现代通信原理（第2版）第8章同步原理本章学习要求：了解：同步系统的定义了解：同步的基本原理、实现方法、性能指标及其对通信系统性能的影响掌握：载波同步在通信系统中的地位和作用，以及实现的原理和方法、性能指标掌握：位同步在通信系统中的地位和作用，以及实现的原理和方法、性能指标掌握：群同步在通信系统中的地位和作用，以及实现的原理和方法、性能指标掌握：三种基本同步实现方法较多，且各有特点了解：网同步的定义第8章同步原理8．1载波同步载波同步是实现相干解调的前提和基础，本地载波信号的质量好坏对于相干解调的输出信号质量有着极大的影响。8．1．1直接法直接法——由接收端设法直接从收到的调制信号中直接提取载波信号的方法。8．1．1．1平方变换法和平方环法1．平方变换法2.平方环法3．相位模糊——由于分频电路触发器的初始状态不能确定，导致提取的本地载波信号相位存在不确定的情况。8．1．1．2同相正交环法同相正交环法又叫科斯塔斯（Costas）环法，它的原理框图如下图所示。8．1．1．3多元调相信号的载波同步1．四次方变换法四相信号相干解调所必需的本地载波，必须通过四次方变换器件将收到的四相信号进行四次方变换后，才能滤出其中的4ωc成分，再将其四分频，就能得到载频ωc。其原理框图如图所示。将上图中的4窄带滤波器用锁相环代替，则四次方变换法就变成了四次方环法，如下图所示，其基本原理与平方环法相似。2．四相科斯塔斯环3．多相移相信号（MPSK）的载波提取M元相位调制信号采用相干解调方式时，接收端获取同步载波的方法——即基于平方变换法或平方环法的M次方变换法或M方环法，其框图分别如图所示。M次方变换法M次方环法8．1．2插入导颁法插入导频——是在发送端插入一个或几个携带载频信息的导频信号，使已调信号的频谱加入一个小功率的载频频谱分量，接收端只需将它与调制信号分离开来，便可从中获得载波信号。2.插入规则：为避免调制信号与导频信号之间相互干扰，通常选择导频信号在调制信号的零频谱位置插入；为减少或避免导频对信号解调的影响，一般都采用正交方式插入导频；为了方便提取载频ωc信息，只要信号频谱在ωc处为0，则直接插入ωc作导频，若确实不能直接插入ωc，则必须尽量使插入的导频能够比较方便地提取ωc，即导频的频率和ωc之间存在简单的数学关系。3.插入导频法可分为频域插入频域正交插入双导频插入时域插入8．1．2．1频域插入1．频域正交插入发端发送的导频信号与载波调制的载频信号存在90°的相位差，是由载频移相-90°后所得，即导频信号和载频信号彼此正交，这就是正交插入法的得名由来。实现该插入导频方式的收、发电路框图分别如下图所示。插入导频发信机框图2．插入双导频有些信号如残留边带调制信号在ωc处的频谱就很大，不能在ωc处插入导频。对这类信号，要获取其同步载波，只能插入双导频ω1、ω2。ωc=ω1+其中，为整常数，为了便于分频电路的实现，一般取值为2、4、8、16等2的正整数次幂。8．1．2．2时域插入导频法通常采用锁相环来实现载频提取，其框图如图所示。8．1．3载波同步系统的性能8．1．3．1载波同步系统的性能指标2.精度载波同步系统的精度是指提取的载波信号与接收的标准载波信号的频率差和相位差。一般相位差都包含稳态相位差和随机相位差两部分。稳态相位差由载频提取电路产生随机相位差主要由噪声引起。3.同步建立时间指系统从开机到实现同步或从失步状态到同步状态所经历的时间。4.同步保持时间指同步状态下，若同步信号消失，系统还能维持同步的时间。8．1．3．2相位误差对解调性能的影响8．2位同步8．2．1外同步法8．2．1．2包络调制法使用包络调制法提取位同步信号主要用于移相键控2PSK、移频键控2FSK等恒包络（即调制后的载波信号幅度不变）数字调制系统的解调。下图就是其原理框图。8．2．2直接法8．2．2．1滤波法8.2．2．2包络“陷落”法包络“陷落”法各点波形8．2．2．3锁相法数字锁相电路由全数字化器件构成，以一个最小的调整单位对位同步信号相位进行逐步量化调整，故有的教材把这种位同步锁相环叫做量化同步器。其原理框图如图所示。数字锁相环的工作过程如图示意根据相位比较器的不同结构和它获得接收码元基准相位的不同方法，可将位同步数字锁相环分为微分整流型数字锁相环同相正交积分型数字锁相环2．数字锁相环抗干扰性能的改善由于噪声干扰，数字锁相环中送入相位比较器的输入信号将出现随机抖动甚至是虚假码元转换，使相位比较器的比相结果相应出现随机超前或滞后脉冲，导致锁相环立即进行相应的相位调整。但这种实际上是毫无必要的，因为一旦干扰消失