【導(dǎo)讀】[摘要]整個通信系統(tǒng)中相當(dāng)重要地部分也就是同步技術(shù)，假如在接收端要成功地接收信號必須能夠提供準(zhǔn)確地同。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。通過系統(tǒng)建模、仿真與結(jié)果分析，分別研究了載波同。步、位同步、幀同步信號地產(chǎn)生與提取方法，以及接收端同步信號性能不好地情況下，系統(tǒng)傳輸時，對接收端接受。信號地影響，最終得到了幾種常見同步方式地同步信號提取方法及應(yīng)用。

　　

【正文】 ，從而使識別器漏識別已發(fā)出地同步碼組。出現(xiàn)這種情況地概率就稱為漏同步概率 P1。例巴克碼識別器地判決門限電平為＋ 6，若由于干擾，七位巴克碼有一位錯誤，這時相加輸出為＋ 5，小于判決門限，識別器漏識別了幀同步碼組；若在這種情況下，將判決門限電平降為＋ 4： ? ? ???? ?? ? nnm ppC 10 （ ） 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 19 頁 共 29頁 識別器就不會漏識別，這時判決器容許 七位同步碼組中有一個錯誤碼元?，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(rèn)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。因此，計算假同步概率 P2 就是計算信息碼元中能被判為同步碼組地組合數(shù)與所有可能地碼組數(shù)之比。設(shè)二進(jìn)制信息碼元出現(xiàn)“ 0”和“ 1”地概率相等，都為 1/2，則由該二進(jìn)制碼元組成 n 位碼組地所有可能碼組數(shù)為 n2 個，而其中能被判為同步碼組地組合數(shù)顯然也與 m 有關(guān)。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。依此類推，就可求出信息碼元中可被判為同步碼組地組合數(shù) ??mnC0? ?，因而可得假同步概率為： ???? m nn Cp02 2 ?? （ ) 比較公式 和公式 可見， m 增大，即判決門限電平降低時， P1 減小，但 P2 增大，因此這兩項指標(biāo)是有矛盾地，判決門限地選取要兼顧兩者。 在分析判決門限電平對 P1 和 P2 地影響時，講到兩者是有矛盾地。我們希望在同步建立時要可靠，也就是假同步概率 P2 要?。欢谕浇⒁?后，就要具有一定地抗干擾性能，也就是漏同步概率 P1 要小。為了滿足以上要求以及改善同步系統(tǒng)性能，幀同步電路應(yīng)加有保護(hù)措施。最常用地保護(hù)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)。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 20 頁 共 29頁 基于 DFT 地 位同步算法 相移鍵控信號 (PSK)在碼元切換時波形會發(fā)生相位跳變，由于旁瓣功率較大，需要經(jīng)過限帶濾波器 (或者先對基帶信號進(jìn)行限帶濾波，再進(jìn)行載波調(diào) N)2能夠發(fā)射。 因此 實際接收到 地 PSK 信號，碼元波形會分為兩種區(qū)域， 碼元中間部分是穩(wěn)定區(qū)，前、后部分為過渡區(qū)。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。由于在碼元過渡區(qū)內(nèi)有用信號 地 幅值小，而噪聲 地 大小與在穩(wěn)定區(qū)內(nèi) 一致 ， 因此 信噪比大大低于在穩(wěn)定區(qū)內(nèi) 地 值，可以認(rèn)為調(diào)制信息基本上只存在于碼元穩(wěn)定區(qū)，因此通過對穩(wěn)定區(qū)內(nèi)信號采樣值 地 處理就可以實現(xiàn)解調(diào)，并且更有利于 恢復(fù)判決。同時若能求得載波幅度信息并進(jìn)行幅值檢測。檢測到 地 幅值極小點就是位同步點，這是因為碼元切換處 (即位同步點 )由于高頻成分 地 濾除，波形幅度會明顯小于穩(wěn)定區(qū)，因而所得到 地 載波幅值就會成為極 小值。對接收到 地 州 4DQPSK 信號進(jìn)行采樣后，對穩(wěn)定區(qū) 地 序列進(jìn)行 DFT 運(yùn)算來提取相位信息，并根據(jù)相位信息來恢復(fù)數(shù)字信號。位同步 地 確定是利用 DFT 運(yùn)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。 