通信原理讲义 第4部分

通信原理讲义 第4部分

第八章 同步原理

8.1 8.2 8.3 8.4 8.5

引言

载波同步 位同步 帧同步 网同步

8.1 引 言

以点─点两路PCM/2DPSK数字电话系统为例来说明载波同步、位同步以及帧同步的作用。

1(t) 2(t)

设CLK频率为192KHz、SL1、SL2的频率为8KHz，则SL1、SL2、PCM1、PCM2、F(t)、

及PCM信号的波形如下

SL1

SL2

11 D12

PCM

D21

PCM

F(t)

PCM

D11 D21 D12 D22

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两个PCM编码器用同一个时钟CLK，SL1、SL2两个信导的频率也相等，故PCM1、PCM2 的码速率完全相同。复接器实际上是一个或门电路。此种复接器输入的支路信号速率完全相同，称为同步复接器。

CLK、SL1、SL2、及cos ct是由发端同步器提供的，在电路上比较容易实现。 收端的载波同步器提供相干载波，与发载波同频同相（或反相）。位同步器输出位同步信号CP(t)，信号频率为192KHz。帧同步器从收端PCM码流中提取帧同步信导FS(t)，进而产生路同步信号F1(t)和F2(t)，FS(t)的脉冲前沿与帧同步码1110010的最后一位起时间对齐（也可以与第一位数据起时间对齐）。F1(t)、F2(t)的脉冲前沿与各自数据的第一位起始时间或最后一位的结束时刻对齐（由具体电路决定）。

若复接器输入的各支路信号的速率标称值相同但实际值有一定差异，则不能进行同步复接，采取网同步方法才能复接不同速率的支路。此问题于网同步范畴。

8.2 载波同步

对模拟已调信号和数字已调信号进行相干解调时，需要从接收信号中提取相干载波。

一、载波同步方法

当己调信号频谱中有载频离散谱成分时可用窄带带通滤波器或锁相环来提取相干载波，若载频附近的连续谱比较强则提取的相干载波中有较大的相信抖动。下面介绍当已调信号中不含有载波离散谱时，如何提取相干载波。

1、 插入导频法

可在抑制载波双边带信号中插入导频，也可以在单边带信导中插入导频。

当基带信号是模拟话音信号时，由于话音最低频率为300Hz、故DSB信号频谱图中，在载频fc附近无连续谱，有利于插入导频。当基带信号是数字信号时，必须进行相关编码变换（如第Ⅳ类、第Ⅴ类部分响应）再进行DSB调制（如PSK）。

插入导频法的发端方框图、收端方框图及插入导频后DSB信号频谱如下图所示

u0(t) = m(t)sin ct-cos ct sin ct (正交导频)

发方框图

ud

V(t)= u0(t)sin ct

收方框图

111

m(t) m(t)cos2 ct sin2 ct 222

频谱

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· 插入正交导频的目的：收端相乘器的输出V(t)中无直流。也可以插入同相导频，低通滤波器中加入隔直电容即可。

· 插入导频信号的功率应比较小，否则就成为AM信号了。 · VSB信号一般在电视中采用，常用包络检波法解调。

2、 直接法

介绍如何从2PSK信号中直接提取相干载波。

⑴ 平方变换法 ct

2PSK

ct

e(t) m2(t)cos2 ct Cos2 ct

1

(1 cos2 ct) 2

二分频产生相模糊现象

⑵ 平方环法

信

ct ct

一般采用模拟环，uo(t) 超前于ui(t) 中的2fc成分90°，二分频、移相后得到cos ct或-cos ct 。

⑶ 同相正交环（Costas环）

ui m(t)co sct

u1 cos (ct θe)

u2 sin (ct θe)

u3 Umm(t) co se co s2 ct e u4 Umm(t) si ne si n2 ct e u5 Umm(t)cos e

u6 Umm(t)sin e

u7 Udsin2 e 此即为环路的鉴相特性

上式中，Um、Ud为乘法器引起的信号幅度变化，当VCO的固有振荡频率与2PSK的载频非常接近且环路增益很高时，环路锁定后 e 0或 ，u1(t) cos ct或 cos ct。可见用同相正交环提取的载波也存在相位模糊现象。

环路锁定后，u5(t) m(t)或-m(t)，考虑到噪声等因素，应对u5(t)进行抽样判决以再生数字基带信号。

从4PSK信号中提取相干载波的方法与2PSK相似，可用四次方变换，四次方环及四相Costas环。

用Costas环提取相干载波时，环路的工频率等于信号载频，用其它方法时电路工作频率等于信号载频的二倍或四倍。

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二、载波同步系统的性能 1．同步误差

理想相干载波cos ct与接收机输入信号载波同频同相。 实际相干载波为cos ct n(t)

为稳态相差，由固有频差（锁相环VCO的固有频率或振荡回路中心频率与载频之差）产生的。

θn(t)为随机相差、由噪声产生。 减小带通滤波器带宽（增大Q值），可减小随机相差、但增加稳态相差。减小环路自然谐振频率可减小随机相差，增大环路增益可减小稳态相差。 2．同步建立时间ts和同步保持时间tc

tc：载波同步器的输入信号丢失后，相干载波与输入信号载波之间的相位误差小于某一范围所需要的时间。

减小带通滤波器的Q值，可减小ts但tc也减小。

增大锁相环的自然谐振频率，可减小ts但tc也减小。 三、载波相位误差对解调性能的影响

1、 模拟通信 ⑴ DSB

o(t)

ct+θ)

n(t) nc(t)cos ct ns(t)sin ct uo(t)

111m(t)co s nc(t)co s ns(t)si n 222

s

12

m(t)co2s 4

输出信号功率

111

输出噪声功率 N0 nc2(t)cos2 ns2(t)sin2 nc2(t)

444

可见载波相位误差使解调输出信号功率减小但不改变噪声功率即输出信噪比下降。同理

可证明，在AM解调中，载波相位误差也使输出信噪比下降。

⑵ SSB

设m(t) cos t，上边带信号为cos( )t，则相干解调输出信号为11

mo(t) cos tcos sin tsin ，第一项与m(t)成正比，但相位误差使信号功率下降。第二

22

项与原信号正交，使基带信号产生畸变且 越大畸变越大。

与DSB系统一样，相位误差并不改变SSB解调器的输出噪声功率，因此载波相位误差使SSB解调器的输出信噪比下降且信号畸变。 在VSB相干解调中也有上述现象发生。

2、 数字通信

显然，抽样判决器输入信噪比变化规律同模拟通信，故误码率增大。 2PSK系统误码率为

Pe Q(2rcos ) 相干解调

2Ecos ) 最佳相干接收机

no

Pe Q(

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8.3 位同步

一、位同步方法 1、 滤波法

r(t)来自相干解调器或非相干解调器的低通滤波器，在最佳接收机中则视具体情况确定r(t)的来源。

波形变换输出信号中必须含有频率等于码速率的高散谱。

若信道中传输的是BNRZ码或2DPSK信号，则波形变换单元可由比较、微分、整流等三部分构成，波形示意图如下

r(t)

微分输出

ui(t)

若无码间串扰且无噪声，则ui(t)脉冲的上升沿都应与各码元的开始时间对齐，它的频谱中包含有位同步信号重复频率的离散谱成分，滤波、脉冲形成及移相后可得到理想的位同步信号。

码间串扰和噪声使位同步器输出的位同步信号在一定范围内抖动。

信息码中的连“1”或连“0”码也会造成位同步信号相位抖的。连“1”或连“0”个 …… 此处隐藏：5595字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……