通信原理04-同步技术

载波同步技术

位同步技术

群同步（帧同步）技术

网同步技术4同步技术数字调制系统的性能是由解调方式决定的。相干解调中，首先要在接收端恢复出相干载波，这个相干载波应与发送端的载波在频率上同频，在相位上保持某种同步关系。载波同步位同步（码元同步）位同步又称码元同步。不管是基带传输，还是频带传输（相干或非相干解调），都需要位同步。群同步（帧同步）对于数字信号传输来说，数字信号是按照一定数据格式传送的，一定数目的信息码元组成一个“字”，若干个“字”组成一“句”，若干“句”构成一帧，从而形成群的数字信号序列。网同步（通信网络中使用）当通信是在两点之间进行时，完成了载波同步、位同步和群同步之后，接收端不仅获得了相干载波，而且通信双方的时标关系也解决了。同步信号的获取方式同步也是一种信息，按照传输同步信息方式的不同，可分为外同步法和自同步法。外同步法由发送端发送专门的同步信息，接收端把这个专门的同步信息检测出来作为同步信号的方法，称为外同步法。自同步法发送端不发送专门的同步信息，接收端设法从收到的信号中提取同步信息的方法，称为自同步法。同步的技术指标同步系统性能的降低，会直接导致通信质量的降低，甚至使通信系统不能工作。同步误差小相位抖动小同步建立时间短同步保持时间长要求传输可靠性：同步信息高于信号1载波同步技术插入导频法（外同步法）直接法（自同步法）（1）插入导频法（外同步法）频域插入导频时域插入导频SSB、DSB信号简介假设无线电音频信号频率为500Hz，载波频率为10MHz，那么调制后信号将产生的主要频率：

10MHz+500Hz=10.0005MHz——上边带（USB）

10MHz-500Hz=9.9995MHz——下边带（LSB）在调幅波频谱中的上下两个边带都含有相同的信息，只传送一个边带也就可以完成信息的传送,为了提高发射功率的效率,而把其中一个边带和载波都消除掉。这个过程就叫做单边带调制，而最终输出的无线电信号就叫做单边带信号（SSB）。在调制时上下两个边带含有不同的信息，称为双边带调制，输出的信号就叫做双边带信号（DSB）。频域插入导频在DSB信号中插入导频插入导频的位置应该在信号频谱为零的位置，否则导频与信号频谱成分重叠在一起，接收时不易取出。2PSK的正频域频谱图从下图所示的频谱图可以看出，在载频处，已调信号的频谱分量为零，载频附近的频谱分量也很小且没有离散谱，这样就便于插入导频以及解调时易于滤出它。（a）基带信号x(t)频谱函数（b）对x(t)进行相关编码得到的频谱函数（c）双边带调制后得到的频谱函数插入导频双边带调制系统发送端电路框图码变换器将Sd(t)频谱中的直流和相邻的低频信号滤掉或衰减经低通滤波器加给环行调制器，由带通滤波器取出上、下边带送给加法器。同时送给加法器的还有载波移相90°的Acsinωct。（发送端必须正交插入导频，不能加入Acosωt导频信号，否则接收端解调后会出现直流分量，这个直流分量无法用低通滤波器滤除，将对基带信号的提取产生影响。）在残留边带信号中插入导频插入导频f1、f2的选择。可以在残留边带频谱的两侧插入f1和f2；f1和f2不能与（fc-fm）和（fc+fr）靠得太近，太近不易滤出f1和f2，但也不能太远，太远占用过多频带。2PSK载波信号的提取接受端收到的信号

