当前课程知识点：通信原理 > 第九章 同步系统 > 9.3 载波同步的性能分析 > 视频
同学们好
今天我们来学习载波同步相关性能指标
在本次课中
我们将对比较载波同步的不同实现方法
然后 分析并讲解载波步法的精度
同步建立时间
同步保持时间等相关性能参数
通过前面的分析我们发现
与插入导频相比较
直接法的优点主要表现在以下几方面
首先 它不占用导频功率
可以节省系统发射功率
其次 直接法可以防止插入导频法
插入的导频对信号的干扰
以及信号对导频的影响
最后 直接法可以防止
信道不理想引起导频相位的误差
产生的解调问题
当然 插入导频法还是有很多优点的
例如 系统插入的导频
可以用来作为自动增益控制信号
上面我们给出了
载波同步不同实现方法性能比较
接下来我们将围绕
载波步相关性能指标进行定量分析
对于载波同步而言
精度 同步建立时间
同步保持时间
和效率
是载波同步系统的主要性能指标
显然 直接法比插入导频法效率要高许多
这一点就不进行专门的阐述了
为此 我们仅就前三个参数进行描述
首先我们来看一下精度
载波同步精度是指
所提取的同步载波与载波标准比较
它们之间的相位误差的大小
通常又习惯地将这种误差分为
稳态相位误差和随机相位误差
我们知道
当利用窄带滤波器提取载波时
假设所用的窄带滤波器
为1个简单的单调谐回路
其Q值一定
那么 当回路的中心频率
ω0与载波频率ωc不相等时
就会使输出的载波同步信号
出现一稳态相差Δφ
若ω0与ωc之差为Δω
且Δω较小时
我们可以用这个表达式来表示这个误差
从这个表达式可以发现
滤波器的Q值越高
所引起的稳态相差就越大
当利用锁相环来构成同步系统时
当锁相环压控振荡器输出
与输入载波信号存在Δω频率差时
它也会引起稳态相差
该稳态相差可以表示为
在上式中Kv为环路直流增益
只要使Kv足够大
Δφ就可以足够小
下面我们来了解一下随机相位误差
从物理概念上讲
正弦波加上随机噪声以后
相位变化一定是随机的
它与噪声的性质和信噪功率比有关
经过分析发现
当噪声为窄带高斯噪声时
随机相位与信噪功率比r之间的关系
可以用这个式子进行表示
显然 信噪功率比r
与随机相位误差大小有直接的关系
如果用窄带滤波器提取载波
设噪声为高斯白噪声
其单边功率谱密度为n0
如果窄带滤波器用的是简单谐振电路
谐振电路的谐振频率f0
经推导所得随机相位误差可以表示为
由上式可以看到
滤波器的Q值越高
随机相位误差越小
但从前面稳态相位误差可看出
Q值越高 稳态相位误差越大
可见 在用这种窄带滤波器提取载波时
稳态相位误差和随机相位误差
对其Q值的要求是相互矛盾的
因此 在系统设计时需要根据实际需求
选择适当Q值的滤波器
接下来
我们来分析一下同步的建立时间
顾名思义同步建立时间
就是从接收端开始产生本地载波
到载波相关性能指标
达到设计要求的时间间隔
当窄带滤波器采用单谐振电路时
假设信号在t=0时刻加到单谐振电路上
则回路两端输出电压
可以表示为这样的一个表达式
在实际应用中
通常把同步建立的时间ts确定为
输出u(t)的幅度达到U一定百分比即可
也就是说
u(t)达到kU的时间被认为同步已经建立
而建立时间用ts表示
为此我们可以得到
这样的一个计算同步建立时间的表达式
从这个式子可以看到
滤波器的Q值越高 同步建立时间越长
下面我们来了解一下
与同步建立时间相对应的同步保持时间
当同步建立以后
如果信号突然消失
例如 信号出现短时间的衰落
失去了参考基准时
本地同步载波能够保持时间长度
因此 保持时间tc可以按振幅下降到kU来进行计算
具体可以得到保持时间的表达式
令k=1/e
则同步建立时间
和同步保持时间
可以得到这样的一对表达式
从这2个表达式可以看到
要使建立时间变短 Q值需要减小
要延长保持时间 Q值要求增大
因此 这两个参数对Q值的要求是矛盾的
因此 在这里
在系统设计时需要根据实际需求
选择适当Q值的滤波器
上面我们介绍了3个载波同步的主要性能指标
接下来我们来分析一下
频率误差和相位误差对解调性能影响
在采用相干解调时
假设本地载波与发射机的载波频率相差Δω
相位误差Δφ
下面就分析这两种情况对我们系统性能的影响
以DSB信号为例
当本地载波与发射端的载波
存在一个频率误差Δω
如果相位也存在一个误差Δφ时
相干解调后
经低通滤波器我们可以得到这样一个表达式
可以看出
低通滤波的输出信号
相当于对信号m(t)进行了缓慢的幅度调制
使收听到的信号时强时弱
有时甚至为零
实践证明频率误差较小时
对话音质量影响不大
而相位误差的偏差
本来就对话音通信的影响就不大
但对数字通信来说
它们的影响就非常大了
甚至使整个系统进行崩溃
接下来我们来看另外一种情况
也就是本地载波与发射段的载波
不存在频率偏差
但存在相位偏差
也就是Δω为零
Δφ不为零的情况
这里我们仍然以DSB信号为例进行分析
相干解调后输出为这样一个表达式
从这个式子可以看到
解调输出不会引起波形失真
但影响输出的大小
电压下降为原来的cosΔφ倍
因此信噪比变为原来的cosΔφ平方倍
也就是使得信号质量有所降低
但是对于2PSK信号
由于信噪功率比下降将使误码率增大
当相位偏差为零时
其误码率公式可以表示这样的一个表达式
当相位偏差不为零时
其误码率公式可以表示为
从上式可以看到
由于存在相位的偏差
系统的误码率明显增大
性能出现了明显的下降
同学们 在本次课中
我们分析了载波步的相关性能指标
介绍了载波步法的精度 同步建立时间
同步保持时间等性能参数
这次课的内容就是这些 谢谢大家
-1.1 通信系统的基本概念
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--习题
-1.2 通信系统的组成
--视频
--习题
-1.3 信息及其度量
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--习题
-1.4 通信系统的主要性能指标
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--习题
-讨论题：分析比较模拟通信和数字通信的各自有缺点和应用场景。
-课程思政
-课程使用教材
--教材介绍
-2.1 信道的基本概念
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-2.2 恒参信道分析
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-2.3 随参信道及其对所传信号的影响
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-2.4 随机过程基础
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-2.5 平稳随机过程
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-2.6 白噪声
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-2.7 高斯噪声
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-2.8 信号系统与噪声的关系
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-2.9 信道容量的概念
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-2.10 m序列的产生
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-2.11 m序列的性质
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--习题
-讨论题：结合实际生活或者工程实践，谈一下香农定理的意义所在。
