数字通信系统中的同步技术研究

龙源期刊网数字通信系统中的同步技术研究作者：谭雪霏赵春波陈巩来源：《现代电子技术》2010年第07期摘要:同步是通信系统中一个非常重要的问题,是进行信息传输的前提和基础,通信系统能否可靠的工作很大程度上依赖于同步技术的优劣。在同步通信系统中,同步系统性能的降低会导致通信系统性能的降低,甚至使通信系统不能正常工作。主要从位同步信号的性能要求、同步信号的提取方法、数字通信中的同步系统结构及位同步信号对通信系统误码率的影响几方面对数字通信系统中的同步技术进行研究。关键词:通信系统;同步技术;系统结构;误码率中图分类号:TN911文献标识码:A文章编号:1004-373X(2010)07-0048-02TechnologyofSynchronizationinDigitalCommunicationSystemTANXue-fei,ZHAOChun-bo,CHENGong(DepartmentofComputerScience,BinzhouUniversity,Binzhou256603,China)Abstract:Synchronizationtechnologyplaysanimportantroleincommunicationsystem.Itisapreconditionandfoundationfortheinformationtransmission.Theperformanceofsynchronizationdirectlyinfluencestheperformanceofcommunicationsystem.Inthesynchronizedcommunicationsystem,thereductionofsynchronousperformancecausesreductionofcommunicationsystemfunction,evenmakesthecommunicationsystemcan′tworknormally.Inaspectsofperformancerequirementsandextractingmethodsofsynchronoussignal,thesynchronoussystemarchitectureindigitalcommunication,andbiterrorrateofsynchronoussignal,thesynchronizationtechnologyindigitalcommunicationsystemisresearched.Keywords:communicationsystem;synchronizationtechnology;systemarchitecture;biterrorrate0引言龙源期刊网在数字通信系统中数字信息是一串相继的码元序列,由于噪声和码间干扰的存在,为了得到发送的信息数据获得可靠的判决结果,首先必须在解调器的匹配滤波器的输出端以符号速率对信号进行采样[1]。然而,接收机不仅仅要知道采样的频率,还要精确地确定在一个符号间隔内的什么时刻(即定时相位)对信号进行采样,这就是数字通信中极为重要的位同步问题。同步系统性能的高低,会直接导致通信系统性能的好坏,甚至关系到通信系统能否正常工作。可以说,在同步通信系统中,“同步”是进行信息传输的前提,而位同步又是帧同步和网同步的基础,因此,为了保证信息的可靠传输,要求同步系统应具有更高的可靠性。1位同步信号的性能要求位同步信号又称为时钟信号或者定时信号,衡量一个数字通信设备的位同步性能,一般可以从以下几个方面来看[2]:(1)相位误差。相位误差是指位同步信号的平均相位和最佳采样点的相位之间的偏差。静态相差越小,误码率越低。(2)同步建立时间。同步建立时间即为失去同步后重建同步所需要的最长时间。通常要求同步建立时间要短。(3)同步保持时间。同步保持时间是指从接收信号消失开始到位同步电路输出位同步信号中断为止的时间。通常要求同步建立时间要长。(4)位同步门限信噪比。位同步门限信噪比是在保证一定的位同步质量的前提下接收机输入端所允许的最小信噪比。该性能反映了位同步恢复对深衰落的适应能力。(5)相位抖动。相位抖动是位同步的瞬时相位和平均相位之差的均方根值。龙源期刊网位同步信号的提取方法[3]位同步的提取方法总的来说可分为两大类,一类是外同步法;另一类是自同步法。所谓的外同步法就是指位同步信息的传递靠发端发送导频,或是把同步信息寄托在调制信号的包络上。