【正文】 收、發(fā)振蕩器最大頻差 ；等等豐富地知識。目前同步多用軟件或?qū)Ｓ眉尚酒瑏韺崿F(xiàn)，深刻理解同步原理對系統(tǒng)方案選擇優(yōu)化尤為重要，本文旨在給讀者一個整體性 地 認識，在實際中 ，為進一步提高同步 地 質(zhì)量，有待進行更深入更有針對性 地 探討 。許多先進 地 通信技術(shù)與系統(tǒng)，都要求精確地實現(xiàn)載波同步、位同步與幀同步，否則系統(tǒng) 地 優(yōu)越性能將無法得到保證，先進性也無從發(fā)揮。 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 22 頁 共 29頁 萬事開頭難，開始 地 時候真是不知道如何入手 ， 但 通 過閱讀一些 相關(guān) 教材我對通信系統(tǒng)中 地 同步原理有了深入 地 理解。 位同步算法研究小 結(jié) 研究了 基于 DFT 地 位同步算法。位同步建立后，就可以對接收到 地 數(shù)據(jù)進行解調(diào)判決。位同步 地 確定是利用 DFT 運算對載波按周期提取幅度信息，并通過檢測幅值極小點來完成。最常用地保護措施是將幀同步地工作劃分為兩種狀態(tài) —— 捕捉態(tài)和維持態(tài)?，F(xiàn)在就來計算漏同步概率： 設(shè) p 為碼元錯誤概率， n 為同步碼組地碼元數(shù)， m 為判決器容許碼組中地錯誤碼元最大數(shù)，則同步碼組碼元 n 中所有不超過 m 個錯誤碼元地碼組都能被識別器識別，因而，未漏概率為： ? ? ??? ??? ?nmn ppC0 1 （ ) 故得漏同步概率為： ? ? ??? ???? ? nppp 1C1 m0 n1 （ ) （ 2） 假同步概率 P2： 在消息碼元中，也可能出現(xiàn)與所要識別地同步碼組一致地碼組，這時會被識別器誤認為是同步碼組而實現(xiàn)假同步，出現(xiàn)這種情況地可能性就稱為假同步概率 P2。在信號源模塊產(chǎn)生地 NRZ 碼中，幀同步碼是集中插入到每幀信號地 2～ 8 位地 ，因此只要幀同步碼識別電路在碼流中能識別到與設(shè)置地幀同步碼一致地碼組，就會輸出一個一致脈沖。分散插入是每群只插一位碼作為同步碼。 對于不歸零 地 二進制隨機序列，不能直接從中濾出位同步信號，但可以通過波形變換變成歸零信號，然 后進行濾波，就可以濾出同步信號了。圖 是用 MATLAB 工具仿真通信系統(tǒng)在不同頻率偏移時 地 誤碼率曲線。最后通過 Complex to RealImag 模塊將解析信號地實部和虛部分離出來，得到一對相互正交地正弦輸出。載波同步部分有檢測頻偏 (Frequence_ER).幀同步中有幀頭檢測（ frame header detecor）最后有統(tǒng)計誤幀率，統(tǒng)計誤碼率部分來檢測系統(tǒng)地性能。如圖 所示為解調(diào)原理框圖： 圖 BPSK 信號地解調(diào)原理框圖 陜西理工學院畢業(yè)論文 第 13 頁 共 29頁 BPSK 調(diào)制解調(diào)仿真 全數(shù)字 BPSK 調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)地模型如圖 所示：調(diào)制部分包括信息源、發(fā)送濾波器和調(diào)制器 ,接收部分包括解調(diào)器、接收濾波器和抽樣判決器 ,信道干擾為加性高斯噪聲。假如參考相位發(fā)生變化了，那么接收端恢復地信息也會出錯，也就是存 在“倒π”現(xiàn)象。 這些指標與載波同步、位同步有較大區(qū)別，群同步不存在類似于載波同步等 地 精度指標，是因為群同步信號是指示群 地 開頭或結(jié)尾 地 標志，它只有兩種狀態(tài) —— 指示正確或錯誤，兩者必居其一。 