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通信原理第十章

《通信原理课件》
图10-9 包络检波法的原理框图
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图10-10 包络检波法各点波形图
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图10-11 延迟相乘法原理框图及各点波形
二、数字锁相法
与载波同步的提取类似,把采用锁相环来提取位同步 信号的方法称为锁相法。在数字通信中,这种锁相电路常 采用数字锁相环来实现。 采用数字锁相法提取位同步原理方框图如图10-12所示, 它由高稳定度振荡器(晶振)、分频器、相位比较器和控 制电路组成。其中,控制电路包括图中的扣除门和添加门。 高稳定度振荡器产生的信号经整形电路变成周期性脉冲, 然后经控制器再送入分频器,输出位同步脉冲序列。输入 相位基准与由高稳定振荡器产生的经过整形的n次分频后 的相位脉冲进行比较,由两者相位的超前或滞后,来确定 扣除或添加一个脉冲,以调整位同步脉冲的相位。
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3、从多相移相信号中提取载波 对于多相移相信号,同样可以利用多次方变换法和多 相科斯塔环法从已调信号中提取载波信息。如以四相移相 信号为例,图10-4是用多次方变换法从四相移相信号中提 取同步载波的方法。
图10-4 四次方变换法提取载波
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10.2 载波同步
载波同步的方法有直接法(自同步法)和插入导频法 (外同步法)两种。直接法不需要专门传输导频(同步信 号),而是接收端直接从接收信号中提取载波;插入导频 法是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)称作导频的正弦波(同步载波),接收端 就利用导频提取出载波。下面分别加以介绍。
图10-2 平方环法提取载波
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2、科斯塔环法 科斯塔环法(Costas)环法又称为同相正交环法。它 也是利用锁相环提取载频,但是不需要预先做平方处理, 并且可以直接得到输出解调信号。该方法的原理方框图如 图10-3所示。
图10-3科斯塔环法原理方框图 《通信原理课件》
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10.4.1 起止式同步法
数字电传机中广泛使用的是起止式同步法。
在电传机中,常用的是五单位码。为标志每个字的开 头和结尾,在五单位码的前后分别加上1个单位的起码 (低电平)和1.5个单位的止码(高电平),共7.5个码元 组成一个字,如图10-13所示。 收端根据高电平第一次转 到低电平这一特殊标志来确定一个字的起始位置,从而实 现字同步。由于这种同步方式中的止脉冲宽度与码元宽度 不一致,这会给同步数字传输带来不便。另外,在这种同 步方式中,7.5个码元中只有5个码元用于传递消息,因此 传输效率较低。
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上式表示在4次倍频的信号中含有 4fc 的分量。将它滤 出并4分频,即可得到载频fc分量。 除了上述多次方变换法以外,我们还可以用多相科斯 塔环法提取同步载波。图10-5是一个四相科斯塔环法提取 同步载波的方框图,压控振荡器的输出就是所需的载波信 号。其原理类似于图10-3,这里不再繁述。
但起止式同步法的优点是结构简单,易于实现,它特 别适合于异步低速数字传输方式中。
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图10-13 起止式同步法传输的字符格式
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10.4.2 集中插入法
集中插入法又称连贯插入法。它是指在每一信息群的 开头集中插入作为群同步码组的特殊码组,该码组应在信 息码中很少出现,即使偶尔出现,也不可能依照群的规律 周期出现。 接收端按群的周期连续数次检测该特殊码组, 这样便获得群同步信息。 集中插入法的关键是寻找实现群同步的特殊码组。对 该码组的基本要求是:具有尖锐单峰特性的自相关函数; 便于与信息码区别;码长适当,以保证传输效率。符合上 述要求的特殊码组有:全0码、全1码、1与0交替码、巴克 码、电话基群帧同步码0011011。目前常用的群同步码组 是巴克码。
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图10-8 微分整流法 《通信原理课件》
2、包络检波法 在某些数字微波中继通信系统中,经常在中频上用对 频带受限的2PSK信号进行包络检波的方法来提取位同步 信号,图10-9所示为其原理框图,其对应的波形图如图 10-10所示。 频带受限的2PSK信号波形如图10-10(a)所示。当接 收端带通滤波器的带宽小于信号带宽时,使频带受限的 2PSK信号在相邻码元相位反转点处形成幅度的“陷落”。 经包络检波后得到图10-10(b)所示的波形,该波形可看 成是一直流与图10-10(c)所示的波形相减, 而图10-10 (c)波形是具有一定脉冲形状的归零脉冲序列,含有位 同步信息,再通过窄带滤波器(或锁相环),然后经脉冲 整形,就可得到位同步信号。
