通信原理课件——第十章

插入位同步信息的方法有多种。从时域考虑，可以连续 插入，并随信号码元同时传输；也可以在每组信号码元 之前增加一个“位同步头”，由它在接收端建立位同步， 并用锁相环使同步状态在相邻两个“位同步头”之间得 以保持。从频域考虑，可以在信号码元频谱之外占用一 段频谱，专门用于传输同步信息；也可以利用信号码元 频谱中的“空隙”处，插入同步信息。
10.3 位同步
在数字通信系统中，发端按照确定的时间顺序，逐个传 输数码脉冲序列中的每个码元。而在接收端必须有准确 的抽样判决时刻才能正确判决所发送的码元，因此，接 收端必须提供一个确定抽样判决时刻的定时脉冲序列。 这个定时脉冲序列的重复频率必须与发送的数码脉冲序 列一致，同时在最佳判决时刻（或称为最佳相位时刻） 对接收码元进行抽样判决。可以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。
图10-7 插入导频法原理方框图
SSB和2PSK的插入导频方法与DSB相同。VSB的插入导频技 术较复杂，通常采用双导频法，基本原理与DSB类似。这 里不再繁述。
10.2.3 载波同步系统的性能
载波同步系统的性能指标主要有效率、精度、同步建立 时间和同步保持时间。对载波同步系统的主要性能要求 是高效率、高精度，同步建立时间快、保持时间长等。 下面对它们进行简单讨论。
图10-5 四相科斯塔环法的载波提取
应该注意的是，前述两种方法所提取的载波同样存在相 位模糊问题，常见的解决办法是采用四相相对移相。
10.2.2 插入导频法
插入导频法主要用于接收信号频谱中没有离散载频分量， 或即使含有一定的载频分量，也很难从接收信号中分离 出来的情况。对这些信号的载波提取，可以用插入导频 法。
图10-1平方变换法提取载波
为改善平方变换的性能，可以在平方变换法的基础上， 把窄带滤波器用锁相环替代，构成如图10-2所示框图， 这样就实现了平方环法提取载波。由于锁相环具有良好 的跟踪、窄带滤波和记忆性能，因此平方环法比一般的 平方变换法具有更好的性能，因而得到广泛的应用。
图10-2 平方环法提取载波
实现位同步的方法和载波同步类似，也有直接法（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。下面将分别介绍这两类同步技 术，重点介绍直接法（自同步法）。
10.3.1 插入导频法
插入导频法与载波同步时的插入导频法类似，它也是在 发送端信号中插入频率为码元速率（1/T）或码元速率的 倍数的位同步信号。在接收端利用一个窄带滤波器，将 其分离出来，并形成码元定时脉冲。
科斯塔环法从已调信号中提取载波信息。如以四相移相 信号为例，图10-4是用多次方变换法从四相移相信号中 提取同步载波的方法。
图10-4 四次方变换法提取载波
上式表示在4次倍频的信号中含有 4fc 的分量。将它滤 出并4分频，即可得到载频fc分量。
除了上述多次方变换法以外，我们还可以用多相科斯塔 环法提取同步载波。图10-5是一个四相科斯塔环法提取 同步载波的方框图，压控振荡器的输出就是所需的载波 信号。其原理类似于图10-3，这里不再繁述。
第十章 同步系统
10.1 引言 10.2 载波同步 10.3 位同步 10.4 群同步 10.5 网同步
此外，在有多个用户的通信网中，还有使网内各站点之 间保持同步的网同步问题。为了保证通信网内各用户之 间可靠地进行数据交换，必须要求整个数字通信网内有 一个统一的时间节拍标准。
同步系统的好坏将直接影响通信质量的好坏，甚至会影 响通信能否正常工作。可以说，在同步通信系统中， “同步”是进行信息传输的前提，正因为如此，为了保 证信息的可靠传输，要求同步系统应有更高的可靠性。
本章将分别讨论载波同ห้องสมุดไป่ตู้、位同步、群同步和网同步的 基本原理和性能。
10.2 载波同步
载波同步的方法有直接法（自同步法）和插入导频法 （外同步法）两种。直接法不需要专门传输导频（同步 信号），而是接收端直接从接收信号中提取载波；插入 导频法是在发送有用信号的同时，在适当的频率位置上， 插入一个（或多个）称作导频的正弦波（同步载波）， 接收端就利用导频提取出载波。下面分别加以介绍。
在同步电路中的低通滤波器和环路滤波器都是通频带很窄的电路。一 个滤波器的通频带越窄，其惰性越大。也就是说，一个滤波器的通频 带越窄，则当在其输入端加入一个正弦振荡时，其输出端振荡的建立 时间越长；当其输入振荡截止时，其输出端振荡的保持时间也越长。 显然，这个特性和我们对于同步性能的要求是矛盾的，即建立时间短 和保持时间长是相互矛盾的。在设计同步系统时要折中考虑。
对于抑制载波的双边带调制而言，在载频处，已调信号 的频谱分量为零，同时对调制信号进行适当的处理，就 可以使已调信号在载频附近的频谱分量很小，这样就可 以插入导频，这时插入的导频对信号的影响最小。图 10-6所示为插入的导频和已调信号频谱示意图。在此方 案中插入的导频并不是加在调制器的那个载波，而是将 该载波移相90°后的所谓“正交载波”。根据上述原理， 就可构成插入导频的发端方框图如图10-7（a）所示。
一、高效率
高效率是指为了获得载波信号而尽量少消耗发送功率。 在这方面，直接法由于不需要专门发送导频，因而效率 高，而插入导频法由于插入导频要消耗一部分发送功率， 因而效率要低一些。
二、高精度
高精度是指接收端提取的同步载波与需要的载波标准比 较，应该有尽量小的相位误差。相位误差通常由稳态相 位误差和随机相位误差组成。
2、科斯塔环法 科斯塔环法（Costas）环法又称为同相正交环法。它也
是利用锁相环提取载频，但是不需要预先做平方处理， 并且可以直接得到输出解调信号。该方法的原理方框图 如图10-3所示。
图10-3科斯塔环法原理方框图
3、从多相移相信号中提取载波 对于多相移相信号，同样可以利用多次方变换法和多相
所谓插入导频，就是在已调信号频谱中额外插入一个低 功率的线谱(此线谱对应的正弦波称为导频信号)，在接 收端利用窄带滤波器把它提取出来，经过适当的处理形 成接收端的相干载波。插入导频的传输方法有多种，基 本原理相似。这里仅介绍在抑制载波的双边带信号中插 入导频法。
图10-6 插入的导频和已调信号频谱示意图