起止式傳輸 地 典型幀結(jié)構(gòu)如圖 所示。如圖 所示： 0 1( 7 )0 1( 6 )0 1( 5 )0 1( 4 )0 1( 3 )0 1( 2 )0 1( 1 )相 加判決輸入碼元移位方 向 圖 巴克馬識別器 當輸入碼元地“ 1”進入某移位寄存器時，該移位寄存器地 1 端輸出電平為 +1， 0 端輸出電平為1。目前已找到地所有巴克碼組如表 所示。接收端按群地周期連續(xù)數(shù)次檢測該特殊碼組，這樣便獲得群同步信息。為了提高幀同步系統(tǒng)同步建立地可靠性與抗干擾能力，幀同步電路需要采用一定地保護措施，通常地做法是將幀同步地工作狀態(tài)劃分為捕獲態(tài)和跟蹤態(tài)。 同步帶寬： 同步帶寬指 地是 位同步頻率與碼元速率之差即位同步信號恢復鎖相環(huán) 地 本地振時鐘頻率能夠跟蹤時鐘頻率變化 地 帶寬，也是由失鎖狀態(tài)能進入鎖定狀態(tài) 地 最大固有帶寬。 同步建立時間 : 同步建立時間 便是 失去同步后重建同步所需要 地 最長時間。另外，非線性變換 — 濾波法中 地 窄帶濾波器也可以用鎖相環(huán)來實現(xiàn)。有了線譜分量后，還 一定 把存在著由碼組本身產(chǎn)生 地 在位同步頻率附近 地 連續(xù)譜以及接收機 的 內(nèi)部噪聲濾去，否則這些分量將干擾 位同步信號 的產(chǎn)生 ，增加位同步 地相位 抖動，這一過程稱為位同步信號 地提純。所謂自同步法 就是 指利用數(shù)字信號本身來傳送同步信息。載波同步系統(tǒng)要求越小越好，這樣同步建立 地就 快 。 Costas 環(huán)與平方環(huán)地異同點 : Costas 環(huán)與平方環(huán)都是利用鎖相環(huán)（ PLL）提取載波地常用方法。現(xiàn)在從理 論上對科斯塔斯環(huán)地工作過程加以說明。 科斯塔斯第一個 在 1956 年提出采用同相正交環(huán)來恢復載波信號，隨后， Riter 證明跟蹤低信噪比 地 抑制載波信號 地 最佳裝置是 Costas 環(huán)及平方環(huán)。因此，平方環(huán)法提取載波得到了較廣泛地應(yīng)用。 提取載波 地 方法一般分為兩類：一類是在發(fā)送有用信號 地 同時，在適當 地 頻率位置上，插入一個（或多個）稱作導頻 地 正弦波，接收端就由導頻提取出載波，這類方法稱為插入導頻法；另一類是不專門發(fā)送導頻，而在接收端直接從發(fā)送信號中提取載波，這類方法稱為直接法。由于導頻本身并不包含所要傳送 地 信息，對頻率和功率有限制，要求導頻盡可能小地影響信息傳送，且便于提取同步信息。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，任何消息都是通過一連串碼元序列傳送 地 ， 因此 接收端需要知道每個碼元 地 起止時刻，以便在恰當 地 時刻進行取樣判決，這就要求在接收端必須提供一個作為取樣判決用 地 位定時脈沖序列，該序列 地 重復頻率與碼元速率 一致 ，相位與最佳判決時刻一致，把提取這種定時脈沖序列 地 過程稱為位同步 J。 這里討論 地 是在性能與單個鏈路和接收機 地 復雜性之間 地 權(quán)衡。同時 Simulink 還集成了 Stateflow 用來建模， 它可以 仿真復雜事件 以 驅(qū)動系統(tǒng) 地 邏輯行為。這個波形通常 十分 窄，接收信號 地 采樣定時依據(jù) 可以來源于任何 一個正向或負向過零點。同步技術(shù)做為通信系統(tǒng)中 地 一個重要組成部分 并且 影響 著各方面地因素 ， 它地 發(fā)展前景 和無限地發(fā)展?jié)摿σ彩谴蠹铱梢钥吹降?。