本章內容:

第13章同步原理

同步的意義和分類載波

同步碼元同步群/幀同步作用方法性能概述§13.1數字

相干解調時，

提供同頻同相

的本地載波（相干載波）。

同步的類型、作用和

獲取方法

同步的類型和作用

載波同步：

碼元同步：

使通信網中各站點時鐘之間保持同步。幀/群同步：

網同

步：

載波同步、位同步、群同步的實現方法和性能。

同步獲取方法

外同步法：

自同步法：本章重點

載波同步§13.2作用：提供本地載波

c(t)，用于相干解調方法：插入導頻法

和直接法要求：c(t)應與接收信號的載波同頻同相導頻：含有載波信息的單頻信號，伴隨發送信號一并被發送。13.2.1

有輔助導頻時的載波提取提取：常用鎖相環（PLL）來提取載波。原理框圖如下：注：可用數字鎖相環替代。載波同步問題：DSB-SC、2PSK等信號本身不含有載波分量，怎么辦？載波同步——自同步法。設法從接收信號中直接提取同步載波

。

載波同步信號

13.2.2

無輔助導頻時的載波提取1.平方變換法和平方環法設2PSK信號當m(t)取+1和-1的概率相等時濾波器提取載頻的2次諧波后，再作2分頻，即可得到所需的載波。

解決方法：采用2DPSK方式。

存在問題：提取的載波存在180o相位模糊，

可能導致2PSK相干解調后出現反相工作。載波同步（Costas環）當環路鎖定時，VCO輸出：2.同相正交環——所需的同步載波

原理框圖載波同步工作過程

ve與vf相乘產生誤差信號:經環路濾波器（低通，只讓m2(t)中的直流分量通過）：svg正是所需要的控制電壓，它控制調整壓控振蕩器（VCO)的相位和振蕩頻率，最終使相位誤差(

-

)盡可能地小。是壓控振蕩器輸出電壓與接收載波之間的相位誤差

即有

≈

。因此，VCO的輸出va就是Costas環提取出的載波：ve

就是解調輸出：載波同步①②比較：3.再調制器工作原理vd受

b點的振蕩電壓再調制后，得出的e點的電壓:vc

經過低通濾波后，得到解調輸出：——該控制電壓與科斯塔斯環的控制電壓公式相同。vf

經過窄帶低通濾波后，得到壓控振蕩器的控制電壓：ve與信號s(t)再次相乘，得到f點的電壓：4.MPSK信號的載頻恢復(1)M方環法——

一種基于平方環法的推廣解調輸出(2)基于科斯塔斯環的推廣

指標：

效率

精度

同步建立時間tS

同步保持時間tC---

少消耗發送功率（如直接法）---小的相位誤差---開機或失步到同步所需時間---

同步建立后，若同步信號消失，

系統還能維持同步的時間13.2.3

載波同步的性能

追求：

高—

高—

快—

長—指標&追求對于DSB信號：提取的相干載波相乘器輸出：——載波相位誤差——信噪功率比下降將使誤碼率增加

。對于2PSK信號：導致解調后信號幅度下降，——使信噪功率比下降倍。經LPF后，解調輸出：碼元同步§13.3對二進制信號而言應滿足：

重復頻率與接收碼元速率相同相位與最佳抽判時刻一致頻域插入13.3.1

外同步法

(

插入導頻法）位同步導頻導頻

雙極性不歸零基帶信號功率譜(b)某種相關變換后基帶信號功率譜在發送信號中插入頻率為碼元速率1/T或1/T倍數的同步信號；在接收端利用窄帶濾波器將其分離出來，并形成碼元定時脈沖。

對(a)，接收端用中心頻率為

1/T的

窄帶濾波器

提取

導頻

；

對(b)，中心頻率1/2T

，提取的導頻

倍頻

所需的位同步脈沖。優點：設備較簡單；缺點：需要占用一定的頻帶寬帶和發送功率。時域插入連續插入增加“同步頭”13.3.2

自同步法

位同步1.開環碼元同步法延遲相乘法微分整流法思路方案“異曲同工”延遲相乘法c延遲時間等于碼元時間一半時，碼元速率分量最強。微分整流法微分電路完成非線性變換c序列的頻譜中含有碼元速率的分量。——“超前/滯后門同步器2.閉環碼元同步法思路方案原理框圖工作原理存在問題解決方法當發送碼元序列長時間地沒有突跳邊沿時，此法不適用。對發送序列的傳輸碼型作某種變換，如改用HDB3碼，或用擾亂技術，使發送碼元序列有突跳邊沿。13.3.3

