第6章同步原理.ppt

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1、第第7 7章章 同步系统同步系统 现代通信原理2023-11-151频分复用（频分复用（FDM）第第7 7章章 同步系统同步系统 现代通信原理2023-11-152PAM时分复用原理时分复用原理理论基础：理论基础：时分复用是建时分复用是建立在抽样定理基础上的。立在抽样定理基础上的。注注：1）二路抽样间隔相同：二路抽样间隔相同：Ts符合抽样定理。符合抽样定理。2）N路：上述概念的扩展。路：上述概念的扩展。N路时分复用信号的时隙分配路时分复用信号的时隙分配见图见图7-34。第第7 7章章 同步系统同步系统 现代通信原理2023-11-153N路时分复用信号的时隙分配：路时分复用信号的时隙分配：概念

2、：概念：时隙时隙每一路信号所占用的时间间隔称为时隙。这里，时每一路信号所占用的时间间隔称为时隙。这里，时隙隙1分配给第分配给第1路，时隙路，时隙2分配给第分配给第2路，路，.。帧帧N路时隙的总和称为一帧。每一帧的时间必须符合抽路时隙的总和称为一帧。每一帧的时间必须符合抽样定理的要求样定理的要求:TS。通常，单路话音信号的抽样频率规定为。通常，单路话音信号的抽样频率规定为8000HZ（话音（话音fm=3400HZ)，所以，所以sfTss125/1第第7 7章章 同步系统同步系统 现代通信原理2023-11-1543.4.2 时分复用的时分复用的PCM系统（系统（TDMPCM）第第7 7章章 同步

3、系统同步系统 现代通信原理2023-11-1553.4.3 32路路PCM的帧结构的帧结构对于小容量、短距离脉码调制的多路数字电话，国际上有两种对于小容量、短距离脉码调制的多路数字电话，国际上有两种标准化制式：标准化制式：PCM3032路（路（A律压扩特性律压扩特性A87.613）制式；）制式；PCM24路（路（律压扩特性律压扩特性22515）制式。）制式。并规定：国际通信时，以并规定：国际通信时，以A律压扩特性为准，凡是两种制式的律压扩特性为准，凡是两种制式的转换，其设备的接口均由采用转换，其设备的接口均由采用律特性的国家负责解决。律特性的国家负责解决。1.帧结构（基群）帧结构（基群）PCM

4、3230帧结构帧结构0TS1TS 16TS 31TS1 28帧同步各路标志码TsiTS16TS第第7 7章章 同步系统同步系统 现代通信原理2023-11-156帧结构帧结构复帧结构复帧结构TS16时隙用于传送各话路的标志信号码，标志信时隙用于传送各话路的标志信号码，标志信号按复帧传输，即每隔号按复帧传输，即每隔2ms传输一次，一个复帧传输一次，一个复帧有有16个帧，即有个帧，即有16个个“TS16时隙时隙”(8位码组位码组)。第第7 7章章 同步系统同步系统 现代通信原理2023-11-157带宽设计：带宽设计：抽样频率：抽样频率：fs=8000Hz；帧周期：帧周期：Ts=125s；复帧周期

5、：复帧周期：一复帧由一复帧由16个帧组成，复帧周期为个帧组成，复帧周期为2ms；每帧时隙数：每帧时隙数：n32个。其中个。其中30个时隙（个时隙（TS1TS15、TS17TS31)用来传送用来传送30路电话；路电话；TS0用来传送帧同步码；用来传送帧同步码；TS16用来传送各话用来传送各话路的标志信号码（如拨号脉冲、被叫摘机、主叫挂机等）。路的标志信号码（如拨号脉冲、被叫摘机、主叫挂机等）。每一时隙为：每一时隙为：Tsi=125/32=3.9s每一时隙均按每一时隙均按N=8位编码。故，位编码。故，数码率数码率SMbnNffsb/048.23288000或或sMbNfnfmb/048.28400

