第11章同步原理 11.1概述 11.2载波同步 11.3位同步 11.4群同步 返回主且录
11.1 概述 11.2 载波同步 11.3 位同步 11.4 群同步 第 11 章 同步原理 返回主目录
第11章同步原理 11.1概述 所谓同步是指收发双方在时间上步调一致，故又称定时。 在数字通信中，按照同步的功用分为：载波同步、位同步、群 同步和网同步。 (1)载波同步。 载波同步是指在相干解调时，接收端需要提供一个与接收 信号中的调制载波同频同相的相干载波。这个载波的获取称为 载波提取或载波同步。在第4章的模拟调制以及第7章的数字调 制学习过程中，我们了解到要想实现相干解调，必须有相干载 波。因此，载波同步是实现相干解调的先决条件
第 11 章 同步原理 11.1概述 所谓同步是指收发双方在时间上步调一致，故又称定时。 在数字通信中，按照同步的功用分为：载波同步、位同步、群 同步和网同步。 (1) 载波同步。 载波同步是指在相干解调时，接收端需要提供一个与接收 信号中的调制载波同频同相的相干载波。这个载波的获取称为 载波提取或载波同步。在第4章的模拟调制以及第7章的数字调 制学习过程中，我们了解到要想实现相干解调，必须有相干载 波。因此，载波同步是实现相干解调的先决条件
(2)位同步。 位同步又称码元同步。在数字通信系统中，任何消息都 是通过一连串码元序列传送的，所以接收时需要知道每个码 元的起止时刻，以便在恰当的时刻进行取样判决。例如图8 9和8·11所示的两种最佳接收机结构中，需要对积分器或 匹配滤波器的输出进行抽样判决，判决时刻应对准每个接收 码元的终止时刻。这就要求接收端必须提供一个位定时脉冲 序列，该序列的重复频率与码元速率相同，相位与最佳取样 判决时刻一致。我们把提取这种定时脉冲序列的过程称为位 同步
(2) 位同步。 位同步又称码元同步。在数字通信系统中，任何消息都 是通过一连串码元序列传送的，所以接收时需要知道每个码 元的起止时刻，以便在恰当的时刻进行取样判决。例如图 8 - 9 和 8 - 11 所示的两种最佳接收机结构中，需要对积分器或 匹配滤波器的输出进行抽样判决，判决时刻应对准每个接收 码元的终止时刻。这就要求接收端必须提供一个位定时脉冲 序列，该序列的重复频率与码元速率相同，相位与最佳取样 判决时刻一致。我们把提取这种定时脉冲序列的过程称为位 同步
(3)群同步。 群同步包含字同步、句同步、分路同步，它有时也称帧 同步。在数字通信中，信息流是用若干码元组成一个“字”， 又用若干个“字”组成“句”。在接收这些数字信息时，必 须知道这些“字”、“句”的起止时刻，否则接收端无法正 确恢复信息。对于数字时分多路通信系统，如PCM30/32电话 系统，各路信码都安排在指定的时隙内传送，形成一定的帧 结构。为了使接收端能正确分离各路信号，在发送端必须提 供每帧的起止标记，在接收端检测并获取这一标志的过程， 称为帧同步。因此，在接收端产生与“字”、“句”及“帧” 起止时刻相一致的定时脉冲序列的过程统称为群同步
(3) 群同步。 群同步包含字同步、句同步、分路同步，它有时也称帧 同步。在数字通信中，信息流是用若干码元组成一个“字” ， 又用若干个“字”组成“句” 。在接收这些数字信息时，必 须知道这些“字” 、 “句”的起止时刻，否则接收端无法正 确恢复信息。对于数字时分多路通信系统，如PCM30/32电话 系统，各路信码都安排在指定的时隙内传送，形成一定的帧 结构。为了使接收端能正确分离各路信号，在发送端必须提 供每帧的起止标记，在接收端检测并获取这一标志的过程， 称为帧同步。因此，在接收端产生与“字” 、 “句”及“帧” 起止时刻相一致的定时脉冲序列的过程统称为群同步
(4)网同步。 在获得了以上讨论的载波同步、位同步、群同步之后， 两点间的数字通信就可以有序、准确、可靠地进行了。然而， 随着数字通信的发展，尤其是计算机通信的发展，多个用户 之间的通信和数据交换，构成了数字通信网。显然，为了保 证通信网内各用户之间可靠地通信和数据交换，全网必须有 一个统一的时间标准时钟，这就是网同步的问题。 同步也是一种信息，按照获取和传输同步信息方式的不 同，又可分为外同步法和自同步法。 (1)外同步法。 由发送端发送专门的同步信息（常被称为导频），接收 端把这个导频提取出来作为同步信号的方法，称为外同步法
(4) 网同步。 在获得了以上讨论的载波同步、位同步、群同步之后， 两点间的数字通信就可以有序、准确、可靠地进行了。然而， 随着数字通信的发展，尤其是计算机通信的发展，多个用户 之间的通信和数据交换，构成了数字通信网。显然，为了保 证通信网内各用户之间可靠地通信和数据交换，全网必须有 一个统一的时间标准时钟，这就是网同步的问题。 同步也是一种信息，按照获取和传输同步信息方式的不 同，又可分为外同步法和自同步法。 (1) 外同步法。 由发送端发送专门的同步信息（常被称为导频），接收 端把这个导频提取出来作为同步信号的方法，称为外同步法
