第7章 同步系统

2020/5/3,1,现代通信原理第7章同步系统,西北工业大学（2005.6）,2020/5/3,2,7.1引言,同步：是指收发双方在时间上保持步调一致。同步的分类：载波同步同频同相相干载波；位（码元）同步节拍一致、相位可调；群同步帧同步；点对点网同步（通信网中用）。同步信号来自于接收信号；在通信系统中，通常都是要求同步信息传输的可靠性高于信号传输的可靠性。,2020/5/3,3,研究的问题：,7.1引言7.2载波同步技术7.3位同步技术7.4群同步技术,2020/5/3,4,7.2载波同步技术,获取方法：插入导频法（外同步法）：在发送有用信号的同时，在适当的频率位置上插入一个或多个称作载频的正弦波，接收端由导频提取载波；直接法（自同步法）：不专门发送导频，在接收端直接从发送信号中提取载波。7.2.1直接法（自同步法）思路：DSB信号虽不含载波分量，但对该信号进行某种非线性变换（如：平方）后派生新的频率分量，就可从中提取同步信息。,2020/5/3,5,1.平方变换法和平方环法发端：设调制信号中无直流分量，则抑制载波的双边带信号为：,收端：平方变换法模型：,经平方律部件后:,经窄带滤波器（2c），含:,二分频，得:,2020/5/3,6,好处：窄带、跟踪、记忆、维持。问题：二分频电路提取出的载波存在相位模糊问题。解决？,问题：窄带滤波器不易实现。改进：用PLL（锁相环）代替。,2020/5/3,7,2.同相正交环法（科斯塔斯环）,经低通后：,目标：只需证得v7(载波相位差)。,同相载波正交载波双PLL环,模型：,2020/5/3,8,经低通后的输出分别为：,乘法器的输出为：,上式可以近似地表示为：,注：载波提取、相干解调一次完成！v5;无相位模糊问题。另：数字通信中经常使用多相移相信号，这类信号同样可以利用多次方变换法从已调信号中提取载波信息。见图7-4。,2020/5/3,9,7.2.2插入导频法1、抑制载波的双边带信号中插入导频导频：为“正交载波”与加在调制器的那个载波移相90。模型：,数学分析：发端：,收端：,LPF输出：。,2020/5/3,10,2、残留边带信号中插入导频,2020/5/3,11,3、时域插入导频法,原理：利用PLL的跟踪、记忆、维持功能。,2020/5/3,12,7.2.3载波同步系统的性能指标载波同步系统的主要性能包括：效率、精度、同步建立时间和同步保持时间。1、精度精度是指提取的同步载波与载波标准比较，它们之间的相位误差大小。（1）稳态相位误差当利用窄带滤波器提取载波时，假设所用的窄带滤波器为一简单单调谐回路，其Q值一定。那么，当回路的中心频率0与载波频率c不相等时，就会使输出的载波同步信号引起一稳态相差。若0与c之差为，且较小时，可得,可见：Q值越高，所引起的稳态相差越大。,2020/5/3,13,（2）随机相位误差从物理概念上讲，正弦波加上随机噪声以后，相位变化是随机的，它与噪声的性质和信噪功率比有关。经过分析当噪声为窄带高斯噪声时，随机相位差与信噪功率比之间的关系式为,其中：f0回路的中心频率，A接收信号幅度。可见：滤波器的Q值越高，随机相位误差越小。,2020/5/3,14,2、同步建立时间和保持时间建立时间保持时间,可见：要使建立时间变短，Q值需要减小；要延长保持时间，Q值要求增大，因此这两个参数对Q值的要求是矛盾的。,2020/5/3,15,3、两种载波同步方法的比较直接法的优缺点主要表现在以下几方面：（1）不占用导频功率，因此信噪功率比可以大一些；（2）防止导频和信号间的互相干扰，也可以防止信道不理想引起导频相位的误差;（3）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在；（1）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作为自动增益控制；（2）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；（2）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。,2020/5/3,16,7.3位同步技术要求：与发端节拍一致、相位可调。获取方法：插入导频法（外同步法）、直接法（自同步法）。