先假設(shè)己經(jīng)對萬 ? ／ 4 一 DQPSK 信號實現(xiàn)了位同步，取碼元波形穩(wěn)定區(qū)中間 5 個載波周期 地 采樣值進(jìn)行 DFT，實際上也就是從每個碼元周期 地 第 3 個載波周期到第 7 個載波周期內(nèi) 地 采樣值 (或第4 個載波周期到第 8 個載波周期 )，即每碼元 60 個采樣點中 地 第 13 個采樣點到第 42 個采樣點 (或第19 個采 樣點到第 48 個采樣點 )，我們將其記為 301 XX? 。將 DFT 求出 地 5 次諧波 地 相位 ? 作為本碼元 地 相位，然后用本碼元 地 相位減去前一碼元 地 相位，得到本碼元 地 相位跳變 T? 。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(jìn)行位同步，而本方案則是直接從載波信號中提取。它是在解調(diào)之前，用已調(diào)信號 地 采樣值來實現(xiàn)位同步。其原理是： 假如 是按載波周期對采樣值進(jìn)行 DFT，在碼元波形過渡區(qū)求得到 地 載波幅值 Al 會比在碼元穩(wěn)定區(qū)求 地 A1 值小，因此通過對 A1 值進(jìn)行檢測就可以確定碼元切換點。 為了提高位同步 地 精確度，每接收到 3 個采樣值就用最新 地 6 個采樣值 (對應(yīng)一個載波周期，記為 X1X6)進(jìn)行一次 DFT，求出載波幅值： ? ? 2121211 QIA ?? （ ) 其中： ???611 3c o s61K k kxI ? ???611 3s in61k kkxQ ? （ ) 對前后一 1 值進(jìn)行比較，就可以找出載波幅值極小點，該點值應(yīng)該明顯小于 A1 地 正常值。繼續(xù)尋找下一個幅值極小點， 假如 前后兩個幅值極小點 地 距離 (以采樣點數(shù)表示 )近似等于 60 地 整數(shù)倍，便認(rèn)為位同步成功，可以把后一個幅值極小點作為位同步點開始進(jìn)行解調(diào)，否則繼續(xù)檢測幅值極小點。位同步建立后，就可以對接收到 地 數(shù)據(jù)進(jìn)行解調(diào)判決。但是在解調(diào) 地 過程中，可能存在接收方時鐘與發(fā)送方時鐘頻率 地 偏差，剛開始這種偏差比較小，不會對解調(diào)產(chǎn)生很大 地 影響，隨著解調(diào)碼元 地 增多，時鐘偏移 積累，當(dāng)積累到一定程度，就會使碼元錯位，從而導(dǎo)致不能夠正確恢復(fù)原來信陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 21 頁 共 29頁 號。另外，噪聲 地 干擾也有可能會造成位同步 地 確定不準(zhǔn)。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。 對每一個碼元，在計算過碼元相位后，便從該碼元 地 倒數(shù)第 2 個載波周期開始計算 Al 值，并檢測幅值極小點。 假如 在 lO 個載波周期內(nèi)沒有出現(xiàn)幅值極小點或者找到 地 幅值極小點與原位同步點 一致 ，則位同步點不調(diào)整；否則，就要對位同步點進(jìn)行調(diào)整。 假如 幅值極小點超前于現(xiàn)有 地 位同步點，就把位同步點前移一個采樣點， 假如 幅值極小點落 后于現(xiàn)有 地 位同步點，就把位同步點后移一個采樣點。 假如 移動了位同步點，則需要在后一個碼元 地 相位跳變值上增加修正值九，位同步點后移時d? = 3? ，位同步點前移時 d? = 3? 。 位同步算法研究小 結(jié) 研究了 基于 DFT 地 位同步算法。鎖相環(huán)法位同步算法具有實現(xiàn)簡單，易于集成、鎖定后無頻差、跟蹤精確等優(yōu)點，但是速度較慢，適用于低速率 地 情況； Gardner 算法不受頻偏 地 影響，是一種針對 BPSK／ QPSK 信號 地 定時恢復(fù)提出來 地 ，只是注重定時誤差信號 地 提取，對后續(xù) 地 環(huán)路濾波和定時調(diào)整沒有提出明確 地 解決方法。然后研究了一種基于 DFT 地 頻域 地 位同步算法。選用 DFT 進(jìn)行解調(diào)恢復(fù)時，對噪聲有一定 地 過濾效應(yīng)，具有好 地 抗干擾性能。本文研究 地 基于 DFT 地 頻域位同步方法，它從實際情況出發(fā)，把接收到 地 己調(diào)信號 地 每個碼元 地 波形區(qū)分為過渡區(qū)和穩(wěn)定區(qū)，通過對穩(wěn)定區(qū)內(nèi)若干個載波周期內(nèi) 地 采樣值進(jìn)行 DFT 計算，求出前后碼元 地 相位跳變并實現(xiàn)解調(diào)：通過對信號每一個載波周期內(nèi) 地 采樣值進(jìn)行 DFT。求出載波 地 幅值，分析其變化來實現(xiàn)位同步。由于考慮到了濾波后波形有穩(wěn)定區(qū)和過渡區(qū)之分，只對穩(wěn)定區(qū)內(nèi) 地 信號采樣值進(jìn)行 DFT 運(yùn)算提取相位信息，實際上相當(dāng)于提高了信噪比，更利于對信號 地 恢復(fù)判決。 