通信原理通信原理通信原理 (9).pdf

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1、通信系统工作的保障1同步的分类第9章同步系统2载波同步3位同步4群同步5网同步50-3通信原理通信系统工作的保障20:57第9章 同步系统按完成功能进行分类功用来分：载波同步、位同步（码元同步）、帧同步（群同步）、网同步（通信网中用）同步的分类150-5通信原理通信系统工作的保障20:57第9章 同步系统同步的分类按完成功能进行分类载波同步无论在模拟通信还是数字通信中，当采用相干解调或检测时，接收端需要提供1个与发射端调制载波同频同相的本地载波。接收端作相干解调，得低通滤波器（LPF）的数学表达式为 tm 11costtct 11costtm 22costtcr tm tz 212121212

2、211coscos21coscostttmtttmtz 2121cos21ttmtm50-6通信原理通信系统工作的保障20:57第9章 同步系统同步的分类按实现方式进行分类自同步法发送端不发送专门的同步信息，接收端则是设法从收到的信号中提取同步信息的1种方法，通常也称为直接法。外同步法发送端利用某一资源（时间、空间、频率）等，发送1个专门的同步信息，接收端根据这个专门的同步信息来提取同步信号的方法。需要注意：在通信系统中，通常都是要求同步信息传输的可靠性高于信号传输的可靠性。50-7通信原理通信系统工作的保障20:57第9章 同步系统同步的分类按完成功能进行分类位同步码元定时脉冲序列被称为“码

3、元同步脉冲”或“位同步脉冲”，把位同步脉冲的取得称为位同步提取，或者位同步；要求：在接受端产生于发送端相同码元重复频率，并且具有合适的相位位置；作用：抽样判决，PCM编译码等。群同步（帧同步）建立在位同步基础上，由位同步分频产生，关注的是为同步产生的位置；对接收的数字序列进行分组。网同步载波同步250-9通信原理通信系统工作的保障20:57第9章 同步系统载波同步自同步法平方变换法设调制信号中无直流分量，则抑制载波的双边带信号为经过一个平方律部件后就得到载波同步分为两类不专门发送导频的自同步法和插入1个（或多个）导频外同步法。基本原理有些信号虽然本身不包含载波分量，但对该信号进行某些非线性变换

4、，就可以直接从中提取出载波分量。ttmtsccos ttmtmttmtecc2cos212cos222250-10通信原理通信系统工作的保障20:57第9章 同步系统载波同步自同步法平方环法为了改善平方变换的性能，把窄带滤波器用锁相环替代。平方法小结二分频电路提取出的载波存在相位模糊问题。思路：非线性换，生成载波分量，提取，分频，得到载波同步信号。（例如PSK）50-11通信原理通信系统工作的保障20:57第9章 同步系统载波同步自同步法科斯塔斯环法（Costas）用相乘器和较简单的低通滤波器取代平方器。压控振荡器的输出信号tvtvccsincos21 ttmtttmvttmtttmvcccc

5、cc2sinsin21sincos2coscos21coscos43 sin21cos2165tmvtmv50-12通信原理通信系统工作的保障20:57第9章 同步系统载波同步自同步法科斯塔斯环法（Costas）乘法器的输出为：上式可以近似地表示为：稳态相位误差减小到很小的数值，v1就是所需要提取的载波，v5就接近于调制信号m(t)。sin21cos2165tmvtmv 2sin81cossin4122657tmtmvvv tmv274150-13通信原理通信系统工作的保障20:57第9章 同步系统载波同步自同步法多进制信号的载频恢复对于多进制信号，为了恢复其载频，上述各种方法都可以推广到多进

