosOot從上式看出，雖然同樣可以解調(diào)出項(xiàng)，但卻增加了一個(gè)直流項(xiàng)。這個(gè)直流項(xiàng)通過(guò)低通濾波器后將對(duì)數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生不良影響。這就是發(fā)端導(dǎo)頻應(yīng)采用正交插入的2非線性變換—濾波法有些信號(hào)(如DSB信號(hào))雖然本身不包含載波分量，只要對(duì)接收波形進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆蔷€性變換，然后通過(guò)窄帶濾波器，就可以從中提取載波的頻率和相位信息，即可使接收端恢復(fù)相干載波。它是自同步法的一種。下圖為DSB信號(hào)采用平方變換法恢復(fù)載波的框圖，(a)平方變換法，(b)平方環(huán)3同相正交法(科斯塔斯環(huán))利用鎖相環(huán)提取載波的另一種常用的方法是采用同相正交環(huán)，也稱(chēng)科斯塔斯環(huán)(Castas),其方框圖如圖所示。它包括兩個(gè)相干解調(diào)器，它們的輸入信號(hào)相同，分別使用二個(gè)在相位上正交的本地載波信號(hào)，上支路叫做同相相干解調(diào)器，下支路叫做正交相干解調(diào)器。兩個(gè)相干解調(diào)器的輸出同時(shí)送入乘法器，并通過(guò)低通濾波器形成閉環(huán)系統(tǒng)，去控制壓控振蕩器(VCO),使本地載波自動(dòng)跟蹤發(fā)射載波的相位。在同步時(shí)，同相支路的輸出即為所需的解調(diào)信號(hào)，這時(shí)正交支路的輸出為0。因此，這種方法叫做同相正交法。則U?=f(t)cos(@t+θ?).sin(@經(jīng)過(guò)帶寬為Wm的LPF后得將U?和U?加入相乘器后，得 代替f(t)(即濾波器輸出直流分量)。最后，由環(huán)路誤差信號(hào)自動(dòng)控制振蕩器相位，使相位差(θ?-φ)趨于0,在穩(wěn)定條件下θ≈φ?？扑顾弓h(huán)的相位控制作用在調(diào)制信號(hào)消失時(shí)會(huì)中止。當(dāng)再出現(xiàn)調(diào)制信號(hào)時(shí)，必須重新鎖定。由于一般入鎖過(guò)程很短，對(duì)語(yǔ)言傳輸不致引起感覺(jué)到的失真。這樣U?就是所需提取的載波，U?作為解調(diào)信號(hào)的輸出。二、位同步定義：在數(shù)字通信系統(tǒng)中，把在接收端產(chǎn)生與接收碼元的重復(fù)頻率和相位一致的定時(shí)脈沖序列的過(guò)程稱(chēng)為碼元同步，或稱(chēng)位同步。實(shí)現(xiàn)位同步的方法和載波同步類(lèi)似，有插入導(dǎo)頻法(外同步法)和直接法(自同步法)兩類(lèi)。1插入導(dǎo)頻法為了得到碼元同步的定時(shí)信號(hào)，首先要確定接收到的信息數(shù)據(jù)流中是否有位定時(shí)的頻率分量。如果存在此分量，就可以利用濾波器從信息數(shù)據(jù)流中把位定時(shí)時(shí)鐘直接提取出來(lái)。若基帶信號(hào)為隨機(jī)的二進(jìn)制不歸零碼序列，這種信號(hào)本身不包含位同步信號(hào)，為了獲得位同步信號(hào)需在基帶信號(hào)中插入位同步的導(dǎo)頻信號(hào)，或者對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行某種碼型變換以得到位同步信息。位同步的導(dǎo)頻插入方法與載波同步時(shí)的插入導(dǎo)頻法類(lèi)似，它也要插在基帶信號(hào)頻譜的零點(diǎn)處，以便提取，如圖(a)所示。如果信號(hào)經(jīng)過(guò)相關(guān)編碼，其頻譜的第一個(gè)零點(diǎn)在f=1/2T,插入導(dǎo)頻也應(yīng)在1/2T處，如圖(b)所示.下圖為插入位定時(shí)導(dǎo)頻的接收方框圖。在接收端，經(jīng)中心頻率為f=1/T的窄帶濾波器就可從基帶信號(hào)中提取位同步信號(hào)。而上圖(b)則需經(jīng)過(guò)f=1/2T的窄帶濾波器將插入導(dǎo)頻取出，再進(jìn)行二倍頻，得到位同步脈沖。插入導(dǎo)頻法的另一種形式是使某些恒包絡(luò)的數(shù)字信號(hào)的包絡(luò)隨位同步信號(hào)的某一波形而變化。例如PSK信號(hào)和FSK信號(hào)都是包絡(luò)不變的等幅波。因此，可將導(dǎo)頻信號(hào)調(diào)制在它們的包絡(luò)上，接收端只要用普通的包絡(luò)檢波器就可恢復(fù)導(dǎo)頻信號(hào)作為位同步信號(hào)。且對(duì)數(shù)字信號(hào)本身的恢復(fù)不造成影響。若用cosQt進(jìn)行附加調(diào)幅后，得已調(diào)信號(hào)為其中,T為碼元寬度。接收端對(duì)它進(jìn)行包絡(luò)檢波，得包絡(luò)為(1+cosΩt),濾除直流成分，即可得到位同步分量cosQt。