1、11.1 概述概述11.2 載波同步載波同步11.3 位同步位同步11.4 群同步群同步第第 11 章章 同步原理同步原理返回主目錄 11.1 概述概述 所謂同步是指收發(fā)雙方在時間上步調一致，故又稱定時。在數(shù)字通信中，按照同步的功用分為：載波同步、位同步、群同步和網同步。 (1) 載波同步。 載波同步是指在相干解調時，接收端需要提供一個與接收信號中的調制載波同頻同相同頻同相的相干載波。這個載波的獲取稱為載波提取或載波同步。(2) 位同步。 位同步又稱碼元同步。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，任何消息都是通過一連串碼元序列傳送的，所以接收時需要知道每個碼元的起止時刻，以便在恰當?shù)臅r刻進行取樣判決。(3) 群同

2、步。 群同步包含字同步、句同步、分路同步，它有時也稱幀同步。在數(shù)字通信中，信息流是用若干碼元組成一個“字”，又用若干個“字”組成“句”。在接收這些數(shù)字信息時，必須知道這些“字”、“句”的起止時刻，否則接收端無法正確恢復信息。(4) 網同步。 在獲得了以上討論的載波同步、位同步、群同步之后，兩點間的數(shù)字通信就可以有序、準確、可靠地進行了。然而，隨著數(shù)字通信的發(fā)展，尤其是計算機通信的發(fā)展，多個用戶之間的通信和數(shù)據(jù)交換，構成了數(shù)字通信網。顯然，為了保證通信網內各用戶之間可靠地通信和數(shù)據(jù)交換，全網必須有一個統(tǒng)一的時間標準時鐘，這就是網同步的問題。 同步也是一種信息，按照獲取和傳輸同步信息方式的不同，又

3、可分為外同步法和自同步法。 (1) 外同步法。 由發(fā)送端發(fā)送專門的同步信息（常被稱為導頻），接收端把這個導頻提取出來作為同步信號的方法，稱為外同步法。 (2) 自同步法。 發(fā)送端不發(fā)送專門的同步信息，接收端設法從收到的信號中提取同步信息的方法，稱為自同步法。 自同步法是人們最希望的同步方法，因為可以把全部功率和帶寬分配給信號傳輸。在載波同步和位同步中，兩種方法都有采用，但自同步法正得到越來越廣泛的應用。而群同步一般都采用外同步法。 同步本身雖然不包含所要傳送的信息，但只有收發(fā)設備之間建立了同步后才能開始傳送信息，所以同同步是進行信息傳輸?shù)谋匾颓疤岵绞沁M行信息傳輸?shù)谋匾颓疤帷Ｍ叫阅艿暮脡挠?/p>

4、將直接影響著通信系統(tǒng)的性能。如果出現(xiàn)同步誤差或失去同步就會導致通信系統(tǒng)性能下降或通信中斷。因此，同步系統(tǒng)應具有比信息傳輸系統(tǒng)更高的可靠性和更好的質量指標，如同步誤差小、相位抖動小以及同步建立時間短，保持時間長等。 11.2 載波同步載波同步11.2.1 直接法直接法 直接法也稱自同步法。這種方法是設法從接收信號中提取同步載波。有些信號，如DSB-SC、PSK等，它們雖然本身不直接含有載波分量，但經過某種非線性變換后，將具有載波的諧波分量，因而可從中提取出載波分量來。下面介紹幾種常用的方法。 1. 平方變換法和平方環(huán)法平方變換法和平方環(huán)法 此方法廣泛用于建立抑制載波的雙邊帶信號的載波同步。圖 1

5、1 1 平方變換法提取載波平方律部件輸入已調信號e(t)2fc窄帶濾波器二 分 頻載波輸出平方后(11.2 - 2)ttmtmttmtecc2cos)(21)(21cos)()(222雙邊帶信號(11.2 - 1)ttmtscmcos)()(若用一窄帶濾波器將2c頻率分量濾出，再進行二分頻，就可獲得所需的相干載波。同樣，若m(t)=1，則DSB信號就成為2PSK，這時(11.2 - 3)tttmtecc2cos2121cos)()(2在實際中，伴隨信號一起進入接收機的還有加性高斯白噪聲，為了改善平方變換法的性能，使恢復的相干載波更為純凈，圖 11 - 1 中的窄帶濾波器常用鎖相環(huán)代替，稱為平方