6、制。例如，对于QPSK信号，类似平方环法，只需要将对信号的平方运算改成4次方运算即可。50-14通信原理通信系统工作的保障20:57第9章 同步系统载波同步外同步法DSB信号中插入导频插入的位置要求：在频谱位零处；导频与加在调制器的那个载波移相90后的所谓“正交载波”。tattmatvcccccossin0 tattmatmatatattmatvccccccccccc2sin22cos22sincossin222 tattmatvccccsinsin0*如果是50-15通信原理通信系统工作的保障20:57第9章 同步系统载波同步外同步法残留边带信号中插入导频可以在信号频谱之外插入两个导频f1和

7、f2，使它们在接收端经过某些变换后产生所需要的fc。2211ffffffffrcmc50-16通信原理通信系统工作的保障20:57第9章 同步系统载波同步外同步法2211ffffffffrcmc212212122112211222cos2112cos212cos21cos21qtfftfffffftfffftvrrmrmrqffffrm211qrtffv232cos21 qcttttv25cos2150-17通信原理通信系统工作的保障20:57第9章 同步系统载波同步外同步法时域插入导频法除了在频域插入导频的方法以外，还可以在时域插入导频以传送和提取同步载波。50-18通信原理通信系统工作的保

8、障20:57第9章 同步系统载波同步外同步法直接法和插入导频法比较直接法的优缺点1、不占用导频功率；2、可防止插入导频和信号间由于滤波不好引起的互相干扰；3、可防止信道不理想引起导频相位的误差；4、有的调制系统不能用直接法。插入导频法的优缺点1、有单独的导频信号，可以用它作为自动增益控制；2、不能用直接法提取载波的调制系统只能用插入导频法；3、要多消耗一部分不带信息的功率，与直接法比较，在总功率相同条件下实际信噪功率比要小一些。50-19通信原理通信系统工作的保障20:57第9章 同步系统载波同步载波同步系统的性能指标载波同步的精度提取的同步载波与载波标准比较，它们之间的相位误差大小。1、稳态

9、相位误差2、随机相位误差02QvKQfBn20002020222fnQABnABnArnnQAfnrn200222150-20通信原理通信系统工作的保障20:57第9章 同步系统载波同步载波同步系统的性能指标建立时间假设信号在t=0时刻加到单谐振电路上，则回路两端输出电压为u(t)达到kU的时间被定义为同步建立时间ts，可以求得 tQtUtu00cos2exp1kQts11ln20保持时间假设保持时间tc可以按振幅下降到kU来计算，则同步保持时间tc，可以求得令k=1/e tQtUtu00cos2expkQtc1ln200022460QtQtcs.50-21通信原理通信系统工作的保障20:57

10、第9章 同步系统载波同步频率误差和相位误差对解调性能影响既有频差又有相位差解调后得到的信号是：只有相位差对于2PSK信号而言，会使误码率增大（无相位误差）ttttmttttmtzccccos2cos21coscos ttmtxcos21rerfcrerfcPecos21cos212rerfcPe21位同步350-23通信原理通信系统工作的保障20:57第9章 同步系统位同步基本描述在数字通信系统的接收端必须有准确的抽样判决时刻，才能正确判决所发送的码元，这个定时脉冲序列的重复频率需要与发送的数码脉冲序列一致，同时能够在最佳判决时刻。通常把在接收端产生这样的定时脉冲序列称为码元同步，或称位同步。

11、直接法（自同步法）和插入导频法（外同步法）两种，而在直接法中也分为滤波法和锁相法。50-24通信原理通信系统工作的保障20:57第9章 同步系统位同步自同步法滤波法当系统的位同步采用自同步方法时，发端不专门发送导频信号，而直接从数字信号中提取位同步信号。50-25通信原理通信系统工作的保障20:57第9章 同步系统位同步自同步法延迟相乘法由波形图可以看出，延迟相乘后码元序列的后一半始终是正值，而前一半则与当前码元的状态改变有关这样。abcde50-26通信原理通信系统工作的保障20:57第9章 同步系统位同步自同步法锁相法将处理后的码元信号与由高稳定振荡器产生的经过整形的n次分频后的相位脉冲进