插入導(dǎo)頻法的優(yōu)點(diǎn)是接收端提取位同步的電路簡(jiǎn)單。但是，發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)必然要占用部分發(fā)射功率，降低了傳輸?shù)男旁氡?，減弱了抗干擾能力。自同步方法是發(fā)端不用專(zhuān)門(mén)發(fā)送位同步導(dǎo)頻信號(hào)，而接收端可直接從接收到的數(shù)字信號(hào)中提取位同步信號(hào)。這是數(shù)字通信中經(jīng)常采用的一種方法。(一)非線性變換—濾波法(1)微分整流法圖(a)為微分整流濾波法提取位同步信息的電原理框圖。圖b)為該電路各點(diǎn)的波形圖。當(dāng)非歸零的脈沖序列通過(guò)微分和全波整流后，就可得到尖頂脈沖的歸零碼序列，它含有離散的位同步分量。然后用窄帶濾波器(或鎖相環(huán))濾除連續(xù)波和噪聲干擾，取出純凈穩(wěn)定的位同步頻率分量，經(jīng)脈沖形成電路產(chǎn)生位同步脈沖。信號(hào)輸入ttCtt(2)包絡(luò)檢波法如圖所示為其原理框圖及波形圖。(3)延遲相干法下圖為延遲相干法的原理框圖和波形圖。其工作過(guò)程與DPSK信號(hào)差分相干解cddb(二)、數(shù)字鎖相法數(shù)字鎖相法是采用高穩(wěn)定頻率的振蕩器(信號(hào)鐘)。從鑒相器獲得的與同步誤差成比例的誤差電壓，不用于直接調(diào)整振蕩器，而是通過(guò)控制器在信號(hào)鐘輸出的脈沖序列中附加或扣除一個(gè)或幾個(gè)脈沖，調(diào)整加到鑒相器上的位同步脈沖序列的相位達(dá)輸入數(shù)字控制器信號(hào)鐘加脈沖減脈沖位同步的目的是確定數(shù)字通信中的各個(gè)碼元的抽樣時(shí)刻，即把每個(gè)碼元加以區(qū)分，使接收端得到一連串的碼元序列，這一連串的碼元序列代表一定的信息。通常由若干個(gè)碼元代表一個(gè)字母(符號(hào)、數(shù)字),而由若干個(gè)字母組成一個(gè)字，若干個(gè)字組成一個(gè)句。在傳輸數(shù)據(jù)時(shí)則把若干個(gè)碼元組成一個(gè)個(gè)的碼組，即一個(gè)個(gè)的“字”或“句”,通常稱(chēng)之為群或幀。群同步又稱(chēng)幀同步。幀同步的任務(wù)是把字、句和碼組區(qū)分出來(lái)。在時(shí)分多路傳輸系統(tǒng)中，信號(hào)是以幀的方式傳送的。每一幀中包括許為了解決幀同步中開(kāi)頭和結(jié)尾的時(shí)刻，即為了確定幀定時(shí)脈沖的相位，通常有兩類(lèi)方法：一類(lèi)是在數(shù)字信息流中插入一些特殊碼組作為每幀的頭尾的標(biāo)記，接收端根據(jù)這些特殊碼組的位置就可以實(shí)現(xiàn)幀同步。另一類(lèi)方法不需要外加特殊碼組，用類(lèi)似于載波同步和位同步中的自同步法，利用碼組本身之間彼此不同的特性來(lái)實(shí)現(xiàn)自同步。我們主要討論插入特殊碼組實(shí)現(xiàn)幀同步。插入特殊碼組實(shí)現(xiàn)幀同步的方法有兩種：集中插入方式和分散插入方式。下面分別予以介紹。在此之前，首先簡(jiǎn)(1)起止式同步法(2)集中插入同步法如圖示出了PCM30/32路時(shí)分多路時(shí)隙的分配圖。在兩個(gè)相鄰抽樣值間隔中，分成32個(gè)時(shí)隙，其中30個(gè)時(shí)隙用來(lái)傳送30路電話，一個(gè)時(shí)隙用來(lái)傳送幀同步碼，另一個(gè)時(shí)隙用來(lái)傳送各話路的標(biāo)志信號(hào)碼。第1到第15話路的碼組依次安排在時(shí)隙TS?到TS??中傳送，而第16到第30話路的碼組依次在時(shí)隙TS?到TS?中傳送。TS。時(shí)隙標(biāo)志信號(hào)碼第16~30話路動(dòng)幀同步碼第1~15話路為了使幀同步能較好的識(shí)別假失步和避免偽同步，幀同步表幀同步碼的分配情況12345678保留給國(guó)際使用00的時(shí)隙”0”(目前固定為1)不包含幀定位信號(hào)的時(shí)隙”0'保留給國(guó)際使用(目前固定為1)1保留給國(guó)內(nèi)使用(目前固定為1)從表看出，幀同步碼占有第2到第8碼位，插入在偶幀TS?時(shí)隙。第1位碼目奇幀TS?時(shí)隙插入碼的分配是：第1位保留給國(guó)際用，暫定為1。第2位作監(jiān)視碼，用以檢驗(yàn)幀定位碼。第3位用作對(duì)告碼，同步時(shí)為0,一但出現(xiàn)失步，即變?yōu)?。并告訴對(duì)方，出現(xiàn)對(duì)告指示。第4位到第8位目前固定為1,留給國(guó)內(nèi)今后開(kāi)發(fā)使用。(3)分散插入同步法另一種幀同步方法是將幀同步碼分散地插入到信息碼元中。即每隔一定數(shù)量的信息碼元插入一個(gè)幀同步碼元。這時(shí)為了便于提取，幀同步碼不宜太復(fù)雜。PCM24路數(shù)字電話系統(tǒng)的幀同步碼就是采用的分散插入方式。下面以此為例進(jìn)行討論。PCM24路的幀結(jié)構(gòu)編