华中科大通信原理chap13_同步原理

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1、第13章同步原理现代通信原理本章主要内容n载波同步n位同步n群同步（帧同步）第十三章同步原理n网同步2008-10-292第13章同步原理第13章同步原理n13.1概述码元同步：又称时钟同步或时钟恢复。数字通信系统中的同步synchronization种对于二进制信号，又称位同步。类：载波carrier同步、码元symbol同步、群n目的：得知每个接收码元准确的起止时刻，以便决group同步和网network同步。定积分和判决时刻。载波同步：又称载波恢复。n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

2、者和接收码元起止时刻保持正确n目的：在接收设备中产生一个和接收信号的载波同频、关系。或插入辅助同步信息。同相的本地振荡，用于相干解调。群同步：又称帧同步。n方法：n目的：将接收码元正确分组。接收信号中有载频分量时：需要调整其相位。n方法：通常需要在发送信号中周期性地插入一个同接收信号中无载频分量时：需从信号中提取载波，或在步码元，标示出分组位置。发送端插入辅助同步信息。网同步：使通信网中各站点时钟之间保持同步。2008-10-2932008-10-294第13章同步原理第13章同步原理n13.2载波同步n13.2.1

3、插入导频法：有辅助导频时的载频提取n用于不包含载频分量的信号。n在发送信号中另外加入一个或几个导频信号。n多采用锁相环Phase-LockedLoop（PLL）提取n对环路滤波器的要求：通带越窄，能够通过的噪声越少，但是对载波。导频相位漂移的限制越大。n锁相环原理方框图：负反馈环路结构鉴相器n数字化接收机中锁相环的实现方法：环路滤波器输入信号窄带滤波器：改用数字滤波器输出导频压控振荡器：用只读存储器代替，存储器的指针由时钟和滤波器压控振荡器输出的相位误差共同控制；图锁相环原理方框图鉴相器：可以是一组匹配滤波器，用于匹

4、配相位误差的估值2008-10-2952008-10-296HaiLiu1第13章同步原理第13章同步原理n13.2.2直接法：无辅助导频时的载波提取n平方环：以2PSK信号为例进行讨论。设信号此方案的缺点：s(t)=m(t)cos(wt+q)c1、相位含糊性：2分频器的输出电压有相差180°的式中，m(t)=±1两种可能相位，即其输出电压的相位决定于分频器的当m(t)取+1和-1的概率相等时，此信号的频谱中无角频率wc的离散分量。将上式平方，得到随机初始状态。采用2DPSK体制可以避免此缺点的2221s(t)=m(

5、t)cos(wct+q)=[1+cos2(wct+q)]影响。2由上式可见，其中包含2倍载频的频率分量。将此2倍频分量用锁相2、错误锁定：平方后的接收电压中有可能存在其他环提取后再作2分频，即可得出所需载频。方框图如下：的离散频率分量，使锁相环锁定在错误的频率上。解s(t)带通滤波平方环路滤波决这个问题的办法是减小环路滤波器的带宽。载频压控振荡2分频窄带滤波输出图平方环原理方框图锁相环2008-10-2972008-10-298第13章同步原理第13章同步原理n科斯塔斯环法：又称同相正交环法或边环法。n工作原理n原理

6、方框图：a点的压控振荡电压为：va=cos(wct+j)c·e解调b点的压控振荡电压为：vb=sin(wct+j)低通输出c点的电压：1载频·a压控振荡环路滤波gvc=m(t)cos(wct+q)cos(wct+j)=2m(t)[]cos(j-q)+cos(2wct+j+q)输出d点的电压：s(t)190°相移v=m(t)cos(wt+q)sin(wt+j)=m(t)[]sin(j-q)+sin(2wt+j+q)dccc21be点的电压：ve=m(t)cos(j-q)df2低通1f点的电压：v=m(t)sin(j-q

7、)f2图科斯塔斯环法原理方框图g点的电压：12v=vv=m(t)sin2(j-q)gef8上式中的(j-q)是压控振荡电压相位和接收载波相位之差。2008-10-2992008-10-2910第13章同步原理第13章同步原理121vg=vevf=m(t)sin2(j-q)ve=m(t)cos(j-q)82将m(t)=±1代入上式，并考虑到当(j-q)很小时，由上式可见，当(j-q)很小时，除了差一个常数因子sin(j-q)»(j-q)，则上式变为外，电压ve就近似等于解调输出电压m(t)。所以科斯v»1(j-q)塔斯

8、环本身就同时兼有提取相干载波和相干解调的功能。g4n优缺点：电压vg通过环路滤波器，控制压控振荡器的振荡频率。1、不需要对接收信号作平方运算，工作频率较低。这个电压控制压控振荡器的输出电压相位，使(j-q)尽2、为了得到科斯塔斯环法在理论上给出的性能，要求两路低通滤波器的性能完全相同。可能地小。当j＝q时，vg=0。3、由锁相环原理可知，锁相环