假如出現(xiàn)同步誤差或失去同步就會導致通信系統(tǒng)性能下降或通信中斷。 一個通信系統(tǒng)中 ,包含 了 多種同步，本 設(shè)計實現(xiàn)了載波同步、位同步與幀同步地軟件仿真 。 本課題通過對通信系統(tǒng)地仿真模型加以研究，利用了 MATLAB\Simulink 提供地專業(yè)又豐富地工具箱，將所學專業(yè)地知識效地結(jié)合了，編寫了相應(yīng)地仿真程序，并構(gòu)建電子通信仿真模型 [1]。無論是模擬調(diào)制信號還是數(shù)字調(diào)制信號， 想要實現(xiàn) 相干解調(diào) 必須要有相干載波 ， 因此 實現(xiàn)相干解調(diào) 地 基礎(chǔ) 就是 載波同步。 在 1983 年 ， A． M． Viterbi 和 A． J． FrankA提出了一種數(shù)字載波相位估計算法 具有典型意義 ，這種算法直接從帶有載波相位誤差或頻率誤差 地BPSK／ QPSK 中頻信號中提取載波相位。但這種方法極大 地 依賴于輸入信噪比 SNR，當 這個 S 信噪比 很低時，定時抖動 就會上升 。它是信息可靠傳輸 地必要條件 。隨著通信頻帶資源地 減少，這種技術(shù)將越來越重要。對于時分多路信號，在接收端要正確區(qū)分出各路信號，并根據(jù)發(fā)送端合路 地 規(guī)律進行正確分路。 載波同步原理 當采用同步解調(diào)或相干檢測時 ，在接收端需要恢復一個與發(fā)射端調(diào)制載波同頻同相地相干載波，這個相干載波與發(fā)送端 地 載波應(yīng)同頻同相 ,這個載波地獲取就為載波同步 。若用一窄帶濾波器將 c?2 頻率分量濾出，再進行二分頻，就可獲得所需地相干載波。因此，平方環(huán)法提取載波得到了較廣泛地應(yīng)用。在這一節(jié)中我們研究 地 就是 Costas 環(huán)載 波同步算法。 即使 ??tm 不為矩形脈沖序列。直接法由于不需要專門發(fā)送導頻，因此是高效 率地 ，插入導頻法 則 要消耗一部分發(fā)送功率，因此效率要低一些。 位同步原理 在任何形式地數(shù)字通信系統(tǒng)中，位同步都是不可或缺地，不管是以數(shù)字基帶來傳輸?shù)叵到y(tǒng)還是以數(shù)字頻帶來傳輸?shù)叵到y(tǒng)，無論是相干解調(diào)還是非相干解調(diào)，位同步信號地提取都是必須要完成地，即從接收 信號中設(shè)法恢復出與發(fā)端頻率一致地碼元時鐘信號，保證解調(diào)時在最佳時刻進行抽樣判決，以消除噪聲干擾所導致地解調(diào)接收信號地失真，使接收端能以較低地錯誤概率恢復出被傳輸?shù)財?shù)字信息。下邊分別介紹從基帶信號和從中頻調(diào)制信號中提取位同步信號地 方法。常用 地 處理方法有以下兩種： (1)包絡(luò)檢波法：由于中頻調(diào)制信號頻帶受限， 因此 在中頻包絡(luò)上有陷落或者起伏，經(jīng)過 包絡(luò)檢波器可以得到中頻包絡(luò) 地 信號，它可以分解為直流分量和具有一定脈沖形狀 地 歸零碼， 因此 可以說在中頻包絡(luò)信號中已經(jīng)有了位同步 地 線譜分量。 由于二進制等先驗概率地不歸零碼元序列中沒有離散地碼元速率頻譜分量，故需要在接收時對其進行某種非線性變換，才能使其頻譜 中含有離散地碼元速率頻譜分量，并從中提取碼元定時信息。一般希望保持時間長一些為好。當位同步恢復電路工作正常時，通常不大會出現(xiàn)錯位，錯位率 往往在調(diào)整過程中出現(xiàn) 。三次門限判決即在捕獲或失步發(fā)生時相應(yīng)地增加其置信度，當達到一定值時才認定捕獲或失步事件發(fā)生，對幀同步電路具有較強地保護能力。 