12、行比较，根据两者相位的超前或滞后，来让控制电路确定扣除或附加1个脉冲，以调整位同步脉冲的相位，n次分频后，得出精确的位同步脉冲。50-27通信原理通信系统工作的保障20:57第9章 同步系统位同步外同步法频域插入与载波同步时的插入导频法类似，需要是在基带信号频谱的零点插入所需的导频信号。50-28通信原理通信系统工作的保障20:57第9章 同步系统位同步外同步法频域插入50-29通信原理通信系统工作的保障20:57第9章 同步系统位同步外同步法幅度插入插入导频法的另一种形式是使数字信号的包络按位同步信号的某种波形变化。ttttscPSKcoscos12系统的性能指标位同步系统的性能指标除了效率

13、以外，主要包括：相位误差（精度）、同步建立时间、同步保持时间和同步带宽等。50-30通信原理通信系统工作的保障20:57第9章 同步系统位同步系统的性能指标相位误差由上图可见一个码元周期内由晶振来的脉冲数为n个，因此，最大调整相位为：从上式可以看到，随着n的增加，相位误差e将减小。ne 360同步建立时间失去同步后重建同步最所需的长时间。其需要最大调整次数为故同步建立时间为22nnTTNbbbbsnTNTt 250-31通信原理通信系统工作的保障20:57第9章 同步系统位同步系统的性能指标同步保持时间系统因为没有输入，使得收端位同步信号的相位就会逐渐发生漂移，时间越长，相位漂移量越大，直至漂

14、移量达到某一准许的最大值，就算失步了。收发双方码元周期差20b1b11b1b11ffffffffTT01b01b0TTTffTTf允许总的时间误差为KT0KtfKftfftKTccc1100或000002212122ffKfttKfffffcc或50-32通信原理通信系统工作的保障20:58第9章 同步系统位同步系统的性能指标同步带宽如果输入信号码元的重复频率和收端固有位定时脉冲的重复频率不相等时，每经过T0时间该频差会引起的时间漂移。锁相环每次所能调整的时间为Tb/n则：相位误差对性能的影响相位误差的大小将直接影响到抽样点的位置，误差越大，越偏离最佳抽样时刻。具体可以表示为：1bTT 001

15、b212nfnTTTnffnfffTT22100201b00214141nTTEerfcnEerfcPbee群同步450-34通信原理通信系统工作的保障20:58第9章 同步系统群同步任务群同步的任务就是在位同步的基础上，识别出数字信息群的起止时刻，或者说给出每个群的“开头”和“末尾”时刻。实现方法可以在数字信息流中插入一些特殊码字作为每个群的头尾标记，这些特殊的码字应该在信息码元序列中不会出现，或者是偶然可能出现，但不会重复出现，此时只要将这个特殊码字连发几次，接收端就能识别出来，接收端根据这些特殊码字的位置就可以实现群同步。连贯式插入法和间隔式插入法。50-35通信原理通信系统工作的保障2

16、0:58第9章 同步系统群同步起止同步法在电传机中广泛使用的同步就是起止式群同步法。电传报文字由7.5个码元组成，其中，信息占5个码元，起始脉冲占1个码元，为负值，终止脉冲占1.5码元宽度，为正值。50-36通信原理通信系统工作的保障20:58第9章 同步系统群同步连贯式插入法方法在每帧的开头集中插入1个群同步码字，接收端通过识别该特殊码字来确定帧的起始时刻的方法。要求1、与信息码元有较大的区别；2、容易识别；3、码组长度适中。巴克码n位的巴克码x1,x2,x3,xn，每个码元xi只可能取值+1或-1，则它的局部自相关函数满足：njjnxxjRjnijii001101当当,50-37通信原理通