6、環(huán)法提取載波。由于鎖相環(huán)具有良好的跟蹤、窄帶濾波和記憶功能，平方環(huán)法比一般的平方變換法具有更好的性能。因此，平方環(huán)法提取載波得到了較廣泛的應用。 圖11-2 平方環(huán)法提取載波平方律部件輸入已調信號鑒 相 器二 分 頻載波輸出環(huán) 路濾 波 器壓 控振 蕩 器鎖相環(huán)2PSK信號tnTtgatecSnn22cos)()(圖11-2 平方環(huán)法提取載波平方律部件輸入已調信號鑒 相 器二 分 頻載波輸出環(huán) 路濾 波 器壓 控振 蕩 器鎖相環(huán)(11.2 - 4)當g(t)為矩形時(11.2 - 5)(11.2 - 6)ttec2cos2121)(VCO輸出)22sin()(0tAtvc(11.2 - 6)鑒

7、相器誤差輸出2sinddKv 式中，Kd為鑒相靈敏度，是一個常數(shù)。vd僅與相位差有關，它通過環(huán)路濾波器去控制壓控振蕩器的相位和頻率，環(huán)路鎖定之后，是一個很小的量。因此，VCO的輸出經過二分頻后，就是所需的相干載波。 應當注意，載波提取的方框圖中用了一個二分頻電路，由于分頻起點的不確定性，使其輸出的載波相對于接收信號相位有180的相位模糊。相位模糊對模擬通信關系不大，因為人耳聽不出相位的變化。但對數(shù)字通信的影響就不同了，它有可能使2PSK相干解調后出現(xiàn)“反向工作”的問題，克服相位模糊度對相干解調影響的最常用而又有效的方法是采用相對移相（2DPSK），并且在解調后進行差分譯碼恢復信息。 2. 同相

8、正交環(huán)法同相正交環(huán)法 同相正交環(huán)法又叫科斯塔斯(Costas)環(huán)。在此環(huán)路中，壓控振蕩器(VCO)提供兩路互為正交的載波，與輸入接收信號分別在同相和正交兩個鑒相器中進行鑒相，經低通濾波之后的輸出均含調制信號，兩者相乘后可以消除調制信號的影響，經環(huán)路濾波器得到僅與相位差有關的控制壓控，從而準確地對壓控振蕩器進行調整。VCO輸出(11.2 - 8)cos(1tvc(11.2 - 9)sin(2tvc圖11-3 Costas 環(huán)法提取載波低通壓控振蕩器低通環(huán)路濾波器90 相移輸出輸入已調信號v3v5v1v2v4v6vd相乘和濾波后(11.2 - 12)cos)(215tmv (11.2 - 13)s

9、in)(216tmv v5和v6相乘后(11.2 - 14)2sin)(812tmvd 當m(t)為矩形脈沖的雙極性數(shù)字基帶信號時，m2(t)=1。即使m(t)不為矩形脈沖序列，式中的m2(t)可以分解為直流和交流分量。由于鎖相環(huán)作為載波提取環(huán)時，其環(huán)路濾波器的帶寬設計的很窄，只有m(t)中的直流分量可以通過，因此vd可寫成如果我們把圖11-3中除環(huán)路濾波器(LF)和壓控振蕩器(VCO)以外的部分看成一個等效鑒相器(PD)，其輸出vd正是我們所需要的誤差電壓。它通過環(huán)路濾波器濾(11.2 - 15)2sinddKv 后去控制VCO的相位和頻率，最終使穩(wěn)態(tài)相位誤差減小到很小的數(shù)值，而沒有剩余頻差

10、，此時由圖11-4可知，=n（n為任意整數(shù)）為PLL的穩(wěn)定平衡點。PLL工作時可能鎖定在任何一個穩(wěn)定平衡點上，考慮到在周期內取值可能為0或，這意味著恢復出的載波可能與理想載波同相，也可能反相。這種相位關系的不確定性，稱為0，的相位模糊度。這是用PLL從抑制載波的雙邊帶信號（2PSK或DSB）中提取載波時不可避免的共同問題。不但所需的同步載波為)cos(1tvc解調輸出為)(21cos)(215tmtmv圖11-4 平方緩和Costas 環(huán)得鑒相特性VdKd0 Kd在上述兩種環(huán)路中存在，在其他類型的載波恢復環(huán)路，如逆調制環(huán)、判決反饋環(huán)、 松尾環(huán)等性能更好的環(huán)路中，也同樣存在；不但在2PSK 時存在，在多相移相信號（MPSK）也同樣存在相位模糊度問題。 Cos