第11章同步原理

第11章同步原理 11.1 引言 11.2 载波同步 11.3 位同步 11.4 群同步

11.1 引言 • 同步是数字通信中一个重要的实际问题.通信系统如果出现同步误差或失去同步,就会使通信系统性能降低或通信失效. • 同步是指收发两端的载波、码元速率及各种定时标志都应步调一致地进行工作 • 通信系统的同步包括：载波同步、位（码元）同步、群（帧）同步及网同步。 • 实现同步的方法有：外同步法、自同步法。

11.2 载波同步 • 抑制载波的双边带信号，单边带信号，2PSK，2ASK等信号中都不含载波分量。为了在接收端能够获得载波，在发送端有时插入导频载波。 • 抑制载波的双边带信号的导频插入导频

插入导频法发端方框图 相乘调制带通相加输出 90°相移 ~ 插入导频法收端方框图带通相乘器低通输出窄带滤波 90°相移

调制信号m(t),无直流分量,载波插入导频 输出信号为 • 收端相乘器的输出v(t) 低通滤波取出

直接提取载波法平方变换法和平方环法 • 抑制载波的双边带信号经过平方变换(平方律部件) m(t)无直流分量, m2(t)却有直流分量

令α表示m2(t)中的直流分量 表示m2(t)中的交流分量则 e(t)经窄带滤波后,滤出2ωc 再经2分频, 获所需载波, 同时还有一部分调制自噪声及加性噪声, 造成输出载波的随机抖动. 调制自噪声直流 2 ωc 低频

为减少干扰影响,希望带通滤波器频带越窄越好,但频带越窄,滤波器的相移特性越陡,当滤波器的中心频率偏离了载波频率时,则产生了静态相差为减少干扰影响,希望带通滤波器频带越窄越好,但频带越窄,滤波器的相移特性越陡,当滤波器的中心频率偏离了载波频率时,则产生了静态相差

× × × 将平方变换法中窄带滤波器用锁相环代替,称为平方环法.锁相环具有良好的跟踪,窄带滤波和记忆的性能. • 同相正交环法(Costas环) V3 V5 LPF V1 输出 V7 输入 VCO 环路滤波器 90°相移 V2 LPF V6 V4

设输入的抑制载波双边带信号为则 经低通后的输出分别为:

θ 是VCO输出信号与输入已调信号载波之间的相位误差当θ较小时, V7的大小与相位误差θ成正比,用V7去调整VCO输出信号的相位, 最后使稳态相位误差减小到很小的数值.这样VCO的输出就是所需提取的载波.

载波相位误差对解调性能的影响 主要体现在所提取载波与接收信号中的载波的相位误差. • 相位误差为稳态相差与相位抖动之和 • 提取的相干载波为则解调时,相乘器的输出经低通滤波后为

有相位误差,导致信噪比将下降倍 对2PSK,则导致误码率增加对残留边带信号,单边带信号,相位误差不仅引起信噪比下降,还引起信号畸变.

设基带信号为单边带信号取上边带 解调取出低频分量

11.3 位同步 • 滤波法若收到的数字信息为单极性不归零矩形脉冲序列，则它的功率谱密度不含频率等于fs的位同步信息，若通过过零检测，取边沿脉冲，则该脉冲序列频谱含有位同步信息，用窄带滤波器取出，即可得位同步信号。

S(t) 1 1 0 1 0 0 1 1 1 t f 2fs fs t f 2fs

单极性 不归零码过零检测窄带滤波脉冲形成滤波法提取位同步信号

数字锁相环法 控制器清零超前脉冲 A 接收码元鉴相器 F 滞后脉冲 B 常开（扣除门） & mF a & F ÷m 振荡源 & b 位同步脉冲输出常闭（附加门）

m-1 m 1 2 3 m-1 m 附加 a路 ≈ b路 ≈ 周期T=1/F c位同步 ≈ m 1 2 3 m-1 m d 超前 ≈ 扣除相位推后1/m周期（360°/m） e分频器输出 ≈ m 1 2 4 m 1 2 f 滞后 ≈ 相位提前1/m周期 g分频器输出位同步脉冲的相位调整

11.4 群同步（帧同步） 给出帧的开头和结尾的标记 • 起止式同步法被传输的单位是字符，每个字符可由5~8位码元组成，每个字符前面加一位起始位，用“0”代表，在字符后加1.5位停止位，用“1”代表，不发信号时，一直发送停止位。止起止

连贯式插入法在每群的开头集中插入群同步码组的方法连贯式插入法在每群的开头集中插入群同步码组的方法 • 群同步码应有特性能很快地识别检出，位置准确假同步和漏同步的概率越小越好 • 群同步码应有尖锐的自相关函数 • 巴克码是一种常用的群同步码巴克码是一种非周期序列，一个n位的巴克码为 {x1， x2， x3，…，xn} x1的取值为±1

巴克码(BARKER)

巴克码

j = 0 j = 1 j = 2，3，…7 R(j)分别为-1, 0, -1, 0, -1, 0 当j为负值时的自相关函数值, 与正值对称,自相关函数在j = 0 时出现尖锐单峰。

R（j） 7 j -7 -5 -3 -1 1 3 5 7 -1

“1”存入移存器 1端→ +1 0端→-1 “0”存入移存器 1端→ -1 0端→+1 判决相加输入码元 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 移位方向 7位巴克码识别器

当7位巴克码全部进入7级移位寄存器, 7个移位寄存器都输出+1, 相加后得最大输出+7, 若判决器的判决门限电平定为6,在巴克码的最后一位 “0” 进入识别器时,识别器输出一群同步脉冲表示一群的开头。

群同步系统的性能 群同步系统应该建立时间短，并且在群同步建立后应有较强的抗干扰能力。通常用漏同步概率P1，假同步概率P2和群同步平均建立时间ts来衡量。 • 漏同步概率P1 同步码组中一些码元发生错误，使识别器漏识别已发出的同步码组。问题：若7位巴克码有一位错，当判决门限为+6时，情况如何？当判决门限为+4时，情况如何？

设P为码元错误概率，n为同步码组的码元数，m为判决器容许码组中的错误码元最大数。设P为码元错误概率，n为同步码组的码元数，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。未漏概率为：漏同步概率

假同步概率消息码元中可能出现与同步码组相同的码组，被识别器作为同步码组检出假同步概率消息码元中可能出现与同步码组相同的码组，被识别器作为同步码组检出 • 若二进制消息码元出现“0”，“1”的概率相等，则n位码组所有可能的码组数为2n个，其中能被判为同步码组的组合数为： • m = 0 只有1个（）码组 • m = 1 有码组 • 类推，可被判为同步码组的组合数为 • 假同步概率

平均建立时间ts • 设漏同步和假同步都不发生，在最不利的情况下，实现群同步最多需要一群的时间。 • 设每群的码元数为N，每码元时间为T，则一群的时间为NT，出现一次漏同步或假同步大致要多花费NT的时间才能建立起群同步，故，平均建立时间为 ts = NT（1 + P1 + P2）

< 2×10-3 某二进制数字传输系统采用13位巴克码作为连贯式插入法的帧同步码，要使假同步概率小于2×10-3，则帧同步码识别器的判决电平为多少？ • 解：假同步概率 < 2×10-3 ×213 m ≤ 1 允许错一位,错一位时, 相加器输出11, 判决电平为10。

第11章 同步原理