文元美现代通信原理同步系统

2026/6/8课件1第6章同步系统6.1概述6.2载波同步技术6.3位同步技术6.4群同步(帧同步)技术2026/6/8课件26.1概述6.1.1不同功用的同步载波同步2.位同步(码元同步)3.群同步(帧同步)4.网同步2026/6/8课件36.1.2不同传输方式的同步外同步法2.自同步法2026/6/8课件46.2载波同步技术

载波同步的方法通常有直接法(自同步法)和插入导频法(外同步法)两种。直接法又可分为非线性变换—滤波法和特殊锁相环法。用直接法提取载波分量的另一途径是采用特殊的锁相环，这种特殊锁相环具有从已调信号中消除调制和滤除噪声的功能，所以能鉴别接收已调信号中被抑制了的载波分量与本地VCO输出信号之间的相位误差，从而恢复出相应的相干载波。通常采用的特殊环路有：同相—正交环、逆调制环、判决反馈环和基带数字处理载波跟踪环等。2026/6/8课件5

插入导频法也可以分为两种：一种是在频域插入，即在发送信息的频谱中或频带外插入相关的导频；另一种是在时域插入，即在一定的时段上传送载波信息。对载波同步的要求是：发送载波同步信息所占的功率尽量小，频带尽量窄。载波同步的具体实现方案与采用的数字调制方式有着一定的关系。也就是说，具体采用哪一种载波同步方式，应视具体的调制方式而定。2026/6/8课件66.2.1非线性变换—滤波法1.平方变换法图6-1平方变换法提取同步载波2026/6/8课件7

对于2PSK信号，x(t)是双极性矩形脉冲，设x(t)=±1，则x2(t)=1，这样已调信号x(t)cosωct经过非线性变换—平方律部件后得2026/6/8课件82.平方环法图6-2平方环法提取载波2026/6/8课件9*3.M次方环法设输入的QPSK信号为图6-3四次方环原理方框图2026/6/8课件10

输入信号经过四次方运算后，调制信息被消除，产生了四倍的载波分量设环路已经锁定，压控振荡器的正弦电压经过四次方后送给鉴相器的信号为则鉴相器输出为2026/6/8课件11图6-4四次方环鉴相特性2026/6/8课件12

同样原理，对MPSK信号就可以采用M次方环，其原理方框图与图6-3相似。M次方环的鉴相特性为

可以看出，M次方环的非线性处理方式是在中频上进行的。通过M次倍频后，键控信号的调制信息被消除，产生了M倍载频分量；然后用普通锁相环对M倍载频分量进行跟踪，由此得到了参考载波。M次方环的鉴相特性为正弦型，它具有M重相位模糊。2026/6/8课件136.2.2特殊锁相环法1.同相—正交环法(科斯塔斯环)图6-5同相—正交环法(科斯塔斯环)2026/6/8课件14假定环路已锁定，若不考虑噪声，则环路的输入信号为同相与正交两鉴相器的本地参考信号分别为2026/6/8课件15那么输入信号与v1,v2相乘后得经过低通滤波器后分别得v5,v6经过乘法器后得2026/6/8课件16图6-6逆调制环*2.逆调制环2026/6/8课件17

设环路已锁定，输入2PSK信号和VCO信号如图6-6(a)所示，则相位解调器输出电压为根据进入锁定时的相位差(θ2-θ1)所处的象限来对D(t)进行判决。若(θ2-θ1)是处于第一、四象限，判决输出 ；若处于第二、三象限，判决输出 。上式中Kp为电路决定的增益常数。基带数字信号波形 对输入二相PSK进行再次调制后消除调制包络，得到±U1cos(ωct+θ1),再送到环路鉴相器。经鉴相并取直流输出为2026/6/8课件18*3.判决反馈环图6-7判决反馈环2026/6/8课件192026/6/8课件206.2.3插入导频法(外同步法)图6-8几种信号的正频域频谱图2026/6/8课件21图6-9DSB发射机中导频的插入2026/6/8课件22图6-10相干解调器2026/6/8课件23

假设接收到的信号就是u0(t),u0(t)中的导频经过fc窄带滤波器滤出来，再经过90°相移电路后得asinωct,u0(t)与asinωct加到乘法器输出经过低通滤波器以后，得Aax′(t)/2。2026/6/8课件242.在残留边带信号中插入导频

(1)残留边带频谱的特点。图6-11残留边带频谱2026/6/8课件25(2)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。假设

