【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 決，以消除噪聲干擾所導(dǎo)致地解調(diào)接收信號(hào)地失真，使接收端能以較低地錯(cuò)誤概率恢復(fù)出被傳輸?shù)財(cái)?shù)字信息。因此，位同步信號(hào)地穩(wěn)定性直接影響到整個(gè)數(shù)字通信系統(tǒng)地工作性能。 位同步 地 提取方法總 地 來說可 以 分 成 兩大類，一類是外同步法；另一類是自同步法。所謂 地 外同步法就是指位同步信息靠發(fā)端發(fā)送導(dǎo)頻 來 傳遞，或是在調(diào)制信號(hào) 地 包絡(luò)上 寄托 同步信息。在被傳送 地 數(shù)字信號(hào)頻譜中插入位同步導(dǎo)頻集稱為插入導(dǎo)頻法。所謂自同步法 就是 指利用數(shù)字信號(hào)本身來傳送同步信息。 由于前者要犧牲一定 地 頻帶和信號(hào)功率， 因此 在大容量數(shù)字傳輸中后者是經(jīng)常被采用 地一 種方案。但是，由信號(hào)頻域分析 地 基本知識(shí)可知，在一般 MPSK 調(diào)制信號(hào)、 MQ 枷調(diào)制信號(hào)以及相干同步解調(diào) 地 基帶信號(hào)中原則上都不存在位同步 地 譜線量， 因此 必須進(jìn)行某種非線性處理，才能使其產(chǎn)生位同步信號(hào) 地 線譜分量。下邊分別介紹從基帶信號(hào)和從中頻調(diào)制信號(hào)中提取位同步信號(hào)地 方法。 從基帶信號(hào)中 得到 位同步信號(hào) 0、 1 等概 地 不歸零 地 二進(jìn)制隨機(jī)脈沖序列中不存在提取位同步信號(hào)線譜分量。 假如 解調(diào)器是延遲解調(diào)，它 地 任何一個(gè)碼 地 載波相位是以前 一個(gè)碼 地 載波相位為參考 地 ，再加上傳輸頻帶受 到 限 制 ，在相位 地 翻轉(zhuǎn)處均 會(huì) 產(chǎn)生包絡(luò)陷落。經(jīng)過延遲相應(yīng)碼元間隔和相位檢波后，將此類經(jīng)適當(dāng)延時(shí) 地 延陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 6 頁 共 29 頁 遲解調(diào)得到 地 基帶信號(hào)進(jìn)行分解即可證明，對(duì)延遲解調(diào)后 地 基帶信號(hào) 不一定 進(jìn)行非線性處理，只要直接對(duì)所包含 地 位同步線譜分量進(jìn)行提純 就可以了 。與此相應(yīng)，對(duì)從同步解調(diào)后 地 基帶信號(hào)中提取位同步 的首先要做的 是 就是 要將不歸零碼變?yōu)闅w零碼，使其產(chǎn)生出位同步信號(hào) 地 線譜分量。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(jī) 的 內(nèi)部噪聲濾去，否則這些分量將干擾 位同步信號(hào) 的產(chǎn)生 ，增加位同步 地相位 抖動(dòng)，這一過程稱為位同步信號(hào) 地提純。這一工作通常采用一個(gè)高 Q 值 地 濾波器或鎖相環(huán)來完成。為此，頻帶不受限時(shí)要先加微分 和整流處理，提取位同步信號(hào)時(shí)較方便 的是 頻帶受限 地 基帶信號(hào)，直接對(duì)解調(diào) 地 基帶信號(hào)進(jìn)行全波整流處理即可，不必再采用微分電路等措施 從中頻調(diào)制信號(hào)中 得到 位同步信號(hào) 對(duì)中頻 MPSK， MQAM 調(diào)制信號(hào)也可以直接進(jìn)行一系列處理，使中頻調(diào)制信號(hào)中產(chǎn)生位同步信號(hào) 地譜線。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(hào)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(hào)，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(hào)中已經(jīng)有了位同步 地 線譜分量。 假如 位同步信號(hào) 不包含在輸入地基帶信號(hào)中 ，但若對(duì)它進(jìn)行某種變換（如變成歸零脈沖），使變換后 地 脈沖序列中包含有位同步信息，則可以經(jīng)過窄帶濾波器濾出位同步信號(hào)。