1 第 11 章 同步原理 11.1 引言 11.2 载波同步 11.3 位同步 11.4 群同步

引言 同步是数字通信中一个重要的实际问题. 通信系统如果出现同步误差或失去同步, 就会使通信系统性能降低或通信失效. 同步是数字通信中一个重要的实际问题. 通信系统如果出现同步误差或失去同步, 就会使通信系统性能降低或通信失效. 同步是指收发两端的载波、码元速率及 各种定时标志都应步调一致地进行工作 同步是指收发两端的载波、码元速率及 各种定时标志都应步调一致地进行工作 通信系统的同步包括：载波同步、位 （码元）同步、群（帧）同步及网同步。 通信系统的同步包括：载波同步、位 （码元）同步、群（帧）同步及网同步。 实现同步的方法有：外同步法、自同步 法。 实现同步的方法有：外同步法、自同步 法。

载波同步 抑制载波的双边带信号，单边带信号， 2PSK ， 2ASK 等信号中都不含载波分量。 为了在接收端能够获得载波，在发送端 有时插入导频载波。 抑制载波的双边带信号，单边带信号， 2PSK ， 2ASK 等信号中都不含载波分量。 为了在接收端能够获得载波，在发送端 有时插入导频载波。 抑制载波的双边带信号的导频插入 抑制载波的双边带信号的导频插入 导频

4 相乘调制带通相加 ~ 90° 相移 输出 插入导频法发端方框图 相乘器带通低通 90° 相移 输出 插入导频法收端方框图 窄带 滤波

5 调制信号 m(t), 无直流分量, 载波 插入导频 输出信号为 收端相乘器的输出 v(t) 收端相乘器的输出 v(t) 低通滤 波取出

6 直接提取载波法 平方变换法和平方环法 抑制载波的双边带信号 抑制载波的双边带信号 经过平方变换 ( 平方律部件 ) 经过平方变换 ( 平方律部件 ) m(t) 无直流分量, m 2 (t) 却有直流分量

7 令 α 表示 m 2 (t) 中的直流分量 表示 m 2 (t) 中的交流分量 则 e(t) 经窄带滤波后, 滤出 2ω c 再经 2 分频, 获所 需载波, 同时还有一部分调制自噪声及加 性噪声, 造成输出载波的随机抖动. 直流 低频 ω c 2 ω c 调制自 噪声

8 为减少干扰影响, 希望带通滤波器 频带越窄越好, 但频带越窄, 滤波器 的相移特性越陡, 当滤波器的中心 频率偏离了载波频率时, 则产生了 静态相差

9 将平方变换法中窄带滤波器用锁相 环代替, 称为平方环法. 锁相环具有良 好的跟踪, 窄带滤波和记忆的性能. 同相正交环法 (Costas 环 ) 同相正交环法 (Costas 环 ) × LPF ×× 90° 相移 环路滤波器 VCO 输入 输出 V1 V3 V2 V5 V4 V6 V7

10 设 输入的抑制载波双边带信号为 则 经低通后的输出分别为 :

11 θ 是 VCO 输出信号与输入已调信号载波之 间的相位误差 当 θ 较小时, V 7 的大小与相位误差 θ 成正比, 用 V 7 去调整 VCO 输出信号的相位, 最后使稳态相位 误差减小到很小的数值. 这样 VCO 的输 出就是所需提取的载波.

12 载波相位误差对解调性能的影响 主要体现在所提取载波与接收 信号中的载波的相位误差. 相位误差为稳态相差与相位抖动之和 相位误差为稳态相差与相位抖动之和 提取的相干载波为 提取的相干载波为 则解调时, 相乘器的输出经低通滤波后为 则解调时, 相乘器的输出经低通滤波后为

13 有相位误差, 导致信噪比将下降 倍 对 2PSK, 则导致误码率增加 对残留边带信号, 单边带信号, 相位误 差不仅引起信噪比下降, 还引起信 号畸变.

14 设基带信号为 单边带信号取上边带 解调取出低频分量

位同步 滤波法 滤波法 若收到的数字信息为单极性不归零矩形 脉冲序列，则它的功率谱密度不含频率 等于 f s 的位同步信息，若通过过零检测， 取边沿脉冲，则该脉冲序列频谱含有位 同步信息，用窄带滤波器取出，即可得 位同步信号。 若收到的数字信息为单极性不归零矩形 脉冲序列，则它的功率谱密度不含频率 等于 f s 的位同步信息，若通过过零检测， 取边沿脉冲，则该脉冲序列频谱含有位 同步信息，用窄带滤波器取出，即可得 位同步信号。

16 S(t) t f fsfs 2f s t f

17 过零检测窄带滤波脉冲形成 单极性 不归零码 滤波法提取位同步信号

18 数字锁相环法 鉴相器 A B & & & ÷m÷m 振荡源 清零 控制器 超前 脉冲 滞后 脉冲 接收码元 位同步脉冲 输出 常开（扣除门） 常闭（附加门） a b F F mF

19 ≈ m-1 m m-1 m a路a路 ≈ b路b路 ≈ 周期 T=1/F c 位同步 m m-1 m ≈ d 超前 扣除扣除 e 分频器输出 相位推后 1/m 周期（ 360°/m ） ≈ m m 1 2 ≈ 附加附加 f 滞后 相位提前 1/m 周期 g 分频器输出 位同步脉冲的相位调整

