同步原理(载波同步与位同步).ppt
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1、同步同步原理(载波同步与位同步)原理(载波同步与位同步)主讲:同步的基本原理,实现方法,性能指标。同步同步的定义及实现方法分类的定义及实现方法分类 n n同步:指收发双方在时间上步调一致(也称为定时)。n n在数字通信中,按同步的功用分为:载波同步,位同步,群同步,网同步。这里主要介绍载波同步与位同步。n n同步按获取和传输同步信息的方式分为:1,外同步法:由发送端发送专门的导频,接收端提取这个导频作为同步信号。2,自同步法:发送端不发送专门的同步信息,接收端设法从收到的信号提取同步信息。载波同步的基本原理,实现方法载波同步的基本原理,实现方法和性能指标和性能指标n n载波同步:是指在相干解调
2、时,接收端需要提供一个与接收信号中的调制载波同频同相的相干载波。n n载波同步是实现相干解调的先决条件。n n提取相干载波的方法:直接法(自同步法)插入导频法载波同步的基本原理,实现方法载波同步的基本原理,实现方法和和性能指标性能指标n n直接法:有些信号(直接法:有些信号(DSB-SC,PSKDSB-SC,PSK),虽然本身不含有载波),虽然本身不含有载波分量,但经过某种非线性变化后,将具有载波的谐波分量,分量,但经过某种非线性变化后,将具有载波的谐波分量,因此可以从中提取。下面介绍几种常用的方法:因此可以从中提取。下面介绍几种常用的方法:n n一:平方变换法和平方环法一:平方变换法和平方环
3、法 设调制信号设调制信号 ,则抑制载波的双边带信号为:,则抑制载波的双边带信号为:平方变换法提取载波框图:平方变换法提取载波框图:窄带滤波器输出为:窄带滤波器输出为:载波同步的基本原理,实现载波同步的基本原理,实现方法和性能指标方法和性能指标 二分频器输出,可得载波信号:注意:载波提取的方框图中用了一个二分频电路,由于分频注意:载波提取的方框图中用了一个二分频电路,由于分频起点的不确定性,使输出的载波相对于接收信号的相位有起点的不确定性,使输出的载波相对于接收信号的相位有180180度的相位模糊。度的相位模糊。相位模糊对模拟通信关系不大(人耳听不出相位变化)相位模糊对模拟通信关系不大(人耳听不
4、出相位变化)对数字通信影响很大,有可能使对数字通信影响很大,有可能使2PSK2PSK相干解调后出相干解调后出 现现“反向工作反向工作”的问题。的问题。解决办法:对调制器输入的信息序列进行差分编码。解决办法:对调制器输入的信息序列进行差分编码。(2DPSK2DPSK)载波同步的基本原理,实现方法载波同步的基本原理,实现方法和性能指标和性能指标n n实际中,伴随信号一起进入接收机的还有加性高实际中,伴随信号一起进入接收机的还有加性高斯白噪声,为了改善平方变换法的性能,使恢复斯白噪声,为了改善平方变换法的性能,使恢复的相干载波更为纯净,常用锁相环代替窄带滤波的相干载波更为纯净,常用锁相环代替窄带滤波
5、器。如下图:器。如下图:n n 平方环法提取载波框图平方环法提取载波框图n n锁相环具有良好的跟踪,窄带滤波和记忆功能。锁相环具有良好的跟踪,窄带滤波和记忆功能。等价于:中心频率可调的窄带滤波器等价于:中心频率可调的窄带滤波器载波同步的基本原理,实现方法载波同步的基本原理,实现方法和性能指标和性能指标n n以以2PSK2PSK信号为例,来分析平方环法的情况:信号为例,来分析平方环法的情况:2PSK2PSK信号经平方后得到信号经平方后得到当当g(t)g(t)为矩形脉冲时有:为矩形脉冲时有:假设环路锁定,假设环路锁定,VCOVCO的频率锁定在的频率锁定在2wc2wc频率上,其输频率上,其输出信号为
6、:出信号为:为相位差。经鉴相器(由相乘器和低通滤波器组成)为相位差。经鉴相器(由相乘器和低通滤波器组成)后输出的误差电压后输出的误差电压为:为:载波同步的基本原理,实现方法载波同步的基本原理,实现方法和性能指标和性能指标n n式中:式中:n nKdKd为鉴相灵敏度,是常数。为鉴相灵敏度,是常数。仅与相位差有关,仅与相位差有关,它通过环路滤波器去控制压控振荡器的相位和频它通过环路滤波器去控制压控振荡器的相位和频率,环路锁定之后,率,环路锁定之后,一个很小的量。一个很小的量。因此因此VCO VCO 的输出经过二分频后,就是所需的相干载波。的输出经过二分频后,就是所需的相干载波。载波同步的基本原理,
7、实现方法载波同步的基本原理,实现方法和性能指标和性能指标n n载波同步直接法载波同步直接法n n二:二:同相正交同相正交同相正交同相正交环法环法环法环法(或称为科斯塔斯(或称为科斯塔斯(或称为科斯塔斯(或称为科斯塔斯(CostasCostas)环法)环法)环法)环法)n n同相正交环法电路框图:同相正交环法电路框图:同相正交环法电路框图:同相正交环法电路框图:n n压控振荡器压控振荡器(VCOVCO)提供两路互为正交的载波,与输入接)提供两路互为正交的载波,与输入接收信号分别在同相和正交两个鉴像器中进行鉴相,经低通收信号分别在同相和正交两个鉴像器中进行鉴相,经低通滤波之后的输出均含调制信号,两
8、者相乘后可以消除调制滤波之后的输出均含调制信号,两者相乘后可以消除调制信号的影响,经环路波器得到仅与相位差有关的控制压控,信号的影响,经环路波器得到仅与相位差有关的控制压控,从而准确地对压控振荡器进行调整。从而准确地对压控振荡器进行调整。载波同步的基本原理,实现方法载波同步的基本原理,实现方法和性能指标和性能指标n n设输入的抑制载波双边带信号设输入的抑制载波双边带信号为为 并并假定环假定环路锁定路锁定,且不考虑噪声的影响,则:,且不考虑噪声的影响,则:式中,式中,为为VCOVCO输出信号与输入已调信号载波之间的输出信号与输入已调信号载波之间的相位误差相位误差。经低通滤波后分别为:经低通滤波后
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