通信原理韩庆文第六章同步原理

CCEE第六章同步原理数字通信原理重庆大学通信工程学院数字通信原理主要内容6.1引言6.2载波同步6.3位同步6.4群同步重庆大学通信工程学院数字通信原理6.3位同步位同步基本含义：收端和发端时钟信号必须同频同相，从而保证接收端能正确接收和判决发送端送来的每一个码元。为了达到收发端时钟同频同相，接收端需要从收到的码流中提取发送端的时钟信号来控制收端时钟，实现位同步。实现位同步的方法外同步法：需要发端定时信息，接收端用窄带滤波器或锁相环提取位同步信息，实现位同步；自同步法：不需要由发端向收端传送位同步信息，收端所需要的位同步信息是从接收信号中，或解调后的数字基带信号中提取的。位同步的方法插入导频法直接法：按照提取同步信号的方式，大致又可分为滤波法和锁相法。重庆大学通信工程学院数字通信原理6.3位同步外同步法1自同步法2位同步系统性能3重庆大学通信工程学院数字通信原理外同步法发送端在传送数字信息的同时，或采用单独的信道，或与数字信号共用同一个信道，向接收端传送位同步信息，这种方法称为外同步法。外同步法插入的导频既可以在频域插入，也可以在时域插入频域插入导频法时域插入导频法重庆大学通信工程学院数字通信原理频域插入导频法在被传送的数字信号频谱中插入导频，在接收端通过提取导频恢复位同步信息。频域插入导频的方式频域插入位同步导频法包络调制法：使数字信号的包络按位同步信号的某种波形变化，收端根据包络波形的变化，提取位同步信息。重庆大学通信工程学院数字通信原理在频域插入位同步导频法1TfM012TfM0在基带信号频谱的第一个零点插入所需的导频在收端接收信号通过中心频率为1/T的窄带滤波器，取出导频，作为位同步信号。相关编码信号，频谱第一零点在1/2T在收端接收信号通过中心频率为1/2T的窄带滤波器，取出导频，作为位同步信号。重庆大学通信工程学院数字通信原理在频域插入位同步导频法为了获得在1/T或1/2T处出现零点的功率密度谱，可以采用AMI脉冲序列，或者经第四类部分响应处理。AMI码的功率谱密度在1/T处有零点,可以在这一点插入位同步的导频信号，然后，用低通滤波器滤除大于1/T的频谱分量，得到所要传送的、包含位同步导频的基带信号。重庆大学通信工程学院数字通信原理在频域插入位同步导频法位同步导频调制AMI码变换发码低通相加AMI全波整流抽样判决相减窄带滤波解调移相收码脉冲形成移相收定时发端原理图收端原理图重庆大学通信工程学院数字通信原理频域插入导频法频域插入位同步导频法包络调制法重庆大学通信工程学院数字通信原理包络调制法利用位同步信号的某种波形（通常采用升余弦脉冲波形）对调相载波进行附加幅度调制，使其包络随位同步波形而变化在接收端，利用包络检波器和窄带滤波器分离位同步信号。调相调幅升余弦波形发码载波发定时已调波输出发端原理图重庆大学通信工程学院数字通信原理包络调制法抽样判决收码相位检波已调波输入收端原理图包络检波脉冲形成收定时窄带回路移相重庆大学通信工程学院数字通信原理包络调制法调相信号1coscsttt载波频率随数字信息而变化的相位升余弦波形11cos2mtt2T对s1(t)调幅211coscos2cstttt收端包络检波222211coscos4cvtstttt展开211112coscoscos22422cvttttt通过窄带滤波器可获得定时信号重庆大学通信工程学院数字通信原理外同步法频域插入导频法时域插入导频法重庆大学通信工程学院数字通信原理时域插入导频法在每帧开头，先传送位同步信号，再传送正常的数字信息。重庆大学通信工程学院数字通信原理6.3位同步外同步法1自同步法2位同步系统性能3重庆大学通信工程学院数字通信原理自同步法自同步法是直接从数字信号中提取位定时信号的方法，所以也叫直接法，是数字通信中经常采用的一种方法。