碼元同步誤差對誤碼率的影響?Pe觀察位同步位同步則最佳接收2PSK信號的誤碼率為

當P=1/2時答：碼元同步是正確取樣判決的基礎，只有數字通信才需要。答：通常不能。因為。。。思考

群同步§13.413.4.1概述同步種類同步狀態保持態捕獲態應防止假同步應防止漏同步群同步

原理：13.4.2集中插入法（連貫式插入法）

要求：在每群的開頭集中插入群同步碼組，作為幀標記。

設有一個n位的碼組{x1,x2,…,xn}，其局部自相關函數定義為群同步當j

0時，R(j

)的值都很小若

當j=0時，其中，

j表示錯開的位數

。xi

=+1或

-1(當1

i

n)xi=

0

(當1>i

和i>n)——峰值下面介紹

一種常用的幀同步碼組

——巴克碼則可用求自相關函數的方法尋找峰值

發現同步碼組的位置。

設

一個n位的巴克碼組

{x1,x2,x3,…,xn}，則其

局部相關函數滿足：

巴克碼：

巴克碼列表：群同步解例當

j=0時,當

j=1時,當

j=3時,

R（3）=0當

j=4時,

R（4）=1當

j=2時,自相關函數是偶函數！自相關函數

在

j=0時

具有尖銳的單峰特性——這一特性正是集中插入群同步碼組的主要要求之一；也是接收端尋找同步頭的線索。

集中插入法群同步碼檢測流程：群同步群同步

插入原理：13.4.3分散插入法（間隔式插入法）

將某種具有短周期性的同步碼組間隔插入。

在PCM24路基群中

間隔插入10交替同步碼組：

1100舉例

搜索若干個周期。若在同步碼的位置上，都滿足“1”和“0”交替出現規律時

才確認同步。

識別方法：移位搜索法

存儲檢測法目前，多采用軟件的方法實現搜索，如：

移位搜索法

流程圖

存儲檢測法

示意圖

x——碼元取值1或0——碼元編號先入先出指標：漏同步概率、假同步概率、同步建立時間。設

n

——同步碼組的長度，

P——

接收碼元錯誤概率

m

——識別器允許同步碼組出現錯碼的最多個數13.4.4群同步性能

漏同步概率Pl指沒有捕捉到同步碼組的位置。當m=0（不允許出錯）時——n中取r的組合數則漏概率為

假同步概率Pf指信息碼元中出現與同步碼組一樣的碼組，而被識別器

錯當成同步碼。設

n

——同步碼組的長度，則所有可能出現的信息碼組數：被錯當成同步碼組的組合數與m有關：

Pf

=被錯當成同步碼組的組合數/所有可能出現的信息碼組數當m=0時當m=1(最多錯一位）時群同步性能當m=0時比較漏同步假同步可見：

Pl和Pf對m和n的要求都是矛盾的，設計時需折中考慮。對于集中插入法:

其中，

N為每群的碼元數目（含n位群同步碼）；T為每個碼元持續時間；NT

為幀時間。——從開始捕捉

保持態所需的時間。平均建立時間ts

te

NT(1/2+Pf

+Pl)用途：主要用于電傳打字機中。屬于“異步通信”優點：設備簡單、便宜缺點：傳輸效率較低（因為起、止位的開銷所占比例較大）13.4.5起止式同步法晴云陰雨010111011113.4.6自群同步——本身具有分群能力的一類特殊的信息編碼。唯一可譯碼——在編碼中任何一個碼字都不能是其他碼字的前綴。注意：唯一可譯碼的唯一可譯性是有條件的，即必須正確接收到開

頭的第一個或前幾個碼元。舉例當接收到的數字序列為“1110110110

”時，它將唯一地可以譯為“雨晴陰陰

”。

當發送序列仍是“1110110110

”時，若接收時丟失了

第一個符號，則接收序列變成“110110110

”。

這時，

它將被譯為“陰陰陰

”。晴云陰雨0101110111上例“雨晴陰陰

”可見：為了能正確接收丟失開頭碼元的信息序列，要求該編碼不僅

應該是唯一可譯的，而且是可同步的。若第一個碼元丟失，則收到的序列為“00110110101

”

由于前兩個碼元“00”無法譯出，

故得知同步有誤，譯碼器將從第二個碼元開始譯碼，即對“0110110101

”譯碼，并譯為

晴云陰雨011001011101可同步編碼——若丟失了開頭的一個或幾個碼元，則變成不可譯的或對開頭幾個碼元錯譯后，能自動獲得正確同步及正確譯碼。舉例可見，前兩個碼字錯譯了，但從第三個碼字開始已自動恢復正確的同步。若前兩個碼元都丟失了，則收到的序列將是“01101101

”。這時，也是從第三個碼字開始恢復正確的同步。“晴陰陰晴

設發送“云雨陰晴

則對應“100110110101

可以驗證：這8個碼字中任何兩個碼字的拼合所形成的碼長等于3

的碼字都和這8個碼字不同。例如“AB”的編碼為“100101”，

從其中拼合出的3位碼字有“001”、“010”，它們都不是表中

的碼字。所以這種編碼能夠自動正確地區分每個接收碼字。ABCDFGHI100101102200201202211212無逗號碼——可同步碼中的一種碼組長度均相等的碼。一種三進制的碼長等于3的無逗號碼：舉例目前無逗號碼尚無一般的構造方法。13.4.7擴譜通信系統的同步1.捕獲（粗同步），即兩者粗略同步，相位誤差小于一個碼元。2.跟蹤（細同步），即將相位誤差減少到最小，并保持下去。在擴譜通信系統中，大多采用偽隨機碼，因為偽碼

具有良好的相關特性，有利于同步。擴譜序列的同步：偽碼同步分為兩步：使接收機產生的本地偽碼與收到的偽碼