数字通信技术 普通高等教育十一五 国家级规划教材 教学课件 作者 张杭 张邦宁 郭道省 王孝国 陈瑾 06-3.ppt

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1、§6.3位同步技术§6.3.1位同步的基本工作原理位同步方法分类插入导频法：在发送基带信号中加入位定时导频信号，接收端通过提取该位定时导频信号实现位同步。直接法：直接从接收的数字信号中提取时钟信号或通过相位比较和调整在本地产生时钟信号。直接法又分为滤波法和比相法两类。一、位同步的实现方法4位同步的实现方法位同步方法插入导频法直接法滤波法比相法锁相法内插法一、位同步的实现方法5滤波法：通过对接收到的数字信号（频带或基带）进行变换处理，使得经过变换处理的数字信号中含有位定时信号分量，再通过窄带滤波器提取该分量，从而实现位同步。比相法：在本地产生一个定时信号，接收机不断的检测本

2、地定时信号的抽样时钟与最佳判决时刻的偏差，根据偏差调整本地定时信号抽样时钟的频率和相位，以便于补偿在发送和接收定时振荡器之间的频率漂移，始终保持在最佳抽样时刻进行抽样。一、位同步的实现方法6滤波法的变换处理方式：（1）将NRZ波形变换为RZ波形（2）对带限基带信号进行平方等变换，得到单极性波形（3）对带限基带信号进行包络检波一、位同步的实现方法7比相法的处理方式比相法的实现步骤：（1）相位比较（鉴相）（2）相位调整相位比较：检测本地位定时信号的采样时刻与最佳判决时刻之间的偏差。因此，相位误差估计是比相法的关键。相位调整：检测出相位误差后，调整本地位定时信号的频率和相位，将

3、相位误差减至最小。一、位同步的实现方法8一、位同步的实现方法比相法中的调整方法锁相调整法：通过改变本地时钟的频率和相位来实现位定时调整；内插调整法：通过改变其它参数来实现位定时的调整采样定时误差检测器VCO时钟环路滤波器输入信号输出信号输入信号输出信号采样内插器控制电路定时误差检测独立时钟9二、位同步的主要性能指标相位误差：表示恢复的位同步相位和最佳判决时刻之间的偏差，包括静态相位误差和相位抖动。静态相位误差：位同步时钟的平均相位与最佳相位之间的偏差相位抖动：偏差的均方值同步建立时间：在输入信号存在的条件下，位同步电路开始工作到达到同步状态所需的时间。同步门限：位同步系统

4、能完成同步的最低信噪比。同步范围：衡量位同步系统适应系统时钟频偏的能力，它是位同步系统能维持同步所允许的最大时钟频偏。10§6.3.2定时误差估计一、早－迟门定时误差估计算法原理早－迟门定时误差估计算法：利用匹配滤波器或相关器输出信号的对称特性。根据：如果信号的抽样不在峰值点，无论是在“时早”抽样点，还是在“时迟”抽样点，抽样值平方的平均值都要比在“时准”样值点平方的平均值要小。具有平方根升余弦频谱滚降特性的基带信号眼图12一、早－迟门定时误差估计算法算法每个符号需要三个样值：前后两个样值用于相位误差检测，中间的样值用于数据判决。误差信号：en=0：理想抽样时刻----时

5、准抽样en>0：抽样时刻超前----时早抽样en<0：抽样时刻滞后----时迟抽样抽样时刻超前抽样时刻滞后13二、Gardner算法Gardner算法特点：实现简单，性能优良，而且对载波相位偏移不敏感Gardner算法典型的I-Q支路接收模型：I，Q支路基带信号其中为载波相位误差Gardner算法对定时误差的计算可以表示为yI(t)s(t)cos(ωot-θe)yQ(t)90oLPFLPF本振14二、Gardner算法Gardner算法（续）对于BPSK对于QPSK显然，只要在一个符号时间内载波相位误差基本不变Gardner算法与载波相位误差无关，定时同步可以独立于载波同

6、步。15二、Gardner算法算法工作过程正确抽样时刻e=0抽样时刻超前e<0抽样时刻滞后e>0001101a(r-1)a(r-1/2)a(r)e=0e=0e=0e=0e=0001101a(r-1)a(r-1/2)a(r)e≈0e＜0e≈0e＜0e＜0001101a(r-1)a(r-1/2)a(r)e≈0e＞0e≈0e＞0e＞016二、Gardner算法Gardner算法鉴相特性如果二进制数字基带信号可以表示成如下形式：设g(t)付氏变换G(f)，抽样误差σ，鉴相特性曲线为：其相位误差鉴相特性曲线为正弦型：4GR/T-1-0.500.51σ/T17二、Gardner算法G

7、ardner算法鉴相特性（续）鉴相特性的强度值GR当g(t)的频谱越宽时，GR就越大；升余弦频谱滚降因子α对Gardner算法性能的影响很大，α=1时的性能最好，当α接近于0时，GR≈0，算法无法实现相位误差的检测。因此，Gardner算法只适合在α在0.4-1.0的BPSK/QPSK信号的定时误差检测G(f)G(1/T-f)00.51fTsin(πfT)00.51积分区间18§6.3.3基于锁相环的定时误差调整一、锁相法实现定时调整基于锁相环的定时误差调整电路VCO的输出信号作为信号采样时钟，由鉴相器提取出采样时钟与最佳判决