17、信系统工作的保障20:58第9章 同步系统群同步连贯式插入法巴克码识别器群同步码的前后都是有信息码的，具体情况如下图所示，在这种情况下巴克码识别器的输出波形如下。50-38通信原理通信系统工作的保障20:58第9章 同步系统群同步间歇式插入法定义当群同步码字不再是集中插入在信息码流中，而是将它分散地插入，即每隔一定数量的信息码元，插入1个群同步码元。码位安排与选择码型可以是全“1”码、“1”“0”交替码等。50-39通信原理通信系统工作的保障20:58第9章 同步系统群同步间歇式插入法码位搜索与检测由位同步脉冲（位同步码）经过n次分频以后的本地群码（频率是正确的，但相位不确定）与接收到码元中间

18、歇式插入的群同步码进行逐码移位比较，使本地群码与发送来的群同步码同步。50-40通信原理通信系统工作的保障20:58第9章 同步系统群同步间歇式插入法码位搜索与检测50-41通信原理通信系统工作的保障20:58第9章 同步系统群同步系统的性能指标主要性能指标漏同步概率P1、假同步概率P2、群同步平均建立时间ts。漏同步概率P1由于噪声和干扰的影响，引起群同步码字中一些码元发生错误，使识别器漏识别已发出的群同步码字，出现这种情况的概率。设群同步码字的码元数目为n，判决器容许群同步码字中最大错码数为m，这时漏同步概率的通式可以写为：rnrmrrnppCP110150-42通信原理通信系统工作的保障

19、20:58第9章 同步系统群同步系统的性能指标假同步概率P2在信息码中可能出现与所要识别的群同步码字相同的码字，识别器会把它误认为群同步码字而出现假同步，出现这种情况出现的概率。设二进制信息码中“1”和“0”码等概出现，同步码长为n位，m为允许群同步码字中最大错码数，则假同步概率为随着m的增大，也就是随着判决门限电平降低，P1减小，但P2将增大，所以这两项指标是相互矛盾的。mrrnnCP02250-43通信原理通信系统工作的保障20:58第9章 同步系统群同步系统的性能指标连贯式插入法同步平均建立时间ts逐次移位法同步平均建立时间tsbsTNPPt 2121bsTNt250-44通信原理通信系

20、统工作的保障20:58第9章 同步系统群同步群同步的保护思路将群同步的工作过程划分为两种状态，即捕捉态和维持态：1、处于捕捉态时，需要减小假同步概率P2，以提高判决门限；2、处于维持态时，需要减小漏同步概率P1，以降低判决门限。50-45通信原理通信系统工作的保障20:58第9章 同步系统群同步群同步的保护连贯式插入法中的群同步保护捕捉态状态触发器C的Q端为低电平；维持态状态触发器C的Q端为高电平。50-46通信原理通信系统工作的保障20:58第9章 同步系统群同步群同步的保护间歇式插入法中群同步的保护捕捉态状态触发器C的Q端为低电平；维持态状态触发器C的Q端为高电平。网同步550-48通信原

21、理通信系统工作的保障20:58第9章 同步系统网同步同步网网同步概念网同步是指通信网中各站（节点）之间时钟的同步。其目的在于使全网各站能够互连互通，正确地接收信息码元。同步网概念同步网是指全网各站具有统一时间标准，时钟来自同一个极精确的时间标准。工作原理分为开环和闭环两种工作方式。50-49通信原理通信系统工作的保障20:58第9章 同步系统网同步同步网开环方法终端站根据所存储的关于链路长度等信息，可以预先校正其发送时间，其所存储的这些信息是从有关单位提供的，但是还可以按照从中心站送回的信号加以修正。开环方法依靠的是准确预测的链路长度等参量信息。50-50通信原理通信系统工作的保障20:58第9章 同步系统网同步同步网闭环方法在闭环法中，中心站需要测量来自终端站的信号的同步准确度，并将测量结果通过反向信道送给终端站。因此，闭环法需要一条反向信道传送测量结果，并且终端站需要有根据此反馈信息适当调整其时钟的能力。谢谢大家