直接法又分为：滤波法锁相法重庆大学通信工程学院数字通信原理滤波法指直接从数字码流中用窄带滤波器提取位定时频率，从而得到位定时脉冲的位同步方法。若数字码流功率谱密度中存在位定时频率线谱,可直接用窄带滤波器取出位定时频率，不存在位定时频率线谱的码流无法用窄带滤波器直接滤出位定时频率,需对码流进行某种变换，使变换后的码流包含位定时频率线谱，再用窄带滤波器取出位定时频率。滤波法原理图波形变换窄带滤波移相脉冲形成输入基带信号重庆大学通信工程学院数字通信原理滤波法一般由两个部分组成：非线性处理电路是使得接收信号或解调后的数字基带信号经过非线性变换处理后，含有位同步频率分量或位同步信息窄带滤波器电路滤除噪声和其他谱分量，提取纯净的位同步信号。从基带信号中分离位同步信号从中频已调信号中直接提取位同步信号重庆大学通信工程学院数字通信原理从基带信号中提取位同步微分、全波整流—滤波法从延迟解调的基带信号中滤取位同步分量延迟相乘—滤波法重庆大学通信工程学院数字通信原理微分、全波整流—滤波法窄带滤波输入基带信号放大限幅微分全波整流移相脉冲形成位定时输出st1v2v3v4vstt1110000101011t1vt2vt3vt5v重庆大学通信工程学院数字通信原理从基带信号中提取位同步微分、全波整流—滤波法从延迟解调的基带信号中滤取位同步分量延迟相乘—滤波法重庆大学通信工程学院数字通信原理从延迟解调的信号中滤取位同步分量频带受限的相对移相PSK信号经延迟解调后，频谱中包含有位同步分量。对于连“1”码，每个码子的载波都会发生180º相位反转；由于传输频带受限，在相位反转处就会产生包络的“陷落”，经过延迟解调后，在基带信号的下半部波形上形成了“凹坑”。对于连“0”码，载波没有相位反转，所以下半部波形也不会出现“凹坑”。下半部波形上存在“凹坑”，从而使得延迟解调的基带信号中含有同步分量。重庆大学通信工程学院数字通信原理从延迟解调的信号中滤取位同步分量窄带滤波输入基带信号延迟TS鉴相脉冲形成位定时输出sttPSK信号000πππt延迟PSK信号000πππ基带信号tst凹坑重庆大学通信工程学院数字通信原理从基带信号中提取位同步微分、全波整流—滤波法从延迟解调的基带信号中滤取位同步分量延迟相乘—滤波法重庆大学通信工程学院数字通信原理延迟相乘—滤波法对于频带不受限的方波基带信号，或经过方波形成器，形成方波的频带受限基带信号，可以采用延迟相乘—滤波法提取同步信号。窄带滤波输入基带信号延迟脉冲形成位定时输出st重庆大学通信工程学院数字通信原理延迟相乘—滤波法sttAAtAAt2A2A重庆大学通信工程学院数字通信原理滤波法从基带信号中分离位同步信号从中频已调信号中直接提取位同步信号重庆大学通信工程学院数字通信原理中频已调信号中提取位同步包络检波—滤波法延迟相干—滤波法重庆大学通信工程学院数字通信原理包络检波—滤波法高Q回路输入中频信号检波脉冲形成位定时输出etstett中频PSK信号stt包络信号重庆大学通信工程学院数字通信原理中频已调信号中提取位同步包络检波—滤波法延迟相干—滤波法重庆大学通信工程学院数字通信原理延迟相干—滤波法如果中频滤波器的带宽远大于信号频谱带宽，或者由于中频放大器采用对称限幅器而将包络削平，无法采用包络检波—滤波法来提取位同步。可以采用延迟相干—滤波法从中频信号中提取位同步信息高Q回路输入中频信号相位检波脉冲形成位定时输出etst移相延迟τ重庆大学通信工程学院数字通信原理延迟相干—滤波法t000πππ1ett2ettvtAτ重庆大学通信工程学院数字通信原理延迟相干—滤波法假设码长为TS，中频信号经过一个延时τ，且τTS将输入的中频信号与延迟τ后所得信号在相位检波器中相乘，即可得到一组脉冲宽度为τ的归零序列该序列包含位同步频率分量，用窄带滤波器滤出则可得到位同步信息。重庆大学通信工程学院数字通信原理自同步法滤波法锁相法重庆大学通信工程学院数字通信原理锁相法用锁相环来提取位同步信号的方法统称为锁相法。