烟台大学：《通信原理》课程教学资源（PPT课件）第13章 同步原理

通信原理第13同步原理2

2 通信原理 第13 同步原理

第13章同步原理·13.1概述数字通信系统中的同步种类：载波同步码元同步、群同步和网同步。载波同步：又称载波恢复·自的：在接收设备中产生一个和接收信号的载波同频、同相的本地振荡，用于相干解调。●方法：接收信号中有载频分量时：需要调整其相位接收信号中无载频分量时：需从信号中提取载波，或插入辅助同步信息。3

3 第13章 同步原理 ⚫ 13.1 概述 数字通信系统中的同步种类：载波同步、 码元同步、群同步和网同步。 载波同步：又称载波恢复。 ◆ 目的：在接收设备中产生一个和接收信号的载波同 频、同相的本地振荡，用于相干解调。 ◆ 方法： 接收信号中有载频分量时：需要调整其相位。 接收信号中无载频分量时：需从信号中提取载波， 或插入辅助同步信息

第13章同步原理码元同步：又称时钟同步或时钟恢复对于二进制信号，又称位同步，目的：得知每个接收码元准确的起止时刻，以便决定积分和判决时刻。·方法：从接收信号中获取同步信息，由其产生一时钟脉冲序列，使后者和接收码元起止时刻保持正确关系。或插入辅助同步信息。群同步：又称顿同步·目的：将接收码元正确分组，方法：通常需要在发送信号中周期性地插入一个同步码元，标示出分组位置。网同步：使通信网中各站点时钟之间保持同步

4 第13章 同步原理 码元同步：又称时钟同步或时钟恢复。 对于二进制信号，又称位同步。 ◆ 目的：得知每个接收码元准确的起止时刻，以便决 定积分和判决时刻。 ◆ 方法：从接收信号中获取同步信息，由其产生一时 钟脉冲序列，使后者和接收码元起止时刻保持正确 关系。或插入辅助同步信息。 群同步：又称帧同步。 ◆ 目的：将接收码元正确分组。 ◆ 方法：通常需要在发送信号中周期性地插入一个同 步码元，标示出分组位置。 网同步：使通信网中各站点时钟之间保持同步

第13章同步原理13.2载波同步，13.2.1有辅助导频时的载频提取口用于不包含载频分量的信号。在发送信号中另外加入一个或几个导频信号多采用锁相环（PLL）提取载波锁相环原理方框图：鉴相器环路滤波器输入信号输出导频压控振荡器图13-1锁相环原理方框图5

5 第13章 同步原理 ◼ 13.2 载波同步 ◆ 13.2.1 有辅助导频时的载频提取  用于不包含载频分量的信号。  在发送信号中另外加入一个或几个导频信号。  多采用锁相环（PLL）提取载波。  锁相环原理方框图： 环路滤波器 压控振荡器 输出导频 输入信号 图13-1 锁相环原理方框图 鉴相器

第13章同步原理口对环路滤波器的要求：通带越窄，能够通过的噪声越少但是对导频相位漂移的限制越大。数字化接收机中锁相环的实现方法：1窄带滤波器：改用数字滤波器压控振荡器：用只读存储器代替鉴相器：可以是一组匹配滤波器6

6 第13章 同步原理  对环路滤波器的要求：通带越窄，能够通过的噪声越少， 但是对导频相位漂移的限制越大。  数字化接收机中锁相环的实现方法： 窄带滤波器：改用数字滤波器 压控振荡器：用只读存储器代替 鉴相器：可以是一组匹配滤波器

第13章同步原理13.2.2无辅助导频时的载波提取口平方环：以2PSK信号为例进行讨论。设信号s(t) = m(t)cos(o.t + 0)式中，m(t)=±1当m(t)取+1和-1的概率相等时，此信号的频谱中无角频率の.的离散分量。将上式平方，得到s?(t) = m?(t)cos (@.t +0) = =[1 + cos 2(0,t + 0))由上式可见，其中包含2倍载频的频率分量。将此2倍频分量用窄带滤波器滤出后再作2分频，即可得出所需载频。方框图如下环路滤波带通滤波平方St载频压控振荡2分频窄带滤波输出锁相环图13-2平方环原理方框图L