(2)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。 自同步法是人们最希望的同步方法，因为可以把全部功 率和带宽分配给信号传输。在载波同步和位同步中，。 两种方 法都有采用，但自同步法正得到越来越广泛的应用。而群同 步一般都采用外同步法。 同步本身虽然不包含所要传送的信息，但只有收发设备 之间建立了同步后才能开始传送信息，所以同步是进行信息 传输的必要和前提。同步性能的好坏又将直接影响着通信系 统的性能。如果出现同步误差或失去同步就会导致通信系统 性能下降或通信中断。因此，同步系统应具有比信息传输系 统更高的可靠性和更好的质量指标，如同步误差小、相位抖 动小以及同步建立时间短，保持时间长等
(2) 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。 自同步法是人们最希望的同步方法，因为可以把全部功 率和带宽分配给信号传输。在载波同步和位同步中，两种方 法都有采用，但自同步法正得到越来越广泛的应用。而群同 步一般都采用外同步法。 同步本身虽然不包含所要传送的信息，但只有收发设备 之间建立了同步后才能开始传送信息，所以同步是进行信息 传输的必要和前提。同步性能的好坏又将直接影响着通信系 统的性能。如果出现同步误差或失去同步就会导致通信系统 性能下降或通信中断。因此，同步系统应具有比信息传输系 统更高的可靠性和更好的质量指标，如同步误差小、相位抖 动小以及同步建立时间短，保持时间长等
11.2载波同步 11.2.1直接法 直接法也称自同步法。这种方法是设法从接收信号中提取 同步载波。有些信号，如DSB-SC、PSK等，它们虽然本身不 直接含有载波分量，但经过某种非线性变换后，将具有载波的 谐波分量，因而可从中提取出载波分量来。下面介绍几种常用 的方法。 1.平方变换法和平方环法 此方法广泛用于建立抑制载波的双边带信号的载波同步。 设调制信号()无直流分量，则抑制载波的双边带信号为
11.2 载 波 同 步 11.2.1直接法 直接法也称自同步法。这种方法是设法从接收信号中提取 同步载波。有些信号，如DSB-SC、PSK等，它们虽然本身不 直接含有载波分量，但经过某种非线性变换后，将具有载波的 谐波分量，因而可从中提取出载波分量来。下面介绍几种常用 的方法。 1. 平方变换法和平方环法 此方法广泛用于建立抑制载波的双边带信号的载波同步。 设调制信号m(t)无直流分量，则抑制载波的双边带信号为
s(t)=m(t)coso t 11.2-1) 接收端将该信号经过非线性变换 —平方律器件后得到 e(=s[m coso.mcos20.! 11.2-2) 上式的第二项包含有载波的倍频2Q的分量。若用一窄带滤 波器将2@频率分量滤出，再进行二分频，就可获得所需的相 干载波。基于这种构思的平方变换法提取载波的方框图如图 11-1所示。 若m()=士1，则抑制载波的双边带信号就成为二相移相 信号(2PSK),这时 11 e-cos20.! 因而，同样可以通过图11-1所示的方法提取载波
上式的第二项包含有载波的倍频2ωc的分量。若用一窄带滤 波器将2ωc频率分量滤出，再进行二分频，就可获得所需的相 干载波。基于这种构思的平方变换法提取载波的方框图如图 11 -1 所示。 若m(t)=±1，则抑制载波的双边带信号就成为二相移相 信号（2PSK），这时 接收端将该信号经过非线性变换——平方律器件后得到 c s(t)= m(t) cos t (11.2 - 1) ω = [ ] [ ω ω ] 2 2 2 2 c c 1 1 e(t) s(t) = m(t) cos t = m (t)+ m (t)cos2 t (11.2 - 2) 2 2 ωc 1 1 e(t)= + cos2 t 2 2 因而， 同样可以通过图 11 - 1 所示的方法提取载波
,输入已调 平方律 e(t) 2f窄带 二分频 载波输出 信号 部件 滤波器 图11-1平方变换法提取载波
图 11 –1 平方变换法提取载波 平方律 部件 输入已调 信号 e(t) 2f c 窄带 滤波器 二分频 载波输出
在实际中，伴随信号一起进入接收机的还有加性高斯白噪声， 为了改善平方变换法的性能，使恢复的相干载波更为纯净， 图11-1中的窄带滤波器常用锁相环代替，构成如图11-2 所示的方框图，称为平方环法提取载波。由于锁相环具有良 好的跟踪、窄带滤波和记忆功能，平方环法比一般的平方变 换法具有更好的性能。因此，平方环法提取载波得到了较广 泛的应用。 我们以2PSK信号为例，来分析采用平方环的情况。 2PSK信号平方后得到 e()=[>a,g(t-nTs)Pcos2@.t
在实际中，伴随信号一起进入接收机的还有加性高斯白噪声， 为了改善平方变换法的性能，使恢复的相干载波更为纯净， 图 11 - 1 中的窄带滤波器常用锁相环代替，构成如图 11 - 2 所示的方框图，称为平方环法提取载波。由于锁相环具有良 好的跟踪、窄带滤波和记忆功能，平方环法比一般的平方变 换法具有更好的性能。因此，平方环法提取载波得到了较广 泛的应用。 我们以2PSK信号为例，来分析采用平方环的情况。 2PSK信号平方后得到 2 2 [ ( )] cos ∑ nS c − ω n e(t)= a g t nT t