第七章同步 7概述 同步需要解决的问题: >载波同步 >位同步 群同步 >网同步 解决同步问题的代价:
1 第七章 同步 7.1 概述 同步需要解决的问题： ➢ 载波同步 ➢ 位同步 ➢ 群同步 ➢ 网同步 解决同步问题的代价:
72载波同步方法 721插入导频法 例:2PSK信号。 >在发送端:插入正交导频 So(t)=Am(t)sin @ot+ AcoS Oot 导频 m(0)频谱中的最高频率为fm
2 7.2 载波同步方法 7.2.1 插入导频法 例：2PSK信号。 ➢ 在发送端：插入正交导频 m(t)频谱中的最高频率为fm f0 – fm f0 + fm 0 f0 f 导频 s t Am t t A t 0 0 0 ( ) = ( )sin + cos
>在接收端: 用窄带滤波器滤出导频分量,并将其移相π/2,变成 singot,然后用它和接收信号相乘。 设接收信号仍用s0()表示,则此乘积为 so(t)sin @,t= Am(t)sin@t+ AcoS@otsin O,t m(t)--m(t)cos 2@t +Sin 20t 滤除200频率分量,就可以恢复出原调制信号m(O)。 >若不用正交导频,接收端输出将增加直流分量
3 ➢ 在接收端： 用窄带滤波器滤出导频分量，并将其移相/2，变成 sin0 t，然后用它和接收信号相乘。 设接收信号仍用s0 (t)表示，则此乘积为 滤除20频率分量，就可以恢复出原调制信号m(t)。 ➢ 若不用正交导频，接收端输出将增加直流分量。 t A m t t A m t A s t t Am t t A t t 0 0 0 0 0 2 0 0 sin 2 2 ( )cos2 2 ( ) 2 ( ) sin ( )sin cos sin = − + = +
>原理方框图 相乘电路 带通滤波 相加电路 载波产生 兀/2相移 (a)发送端原理方框图 带通滤波 相乘电路低通滤波 窄带滤波 兀/2相移 (b)接收端原理方框图 图722插入导频法原理方框图
4 ➢ 原理方框图 相乘电路 带通滤波 相加电路 载波产生 /2相移 (a) 发送端原理方框图 带通滤波 相乘电路 低通滤波 窄带滤波 /2相移 (b) 接收端原理方框图 图7.2.2 插入导频法原理方框图
722直接提取法 >平方法 ■原理 对于没有载波分量的信号,例如2PSK信号, 设接收信号为s() S(t)=m(t)cosopt 式中,m()为调制信号,它无直流分量。 将此接收信号平方后,得到 5(0)=m(t)cos Oot=m(t)+m(t)cos 2oot 用窄带滤波器将上式中26分量滤出,经过二分频,就得出 载频f的分量。原理方框图如下: 20 S(t) 平方 窄带滤波 二分频6 5
5 7.2.2 直接提取法 ➢ 平方法 ◼ 原理 对于没有载波分量的信号，例如2PSK信号， 设接收信号为s(t)： 式中，m(t)为调制信号，它无直流分量。 将此接收信号平方后，得到 用窄带滤波器将上式中2f0分量滤出，经过二分频，就得出 载频f0的分量。原理方框图如下： s t m t t 0 ( ) = ( )cos s t m t t m t m t t 0 2 2 0 2 2 2 ( )cos2 2 1 ( ) 2 1 ( ) = ( )cos = + S(t) S 2 (t) 平 方 窄带滤波 二分频 f0 2f0
■存在问题:二分频电路的初始状态是随机的,使分频输 出的初始相位有两种可能状态:0和π,即相位是模糊的 ■用锁相环代替窄带滤波器的方案 口原理方框图 s(t) 2(t) 2fo f 平方 相乘环路滤波压控振荡二分频「 锁相环 口优点:输出信号具有更好的稳定性,并且不必须有 连续的输入信号
6 ◼ 存在问题：二分频电路的初始状态是随机的，使分频输 出的初始相位有两种可能状态：0和, 即相位是模糊的 ◼ 用锁相环代替窄带滤波器的方案 原理方框图 优点：输出信号具有更好的稳定性，并且不必须有 连续的输入信号。 平方 相乘 环路滤波 压控振荡 二分频 2f S(t) S 0 2 (t) f0 锁 相 环
