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

11.1 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. 11.1 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。 实现同步的方法有：外同步法、自同步法。

11.2 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的导频插入 导频

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

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) 低通滤波取出

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 经过平方变换(平方律部件) m(t)无直流分量, m2(t)却有直流分量

令α表示m2(t)中的直流分量 表示m2(t)中的交流分量 则 e(t)经窄带滤波后,滤出2ωc 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. 调制自噪声 直流 低频 2 ωc

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

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) V3 V5 × LPF V1 输入 输出 V7 VCO 环路滤波器 × 90°相移 V2 × LPF V4 V6

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:

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, V7的大小与相位误差θ成正比,用V7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.

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. 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 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

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.

设基带信号为 单边带信号取上边带 解调 取出低频分量

11.3 位同步 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fs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。

S(t) 1 1 0 1 0 0 1 1 1 t f fs 2fs t f 2fs

单极性 不归零码 过零检测 窄带滤波 脉冲形成 滤波法提取位同步信号

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

m-1 m 1 2 3 m-1 m a路 ≈ b路 ≈ 周期T=1/F c位同步 ≈ m 1 2 3 m-1 m d 超前 ≈ 扣除 相位推后1/m周期（360°/m） e分频器输出 ≈ m 1 2 4 m 1 2 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

11.4 群同步（帧同步） 给出帧的开头和结尾的标记 11.4 群同步（帧同步） 给出帧的开头和结尾的标记 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。 止 起 止

连贯式插入法 在每群的开头集中插入群同步码组的方法 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 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 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 巴克码是一种非周期序列，一个n位的巴克码为 {x1， x2， x3，…，xn} x1的取值为±1

巴克码(BARKER)

巴克码

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。

R（j） 7 -7 -5 -3 -1 1 3 5 7 j -1

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

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。

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P1，假同步概率P2和群同步平均建立时间ts来衡量。 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？ 当判决门限为+4时，情况如何？

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。 未漏概率为： 漏同步概率

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 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2n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 = 1 有 码组 类推，可被判为同步码组的组合数为 假同步概率

平均建立时间ts 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 ts = NT（1 + P1 + P2）

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 < 2×10-3 < 2×10-3 ×213 m ≤ 1 允许错一位,错一位时, 相加器输出11, 判决电平为10。