其中fr是残留边带信号形成滤波器滚降部分占用带宽的一半，而fm为基带信号的最高频率。2026/6/8课件26(3)载波信号的提取。在插入导频的VSB信号中提取载波的方框图如图6-12所示。接收的信号中包含有VSB信号和f1,f2两个导频。假设接收信号中两个导频是θ1为第一个导频的初相θ2为第二个导频的初相

发送端的载波为cos(ωct+θc)，收端提取的同步载波也应该是cos(ωct+θc)。2026/6/8课件27图6-12插入导频的VSB信号的载波提取2026/6/8课件283.时域插入导频法图6-13时域插入导频法2026/6/8课件296.2.4载波同步系统的性能指标效率。(2)精度。(3)同步建立时间ts

。(4)同步保持时间tc

。2026/6/8课件306.3位同步技术6.3.1插入导频法(外同步法)图6-14功率谱密度特性2026/6/8课件31图6-15位定时导频插入法方框图(a)发端；(b)收端2026/6/8课件326.3.2自同步法1.从基带数字信号中提取同步信息

(1)微分、全波整流—滤波法。图6-16微分、全波整流—滤波法方框图及各点波形图(a)方框图；(b)波形图2026/6/8课件33(2)从延迟解调的基带信号中滤取位同步分量。图6-17从延迟解调的基带信号中滤取位同步分量(a)方框图；(b)波形图2026/6/8课件34(3)延迟相乘—滤波法。图6-18延迟相乘—滤波法(a)方框图；(b)波形图2026/6/8课件352.从已调信号中提取位同步信息1)包络检波—滤波法

(1)采用包络检波—滤波法从频带受限的中频PSK信号提取同步信息。由于频带受限的中频PSK信号在相位反转点处形成幅度的“陷落”，所以可以采用包络检波—滤波法来提取位同步信息。这种方法的方框图和波形图如图6-19所示。2026/6/8课件36图6-19从中频PSK信号中提取位同步信息(a)方框图；(b)波形图2026/6/8课件37(2)采用包络检波—滤波法从报头中提取位同步信息。图6-20从报头中提取位同步信息2026/6/8课件382)延迟相干—滤波法图6-21延迟相干—滤波法(a)方框图；(b)波形图2026/6/8课件393.锁相法提取位同步信号图6-22数字锁相原理方框图2026/6/8课件406.3.3位同步系统的性能指标相位误差2.同步建立时间3.同步保持时间4.同步带宽2026/6/8课件416.4群同步(帧同步)技术

群同步问题实质上是一个对群同步标志进行检测的问题。对群同步系统的基本要求是：

(1)正确建立同步的概率要大，即漏同步概率要小，错误同步或假同步的概率要小。

(2)捕获时间要短，即同步建立的时间要短。

(3)稳定地保持同步。采取保持措施，使同步保持时间持久稳定。

(4)在满足群同步性能要求条件下，群同步码的长度应尽可能短些，这样可以提高信息传输效率。2026/6/8课件426.4.1起止式同步法图6-23电传机编码波形2026/6/8课件436.4.2连贯式插入法1.巴克码

巴克码是一种具有特殊规律的二进制码组，是有限长的非周期序列。它的特殊规律是：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，则它必然满足条件2026/6/8课件44表6-1巴克码组2026/6/8课件45以n=7为例，它的局部自相关函数如下：(+++--+-)2026/6/8课件46图6-247位巴克码的自相关函数2026/6/8课件472.巴克码识别器图6-257位巴克码识别器2026/6/8课件486.4.3间歇式插入法图6-26间歇插入群同步方式2026/6/8课件496.4.4群同步的保护图6-27连贯式插入法群同步保护原理图2026/6/8课件506.4.5群同步系统的性能指标1.群同步可靠性

群同步可靠性受两个因素的影响。第一，由于干扰的存在，接收的同步码组中可能出现一些错误码元，从而使识别器漏识别已发出的同步码组，出现这种情况的概率称为漏同步概率，记为P1。第二，在接收的数字信号序列中，也可能在表示信息的码元中出现与同步码组相同的码组，它被识别器识别出来误认为是同步码组而形成假同步信号。出现这种情况的概率称为假同步概率，记为P2。这两种概率就是衡量群同步可靠性的主要指标。2026/6/8课件51

设Pe为码元错误概率，n为同步码组的码组元数，m为判决器容许码组中的错误码元最大数，则同步码组码元n中所有不超过m个错误码元的码组都能被识别器识别，因而，未漏同步概率为故得漏同步同步概率为2026/6/8课件52

假同步概率P2的计算就是计算信息码元中能被判为同步码组的组合数与所有可能的码组数之比。设二进制信息码中1、0码等概率出现，P(1)=P(0)=0.5，则由该二