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图10-6 插入的导频和已调信号频谱示意图
对于抑制载波的双边带调制而言,在载频处,已调信 号的频谱分量为零,同时对调制信号进行适当的处理,就 可以使已调信号在载频附近的频谱分量很小,这样就可以 插入导频,这时插入的导频对信号的影响最小。图10-6所 示为插入的导频和已调信号频谱示意图。在此方案中插入 的导频并不是加在调制器的那个载波,而是将该载波移相 90°后的所谓“正交载波”。根据上述原理,就可构成插 入导频的发端方框图如图10-7(a)所示。
第十章:同步系统
10.1 10.2 10.3 10.4 10.5 引言 载波同步 位同步 群同步 网同步
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此外,在有多个用户的通信网中,还有使网内各站点 之间保持同步的网同步问题。为了保证通信网内各用户之 间可靠地进行数据交换,必须要求整个数字通信网内有一 个统一的时间节拍标准。 同步系统的好坏将直接影响通信质量的好坏,甚至会 影响通信能否正常工作。可以说,在同步通信系统中, “同步”是进行信息传输的前提,正因为如此,为了保证 信息的可靠传输,要求同步系统应有更高的可靠性。 本章将分别讨论载波同步、位同步、群同步和网同步 的基本原理和性能。
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图10-7 插入导频法原理方框图
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SSB和2PSK的插入导频方法与DSB相同。VSB的插入导频 技术较复杂,通常采用双导频法,基本原理与DSB类似。这 里不再繁述。
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10.2.3 载波同步系统的性能
载波同步系统的性能指标主要有效率、精度、同步建 立时间和同步保持时间。对载波同步系统的主要性能要求 是高效率、高精度,同步建立时间快、保持时间长等。下 面对它们进行简单讨论。 一、高效率 高效率是指为了获得载波信号而尽量少消耗发送功率。 在这方面,直接法由于不需要专门发送导频,因而效率高, 而插入导频法由于插入导频要消耗一部分发送功率,因而 效率要低一些。 二、高精度 高精度是指接收端提取的同步载波与需要的载波标准 比较,应该有尽量小的相位误差。相位误差通常由稳态相 位误差和随机相位误差组成。
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10.3位同步
在数字通信系统中,发端按照确定的时间顺序,逐个 传输数码脉冲序列中的每个码元。而在接收端必须有准确 的抽样判决时刻才能正确判决所发送的码元,因此,接收 端必须提供一个确定抽样判决时刻的定时脉冲序列。这个 定时脉冲序列的重复频率必须与发送的数码脉冲序列一致, 同时在最佳判决时刻(或称为最佳相位时刻)对接收码元 进行抽样判决。可以把在接收端产生这样的定时脉冲序列 称为码元同步,或称位同步。 实现位同步的方法和载波同步类似,也有直接法(自 同步法)和插入导频法(外同步法)两种,而在直接法中 也分为滤波法和锁相法。下面将分别介绍这两类同步技术, 重点介绍直接法(自同步法)。
当系统的位同步采用自同步方法时,发端不专门发送 导频信号,而直接从数字信号中提取位同步信号,这种方 法在数字通信中经常采用,而自同步法具体又可分为滤波 法和锁相法。
《通信的二进制随机脉冲序列的频谱中 没有位同步的频率分量,不能用窄带滤波器直接提取位同 步信息。但是通过适当的非线性变换就会出现离散的位同 步分量,然后用窄带滤波器或用锁相环进行提取,便可以 得到所需要的位同步信号。下面介绍几种具体的实现方法。 1、微分整流法 图10-8(a)所示为微分整流滤波法提取位同步信息的 原理框图。图中,输入信号为二进制不归零码元,它首先 通过微分和全波整流后,将不归零码元变成归零码元。这 样,在码元序列频谱中就有了码元速率分量(即位同步分 量)。将此分量用窄带滤波器滤出,经过移相电路调整其 相位后就可以由脉冲形成器产生出所需要的码元同步脉冲。 图10-8(b)给出了该电路各点的波形。
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图10-12 数字锁相环原理框图
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10.4群同步
数字通信时,一般总是以若干个码元组成一个字,若 干个字组成一个句,即组成一个个的“群”进行传输。群 同步的任务就是在位同步的基础上识别出这些数字信息群 (字、句、帧)“开头”和“结尾”的时刻,使接收设备 的群定时与接收到的信号中的群定时处于同步状态。实现 群同步,通常采用的方法是起止式同步法和插入特殊同步 码组的同步法。而插入特殊同步码组的方法有两种:一种 为集中插入方式,另一种为分散插入方式。
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图10-1平方变换法提取载波
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为改善平方变换的性能,可以在平方变换法的基础上, 把窄带滤波器用锁相环替代,构成如图10-2所示框图,这 样就实现了平方环法提取载波。由于锁相环具有良好的跟 踪、窄带滤波和记忆性能,因此平方环法比一般的平方变 换法具有更好的性能,因而得到广泛的应用。
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