-课程思政
-3.1 常规双边带调幅
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-3.2 抑制载波的双边带调制
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-3.3 单边带调制
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-3.4 残留边带调制
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-3.5 线性系统的抗噪声性能
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-3.6 角度调制的基本概念
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-3.7 频率调制FM
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-课程思政
-4.1 数字基带信号的常用码型
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-4.2 数字基带信号的频谱特性
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-4.3 数字基带传输系统
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-4.4 无码间串扰的基本思想
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-4.5 无码间串扰的基带传输系统
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-4.6 数字基带传输系统的性能分析
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-4.7 眼图
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-课程思政
-5.1 2ASK的基本原理
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-5.2 2ASK的抗噪声性能分析
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-5.3 2FSK的基本原理
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-5.4 2FSK的抗噪声性能分析
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-5.5 2PSK的基本原理和抗噪声性能
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-5.6 2DPSK的基本原理和抗噪声性能
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-5.7 二进制数字调制系统的性能比较
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-讨论题：2FSK信号的频谱的波峰有什么特点，与什么因素有关？
-6.1 假设检验模型
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-6.2 错误概率最小准则
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-6.3 二元确知信号的最佳接收机结构
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-6.4 匹配滤波器原理
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-6.5 匹配滤波器性质及应用
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-7.1 低通抽样定理
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-7.2 量化的基本概念和均匀量化
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-7.3 非均匀量化
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-7.4 13折线法的码位安排
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-7.5 简单增量调制
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-7.6 改进型增量调制
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-7.7 时分复用和多路数字电话系统
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-7.8 哈夫曼编码
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-8.1 信道编码基础
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-8.2 分类和工作方式
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-8.3 常用简单分组码
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-8.4 线性分组码的基本概念
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-8.5 线性分组码的矩阵描述
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-8.6 循环码的基本概念
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-8.7 循环码的矩阵描述
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-8.8 循环码代数形式的编译码
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-9.1 同步的定义与分类
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-9.2 载波同步
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-9.3 载波同步的性能分析
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-9.4 位同步
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-9.5 位同步的性能分析
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-9.6 群同步
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-9.7 群同步的性能分析
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