這是直接法中 地 一種簡(jiǎn)單方法，可以稱之為非線性變換 — 濾波法。其中常用地 變換形式有：對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行微分、整流 ， 如圖 所示 ， 中頻帶限信號(hào)包絡(luò)檢波法 如圖 所示： (a) 基帶信號(hào) (b) 微分后 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 7 頁 共 29 頁 (c)整流后 圖 基帶信號(hào)微分、整流法 (a) 中頻帶限信號(hào) (b) 包絡(luò)檢波后 (c) 濾波反相 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 8 頁 共 29 頁 圖 中頻帶限信號(hào)包絡(luò)檢波法 包絡(luò)檢波 法 也是直接法， 直接法中經(jīng)常采用 地 是鎖相法，它是通過這樣或那樣 地 鎖相環(huán)（一般為數(shù)字環(huán)）直接從基帶信號(hào)中提取位同步信號(hào) 地 。在鎖相環(huán)中使用 地 鑒相器比較特殊，按不同 地 要求選擇不同 地 形式。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(shí)現(xiàn)。 (2)延遲檢波法：當(dāng)頻帶沒有受限時(shí)，或在中頻放大器中采用了對(duì)稱限幅器后，往往把中頻 PSK 調(diào)制信號(hào) 地 包絡(luò)削平了， 在這時(shí) ，由延遲檢波法來產(chǎn)生位同步信號(hào)譜線是行之有效 地 方法。延遲檢波法地 工作過程和延遲解調(diào) 一致 ，只是延遲時(shí)間 ? 不是一個(gè)碼長(zhǎng) sT ，當(dāng)取 ? sT ，時(shí)，延時(shí)檢波輸出信號(hào)就是一組脈沖寬度為 ? 地 矩形歸零碼，因此輸出信號(hào)包含了位同步信號(hào) 地 譜分量。 由于二進(jìn)制等先驗(yàn)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(shí)對(duì)其進(jìn)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(shí)信息。延遲相乘法原理：方框圖如圖 所示： 圖 延遲相乘法原理方框圖 位同步性能指標(biāo) 相位誤差 : 相位誤差指 地就是 位同步信號(hào) 地 平均相位和最佳采樣點(diǎn) 地 相位之間 地 偏差。靜態(tài)相差越小， 誤碼率越低。對(duì)于數(shù)字鎖相環(huán)法提取位同步信號(hào)而言，相位誤差主要是由于位同步脈沖 地 相位在跳變地調(diào)整時(shí)所引起 地 。因?yàn)槊空{(diào)整一次，相位改變 2π /n(n 是分頻器 地 分頻次數(shù) )，故最大相位誤差為以 2π /n，可 n 越大，最大相位誤差越小。 同步建立時(shí)間 : 同步建立時(shí)間 便是 失去同步后重建同步所需要 地 最長(zhǎng)時(shí)間。通常要求同步建立時(shí)間 要短，尤其對(duì)突發(fā)工作 地 高速數(shù)字衛(wèi)星通信，否則將會(huì)造成信息部分丟失。 同步保持時(shí)間以 : 同步保持時(shí)間指 地是 從接收信號(hào)消失開始到位同步電路輸出位同步信號(hào)中斷為止 地 這段時(shí)間。一般希望保持時(shí)間長(zhǎng)一些為好。 位同步門限信噪比 : 位同步門限信噪比是在保證一定 地 位同步質(zhì)量 地 前提下接收機(jī)輸入端所允許 地 最小信噪比。該性能反映了位同步恢復(fù)對(duì)深衰落 地 適應(yīng)能力。 相位抖動(dòng) : 相位抖動(dòng) 指地是 位同步 地 瞬時(shí)相位和 平均相位之差 地 均方根值。這一項(xiàng)性能要求十分重要，因?yàn)槲煌叫盘?hào) 地 相位抖動(dòng)都通常會(huì)沿著中繼段累積，從而嚴(yán)重影響整個(gè)傳輸線路及網(wǎng)絡(luò) 地 質(zhì)量。 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(hào)恢復(fù)鎖相環(huán) 地 本地振時(shí)鐘頻率能夠跟蹤時(shí)鐘頻率變化 地 帶寬，也是由失鎖狀態(tài)能進(jìn)入鎖定狀態(tài) 地 最大固有帶寬。 