锁相与同步6.1.ppt

*SCUT DTP Labs * 数字通信原理 （6） 第六章 锁相与同步 6.1 引言 1. 同步的应用 同步是通信系统中一个重要的实际问题。 1）载波同步：当采用同步解调或相干检测时，接收端需要提供一个与发射端调制载波同频同相的相干载波。这个相干载波的获取就称为载波提取，或称为载波同步。 2）位同步：数字通信中，传送的消息通常是一连串相继的信号码元的序列。解调时常需要每个码元的起止时刻，因此，接收端必须产生一个用作抽样判决的定时脉冲序列，它和接收码元的终止时刻应对齐。我们把在接收端产生与接收码元的重复频率和相位一致的定时脉冲序列的过程称为码元同步或位同步。称这个定时脉冲续列为码元同步脉冲或位同步脉冲。 6.1 引言 3）群同步或帧同步：数字通信中的消息数字流总是用若干码元组成一个“字”，有用若干“字”组成一个“句”。因此，在接收这些数字流时，必须知道这些“字”、“句”的起止时刻。在接收端产生与“字 ”、“句”起止时刻相一致的定时脉冲序列，称为“字”同步和“句”同步，统称为群同步或帧同步。 4）网同步：随着数字通信的发展，特别是计算机通信的发展，多个用户需相互通信而组成了数字通信网。为了保证通信网内各用户之间可靠地进行数据交换，还必须实现网同步，使得在整个通信网内有一个统一的时间节拍标准。 同步系统性能的降低，会直接导致通信系统性能的降低，甚至使通信系统不能正常的工作。 在同步通信系统中，“同步”是进行信息传输的前提。 6.2 模拟锁相环简介 一、基本工作原理 在后面的内容中，我们在进行时钟同步信号的提取时，常常用到窄带滤波器。而窄带滤波器在通带内的相位-频率特性是陡峭的。如果接收到的载波或码元信号的频率相对于滤波器的中心频率产生漂移，将会出现很大的相位误差，使系统性能下降。 如果采用的窄带滤波器的中心频率能跟踪输入信号频率的变化，就可以避免上述问题的发生。锁相环的作用就相当于这样的一个窄带滤波器。主要应用锁相环的跟踪、窄带滤波和记忆性能。 跟踪性能：使载波和位同步提取频率相同，而且相位差也很小； 窄带滤波：改善同步系统的噪声性能； 记忆特性：使输入信号中断后，在一定的时间内保持同步。 6.2 模拟锁相环简介 模拟锁相环 组成：压控振荡器（VCO）、鉴相器（PD）和环路滤波器（F）三个部分构成反馈环路。见下图。 工作过程：在鉴相器中输入信号的相位θi与VCO输出信号的相位θ0 进行比较；鉴相器的输出电压ud经过环路滤波器F滤出高频分量及噪声，然后输出电压uc去控制VCO的振荡频率，使本地振荡频率锁定在输入信号的频率上，且锁定后输出信号的相位θ0与输入信号的相位θi误差很小（此时，VCO的平均频率非常接近信号的参考频率）。 主要性能指标： ▲跟踪特性：在环路锁定后， 环路处于稳态（设这时的稳态相 差很小，θe→0）。当输入信号频率 变化Δω 或相位变化Δθi时，锁相环重新开始调整，这是处于瞬变状态。瞬态结束后，处于新的稳态。这时：ω0 =ωi PD F VCO θi θ0 ud uC θ0 1、模拟锁相环 6.2 模拟锁相环简介 瞬态结束后，处于新的稳态。这时：ω0 =ωi ，但这时本地输出必定与输入由一个相差θv ，由它产生一个电压去控制VCO的频率，使之调整到ωi 。用这个Δω 所引起的相差θv 来衡量锁相环路的跟踪性能。θv 越小，性能越好。且： 其中Kv为环路的直流增益。当Kv的值越大， 跟踪性能就会越好。当输入信号仅产生相位变化时，θv =0。 ▲锁相环的同步带宽：用下式可直接求得： Δω= KVθV 式中：若θv 取能够保证VCO正常跟踪的最大相差θvH ，则Δω就是输入信号的最大允许的频率偏移ΔωH。输入信号相对参考频率的频偏小于ΔωH 时，VCO就能正常工作。称ΔωH= θvH Kv为锁相环的最大同步范围。但上式是在θv值很小的时候才成立的。因此： ΔωH=KvsinθvH ≤+Kv——最大允许输入的频偏，也就是同步带宽。 则锁相环路的直流增益Kv越大，同步带宽越宽。与跟踪特性要求一致。 1、模拟锁相环 6.2 模拟锁相环简介 ▲锁相环的捕捉时间：当捕捉带宽、捕捉时间信号频率与VCO频率有误差时，环路处于捕捉状态，经过一段时间的调整可以达到稳定，这段时间称为捕捉时间。 Δω越小，捕捉时间越短； Δω越大捕捉时间越大。 ▲锁相环的同步保持时间tc：同步保持时间是指锁相环已锁定的情况下，由于信号中