6、0232)2(每个每个脉冲的宽度：脉冲的宽度：b=1/fb=0.488 sTDMPCM信号信号带宽：带宽：2MHz。第第7 7章章 同步系统同步系统 现代通信原理2023-11-158 PCM24路帧结构路帧结构sMbnNffsb/544.1 1248 8000)1(第第7 7章章 同步系统同步系统 现代通信原理2023-11-1593.4.4 PCM的高次群的高次群 上面讨论的上面讨论的PCM3032与与PCM24路时分多路系统，称为数路时分多路系统，称为数字字基群基群，即一次群。，即一次群。由若干个（四个）基群数字信号通过数字复接设备可以汇总由若干个（四个）基群数字信号通过数字复接设备可以

7、汇总成成高次群高次群。高次群组群方案高次群组群方案群群基群基群二次群二次群三次群三次群四次群四次群五次群五次群路数路数24路路496路路5480路路31440路路45760路路码速码速1.544Mb/s6.312Mb/s32.064Mb/s97.728Mb/s397.200Mb/s路数路数30路路4120路路4480路路41920路路47680路路码速码速2.048Mb/s8.448Mb/s34.368Mb/s139.364Mb/s564.992Mb/s第第7 7章章 同步系统同步系统 现代通信原理2023-11-1510结构：结构：6.1 6.1 引言引言同步：同步：是指收发双方在时间上保持

8、步调一致。是指收发双方在时间上保持步调一致。同步的分类：同步的分类：载波同步载波同步同频同相相干载波；同频同相相干载波；位位（码元）（码元）同步同步节拍一致、相位可调；节拍一致、相位可调；群同步群同步 帧同步；帧同步；网同步（通信网中用）。网同步（通信网中用）。同步信号来自于接收信号；在通信系统中，通常都是同步信号来自于接收信号；在通信系统中，通常都是要求要求同步信息传输的可靠性高于信号传输的可靠性。同步信息传输的可靠性高于信号传输的可靠性。研究的问题：研究的问题：6.1 6.1 引言引言 6.2 6.2 载波同步技术载波同步技术 6.3 6.3 位同步技术位同步技术 6.4 6.4 群同步技

9、术群同步技术 6.2 6.2 载波同步技术载波同步技术 获取方法：获取方法：插入导频法（外同步法）：插入导频法（外同步法）：在发送有用信号的同时，在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载频的正弦波，接收适当的频率位置上插入一个或多个称作载频的正弦波，接收端由导频提取载波；端由导频提取载波；直接法（自同步法）：直接法（自同步法）：不专门发送导频，在接收端直接不专门发送导频，在接收端直接从发送信号中提取载波。从发送信号中提取载波。6.2.1 6.2.1 直接法（自同步法）直接法（自同步法）思路：思路：DSB信号虽不含载波分量，但对该信号进行某种非线信号虽不含载波分量，但对该信

10、号进行某种非线性变换（如：平方）后派生新的频率分量，就可从中提性变换（如：平方）后派生新的频率分量，就可从中提取同步信息。取同步信息。1.1.平方变换法和平方环法平方变换法和平方环法 发端：发端：设调制信号中无直流分量，则抑制载波的双边带信号设调制信号中无直流分量，则抑制载波的双边带信号为：为：ttmtsccos ttmtmttmtecc2cos212cos2222收端收端：平方变换法模型：平方变换法模型：经平方律部件后经平方律部件后:经窄带滤波器（经窄带滤波器（2c），含），含:cos2ct二分频，得二分频，得:cosct好处：好处：窄带、跟踪、记忆、维持。窄带、跟踪、记忆、维持。问题：问题

11、：二分频电路提取出的载波存在二分频电路提取出的载波存在相位模糊问题。相位模糊问题。问题：问题：窄带滤波器不易实现。窄带滤波器不易实现。改进：改进：用用PLL（锁相环）代替。（锁相环）代替。2.2.同相正交环法（科斯塔斯环）同相正交环法（科斯塔斯环）ttmccos ttmtttmvttmtttmvcccccc2sinsin21sincos2coscos21coscos43经低通后：经低通后：目标：目标：只需证得只需证得v7(载波相位差载波相位差)。同相载波同相载波正交载波正交载波双双PLL环环模型：模型：sin21cos2165tmvtmv 2814122657sincossintmtmvvv