>科斯塔斯环法一同相正交环法 原理方框图 相乘 低通 解调输出 环降吕「相乘 s(t) 移相 相乘 d 低通f 原理 设:接收信号仍为抑制载波的双边带信号s(),本地载 波电压为 v,= coS(Oot +6) v,=sin( @ot+0) 式中,日为信号和本地载波的相位差
7 ➢ 科斯塔斯环法 －同相正交环法 ◼ 原理方框图 ◼ 原理 设：接收信号仍为抑制载波的双边带信号s(t) ，本地载 波电压为 式中， 为信号和本地载波的相位差。 b e s(t) c /2 移相 相乘 压控 振荡 环路 滤波 低通 相乘 低通 a 相乘 d f g 解调输出 cos( ) va = 0 t + sin( ) vb = 0 t +
输入信号s(和本地载波相乘后得到 ve=m(t)cos oot cos(oot+0)=m(t)[cos 0+cos(200t+0) va=m(t)cos Ootsin( Oot+0)=m(t)[sin 6+sin( 20ot+0) 经过低通滤波后,它们分别为 m()cosO和 f=m(t)sin 0 上面这两个电压再相乘后得到 m(t)sin 28 上式中,是本地载波相位与接收信号载波相位之差。 经过环路滤波器后加到压控振荡器上,控制其振荡频率 当θ=0时,ν=0,这时振荡器的控制电压也等于0
8 输入信号s(t)和本地载波相乘后得到 经过低通滤波后，它们分别为： 和 上面这两个电压再相乘后得到 上式中，是本地载波相位与接收信号载波相位之差。 vg经过环路滤波器后加到压控振荡器上，控制其振荡频率。 当 = 0时，vg = 0，这时振荡器的控制电压也等于0。 ( )[cos cos(2 )] 2 1 ( )cos cos( ) vc = m t 0 t 0 t + = m t + 0 t + ( )[sin sin( 2 )] 2 1 ( )cos sin( ) vd = m t 0 t 0 t + = m t + 0 t + ( )cos 2 1 v m t e = ( )sin 2 1 v m t f = ( )sin 2 8 1 2 v v v m t g = e f =
结论: 口此压控振荡器的输出电压v就是从接收信号中提取 的载波,可以用来进行相干接收 口e点电压ν就是解调输出电压,因为它近似等于 m/2 ■优缺点: 口不需要用平方电路,它在频率很高时较难实现。 口若要求得到最佳性能,则需要两路低通滤波器的性 能完全一致,这对于模拟电路来说较难做到,但是 若用数字电路则不难做到 口仍存在相位模糊问题
9 ◼ 结论： 此压控振荡器的输出电压va就是从接收信号中提取 的载波，可以用来进行相干接收。 e点电压ve就是解调输出电压，因为它近似等于 m(t)/2。 ◼ 优缺点： 不需要用平方电路，它在频率很高时较难实现。 若要求得到最佳性能，则需要两路低通滤波器的性 能完全一致，这对于模拟电路来说较难做到，但是 若用数字电路则不难做到。 仍存在相位模糊问题
>从多进制信号中提取载频 以QPSK信号为例,说明平方法的原理。 设:一个QPSK信号的表示式为 s(t)=m(t)cosT +m,(t)sin @ot 式中 m1()=±1,m2()=± 对其平方后,得到 (t)=1±sin2 对于先验等概率的QPSK信号,上式中的“±”号表示其中 的20分量的平均功率等于零,即其频谱中没有2o0的分量 因此,需要滤除其中的直流分量后,再次平方,得到 s(t)=sn2(2001)= cos 40 t 上式中含有46的分量。将它滤出并4分频,即可得到载频6 分量 10
10 ➢ 从多进制信号中提取载频 ◼ 以QPSK信号为例，说明平方法的原理。 设：一个QPSK信号的表示式为 式中， 对其平方后，得到 对于先验等概率的QPSK信号，上式中的“”号表示其中 的20分量的平均功率等于零，即其频谱中没有20的分量。 因此，需要滤除其中的直流分量后，再次平方，得到 上式中含有4f0的分量。将它滤出并4分频，即可得到载频f0 分量。s t m t t m t t 1 0 2 0 ( ) = ( )cos + ( )sin m1 (t) = 1; m2 (t) = 1 s t t 0 2 ( ) =1 sin 2 s t t t 0 0 4 2 cos4 2 1 2 1 ( ) = sin (2 ) = −