基带信号中同步提取的几种方法.pdf-资料库

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第17豢第4期 I991年8胄 ·论文· 无线电通信技术 WUXIANDIAN TONGXIN¨SHU Radio Co rnmanlcatlons Technology Vo1．17 No．4 Aug．1991 基带信号中位同步提取的几种方法史国新 (话波通信专业部) l撮蔓】诗论7位同步提取的原理，方法。叙述了在数字微波通信、敷字散射通信．数字卫星通信中有实用价值的三抻电路和它们连到的指标开进行了此较和评价。关■谓基带信号位同步提取 0前言任何数字通信设备要能正常工作，一般都离不开连续而准确的位同步债号。例如，在相干解调的再生电路中，通常要用取样脒冲对解调后的基带信号进行取样。然后进行电平判决．以削除噪声及恃辕畸变带来的影响，还原出整齐规则的悟码脉冲波形。如果位同步发生相位抖动或错位，兢会降低通信设备的抗干扰性能，甚至造成误码。位同步的重要性不仅体现在保证某一中继段的正常工作上，而且也体现在数字通信网的同步问题上，随着通信事业的发展，各种通信手段互相配台，采用数字交换的区域性数字通信网将会逐步提刊日程上来。要在整个通信网中实现数字交换，曩IJ必须很好地解决网同步问题。而每个中继段的位同步则是网同步的基础。如果位同步丢失或错位，不仅会造成某一区段的误码，而且将使整个通信网的帧同步丢失或错位，造成全网通宿中断。故位同步提取是一个十分重要的瀑题。数字微波通信中．位同步的提取一般有两种方法。即从中额调制信号和基带信号中提取。本文只讨论从基带信号中提即同步的几种方法。 i 从基带信号中提取位同步的原理一个随机单撅性二进制基带脉冲序列可表示为： Sl(t)=∑ Ig(t—iT ) l 本文于1口9o年0 J日7日啦飘维普资讯 http://www.cqvip.com

232 其中 a 无线电通信技术 1出现概率为p 0出现概率为1一P g‘f)0≤t≤T g(t)= 0 0 t<0或t>T 假定此序列0，i等慨，即p=0。5，面巳每个码元前后相互独立， q其双边功率密度谱为I f f} co 。‘ 等IG㈣I 了 G‘Ⅱ )I ；) (2) 其中G(f)为g(t)的付氏变换 G㈤= e-j2~ft at ㈩由上式可知，此随机序列包含连续谱和线谱两部分，在线谱舟置中可能存在的分量除直捷分最外，还有位同步分量及各次谐波分量。 (1)非归零玛(见图1)，基带脉冲波形为， ! A 0≤t≤T。 g(t)：． 1 0 t>0线t>T 再爱骨为I J ‘Ae-J2~ft at ：Ats—e—j2 s／2s．(-fT )2 ●… ‘』将(4 式代入(2 j式得； ∞(f)—A T sa(们 )+等6(f) 式中第一项为连续谱，第二项为直流分量。结论t在0，1等概的非归零二进制道帆序中不存在位同步j 线谱分量。 (2)归零码(见图2)，基带脉冲波形为。 - A 0≤t≤T g(f)= 0 t<0或t>f 人式(8)求出其付氏变换为； (4) (5) 维普资讯 http://www.cqvip.com

基带信号中位嗣步提取的几种方法圈1 非扫零码的波形及功率密度谱四2 归零码的波形良功率密度谱 G(f)：一 e嘲 ÷Sa(xfz) 代人式(2)得 A x~sT ，+ (8) o。 ∑Sa( nf 1)6(f—nf。) (7) 一∞ 从式(7)及圈2可以看出，(o(f)程f。处除存径连续谱外，还存在b(f—f，)分量，这个6谱分量斌是位同步的线谱分量。绪论：在归零的二进制随机球冲序列中存在着位同步的线诺舟量。以上分析可知，从基带信号中提取位同步的第一步是设法将拈归零信码变为归零恬码，这就同时产生出位同步的线谱分量。一殷相干解调基带信号中都币存在位同步的线谱分量。因此必须进行某种非线性变换。但是经过非线性处理后的信号中，除了位同步舟量外，还存在着由码纽率身产生的在位同步频率附近的连续谱及接收机内部噪声。这些分量相对位同步来讲是一种干扰。增加了位同步的抖动。因此一个完整的位同步提取电路，还要完成对位同步的提纯翻8给出了一个位同步提取电路的原理方齄图。 2滤波法提取位同步图8 位同步提取方括图‘ 滤波法链取位葡步是微波中继通信中常用的方法。其主要优点是线路箱单，而且可以采用最体滤波器，声表面渡滤波等高Q，高缘定度元件。性能也船得到较好的保证·图4是用滤波法提取位同步的实际电路，各部分简单说明如下t 维普资讯 http://www.cqvip.com