e(t)=ASc(t)cosωct+Acsinωct接受信号频率fc,移相得到Accosωct相成器完成

[ASc(t)cosωct+Acsinωct]Accosωct

=½A·AcSc(t)+½A·AcSc(t)+cos2cosωct+½Ac2sin2ωct通过低通滤波器得到½A·AcSc(t)如果用Accosωct时，得到

½AcSc(t)+½Ac直流分量½Ac对抽样判决有干扰插入导频法接收端电路框图时域插入导频法时域插入法中对被传输数据信号和导频信号在时间上加以区别。把一定数目的数字信号分作一组，称为一帧。t0～t1的时隙中传送位同步信号；t1～t2的时隙内传送帧同步信号；t2～t3的时隙内传送载波同步信号；t3～t4的时间内传送数字信息。（2）直接法（自同步法）已调信号x(t)cosωct,其中x(t)为2PSK信号，双极性矩形脉冲。接收端经过平方得到e(t)=[x(t)cosωct]2

=½x2(t)+½

x2(t)cos2ωct∵x(t)=±1∴e(t)=½(1+cos2ωct)由此，通过窄带滤波器取出2fc,经过二分频得到频率这就是所需要的载波频率2位同步技术位同步是数字通信中非常重要的一个同步技术。位同步与载波同步是截然不同的两种同步方式。在模拟通信中，没有位同步的问题，只有载波同步的问题，而且只有接收机采用同步解调时才有载波同步的问题。但在数字通信中，一般都有位同步的问题。对位同步信号的要求有两点：一是使收信端的位同步脉冲频率和发送端的码元速率相同；二是使收信端在最佳接收时刻对接收码元进行抽样判决。（1）插入导频法（外同步法）在无线通信中，数字基带信号一般都采用不归零的矩形脉冲，并以此对高频载波作各种调制。解调后得到的也是不归零的矩形脉冲，码元速率为fs，码元宽度为Ts，这种信号的功率谱在fs处为零，例如双极性码的功率谱密度如下图所示。插入导频法的另一种形式是使数字信号的包络按位同步信号的某种波形变化。在移相键控或移频键控的通信系统中，对已调信号进行附加的幅度调制后，接收端只要进行包络检波，就可以形成位同步信号。包络调制法包络调制法设移相信号的表示式为s1（t）=cos［ωct+φ（t）］现在用某种波形的位同步信号对s1（t）进行幅度调制，若这种波形为升余弦波形，则其表示式为m（t）=1/2（1+cosΩt）式中Ω=2π/Ts，Ts为码元宽度。幅度调制后的信号为s2（t）=1/2（1+cosΩt）cos［ωct+φ（t）］s2（t）可称为调幅调相波。接收端对s2（t）进行包络检波，包络检波器的输出为1/2（1+cosΩt），除去直流分量后，就可获得位同步信号1/2cosΩt。时域插入法事实上，同步信号也可以在时域内插入，这时载波同步信号、位同步信号和数据信号分别被配置在不同的时间内传送。（2）自同步法自同步法的收端位同步提取电路，从功能上讲，一般都由两部分组成：第一部分是非线性变换处理电路，它的作用是使接收信号或解调后的数字基带信号经过非线性变换处理后含有位同步频率分量或位同步信息；第二部分是窄带滤波器或锁相环路，它的作用是滤除噪声和其他频谱分量，提取纯净的位同步信号。滤波法对于不归零的随机二进制序列，不能直接从其中滤出位同步信号。波形变换在实际应用中可以是微分、整流电路。滤波法提取的定时信号不稳定、不可靠。滤波法原理图基带信号微分、整流波形锁相法位同步锁相法的基本原理和载波同步的类似。在接收端利用鉴相器比较接收码元和本地产生的位同步信号的相位，若两者相位不一致（超前或滞后），鉴相器就产生误差信号去调整位同步信号的相位，直至获得准确的位同步信号为止。3群同步（帧同步）技术在计算机数据通信系统中，接收端为了正确恢复所传输的内容，必须知道每个码元序列的起始与结束位置。由于数据的信号结构是遵照通信协议事先规定好的，因此在接收端很容易得到一帧信息。为了实现群同步，要在数据序列中插入特殊的同步码或同步字符。群同步系统的要求正确建立同步的概率要大。初始捕