通信原理精品课件第11章同步原理

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1、第11章　同步原理11.1载波同步11.2位同步11.3群同步本章小结习题11.1.1直接法（自同步法）有些接收信号虽然本身不含有载波分量，但对该接收信号作某些非线性变换后，通过窄带滤波器再进行分频，就可以提取到载波分量，这是直接法提取同步载波的基本原理。根据此原理构建的载波提取电路方框图如图11.1.1所示。11.1载波同步图11.1.1直接法提取载波在图11.1.1所示的载波提取方法中，首先对接收的MPSK进行M次变换，然后用一个中心频率为Mfc的窄带滤波器滤出频率为Mfc的信号，最后对这个信号进行M次分频，得到所需的频率为fc

2、的同步载波。当M=2时，可从2PSK或DSB信号中提取同步载波，如图11.1.2所示，此方法称为平方变换法。图11.1.2平方变换法提取载波根据图11.1.2，我们对变换法能够提取同步载波的可行性作简单讨论。在这种方法中，首先对接收到的DSB或2PSK信号进行平方变换，设收到的信号为x(t)cos2πfct，此信号平方后为由于x2(t)中有直流成分，所以e(t)中有cos4πfct成分（在e(t)的频谱中有位于2fc位置上的冲激），经中心频率2fc的窄带滤波器，可得到cos4πfct成分，此成分经二分频后可得到cos2πfc

3、t成分，这就是所需要的同步载波信号。为了改善变换法的性能，可以在变换法的基础上，将窄带滤波器改用锁相环，这样就变成了变换环法，图11.1.2所示的变换法所对应的变换环法方框图如图11.1.3所示，称为平方环法。由于锁相环具有良好的跟踪、窄带滤波和记忆性能，因此平方环法比一般的平方变换法具有更好的性能，因而得到广泛的应用。图11.1.3平方环法提取同步载波图11.1.3中的二分频电路将使载波有180°的相位模糊。这是因为一般的分频器都由触发器构成，由于触发器的初始状态是未知的，分频器输出的波形相位可能随机地取0°或180°。相位模糊对

4、模拟信号影响不大，而对2PSK将引起反向工作问题，解决的办法是采用2DPSK调制。从接收信号中提取同步载波的另一方法是Costas环法，也称为同相正交环法。图11.1.4是这种方法的方框图。图11.1.4Costas环法提取同步载波及解调方框图由图11.1.4可见，Costas环由两条支路构成，一条称为同相支路，另一条称为正交支路。这两条支路通过同一个压控振荡器耦合在一起，构成一个负反馈系统。当达到同步时，同相支路输出已解调的基带波形，此基带波形送到取样判决器，经取样判决输出二进制数字序列。应当注意，Costas环法同样存在相位模糊

5、问题。11.1.2插入导频法(外同步法)有些信号中虽没有载波成分(如DSB信号，2PSK信号等)，但它可以用直接法提取同步载波。除此之外，它还可以用插入导频法使接收端获取同步载波。由于导频是插入到信号中一起发送的，为使接收端能很方便地获取同步载波而又不影响信号，对插入的导频通常有如下要求：(1)导频要在信号频谱为零的位置插入，否则导频与信号频谱成分重叠在一起，接收端不易从接收信号中将导频提取出来。(2)导频的频率应当与载波频率有关，通常导频频率等于载波频率。这样，接收端用窄带滤波器将导频滤出，滤出的导频就是同步载波。(3)插入的导频

6、应与载波正交，避免导频对信号解调产生影响。下面以DSB及2PSK为例来说明插入导频法实现载波同步的基本方法。图11.1.5(a)是基带信号的频谱，(b)是其DSB信号的频谱及插入导频的位置(虚线所示)。导频插在DSB信号频谱为0的地方，即导频的频率为fc，且与调制用的载波信号正交。插入导频法发送端及接收端的方框图如图11.1.6所示。图11.1.5DSB信号中插入导频示意图图11.1.6插入导频法图11.1.6(a)是插入导频法发送端方框图，根据此图可知uo(t)=acm(t)cos2πfct+acsin2πfct其中，acm(t)

7、cos2πfct为DSB信号项，acsin2πfct为插入的导频信号，它与载波accos2πfct正交，所以也称为正交载波(导频)。图11.1.6(b)是接收端解调的方框图，假设收到的信号就是uo(t)，uo(t)的导频经中心频率为fc的窄带滤波器滤出来，再经过90°相移后得到同步载波accos2πfct，uo(t)与载波accos2πfct经相乘器相乘后输出，有经过低通滤波器以后，得　　　　　　。如果发端导频不是正交载波，即发送端不加-90°相移电路，此时uo(t)=acm(t)cos2πfct+accos2πfct收端用窄带滤波

8、器取出accos2πfct后可以不用移相电路直接把它作为同步载波，但此时经相乘器和低通滤波器解调后输出为　　　　　　　，多了一个不需要的直流成分　　，这就是发送端插入正交导频的原因。对于2PSK信号，由前面的学习知道，它在fc附近