12、tmv2741经低通后的输出分别为经低通后的输出分别为：乘法器的输出为：乘法器的输出为：上式可以近似地表示为：上式可以近似地表示为：注：注：载波提取、相干解调一次完成！载波提取、相干解调一次完成！无无相位模糊问题。相位模糊问题。另：另：数字通信中经常使用多相移相信号，这类信号同样可以利数字通信中经常使用多相移相信号，这类信号同样可以利用多次方变换法从已调信号中提取载波信息。用多次方变换法从已调信号中提取载波信息。6.2.2 6.2.2 插入导频法插入导频法 1 1、抑制载波的双边带信号中插入导频、抑制载波的双边带信号中插入导频 导频：导频：为为“正交载波正交载波”与加在调制器的那个载波移相与加

13、在调制器的那个载波移相90。模型：模型：0()()sincosccccu ta m ttat数学分析：数学分析：发端：发端：222()()sincossin()cos2sin2()222cccccccccccav ta m ttatata m tattm t收端：收端：LPF输出：。输出：。2211ffffffffrcmc2 2、残留边带信号中插入导频、残留边带信号中插入导频 3 3、时域插入导频法、时域插入导频法原理：原理：利用利用PLL的跟踪、记忆、维持功能。的跟踪、记忆、维持功能。6.2.3 6.2.3 载波同步系统的性能指标载波同步系统的性能指标 载波同步系统的主要性能包括：效率、精度

14、、同步建立时间载波同步系统的主要性能包括：效率、精度、同步建立时间和同步保持时间。和同步保持时间。1 1、精度、精度 精度是指提取的同步载波与载波标准比较，它们之间的相精度是指提取的同步载波与载波标准比较，它们之间的相位误差大小。位误差大小。（1 1）稳态相位误差）稳态相位误差 当利用窄带滤波器提取载波时，假设所用的窄带滤波器为一当利用窄带滤波器提取载波时，假设所用的窄带滤波器为一简单简单单调谐回路单调谐回路，其，其Q值一定。那么，当回路的中心频率值一定。那么，当回路的中心频率0与与载波频率载波频率c不相等时，就会使输出的载波同步信号引起一稳态不相等时，就会使输出的载波同步信号引起一稳态相差相

15、差。若。若0与与c之差为之差为，且，且较小时，可得较小时，可得02Q可见：可见：Q值越高，所引起的稳态相差越大。值越高，所引起的稳态相差越大。（2 2）随机相位误差）随机相位误差 从物理概念上讲，正弦波加上随机噪声以后，相位变化是随从物理概念上讲，正弦波加上随机噪声以后，相位变化是随机的，它与噪声的性质和信噪功率比有关。经过分析当噪声为机的，它与噪声的性质和信噪功率比有关。经过分析当噪声为窄带高斯噪声时，随机相位差与信噪功率比之间的关系式为窄带高斯噪声时，随机相位差与信噪功率比之间的关系式为20021 22nnfrAQ其中：其中：f0回路的中心频率，回路的中心频率，A接收信号幅度。接收信号幅度

16、。可见：可见：滤波器的滤波器的Q值越高，随机相位误差越小。值越高，随机相位误差越小。2 2、同步建立时间和保持时间、同步建立时间和保持时间 建立时间建立时间 保持时间保持时间可见：可见：要使建立时间变短，要使建立时间变短，Q值需要减小；要延长保持时间，值需要减小；要延长保持时间，Q值要求增大，因此这两个参数对值要求增大，因此这两个参数对Q值的要求是矛盾的。值的要求是矛盾的。00220.46()scQQtt 3 3、两种载波同步方法的比较、两种载波同步方法的比较 直接法的优缺点直接法的优缺点主要表现在以下几方面：主要表现在以下几方面：（1）不占用导频功率不占用导频功率，因此信噪功率比可以大一些；，因此信噪功率比可以大一些；（2）防止导频和信号间的互相干扰，也可以防止信道不理想防止导频和信号间的互相干扰，也可以防止信道不理想引起导频相位的误差引起导频相位的误差;（3）有的调制系统不能用直接法（如）有的调制系统不能用直接法（如SSB系统）。系统）。插入导频法的优缺点插入导频法的优缺点主要表现在；主要表现在；（1）有单独的导频信号，一方面可以提取同步载波，另一方）有单独的导频信号，一方面可以提