假如 這個(gè)頻差超過一定地 范圍，就無法使收端位同步脈沖 地 相位與輸入端信號(hào) 地 相位同步。 錯(cuò)位率： c 延遲 T/2 a b 放大限幅 窄帶濾波 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 9 頁 共 29 頁 錯(cuò)位率 指地是 位同步脈沖序列出現(xiàn)多一位或少一位 地 現(xiàn)象，也稱滑位。當(dāng)位同步恢復(fù)電路工作正常時(shí)，通常不大會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)位，錯(cuò)位率 往往在調(diào)整過程中出現(xiàn) 。 幀同步原理 數(shù)字通信中由若干碼元組成數(shù)字信息群，也就是數(shù)據(jù)流。在通信雙方進(jìn)行數(shù)據(jù)流傳輸時(shí)，幀同步地任務(wù)就是在位同步信息地基礎(chǔ)上，識(shí)別出數(shù)字信息群地起止時(shí)刻，并產(chǎn)生與之一致地定時(shí)脈沖序列即幀同步信號(hào)。幀同步碼組地識(shí)別主要利用其自身具有尖銳地單峰性。采用匹配相關(guān)進(jìn)行幀同步碼組識(shí)別，幀同步碼組、判決門限可以靈活配置，具有較強(qiáng)地抗干擾能力。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(hù)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)。幀頭判 決地門限在捕獲與跟蹤狀態(tài)下地自適應(yīng)切換。進(jìn)一步采用捕獲與失步三次門限判決、單幀／副幀并行檢測(cè)、補(bǔ)幀校正等方法改善系統(tǒng)性能。三次門限判決即在捕獲或失步發(fā)生時(shí)相應(yīng)地增加其置信度，當(dāng)達(dá)到一定值時(shí)才認(rèn)定捕獲或失步事件發(fā)生，對(duì)幀同步電路具有較強(qiáng)地保護(hù)能力。單幀／復(fù)幀并行檢測(cè)可以降低由于單幀或復(fù)幀丟失而重新捕獲，提高失步再捕速度。對(duì)于容錯(cuò)范圍內(nèi)出現(xiàn)地正同步碼組丟失，通過補(bǔ)幀校正處理，可以提高系統(tǒng)地偽失步判別能力。 連貫插入法實(shí)現(xiàn)幀同步： 不需要外加地特殊碼組，類似于載波同步和位同步中地直接法，利用數(shù)據(jù) 碼組本身之間彼此不同地特性實(shí)現(xiàn)自同步。 它是指在每一信息群地開頭集中插入作為群同步碼組地特殊碼組，該碼組應(yīng)在信息碼中很少出現(xiàn)，即使偶爾出現(xiàn)，也不可能依照群地規(guī)律周期出現(xiàn)。接收端按群地周期連續(xù)數(shù)次檢測(cè)該特殊碼組，這樣便獲得群同步信息。 連貫插入法地關(guān)鍵是尋找實(shí)現(xiàn)群同步地特殊碼組。對(duì)該碼組地基本要求是： ① 具有尖銳單峰特性地自相關(guān)函數(shù)； ② 便于與信息碼區(qū)別； ③ 碼長(zhǎng)適當(dāng)，以保證傳輸效率。 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。目前常用地群 同步碼組是巴克碼。而我此次地研究方法就是利用巴克碼來實(shí)現(xiàn)位同步和幀同步。 巴克碼是一種有限長(zhǎng)地非周期序列。定義： 一個(gè) n 位長(zhǎng)地碼組 {x1, x2, x3， ?， xn}，其中xi 地取值為 +1 或－ 1，若它地局部相關(guān)函數(shù)： 則稱這種碼組為巴克碼，其中 j 表示錯(cuò)開地位數(shù)。目前已找到地所有巴克碼組如表 所示。其中地＋、－號(hào)表示 xi 地取值為 + 1，分別對(duì)應(yīng)二進(jìn)制碼地“ 1”或“ 0”。 以 7 位巴克碼組 {+ + + + }為例， 它地局部自相關(guān)函數(shù)如下： 當(dāng) j=0 時(shí)，當(dāng) j=1 時(shí)，同樣可求 出 j=3， 5， 7 時(shí) R（ j） =0； j=2， 4， 6 時(shí) R（ j） =1。 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。由圖 可見，其自相關(guān)函數(shù)在 j=0 時(shí)具有尖銳地單峰特性。 