2. 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

3. 2 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。

4. 3 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，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

5. 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

6. 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

7. 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

8. 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

9. 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

10. 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

11. 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 :

12. 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.

13. 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

14. 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.

15. 14 设基带信号为 单边带信号取上边带 解调取出低频分量

16. 15 11.3 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。

17. 16 S(t) 1 1 0 1 0 0 1 1 1 t f fsfs 2f s t f

18. 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

19. 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

20. 19 ≈ m-1 m 1 2 3 m-1 m a路a路 ≈ b路b路 ≈ 周期 T=1/F c 位同步 m 1 2 3 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 1 2 4 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

21. 20 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 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

22. 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

23. 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。

24. 23 7 R（j）R（j） -7 -5 -3 -1 1 3 5 7 j

25. 24 判决 相 加 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 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

26. 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。

27. 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？

28. 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

29. 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

30. 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 ）

31. 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 。