群同步（帧同步） 给出帧的开头和结尾的标记 起止式同步法 起止式同步法 被传输的单位是字符，每个字符可由 5~8 位码元组成，每个字符前面加一位起始 位，用 “0” 代表，在字符后加 1.5 位停止位， 用 “1” 代表，不发信号时，一直发送停止 位。 被传输的单位是字符，每个字符可由 5~8 位码元组成，每个字符前面加一位起始 位，用 “0” 代表，在字符后加 1.5 位停止位， 用 “1” 代表，不发信号时，一直发送停止 位。 止 起 止

21 连贯式插入法 在每群的开头集中插入群同步码组的方法 群同步码应有特性 群同步码应有特性 能很快地识别检出，位置准确 能很快地识别检出，位置准确 假同步和漏同步的概率越小越好 假同步和漏同步的概率越小越好 群同步码应有尖锐的自相关函数 群同步码应有尖锐的自相关函数 巴克码是一种常用的群同步码 巴克码是一种常用的群同步码 巴克码是一种非周期序列，一个 n 位的巴 克码为 巴克码是一种非周期序列，一个 n 位的巴 克码为 {x 1 ， x 2 ， x 3 ， … ， x n } x 1 的取值为 ±1 {x 1 ， x 2 ， x 3 ， … ， x n } x 1 的取值为 ±1

22 j = 0 j = 1 j = 2 ， 3 ， …7 R(j) 分别为 -1, 0, -1, 0, -1, 0 当 j 为负值时的自相关函数值, 与正值对 称, 自相关函数在 j = 0 时出现尖锐单峰。 当 j 为负值时的自相关函数值, 与正值对 称, 自相关函数在 j = 0 时出现尖锐单峰。

23 7 R（j）R（j） j

24 判决 相 加 输入 码元 移位方向 巴克码识别器 7 位巴克码识别器 “1” 存入移存器 1 端 → +1 0 端 →-1 “0” 存入移存器 1 端 → -1 0 端 →+1

25 巴克码全部进入 7 级移位寄存器, 7 个移位寄存器都输出 +1, 相加后得最 大输出 +7, 若判决器的判决门限电平定 为 6, 在巴克码的最后一位 “0” 进入识别 器时, 识别器输出一群同步脉冲表示一 群的开头。 当 7 位巴克码全部进入 7 级移位寄存器, 7 个移位寄存器都输出 +1, 相加后得最 大输出 +7, 若判决器的判决门限电平定 为 6, 在巴克码的最后一位 “0” 进入识别 器时, 识别器输出一群同步脉冲表示一 群的开头。

26 群同步系统的性能 群同步系统应该建立时间短，并且 在群同步建立后应有较强的抗干扰能力。 通常用漏同步概率 P 1 ，假同步概率 P 2 和 群同步平均建立时间 t s 来衡量。 漏同步概率 P 1 漏同步概率 P 1 同步码组中一些码元发生错误，使识别 器漏识别已发出的同步码组。 同步码组中一些码元发生错误，使识别 器漏识别已发出的同步码组。 问题：若 7 位巴克码有一位错，当判决门 限为 +6 时，情况如何？ 问题：若 7 位巴克码有一位错，当判决门 限为 +6 时，情况如何？ 当判决门限为 +4 时，情况如何？ 当判决门限为 +4 时，情况如何？

27 设 P 为码元错误概率， n 为同步码组的 码元数， m 为判决器容许码组中的错 误码元最大数。 则同步码组码元 n 中所有不超过 m 个错误码 元的码组都能被识别器识别。 未漏概率为：漏同步概率

28 假同步概率 消息码元中可能出现与同步码组相同 的码组，被识别器作为同步码组检出 若二进制消息码元出现 “0” ， “1” 的概率相 等，则 n 位码组所有可能的码组数为 2 n 个， 其中能被判为同步码组的组合数为： 若二进制消息码元出现 “0” ， “1” 的概率相 等，则 n 位码组所有可能的码组数为 2 n 个， 其中能被判为同步码组的组合数为： m = 0 只有 1 个（ ）码组 m = 0 只有 1 个（ ）码组 m = 1 有 码组 m = 1 有 码组 类推，可被判为同步码组的组合数为 类推，可被判为同步码组的组合数为 假同步概率 假同步概率

29 平均建立时间 t s 设漏同步和假同步都不发生，在最不利 的情况下，实现群同步最多需要一群的 时间。 设每群的码元数为 N ，每码元时间为 T ， 则一群的时间为 NT ，出现一次漏同步或 假同步大致要多花费 NT 的时间才能建立 起群同步，故，平均建立时间为 s12 t s = NT （ 1 + P 1 + P 2 ）

30 巴克 码作为连贯式插入法的帧同步码，要 使假同步概率小于 2×10 -3 ，则帧同步 码识别器的判决电平为多少？ 某二进制数字传输系统采用 13 位巴克 码作为连贯式插入法的帧同步码，要 使假同步概率小于 2×10 -3 ，则帧同步 码识别器的判决电平为多少？ 解：假同步概率 解：假同步概率 < 2×10 -3 < 2×10 -3 ×2 13 < 2×10 -3 ×2 13 m ≤ 1 允许错一位, 错一位时, m ≤ 1 允许错一位, 错一位时, 相加器输出 11, 判决电平为 10 。