工学第9章同步原理.pptx
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1、9.1 概述概述9.2 载波同步载波同步9.3 位同步位同步9.4 群(帧)同步群(帧)同步第九章第九章第九章第九章 同步原理同步原理同步原理同步原理第第9 9章章 同步系统同步系统2v 载波同步载波同步v 位同步位同步v 群同步群同步 9.1 9.1 概述概述 1、按照同步的、按照同步的功用功用分为:分为:第第9 9章章 同步系统同步系统3载波同步是指在相干解调时,接收端需要获得一个与发送端同频同相的相干载波。这个载波的获取称为载波提取或载波同步。位同步又称码元同步。要求:定时脉冲频率和码元速率相同 定时脉冲位置(相位)对准最佳抽样判决位置。这个位同步脉冲的取得称为位同步提取。(1)载波同步
2、载波同步(2)位同步位同步 9.1 9.1 概述概述 第第9 9章章 同步系统同步系统4(3)群同步群同步 群同步有时也称帧同步,包含字同步、句同步等。在数字通信中,信息流是用若干码元组成一个“字”,又用若干个“字”组成“句”。在接收这些数字信息时,必须知道这些“字”、“句”的起止时刻,否则接收端无法正确恢复信息。9.1 9.1 概述概述 第第9 9章章 同步系统同步系统52、按照获取和传输同步信息方式分为:、按照获取和传输同步信息方式分为:v 外同步法外同步法v 自同步法自同步法 9.1 9.1 概述概述 第第9 9章章 同步系统同步系统6由发送端发送专门的同步信息(常被称为导频),接收端把
3、这个导频提取出来作为同步信号的方法,称为外同步法。9.1 9.1 概述概述 (1)外同步法外同步法(2)自同步法自同步法发送端不发送专门的同步信息,接收端设法从收到的信号中提取同步信息的方法,称为自同步法。第第9 9章章 同步系统同步系统7 载波同步和位同步载波同步和位同步中多采用自同自同步法,可以把全部功率和带宽分配给信号传输。群同步群同步一般都采用外外同步法。9.1 9.1 概述概述 第第9 9章章 同步系统同步系统8v 同步是进行信息传输的必要和前提。v 同步性能的好坏直接影响着通信系统的性能。如果出现同步误差或失去同步就会导致通信系统性能下降或通信中断。v 同步系统应具有比信息传输系统
4、更高的可靠性和更好的质量指标,如同步误差小、相位抖动小以及同步建立时间短,保持时间长等。9.1 9.1 概述概述 第第9 9章章 同步系统同步系统9载波同步的目的:载波同步的目的:获得同频同相的相干载波。载波同步的方法载波同步的方法:9.2 9.2 载波同步载波同步v 插入导频法(外同步法,略)v 直接法(自同步法)第第9 9章章 同步系统同步系统10直接法举例直接法举例v 平方变换法v 平方环法v 同相正交环法9.2.1 9.2.1 直接法直接法 直接法也称自同步法。这种方法是设法从接收信号中提取载波。第第9 9章章 同步系统同步系统11此方法广泛用于抑制载波的双边带信号1、平方变换法、平方
5、变换法9.2.1 9.2.1 直接法直接法载波提载波提取电路取电路第第9 9章章 同步系统同步系统12平方后双边带信号9.2.1 9.2.1 直接法直接法 对于2PSK信号,x(t)是双极性矩形脉冲,设x(t)=1,则x2(t)=1,这样已调信号x(t)cosct经过非线性变换平方律部件后得 第第9 9章章 同步系统同步系统132fc窄带滤波器二分频第第9 9章章 同步系统同步系统142、平方环法、平方环法9.2.1 9.2.1 直接法直接法代替代替第第9 9章章 同步系统同步系统15 由于锁相环具有良好的跟踪、窄带滤波和记忆功能,平方环法比一般的平方变换法具有更好的性能。因此,平方环法提取载
6、波得到了较广泛的应用。9.2.1 9.2.1 直接法直接法第第9 9章章 同步系统同步系统163、同相正交环法同相正交环法 同相正交环法又叫科斯塔斯(Costas)环。9.2.1 9.2.1 直接法直接法提取的载波提取的载波解调的基带信解调的基带信号号第第9 9章章 同步系统同步系统17 Costas环与平方环法比较:环与平方环法比较:v都都是是利利用用锁锁相相环环(PLL)提提取取载载波波的的常常用用方方法法,都有都有180相位模糊问题。相位模糊问题。vCostas环环与与平平方方环环相相比比,在在电电路路上上要要复复杂杂一一些些,但它的工作频率即为载波频率。但它的工作频率即为载波频率。v而