這一特性正是連貫式插入群同步碼組地主要要求之一。如圖 所示為 7 位巴克碼地自相關(guān)函數(shù)： ?????????????? ????njnjjnxxjR jijnii,00,100,)(1或陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 10 頁 共 29頁 圖 7 位巴克碼地自相關(guān)函數(shù) 以 7 位巴克碼為例。用 7 級(jí)移位寄存器、相加器和判決器就可以組成一個(gè)巴克碼識(shí)別器。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(shí)別器 當(dāng)輸入碼元地“ 1”進(jìn)入某移位寄存器時(shí)，該移位寄存器地 1 端輸出電平為 +1， 0 端輸出電平為1。反之，進(jìn)入“ 0”碼時(shí)，該移位寄存器地 0 端輸出電平為 +1， 1 端輸出電平為 1。各移位寄存器輸出端地接法與巴克碼地規(guī)律一致 , 這樣識(shí)別器實(shí)際上是對(duì)輸入地巴克碼進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算。當(dāng)一幀信號(hào)到來時(shí)，首先進(jìn)入識(shí)別器地是群同步碼組， 只有當(dāng) 7 位巴克碼在某一時(shí)刻正好已全部進(jìn)入 7 位寄存器時(shí)， 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。若判別器地判決門限電平定為 +6，那么就在 7 位巴克碼 地最后一位 0 進(jìn)入識(shí)別器時(shí)，識(shí)別器輸出一個(gè)同步脈沖表示一群地開頭。 如圖 所示： 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 0 1 0巴克碼信息碼 信息碼ttt1t1一群識(shí)別器輸入識(shí)別器輸出( a )( b ) 圖 識(shí)別器地輸出波形 巴克碼用于幀同步是常見地，但它并不是惟一地，只要具有良好特性地碼組均可用于幀同步。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 11 頁 共 29頁 起止式群同步法 起止式傳輸是面向字符 地 異步傳輸。在這種傳輸方式中，被傳輸數(shù)據(jù)單位是字符，每個(gè)字符內(nèi)通常含有 58 個(gè)數(shù)據(jù)比特，這些比特之間是同步 地 。 起止式傳輸 地 典型幀結(jié)構(gòu)如圖 所示。它包括：一個(gè)起始位，通常為低電平，寬度為比特寬度 bT ；一個(gè)停止位，通常為高電平，寬度典型值為 ,最小為 bT ，在不發(fā)送信息時(shí)，一般一直發(fā)送止信號(hào)；校驗(yàn)位可根據(jù)需要選用，其寬度為 bT 。 這種同步法幀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)容易，位同步 地 頻率誤差只能在一個(gè)字符范 圍內(nèi)積累，因此對(duì)收發(fā)時(shí)鐘 地 頻率標(biāo)準(zhǔn)性能要求不高。但這種同步方式 地 起止位容易出錯(cuò)，而且一旦它們出錯(cuò)，就會(huì)引起整個(gè)字符內(nèi) 地 數(shù)據(jù)全部出錯(cuò)。此外，這種方式 地 效率較低，因此為同步而插入 地 多余度就高達(dá) 1/5～1/3,故在遠(yuǎn)程傳輸中很少采用 。如圖 所示為起止式傳輸?shù)氐湫蛶Y(jié)構(gòu)： 圖 起止式傳輸 地 典型幀結(jié)構(gòu) 幀同步性能指標(biāo) 漏同步概率 ： 它是 漏識(shí)別已發(fā)出同步碼組地概率，越小越好。 假同步概率 ： 它是 誤認(rèn)為是同步碼組地概率，越小越好。 平均建立時(shí)間 ： 則是越短越好。 這些指標(biāo)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(biāo)，是因?yàn)槿和叫盘?hào)是指示群 地 開頭或結(jié)尾 地 標(biāo)志，它只有兩種狀態(tài) —— 指示正確或錯(cuò)誤，兩者必居其一。因此，群同步狀態(tài)屬離散隨機(jī)變 量，它 地 性能指標(biāo)由概率進(jìn)行描述。漏同步概率 P 為識(shí)別器漏識(shí)別已發(fā)出同步碼 地 概率