提出位同步算法也對今后對 bpsk 軟件調(diào)制解調(diào)打下了良好地基礎(chǔ)。 陜西理工學(xué)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。由于仿真中要使用到 MATLAB 中 Simulink 仿真工具包，因此，我查閱了許多關(guān)于使用 Simulink 進(jìn)行仿真 地 書籍和資料，使我對其有了深入 地 了解與掌握。接下來，在老師地 輔導(dǎo)下我結(jié)合自己之前掌握 地 知識同步系統(tǒng)進(jìn)行了仿真設(shè)計，經(jīng)過不斷 地 修改和調(diào)試，終于將仿真運(yùn)行成功 。 Simulink 是一個用于對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建摸和仿真 地 工具包，具有豐富和靈活 地 功能。它為我們提供了方框圖進(jìn)行建模 地 圖形接口，采用這種結(jié)構(gòu)畫模型就像你用手和紙來畫一樣容易。它與傳統(tǒng)地 仿真軟 件包微分方程和差分方程建模相比，具有更直觀、方便、靈活 地 優(yōu)點 [12]。 同步是通信領(lǐng)域一個重要 地 技術(shù)問題，是通信系統(tǒng) 地 重要組成部分。隨著現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)地 飛速發(fā)展，同步 地 重要性更加突出。許多先進(jìn) 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(jìn)性也無從發(fā)揮。本文主要討論 地 就是數(shù)字通信系統(tǒng)中 地 位同步以及載波同步技術(shù)。 當(dāng)通信接收端采用同步解調(diào)或相干檢測時，接收端需要提供一個與發(fā)射端調(diào)制載波同頻同相 地相干載波。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)。 首先 本論文中研究了一種基于開環(huán) 地 快速載波同步 地 算法，這種算法無反饋環(huán)路，不會出現(xiàn)反饋環(huán)路算法中 地 “懸隔效應(yīng)”問題，可以有效地實現(xiàn)載波頻差和相差消除，完成接收信號 地 載波同步。論文中對這種載波同步算法進(jìn)行了詳細(xì)討論，并給出了相應(yīng) 地 Matlab仿真結(jié)果，仿真結(jié)果表明該算法可有效 地 實現(xiàn)載波同步。 本次設(shè)計我還學(xué)到了很多，比如： 頻率漂移率是表征時鐘在連續(xù)運(yùn)行過程中頻率值隨時間 地 變化 地 情況，是由時鐘 地 內(nèi)部元件老化以及外部環(huán)境影響所引起 地； 時鐘 地 牽 引范圍是指時鐘能夠鎖定 地 輸入信號 地 最大頻帶寬度，時鐘應(yīng)能夠在同等級時鐘 地 自由運(yùn)行狀態(tài)最大頻率偏移時達(dá)到同步 ；同步帶寬是指能夠調(diào)整到同步狀態(tài)所允許 地 收、發(fā)振蕩器最大頻差 ；等等豐富地知識。 同步系統(tǒng)雖然不是信號傳送 地 通路，但是它是通信系統(tǒng)中必不可少 地 部分，對其可靠性 地 要求往往高于通信系統(tǒng) 地 其他部件，同步技術(shù) 地 新方法、新理論層出不窮，但掌握同步系統(tǒng) 地 基本原理、方法和性能指標(biāo)仍是發(fā)展 地 堅實基礎(chǔ)。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(rèn)識，在實際中 ，為進(jìn)一步提高同步 地 質(zhì)量，有待進(jìn)行更深入更有針對性 地 探討 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 23 頁 共 29頁 致謝 大學(xué) 生活即將結(jié)束，在完成畢業(yè)論文之際，謹(jǐn)向所有在我生活學(xué)習(xí)中給予幫助和支持 地 老師和同 學(xué)，表示誠摯 地 謝意 ! 首先我要感謝 李翠華老師 ，在我 地畢業(yè)設(shè)計 期間， 李 老師不僅在 研究方向 上給予了我很大 地 啟迪，在 方法 上也給了我很多關(guān)心和幫助。 李 老師具有豐富 地 科研經(jīng)驗和淵博 地 知識，他勤奮 地 工作態(tài)度和嚴(yán)謹(jǐn)求實 地 工作作風(fēng)也使我受益匪淺。感謝在此對 李 老師給予我 地 指導(dǎo)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(xué) 、 朋友 在生活和