234 无线电通信技术困4婊渡往提取位同步 (1)位同步产生电路，由前面的分析可知，只要及法把垒占空的基带信号变换为半占空的信号，就台有位同步线谱分量，实现该功能的电路有许多。在图4中给出了用LSI23单稳态实现这一功能，当输人A端输人垒占空基带信号，在输出就得到归零二进制佶码。其占空比可调节RC时常数改变。 (2)位同步提纯电路；位同步提纯电路由晶体滤波器完成。 (8)相位调节电路；相位{胃节电路由BG 1，BG 2及RC组成。其等放电路如图5所示，计算得I =E 等(当R 》R，t=RC) ：Ee-J巾其中 2=tg f．DT 当R由0---~co时，输出幅度不变，(f U } =E)，而相位由0一。当然这是理想的情况，在实际应用时，幅度随调节相位时有变化，相位调节范围也小于“。相位调节电路的主要作用是调节取样脉冲位置最佳取样点。同时该电路有缓冲作用和部分增益图5相侈等敏电路 (8) (4)脉冲形成电路，BG 8，BG4和75107组成该电路。BG 8和BG 4把输人的不平衡信号变换为平衡的正弦信号，这一功能的目的是保证输出位定时的占空比为l·1 75107(或]275)是双长线接收器，输人为模拟接口，输出为TTL电平。灵敏度为50mV。当V+一V．~50mV时，输出为高电平。当V一一V+>50mVN 输出为0电平。该部分电路的主要作用是把输入的正弦渡变换为TTL接口的位同步信号，同时保证位定时的占空比为 1●l 二l 维普资讯 http://www.cqvip.com

基带信号中位同步提取的几种方法 236 (5)该电路的主要技术指标t ——基带输入TTL接日，输／tITTL电乎，占空比l t 1。 ——当 =5 dl3[r~，抖动均方值 ≤2％ ——当蚤=18dB时，抖动均方值 ≤0．5％ 8 锁相法提取位定时众新周知，锁相环是一种自动控制系统，它的一个显著特点是具有窄带跟踪和相位镄定能力能够从噪声中提纯信号，并以极小曲枢位误差和辖人信号保持同步。因而也是一种较理想的信号过滤器。 5．1滤波一钡相法位同步攫取滤波一镯相位同步提取电路的方框图如镯e所示。该电路主要有两部分组成。第一大部分是用滤波法从信码中提取位同步。其方法和上一节讲的滤波法相似，只是相位调节电路不要。这里不再叙述。第二部分是镄相环部分．由分藏嚣鐾棚器，环路滤波器和VCO等组成。该部分的作用是对滤渡出的定时进一步摄纯。同时当输入故障时，VCO输出作为主时钟，用滤波法无此特点。第二部分的具体电路如图7所示。简单说明如下 (1)鉴钥器鉴相器为一异或门。印为通常的横2加电路。当两路输入信号V- (t)和v (})周为高电平或同为低电平时输出为低电平当两路输入信号vt(t)和 v。(t)中一个为高电平，另一个为低电平时，删输出为高电平图8为谊鉴相器的渡形图，占空比为1·1的参考定时v-(t) 和跤收定时 t(t)在模2加电路运算后。 m 得到宽度为At，幅度为V ，周期为— 的圈e 锗波一铺相l击提取位同步鉴怕器输出脉冲v d( )，其中△t为v-(t)与v。(t)的延时，此输出脉冲的直流分置为 v =v。— L i● (9) 如果表示成相位差，就有t v d：一_、一△。 (△0即弧度) (10) ’X 强鍪枢嚣输出电压v d与输入相位蓉蛳(O-一O )之润薛缶下列发性凳系维普资讯 http://www.cqvip.com

