通信原理曹丽娜福大课程使用版本第3章

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1、通信原理第13同步原理1第13章同步原理同步是数字通信中一个重要的实际问题，通信系统如果出现同步误差或失去同步,就会使通信系统性能降低或通信失效。所谓同步是指收发双方在时间上步调一致，故又称定时。为什么要研究同步技术？13.1概述2第13章同步原理按照同步的不同功用分为：载波同步：在接收设备中产生一个和接收信号的载波同频同相的本地相干载波，用于相干解调。又称为载波恢复或载波提取。方法：接收信号中有载频分量时：直接从接收信号中提取，但需要调整其相位。接收信号中无载频分量时：需用较复杂的方法从信号中提取载波。或者在发送端插入辅助同步信息。注意：相干载波必须与接收信号的载波严格

2、地同频同相。3第13章同步原理码元同步：在数字通信系统中，任何消息都是通过一连串码元序列传送的，所以接收时需要知道每个码元的起止时刻，以便在恰当的时刻进行抽样判决或正确确定码元的积分区间（以求得码元的能量）。这就要求接收端必须提供一个与接收码元的重复频率和相位一致的时钟脉冲序列。提取这种时钟脉冲序列的过程就称为码元同步。方法：从接收信号中获取同步信息，由其产生一时钟脉冲序列，使后者和接收码元起止时刻保持正确关系。或插入辅助同步信息。它又称为时钟同步或时钟恢复。对于二进制码元而言，码元同步又称为位同步。4第13章同步原理群同步：在数字通信中，信息流是用若干码元组成一个“字”

3、，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。因此，在接收端产生与“字”、“句”起止时刻相一致的定时脉冲序列的过程统称为群同步或帧同步。网同步：随着数字通信的发展，尤其是计算机通信的发展，多个用户之间的通信和数据交换，构成了数字通信网。为了保证通信网内各用户之间可靠地通信和数据交换，全网必须有一个统一的时间标准时钟，这就是网同步。5第13章同步原理总结一下实现同步的方法：外同步法：由发送端发送专门的辅助同步信息（常被称为导频），接收端把这个导频提取出来作为同步信号的方法。自同步法：发送端不发送专门的辅

4、助同步信息，接收端设法从接收到的信号中提取同步信息的方法。自同步法是人们最希望的同步方法，因为可以把全部功率和带宽分配给信号传输。在载波同步和位同步中，两种方法都有采用，但自同步法正得到越来越广泛的应用。而群同步一般都采用外同步法。6第13章同步原理13.2载波同步13.2.1无辅助导频时的载波提取（自同步法）有些信号（如DSB-SC、等概PSK等）虽然本身不直接含有载波分量，但经过某种非线性变换后，将具有载波的谐波分量，因而可从中提取出载波分量。常用的载波同步自同步方法有平方环法、科斯塔斯环法和再调制法等。7第13章同步原理①平方变换法和平方环法当m(t)取+1和-1的

5、概率相等时，此信号的频谱中无角频率c的离散分量。将上式平方，得到由上式可见，其中包含2倍载频的频率分量。将此2倍频分量用窄带滤波器滤出后再作2分频，即可得出所需载频。平方变换法提取载波正是基于该思路，其解调原理框图如下：以2PSK信号为例进行讨论。设此信号为：式中，m(t)=18带通平方窄带滤波二分频低通平方变换法提取载波在实际使用中，伴随信号一起进入接收机的还有加性高斯白噪声，为了改善平方变换法的性能，使恢复的相干载波更为纯净，上图中的窄带滤波器常用锁相环代替，称为平方环法，其原理框图如下：第13章同步原理9载频输出带通滤波平方压控振荡环路滤波锁相环s(t)二分频窄

6、带滤波事实上就是一个窄带低通滤波器，只是因其用于锁相环的环路中，所以称之为环路滤波器自动跟踪输入信号的频率和相位模拟乘法鉴相器，将输入信号与压控振荡器输出信号的相位差转换为电压差10平方环法的缺点：第13章同步原理相位含糊性：二分频器的输出电压有相差180°的两种可能相位，即其输出电压的相位决定于分频器的随机初始状态。采用2DPSK调制可以避免此缺点的影响。错误锁定：平方后的接收电压中有可能存在其他的离散频率分量，使锁相环锁定在错误的频率上。解决这个问题的办法是降低环路滤波器的带宽。频率高：在载波频率上进行平方运算后，由于频率倍增，使后面的锁相环工作频率加倍，增加了实现难

7、度。1190相移环路滤波压控振荡s(t)载频输出低通低通解调输出abcedfg第13章同步原理②科斯塔斯环法又称同相正交环法或边环法。这是利用锁相环提取载波的另一种常用方法。输入信号：a点电压：b点电压：两者同相正交，所以该方法又称为同相正交环(-)是提取的相干载波和接收载波相位之差12cosαcosβ=1/2[cos(α+β)+cos(α-β)]c点电压：d点电压：低通滤除90相移环路滤波压控振荡s(t)载频输出低通低通解调输出abcedfg13e点电压：cosαsinβ=1/2[sin(α+β)-sin(α