数字通信技术 教学课件 作者 韩春光 主编数字通信第八章.ppt

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1、第8章同步技术8.1载波同步8.2位同步8.3帧同步8.4网同步第8章同步技术同步是指通信系统的收、发双方在时间上步调一致，又称定时。由于通信的目的就是使不在同一地点的各方之间能够通信联络，故在通信系统尤其是数字通信系统以及采用相干解调的模拟通信系统中，同步是一个十分重要的问题。只有收、发两端协调工作，系统才有可能真正实现通信功能。可以说，整个通信系统工作正常的前提就是同步系统正常，同步质量的好坏对通信系统的性能指标起着至关重要的作用。在数字通信系统中，同步包括载波同步、码元同步、帧同步和网同步四种。8.1载波同步载波同步是指在相干解调时，接收端需

2、要提供一个与接收信号中的调制载波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。在模拟调制以及数字调制学习过程中，我们知道要想实现相干解调，必须要有相干载波。因此，载波同步是实现相干解调的先决条件。相干载波信息通常是从接收到的信号中提取。如果已调信号中存在载波分量，可以从接收信号中直接提取载波同步信息；如果已调信号中没有载波分量，就需要采用在发端插入导频的方法，或者在接收端对信号进行适当的波形变换，以取得载波同步信息。前者称为自同步法，又称内同步法；后者称为插入导频法，又称外同步法。8.1.1直接法发送端不特别另外发送同步载波信号，而是由

3、接收端设法直接从收到的调制信号中直接提取载波信号的方法就叫做直接法，显然，这种载波提取的方式属于自同步法的范畴。1．平方变换法和平方环法平方变换法和平方环法一般常用于提取sDSB(t)信号和sPSK(t)信号的相干载波。(1)平方变换法我们以抑制载波的双边带信号sDSB(t)为例，来分析平方变换法的原理。设发送端调制信号m(t)中没有直流分量，则抑制载波的双边带信号为：sDSB(t)=m(t)cosωct(8-1)设噪声干扰的影响可以忽略不计，则sDSB(t)经信道传输后，在接收端通过一个非线性的平方律器件的输出e(t)为：(8-2)式(8-2)中

4、第二项含有载波信号的2倍频分量2ωc，如果用一个窄带滤波器将该2ωc频率分量滤出，再对它进行二分频，就可获得所需的本地相干载波ωc。这就是平方变换法提取载波的基本原理，其框图如图8-1所示。图8-1平方变换法(2)平方环法在图8-1所示平方变换法框图中，若将2ωc窄带滤波器用锁相环（PLL）来代替，就构成了如图8-2所示的平方环法载波提取法框图。图8-2平方环法锁相环除了具有窄带滤波和记忆功能外，还有良好的跟踪性能，即相位锁定功能。因此，二者相比，平方环法提取的载波信号和接收的载波信号之间的相位差更小，载波质量更好。故通常情况下平方环法的性能优于平

5、方变换法，其应用也比平方变换法更为广泛。2．相位模糊无论是平方变换法还是平方环法，它们提取的载波都必须由2分频电路分频产生。该分频电路由一级双稳态触发器件构成，在加电的瞬间触发器的初始状态究竟是1还是0状态是随机的，这使得提取的载波信号与接收的载波信号要么同相，要么反相。也就是说，由于分频电路触发器的初始状态不能确定，导致提取的本地载波信号相位存在不确定的情况，这就是相位模糊或倒相。对于模拟的语言通信系统而言，因为人耳听不出相位的变化，所以相位模糊造成的影响不大。但对于采用绝对调相方式的数字通信系统，由于它可以使系统相干解调后恢复的信息与原来的发送

6、信息正好相反（0还原为1，1还原为0），故它的影响将是致命性的。但对于相对调相DPSK信号而言，由于相对调相是针对相邻两个码元之间有无变化来进行调制和解调的，故本地载波信号反相并不会影响其信息解调的正确性。所以上述两种载波提取电路不能用于绝对调相信号的解调，但可以提取DPSK信号的载波。3．同相正交环法同相正交环法又叫科斯塔斯（Costas）环法，它的原理框图如图8-3所示。图8-3科斯塔斯环环路中，压控振荡器（VCO）的输出v0(t)经过90°移相器作用，提供两路彼此正交的本地载波信号出v1(t)、v2(t)，将它们分别与解调器输入端收到的信号s

7、m(t)在相乘器1、2中相乘后输出信号v3(t)、v4(t)，再分别经低通滤波器滤波，输出v5(t)、v6(t)；由于v5(t)、v6(t)中都含有调制信号sm(t)分量，故利用相乘器3，使v5(t)、v6(t)相乘以去除sm(t)的影响，产生误差控制电压vd。vd通过环路滤波器（LF）滤波后，输出仅与v0(t)和sm(t)之间相位差△ø有关的压控控制电压，送至VCO，完成对VCO振荡频率的准确控制。如果把图中除低通LPF和压控振荡VCO以外的部分看成一个鉴相器，则该鉴相器的输出就是vd，这正是我们所需要的误差控制电压。vd通过LPF滤波后，控制V

8、CO的相位和频率，最终使sm(t)和v0(t)之间频率相同，相位差△ø减小到误差允许的范围之内。此时，VCO的输出v0(t