不专门发送导频，在接收端直接从发送信号中提取载波。7.3.1插入导频法原理：同于载波同步时导频插入法。,单/双极性NRZ,部分响应系统,2020/5/3,17,部分响应系统：,2020/5/3,18,7.3.2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。自同步法具体又可分为滤波法和锁相法。1、采用滤波法提取位同步,波形变换：由微分、整流电路构成。,2020/5/3,19,2、采用锁相法提取位同步,F,nF,F,FF,本地：超前扣除滞后添加,nF,2020/5/3,20,7.3.3位同步系统的性能指标位同步系统的性能指标除了效率以外，主要有以下几个：（1）相位误差（精度）,（2）同步建立时间,（3）同步保持时间,（4）同步带宽。1、相位误差e由上图可见一个码元周期内由晶振及整形电路来的脉冲数为n个，因此，最大调整相位为：,可以看到，随着n的增加，相位误差e将减小。,2020/5/3,21,2、同步建立时间ts定义：失去同步后重建同步最所需的长时间。故同步建立时间为：,3、同步保持时间tc系统因为没有输入，使得收端位同步信号的相位就会逐渐发生漂移，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，就算失步了。,为了使同步建立时间ts减小，要求选用较小的n，这就和相位误差e对n的要求相矛盾。,2020/5/3,22,式中：F0收发两端固有码元重复频率的几何平均值；F收发两端存在频差。说明：要想延长同步保持时间tc，需要提高收发两端振荡器的频率稳定度。,2020/5/3,23,7.4群同步技术,前提：已实现位同步。任务：识别出数字信息群的起止时刻，或者说给出每个群的“开头”和“末尾”时刻。实现方法：自同步：利用数据码组本身之间不同的特性来实现。外同步：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，接收端据其位置实现群同步。连贯式插入法间隔式插入法重点：外同步。,2020/5/3,24,7.4.1起止同步法结构：,缺点：止脉冲与码元宽度不同，给同步数字传输带来不便；传输效率低：67%。,2020/5/3,25,7.4.2连贯式插入法连贯式插入法：在每群的开头集中插入群同步码字的同步方法。同步码字特殊码字：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。目前已经找到的最常用的群同步码字，就是“巴克码”。1、巴克码一种具有特殊规律的二进制码字：若一个n位的巴克码x1,x2,x3,xn，每个码元xi只可能取值+1或-1，则它的局部自相关函数必然满足条件,2020/5/3,26,表7-1巴克码字,表中+表示+1，表示1,2020/5/3,27,2、巴克码识别器,2020/5/3,28,7.4.2间歇式插入法将群同步码字分散地插入道信息之中，即每隔一定数量的信息码元，插入一个群同步码字。这种群同步码字的插入方式被称为间歇式插入法。24路PCM系统中，群同步则采用间歇式插入法。收端要确定群同步码位置的方法：（1）逐码移位法；（2）RAM帧码检测法。,2020/5/3,29,2020/5/3,30,逐码移位法的基本原理：由位同步脉冲经过n次分频以后的本地群码与接收到码元中间歇式插入的群同步码进行远码移位比较，使本地群码与发送来的群同步码同步。,2020/5/3,31,经过计算，群同步平均建立的时间近似为：,2020/5/3,32,7.4.4群同步系统的性能指标对于群同步系统而言，我们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，用以下三个性能指标来表示。1、漏同步概率P1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称为漏识概率。这时漏同步概率的通式可以写为：,2020/5/3,33,2、假同步概率P2在信息码中也可能出现与所要识别的群同步码字相同的码字，这时识别器会把它误认为群同步码字而出现假同步。假同步概率的表达式为：,2020/5/3,34,3、群同步平均建立时间ts连贯式群同步平均建立时间：,间歇式插入法平均建立时间：,20