根据所采用锁相环的不同，锁相法又可分为模拟锁相法数字锁相法重庆大学通信工程学院数字通信原理模拟锁相法过零检测鉴相器环路滤波器压控振荡器dv分频器脉冲形成位定时输出0utvut通常把过零检测得到的信号称为准同步信号。重庆大学通信工程学院数字通信原理模拟锁相法输入的信号先经过过零检测，再通过脉冲鉴相器，与本地位同步信号进行相位比较，利用所得的误差电压对本地位同步信号进行相位调整，使得本地同步信号与输入信号位同步信号完全一致。过零检测信号虽然不是位定时脉冲，但它出现的位置与位定时脉冲的位置相同，只是它比位同步信号出现的次数少通常把过零检测得到的信号称为准同步信号。用模拟锁相环代替滤波法中的窄带滤波器，构成模拟锁相法提取位同步信号的另一种方法。重庆大学通信工程学院数字通信原理锁相法模拟锁相法数字锁相法重庆大学通信工程学院数字通信原理数字锁相法数字锁相法，是用数字锁相环提取位同步信号的方法数字锁相环全部或部分用数字电路实现，工作稳定可靠，信号中断后的同步保持时间长，性能优良基本原理微分整流型数字锁相同相正交积分数字锁相重庆大学通信工程学院数字通信原理基本原理n次分频器位同步脉冲输出相位比较器接收码元扣除门附加门或门常开常闭控制器整形晶振abnF赫兹鉴相器滞后脉冲超前脉冲重庆大学通信工程学院数字通信原理基本原理组成：高稳定度振荡器(晶振)，分频器，相位比较器和控制器组成；控制器包括的扣除门、附加门。高稳定振荡器产生的信号经整形电路变成周期性脉冲，经控制器送入分频器，输出本地的位同步脉冲序列。接收码元的速率为F波特，则要求本地位同步脉冲的重复频率为nF赫兹；晶振的振荡频率设计在nF赫兹晶体输出经整形得到重复频率为nF赫兹的窄脉冲，窄脉冲经扣除门、或门，再次分频后，得重复频率为F赫兹的位同步信号重庆大学通信工程学院数字通信原理基本原理如果接收端晶振输出经次分频后，不能与收到的码元准确地同频同相，就需要根据相位比较器输出的误差信号，通过控制器对分频器进行调整。当分频器输出的位同步脉冲超前于接收码元的相位时，相位比较器送出一超前脉冲，加到扣除门（常开）的禁止端，扣除a路脉冲，此时，分配器输出脉冲的相位将退后个1/n周期．分频器输出的位同步脉冲相位滞后于接收码元的相位，则相位比较器输出一滞后脉冲，此滞后脉冲加于附加门，使常闭的附加门开通，让路的一个脉冲通过“或门”插入原路脉冲之间，即在分频器输入端添加一个脉冲，分频器的输出相位提前1/n个周期重庆大学通信工程学院数字通信原理基本原理周期1/F该脉冲扣除附加一个脉冲重庆大学通信工程学院数字通信原理数字锁相法基本原理微分整流型数字锁相同相正交积分数字锁相重庆大学通信工程学院数字通信原理微分整流型数字锁相与模拟锁相一样，数字锁相也是将本地产生的位同步脉冲与从码元得到的位定时信号在相位比较器中做相位比较，以比较输出的误差信号去调整本地位同步脉冲的相位，使之逐渐逼近接收码元的位定时信号，最后实现位同步。当接收码元为不归零脉冲时，可用过零检测形成的准同步信号作为相位比较的基准过零检测是用微分整流来实现的，这类数字锁相也称为微分整流型数字锁相重庆大学通信工程学院数字通信原理微分整流型数字锁相n次分频器位同步脉冲输出脉冲形成接收码元扣除门附加门或门常开常闭整形晶振anF赫兹微分整流单稳A单稳1单稳3单稳2BAa路b路bcfed/d重庆大学通信工程学院数字通信原理微分整流型数字锁相相位比较器的四种输出结果，讨论：1.本地位同步脉冲信号超前于准同步脉冲门A通，输出信号c经单稳1后形成超前脉冲f，反向接入扣除门，关闭常开的扣除门，经整形后通过常开门的a路脉冲，因扣除门关闭而扣除了一个脉冲，分频后的输出信号推后个1/n周期。2.本地位同步信号落后于准同步脉冲门A无输出，门B开，有输出e，经单稳2形成滞后脉冲，当滞后脉冲到来时，常闭附加门开通，整形电路输出的路脉冲通过，该脉冲与a路脉冲在时