同步系统论文

同步系统 通信系统中的正常信息传输同步是必要的，只有收.发之间建立同步才能传输信息。并要求同步信息传输的可靠性高于信号传输的可靠性。一、载波同步技术 传输同步信息方式的不同可分为直接法与插入导频法。直接法提取同步载波指的是有些信号即使本身不包含载波分量，但对该信号进行某些非线性变换以后可以直接从中提取载波分量。 直接提取载波有平方变换法和平方环法，设调制信号为m(t)，m(t)中无直流分量，则抑制载波的双边信号为 s(t)=m(t) ，接受端将该信号进行平方变换，即经过一个平方律部件后就得到 e(t)=(t)cos=(t)+(t)cos2ct ，可以从式中看出，前面假设m(t)中无直流分量，但(t)却一定有直流分量即e(t)的第二项中就包含2fc频率的分量。经过一个二分频器可以得到的频率成分这就是同步载波。二分频 载波输出2Fc窄带滤波器平方律部件 输入已调信号 载波 直接提取载波有同相正交环法，利用锁相环法提取加两个相乘器的本地信号分别为压控振荡器的输出信号cos(+)和它的正交信号sin(+)，设输入的抑制载波双边带信号为m(t)则 v3=m(t)(+)=m(t)+cos(2ct+) v4=m(t)(+)=m(t)+sin(2ct+)， 经低通后的输出分别为v5=m(t)v6=m(t)，乘法器的输出为 v7=v5*v6=(t)=1/8(t)sin2 式中，是压控振荡器输出信号与输入已调信号载波之间的相位误差。当较小时，可以近似地表示为v7(t)即v7的大小与相位误差成正比，它就相当于一个鉴相器的输出。四分频 载波输出4Fc窄带滤波器四次方部件 输入已调信号 载波输出 二、插入导频法 在模拟通信系统中，抑制载波的双边带信号本身不含载波；残留边带信号虽然一般都含有载波分量，但很难从已调信号的频谱中将它分离出来；单边带信号更是不存在载波分量。对于抑制载波的双边带调制而言，在载频处，已调信号的频谱分量为零，同时对调制信号m(t)进行适当的处理，就可以使已调信号在载频附近的频谱分量很小，这样就可以插入导频，这时插入的导频对信号的影响最小。但插入的导频并不是加在调制器的那个载波，而是将该载波移相90后所谓“正交载波”。相乘器低通带通相乘调制相加 m(t) 输出 v(t) 输出带通 V0（t） m(t)/2相移窄带滤波器/2相移 Ac （a）插入导频法发送端方框图 （b）插入导频法接收端方框图 残留边带信号中插入导频 H（f） 0 f1 f2 f2除了在频域插入导频的方法以外，还可以在时域插入导频以传送和提取同步载波。在每一帧中，除了包含一定数目的数字信息外，在t0t1的时隙中传送位同步信号，在t1t2的时隙内传送帧同步信号，在t2t3的时隙内传送载波同步信号，而在t3t4时隙内才传送数字信息。可以发现这种时域插入导频方式，只是在每帧的一小段时间内才作为载波标准，其余时间是没有载频标准的。 在锁相环中，压控振荡器的自由振荡频率应尽量和载波标准频率相等，而且要有足够的频率稳定度，鉴相器每隔一帧时间与由门控信号取出的载波标准比较一次，并通过它去控制压控振荡器。当载波标准消失后压控振荡器具有足够的同步保持时间，直到下一帧载波标准出现时再进行比较和调整。适当地设计锁相环路，就可以使恢复的同步载波的频率和相位的变化控制在允许的范围以内。载波同步系统的主要性能包括；效率、精度、同步时间和同步保持时间。精度是指提取的同步载波与标准载波比较，它们之间的相位误差大小，通常又习惯地将这种误差分为稳态相位误差和随机相位误差。 两种载波同步方法的比较: 直接法的优缺点主要表现为不占用导频功率，因此信噪功率比可以大一些。可以防止插入导频法中导频和信号间由于滤波不好而引起的互相干扰，也可以防止信道不理想引起导频相位的误差。有的调制系统不能用直接法(如SSB系统)。插入导频法的优缺点主要表现为有单独的导频信号，一方面可以提取同步载波，另一方面可以利用它实现自动增益控制。有些不能用直接法提取同步载波的调制系统只能用插入导频法。插入导频法要多消耗一部分不带信息的功率。因此，与直接法比较，在总功率相同条件下实际信噪功率比要小一些。三、位同步技术 在数字通信系统中，发送端按照确定的时间顺序，逐个传输数码脉冲序列中的每个码元。而在接收端必须有准确的抽样判决时刻才能正确判决时刻才能正确判决所发送的码元，因此，接收端必须提供一个确定抽样判决时刻的定时脉冲序列。这个定时脉冲序列的重复频率必须与发送的数码脉冲序列一致，同时在最佳判决时刻对接收码元进行抽样判决。