7、而平平方方环环的的工工作作频频率率是是载载波波频频率率的的两两倍倍,显显然然当当载载波波频频率率很很高高时时,工工作作频频率率较较低低的的Costas环环易易于于实实现现v 当当环环路路正正常常锁锁定定后后,Costas环环可可直直接接获获得得解解调调输输出,而平方环则没有这种功能。出,而平方环则没有这种功能。9.2.1 9.2.1 直接法直接法第第9 9章章 同步系统同步系统189.2.3 9.2.3 载波同步系统的性能指标载波同步系统的性能指标 v高效率高效率v高精度高精度v同步的建立时间、保持时间同步的建立时间、保持时间载波同步系统的性能指标载波同步系统的性能指标注:这些指标与注:这些指
8、标与提取的电路提取的电路、信号及噪声信号及噪声的情况有关的情况有关。当采用。当采用性能优越的锁相环提取载波时性能优越的锁相环提取载波时 这些指标主要取决于锁相环的这些指标主要取决于锁相环的性能。性能。第第9 9章章 同步系统同步系统19高精度高精度:指接收端提取的载波与需要的载波标准比较,指接收端提取的载波与需要的载波标准比较,应该有尽量小的相位误差。应该有尽量小的相位误差。如需要的同步载波为如需要的同步载波为coscosc ct t,提取的同步载波为,提取的同步载波为coscos(c ct+)t+),就是相位误差。就是相位误差。载波相位误分为载波相位误分为稳态误差稳态误差和和随机误差随机误差
9、:稳态误差稳态误差主要是由提取电路有关主要是由提取电路有关随机误差随机误差则是由随机噪声产生。则是由随机噪声产生。9.2.3 9.2.3 载波同步系统的性能指标载波同步系统的性能指标 高效率:高效率:指的是为了获取载波信号而尽量少消耗指的是为了获取载波信号而尽量少消耗发送功率。(直接法优于插入导频法)发送功率。(直接法优于插入导频法)第第9 9章章 同步系统同步系统20同步建立时间同步建立时间ts和保持时间和保持时间tc,要求,要求ts短,短,tc长。长。建立时间:建立时间:保持时间:保持时间:窄带滤波器窄带滤波器U:同步信号峰值同步信号峰值kU:输出电压的包络达到此值,认为同步建立输出电压的
10、包络达到此值,认为同步建立tUkUtstc指从开机或失步到同步所需要的时间指从开机或失步到同步所需要的时间指同步建立后,若同步信号小时,系统还指同步建立后,若同步信号小时,系统还能维持同步的时间。能维持同步的时间。第第9 9章章 同步系统同步系统219.3 9.3 位同步位同步zx第第9 9章章 同步系统同步系统229.3 9.3 位同步位同步位同步的实现方法:位同步的实现方法:滤波法数字锁相法v插入导频法(外同步法,略)v直接法(自同步法)包络陷落法包络陷落法第第9 9章章 同步系统同步系统23 直接法也称自同步法。这种方法不直接发送导频信号,而是设法从数字信号中提取位同步信号。这种方法在数
11、字通信中得到了最广泛的应用。9.3.2 9.3.2 直接法直接法滤波法数字锁相法(略)包络陷落法包络陷落法第第9 9章章 同步系统同步系统241、不归零的随机二进制序列,不论是单极性还是双极性的,当P(0)=P(1)=1/2时,都没有f=1/Ts线谱,因而不能直接滤出f=1/Ts的位同步信号分量。2、若对该信号进行某种变换,例如,变成归零的单极性脉冲,其谱中含有f=1/T的分量,然后用窄带滤波器取出该分量,再经移相调整移相调整后就可形成位定时脉冲。滤波法:滤波法:第第9 9章章 同步系统同步系统25滤波法电路包含两部分:1、非线性变换电路非线性变换电路:使得基带信号经处理后含有位同步频率分量;
12、2、窄带滤波器或者锁相环:滤除噪声和其他谱分量,提取纯净的位同步信号。第第9 9章章 同步系统同步系统26波形变换:包括采用微分和全波整流电路。微分的作用是把不归零脉冲变为归零脉冲。全波整流电路的作用是把双极性信号变为单极性信号。1、微分、微分、全波整流全波整流滤波法。滤波法。第第9 9章章 同步系统同步系统27完整的微分全波整流法框图和各点波形图:完整的微分全波整流法框图和各点波形图:第第9 9章章 同步系统同步系统28包络陷落法:包络陷落法:应用对象是应用对象是频带受限频带受限的二相的二相PSK 信号,因频带受限,信号,因频带受限,在相邻码元的相位突变点附近会产生幅度平滑的在相邻码元的相位
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