236 芜线电通信技束 d=k d△0 其中k 为鉴相嚣的增益常数，故异或门鉴相器的增盗嚣数为 k d：异或门鐾相器的鉴捐特性如图7所示，从圈可以看出．恢鉴阳嚣鉴相范围为0～ (或一～0)在此范围内有较好的线陛圈7 异或门霉相器谴形圈一J‘—‘—。炯厂]厂] 图8 异或门妄相嚣的塞相特性 (2)分频链由74LS393双四位二进制计数器把输人定时和VCO输出时钟l6分频，选人鉴相器鉴相 (3)压控振荡器 (VCO)在一般的数字微波中继通信中，各等级的定时豫准废， CCIT都有建议。如2048kbh／s是±50ppm，8448kbit／s是±30ppm，因而用晶体压控振荡器就能满足压控范围。这里用的是用LS04六反相器组成的三点式皮尔斯晶体振荡器。改变变容=极管的偏压，VCO的振荡频率随之改变。该振荡器的主要指标为：一中心频率l 6896kHz ——频率稳定度 ≤±30ppm( 5～+45。c) ——压控范围当AV=10V时，Af=±4 kHz (4)环路滤渡器环路滤波器有无源二阶滤波器和直流放大器组成。通过计算，其幅颧特性为t ，一一 · I j。 I：；： √1+ 其l T 2=R 2C，t=(Rl+R 4)C (6)性能计算一同步范围当控制电压△、r：10V时，VCO的调颊范围为8 kH z，而鉴相器的输出范围也能保持1OV，因而同步范围在8 kH Z以上。一捕捉范围环路增益为 k lk。= · =6,1oo 一) ) 一 n 一( ( 维普资讯 http://www.cqvip.com

基_惜信号中位同步提取的几种方法而低通的时常数，．2，面l 流放大器的增益取5，因而捕捉范围不小于8 kHz。 1 (B)该电路的主要技术指标_j：一基带输入TTI 信码，逮率8 4{ b／s ——定时输出T1 I 电，迪牢8 448kbts，占宅比1 j I 口一 8 dB时，H动均慷0 5 J n 当 =18dB时，抖动均方戗d<1 9 、口一捕捉范围8448±1．6kHz 一工作温度一5～+45。C S．2数据处理一锁相位定时提驳数据处理一锁相位定时提取电路如围1嘶示来自解调器的TTL电平信码，送入D触发器的D端，l~vco输出的时钟经二分后作为D憾发器的定时，把D触发器的Q端和输入信码进行模2加，取出信码的沿，经过数字处理单元后得刊误差信号，滤波后控制VCO，使 VCO锁定在发端的频率上。该电路的技术指标为，一VCO中心频率16 8g6kHz(品撅) 一捕捉范周±1．8kHz(指8 448kHz) — 输入输出接口TTL，占空比1 l 1 一当喜一=5 dB时．抖动均方值 ≤5 1 0 口、。当昔 18dB时．抖动均方值 ≤1 4 结语前面讨论了几种位同步提取电路。滤波法提取定时在目前国产微波机中应用较普遍，如我部生产的2GHz，7GHzl20路信道机。其优点是常温下调试简单。但温度漂移较严重，要进行温补。所以批量生产成本较雷口数据处理一镇棺证同步提取电路枉禹高。穗渡一镯相法提取定时在微波机中也有应用，如日本NECso0系列480路信道机中就是甩的这种方法，其优点是抖动小，当上游信码消失时，晶振时钟作为输出。滤波法无此优点，不足的是电路较复杂。数字处理一锁相法提取位同步法是集上述两法之优点的较好方法。囡成本低胴试方便，在一1o～+50。C。温度范围内，当输入时钟变化±3Oppm时不失锁，而且讽邓相位方便。适台批量生产。此浩已普遍应用在微波专业部生产的微波机中，如240路数字微渡信遘机点对多点通信系统，小容量军用微波通信机等维普资讯 http://www.cqvip.com

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