第十章：同步系统此外，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。10.2载波同步图10-1平方变换法提取载波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。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。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。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。图10-5四相科斯塔环法的载波提取应该注意的是，前述两种方法所提取的载波同样存在相位模糊问题，常见的解决办法是采用四相相对移相。10.2.2插入导频法图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。图10-7插入导频法原理方框图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。10.2.3载波同步系统的性能在同步电路中的低通滤波器和环路滤波器都是通频带很窄的电路。一个滤波器的通频带越窄，其惰性越大。也就是说，一个滤波器的通频带越窄，则当在其输入端加入一个正弦振荡时，其输出端振荡的建立时间越长；当其输入振荡截止时，其输出端振荡的保持时间也越长。显然，这个特性和我们对于同步性能的要求是矛盾的，即建立时间短和保持时间长是相互矛盾的。在设计同步系统时要折中考虑。10.3位同步10.3.1插入导频法插入导频法的优点是接收端提取位同步的电路简单；缺点是需要占用一定的频带带宽和发送功率，降低了传输的信噪比，减弱了抗干扰能力。然而，在宽带传输系统中，例如多路电话系统中，传输同步信息占用的频带和功率为各路信号所分担，每路信号的负担不大，所以这种方法还是比较实用的。10.3.2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。一、滤波法由第5章可知，非归零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。图10-8微分整流法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