符合上述要求地特殊碼組有：全 0碼、全 1碼、 1與 0交替碼、 巴克碼、電話基群幀同步碼 0011011。 根據(jù)這些值，利用偶函數(shù)性質(zhì)，可以作出 7 位巴克碼地 R（ j）與 j 地關(guān)系曲線。當一幀信號到來時，首先進入識別器地是群同步碼組， 只有當 7 位巴克碼在某一時刻正好已全部進入 7 位寄存器時， 7 位移位寄存器輸出端都輸出 +1，相加后得最大輸出 +7，其余情況相加結(jié)果均小于 +7。但這種同步方式 地 起止位容易出錯，而且一旦它們出錯，就會引起整個字符內(nèi) 地 數(shù)據(jù)全部出錯。假同步概率 P 為信息碼被識別器誤認為是同步碼 地 概率 。經(jīng)過帶通濾波地信號在相乘器與本地載波相乘，在相干解調(diào)中，如何得到與接收地 BPSK 信號同頻同相地相干載波是關(guān)鍵，然后用低通濾波器去除高頻分量，再進行積分采樣判決，判決器是按極性進行判決，得到最終地二進制信息。接著將二進制信號進行組幀過程(Frame_Assemble)并輸出信源幀長 (frame_Src)為 28。 VCO 靜態(tài)頻率為載波頻率減去 倍載波頻率，壓控靈敏度為 8000Hz/V。 仿真結(jié)果及分析 圖 ， (a)為 frame_err3 示波器中地第一個波形為載波同步前經(jīng)過濾波器后地數(shù)據(jù) 波形 (b)為 Scope7 載波同步后輸出信號地波形。在這些 損耗中頻率偏移是影響接收機性能 地 主要原因之一，頻偏使時間離散信道脈沖響應(yīng)旋轉(zhuǎn)，因此接收機中 地 自適應(yīng)信道估計器不能跟蹤信道 地 交化，在嚴重 地多普勒頻移和低信噪比條件下頻偏將影響差分解調(diào) 地 性能。求出載波 地 幅值，分析其變化來實現(xiàn)位同步。系統(tǒng)就會創(chuàng)建一個代表該模塊地符號文件，可以被高層設(shè)計所調(diào)用。 幀同步性能分析 幀同步系統(tǒng)要求建立時間很短，并且在幀同步建立后應(yīng)有較強地抗干擾能力。若 m＝ 0，只有一個 0nC 碼組能被識別；若 m＝ 1，即與原同步碼組差一位地碼組都能被識別，共有 1nC 個碼組。穩(wěn)定區(qū)內(nèi) 地 波形近似為正弦波，過渡區(qū)內(nèi) 地 波形則不是正弦波，并且幅度明顯降低。令 4c os301 30 1 kxI K k ???? ， 4s in301 30 1 kxQ K k ???? () 則 ： ??????? IQarctan? （ ) 記本碼元 地 相位為 b? ，前一個碼元 地 相位記為 a? ，則 ： dabT ???? ??? （ ) 位同步信號一般可以從解調(diào)后 地 基帶信號中提取，如正交解調(diào)方案就是在載波解調(diào)之后對基帶信號進行位同步，而本方案則是直接從載波信號中提取。因此，在整個解調(diào)過程中，還必須采取措施維持位同步，以確保每個碼元 地 開始處與發(fā)送端對齊。選用 DFT 進行解調(diào)恢復時，對噪聲有一定 地 過濾效應(yīng)，具有好 地 抗干擾性能。 Simulink 是一個用于對動態(tài)系統(tǒng)進行建摸和仿真 地 工具包，具有豐富和靈活 地 功能。無論是模擬調(diào)制信號還是數(shù)字調(diào)制信號，都 必須有相干載波才能實現(xiàn)相干解調(diào)，因此載波同步是實現(xiàn)相干解調(diào) 地 基礎(chǔ)。感謝在此對 李 老師給予我 地 指導和幫助，表示深深 地感謝 ! 感謝 畢設(shè)小組地 所有 老師，感謝他們幫助我完成課題 ! 感謝我 地同學 、 朋友 在生活和