7 第13章 同步原理 ◆ 13.2.2 无辅助导频时的载波提取  平方环：以2PSK信号为例进行讨论。设信号 式中，m(t) = 1 当m(t)取+1和-1的概率相等时，此信号的频谱中无角频率c的离 散分量。将上式平方，得到 由上式可见，其中包含2倍载频的频率分量。将此2倍频分量用窄 带滤波器滤出后再作2分频，即可得出所需载频。方框图如下： s(t) = m(t)cos( t +) c [1 cos 2( )] 2 1 ( ) ( ) cos ( ) 2 2 2 s t = m t c t + = + c t + 图13-2 平方环原理方框图 载频 输出 带通滤波 平 方 压控振荡 环路滤波 锁相环 s(t) 2分频 窄带滤波

第13章同步原理此方案的缺点：1、相位含糊性：2分频器的输出电压有相差180°的两种可能相位，即其输出电压的相位决定于分频器的随机初始状态。采用2DPSK体制可以避免此缺点的影响。2、错误锁定：平方后的接收电压中有可能存在其他的离散频率分量，使锁相环锁定在错误的频率上。解决这个问题的办法是降低环路滤波器的带宽。8

8 第13章 同步原理 此方案的缺点： 1、相位含糊性：2分频器的输出电压有相差180的两种可 能相位，即其输出电压的相位决定于分频器的随机初始状 态。采用2DPSK体制可以避免此缺点的影响。 2、错误锁定：平方后的接收电压中有可能存在其他的离 散频率分量，使锁相环锁定在错误的频率上。解决这个问 题的办法是降低环路滤波器的带宽

第13章同步原理科斯塔斯环法：又称同相正交环法或边环法。原理方框图：解调e8低通输出载频g.a环路滤波压控振荡输出s(t)90°相移bfd低通图13-3科斯塔斯环法原理方框图9

9 第13章 同步原理  科斯塔斯环法：又称同相正交环法或边环法。 ➢ 原理方框图： 图13-3 科斯塔斯环法原理方框图 90相移 压控振荡 环路滤波 s(t) 载频 输出 低 通 低 通 • 解调 输出 • a b c d e f g

第13章同步原理》工作原理a点的压控振荡电压为：Va=cos(のt+β)b点的压控振荡电压为：V=sin(のt+β)c点的电压：V。 = m(t)cos(0,t + 0)cos(0,t + p) = =m(t)[cos(p - 0) + cos(20,t + p +0)d点的电压：m(t)lsin(β - 0) + sin( 20,t +β +0)Va = m(t)cos(o.t +0)sin(w.t +p) =21m(t)cos(β -0)Ve点的电压：21f点的电压：m(t)sin(p - 0)V21g点的电压：2 (t)sin 2(β - 0)29mv.V8上式中的(β-)是压控振荡电压和接收载波相位之差。10

10 第13章 同步原理 ➢ 工作原理 a点的压控振荡电压为： b点的压控振荡电压为： c点的电压： d点的电压： e点的电压： f点的电压： g点的电压： 上式中的( -  )是压控振荡电压和接收载波相位之差。 v = cos( t +) a c v = sin( t +) b c ( )cos( ) cos(2 ) 2 1 vc = m(t) cos(c t + ) cos(c t +) = m t  − + c t + + ( )sin( ) sin( 2 ) 2 1 vd = m(t) cos(c t + )sin(c t +) = m t  − + c t + + ( ) cos( ) 2 1 ve = m t  − ( )sin( ) 2 1 v f = m t  − ( )sin 2( ) 8 1 2 vg = ve v f = m t  −

第13章同步原理1m?(t)sin 2(p - 0)V8将m(t)=±1代入上式，并考虑到当(β -很小时,sin(β-)～(β-则上式变为~=(-0)2电压。通过环路滤波器，控制压控振荡器的振荡频率这个电压控制压控振荡器的输出电压相位，使(β－の)尽可能地小。当=时，V=0。压控振荡器的输出电压v。就是科斯塔斯环提取出的载波。11

11 第13章 同步原理 将m(t) = 1代入上式，并考虑到当( - )很小时， sin( - )  ( - )，则上式变为 电压vg 通过环路滤波器，控制压控振荡器的振荡频率。 这个电压控制压控振荡器的输出电压相位，使( -  )尽可能 地小。当 ＝ 时，vg = 0 。 压控振荡器的输出电压va 就是科斯塔斯环提取出的载波。 ( )sin 2( ) 8 1 2 vg = ve v f = m t  − ( ) 4 1 vg   −