所谓自同步法即指利用数字信号本身来传送同步信息。外同步法要占用一定的频带和信号功率,所以在大容量数字传输中一般使用自同步方法。但是,在MPSK调制信号以及相干同步解调的基带信号中一般都不存在位同步的谱线量,须进行某种非线性处理,才能使其产生位同步信号的线谱分量。3数字位同步系统结构接收机中实现位同步的方法一般可分为两类:一类是通过反馈环控制采样时钟的相位来实现同步;另一类是使采样时钟独立工作,采用数字信号处理方法直接从位同步的采样信号中获取准确采样时刻的信号值。前者在传统接收机中应用广泛,而随着数字集成电路技术的发展第二类方法则受到了越来越多的重视。实际上,第二类方法也更适用于全数字解调接收系统的实现。图1给出了这类数字位同步的基本结构[4]。图1数字位同步结构示意图4位同步对数字通信系统的影响位同步是数字通信系统中的重要组成部分,对通信系统的性能起着决定性作用。位同步的相位误差一般用表示,θe=2π/n(n是分频器的分频次数),有时也用时间差Te来表示为每码元的周期)。设解调器输出的基带数字信号如图2(a)所示,并假设采用匹配滤波器法检测,即对基带信号进行积分、取样和判决。若位同步脉冲有相位误差Te,则脉冲的取样时刻就会偏离信号能量的最大点[4]。图2定时误差对判决性能的影响龙源期刊网可以看出,相邻码元相同时,码元同步误差并不会影响采样点积分能量值,采样结果仍为整个码元的能量;但是,当相邻码元间出现变化时,位同步偏差会使积分能量不等于码元的实际能量,而叠加上前一码元的影响,衰减了采样时刻的积分能量。图2(c)表明,当相邻码元值发生变化时,由于码元定时误差的存在使得在一个码元周期内的前2Te时间对信号的积分为零,采样点的值实际上只是在(Te～2Te)时间内的积分值。积分能量是和时间成正比的。假设没有码元定时误差,采样值的积分能量为E,因此,采样点此时的积分能量减小为(1-2Te/T)E。对于2PSK接收系统,有相位误差时的误码率公式变为[5]:Pe=14erfcEn0+14erfcE1-2TeTn0式中:E为一比特的信号能量。取Te=0.1T时,比较理想状态下和存在码元定时误差时π/4-DQPSK的误码率曲线,如图3所示,从图中可以看出码元定时误差的存在会使系统性能下降,相同信噪比的情况下存在定时误差时的误码率要比理想情况下大很多。图3定时误差对误码率的影响5结语从以上分析可以看出同步系统性能的高低,会直接导致通信系统性能的好坏,甚至关系到通信系统能否正常工作。可以说,在同步通信系统中,“同步”是进行信息传输的前提,而位同步又是帧同步和网同步的基础,因此,为了保证信息的可靠传输,要求同步系统应具有更高的可靠性。参考文献[1]桑林,郝建军,刘丹谱.数字通信[M].2版.北京:北京邮电大学出版社,2002.[2]樊昌信.通信原理[M].5版.北京:电子工业出版社,2001.[3]王兰勋,荣民.一种位同步时钟提取方案及实现[J].无线电工程,2003,33(10):59-61.[4]李学桂,王晓明,向国菊.数字通信系统位同步电路设计[J].青岛大学学报:工程技术版,2000,15(1):13-16.龙源期刊网[5]MENGALIU,ANDREAAN.SynchronizationTechniquesforDigitalReceivers[M].NewYork:PlenumPress,1997.[6]LIUDZ,WeiCH.AdigitaltimingrecoveryschemeforTDMAdigitalmobileradio[C].Atlanta:Proceedingsofthe1996IEEEInternationalSymposiumonCircuitsandSystems,1996.[7][美]PROAKISJG.数字通信[M].4版.北京:电子工业出版社,2001.[8]文元美,张树群,林家薇,等.现代通信原理[M].北京:科学出版社,2005.[9]MUELLERKH,MULLERM.Timingrecoveryindigitalsynchronousdatareceivers[J].IEEETrans.onCommun.,1976(14):516-530.[10]KAYSA.Fastandaccuratesinglefrequencyestimation[J].IEEETrans.onInform.,1989,37(12):1987-1990.[11]肖大光.数字锁相环码位同步电路的改进[J].长沙铁道学院学报,1996(4):94-96.