实现位同步的方法和载波同步类似，也有直接法和插入导频法两种，而在直接法中也分为滤波法和锁相法。 插入导频法：为了得到码元同步的定时信号，首先要确定接收到的信息数据流中是否包含有位定时的频率分量。如果存在此分量，就可以利用滤波器从信息数据流中把位定位信息提取出来。若基带信号为随机的二进制不归零码序列，这种信号本身不包含位同步信号，为了获得位同步信号需在基带信号中插入位同步的导频信号，或者对该基带信号进行某种码型变换以得到位同步信息。插入导频法与载波同步时插入导频法类似，它也是在基带信号频谱的零点插入所需的导频信号。 自同步法当系统的位同步采用自同步方法时，发端不专门发送导频信号，而直接从数字信号中提取位同步信号，这种方法在数字通信中经常采用，而自同步法具体又可以分为滤波法和锁相法。位同步系统的性能指标：1.效率 2.相位误差（精度）3.同步建立时间 4.同步保持时间 5.同步带宽 相位误差e;利用数字锁相法提取位同步信号时，相位比较器比较出误差以后，立即加以调整，在一个码元周期内加一个或扣除一个脉冲。同步建立时间；即为失去同步后重建同步所需的最长时间。同步保持时间；同步建立后，一旦输入信号中断，或者遇到长连0码.长连1码时，由于接受的码元没有过零脉冲，锁相系统就因为没有输入相位基准而不起作用，另外收发双方的固有位定时重复频率之间总存在频差，接收端位同步信号的相位就会渐渐发生漂移，时间越长，相位漂移量越大，直至漂移量达到某一准许的最大值，就算失布了。同步带宽；如果输入信号码元的重复频率和接收端固有位定时脉冲的重复频率不相等时，每经过时间，该频差会引起的时间漂移。4 群同步技术群同步有时也称为帧同步。为了实现群同步，可以在数字信息流中插入一些特殊码字作为每个群的头尾标记，这些特殊的码字应该在信息码元序列中不会出现，或者是偶然可能出现，但不会重复出现，此时只要将这个特殊码字连发几次，接收端就能识别出来，并根据这些特殊码字的位置实现群同步。插入特殊码字实现群同步的方法有两种，即连贯式插入法和间隔式插入法。连贯式插入法就是在每群的开头集中插入群同步码字的同步方法。作群同步码字的特殊码字首先应该具有尖锐单峰特性的局部自相关特性，其次这个特殊码字在信息码元序列中不易出现以便识别，最后群同步识别器需要尽量简单。巴克码是一种具有特殊规律的二进制码字。位数n巴克码字2+ +；- +3+ + -4+ + + -；+ + -+5+ + + - +7+ + + - - + -11+ + + - - - + - - + -13+ + + + + - - + + - + - + 巴克码字巴克码识别器判决相加0 1（7）0 1（6）0 1（5）0 1（4）0 1（3）0 1（2）0 1（1） 7位巴克码识别器间歇式插入法：在某些情况下，群同步码字不再是集中插入到信息码流中，而是将它分散地插入，即每隔一定数量的信息码元，插入一个群同步码字。由于间歇式插入法是将群同步码元分散的插入到信息流中，因此，群同步码码型的选择有一定的要求，其主要的原则是：首先要便于接收端识别，即要求群同步码具有特定的规律性，这种码型可以全是“1”码，“1”“0”交替码等，其次，要使群同步码的码型尽量和信息码相区别。接收端要确定群同步码的位置，就必须对接收的码进行搜索检测。一种常用检测方法为逐码移位法。逐码移位法的基本原理是，由位同步脉冲（位同步码）经过n次分频以后的本地群码（频率是正确的，但相位不确定）与接收到的码元中间歇式插入的群同步码进行移位比较，使本地群码与发送来的群同步码同步。群同步系统的性能指标：对于群同步系统而言，希望其建立的时间要短，建立同步以后应该具有较强的抗干扰能力。因此，在通常情况下，用以下3个性能指标来表示群同步性能的好坏；.漏同比概率.假同步概率.群同步平均建立时间。漏同步概率：由于噪声和干扰的影响，会引起群同步码字中一些码元发生错误，从而使识别器漏识别已发出的群同步码字，出现这种情况的概率。假同步概率；在信息码中也可能出现与所需识别的群同步码字相同的码字，这时识别器会把他误认为群同步码字而出现假同步。群同步平均建立时间；对于连贯式插入的群同步而言，设漏同步和假同步都不发生，也就是和。在最不利的情况下，实现群同步再多需要一群的时间。群同步的保护；在群同步系统的性能分析中可以看出，由于噪声和干扰的影响，当有误码存在时，就有漏同步的问题出现，另外由于信息码中也可能偶然出现群同步码，这样就产生假同步问题。假同步和漏同步都使群同步系统不稳定和不可靠，为此要增加群同步的保护措施，以提高群同步的性能。最常用的保护措