現(xiàn)代通信原理同步原理

現(xiàn)代通信原理 第 12章 同 步 原 理 載 波 同 步 位 同 步 群同步 (幀同步 ) 網(wǎng) 同 步 載 波 同 步 直接法 (自同步法 ) 插入導(dǎo)頻法 (外同步法 ) 兩種載波同步方法的比較 載波同步系統(tǒng)的性能指標(biāo) 直接法 (自同步法 ) 1. 平方變換法 圖 平方變換法提取同步載波 2. 平方環(huán)法 3. 關(guān)于相位含糊問題的討論 圖 平方變換法提取同步載波 帶 通)( 通平方律部件2 分頻2 t ) c o s t )插入導(dǎo)頻法 (外同步法 ) 1. 頻域插入導(dǎo)頻法 在調(diào)制以前先對基帶信號 x(t)進(jìn)行相關(guān)編碼 ， 相關(guān)編碼的作用是把如 圖 12.2(a)所示的基帶信號頻譜函數(shù)變?yōu)槿鐖D 12.2(b)所示的頻譜函數(shù) ， 這樣經(jīng)過雙邊帶調(diào)制以后可以得到如圖 12.2(c)所示的頻譜函數(shù) ， 在 且沒有離散譜 ， 這樣可以在 2. 時(shí)域插入導(dǎo)頻法 圖 相關(guān)編碼作用示意圖 ( a ) 基帶信號頻譜()x f( b ) 轉(zhuǎn)換后f()x ( c ) 雙邊帶調(diào)制后cf 兩種載波同步方法的比較 1. 直接法的優(yōu)缺點(diǎn) (1) 不需導(dǎo)頻信號 ， 因此信號功率可以大一些 ， 以提高噪功率比 。 (2) 可以防止插入導(dǎo)頻法中導(dǎo)頻和信號間由于濾波不好而引起的互相干擾 ， 也可以防止信道不理想引起導(dǎo)頻相位的誤差 (在信號和導(dǎo)頻范圍引起不同的畸變 )。 (3) 有的調(diào)制系統(tǒng)不能用直接法 (如 。 2. 插入導(dǎo)頻法的優(yōu)缺點(diǎn) (1) 有單獨(dú)的導(dǎo)頻信號 ， 一方面可以提取同步載波 ， 另一方面可以利用它作為自動(dòng)增益控制 。 (2) 有些不能用直接法提取同步載波的調(diào)制系統(tǒng)只能用插入導(dǎo)頻法 。 (3) 插入導(dǎo)頻法要多消耗一部分不帶信息的功率 ， 因此與直接法比較 ，在總功率相同條件下信噪功率比還要小一些 。 載波同步系統(tǒng)的性能指標(biāo) 載波同步系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)有以下 4個(gè)： (1) 效率：為獲得同步 ， 載波信號應(yīng)盡量少消耗發(fā)送功率 ， 在這方面直接法由于不需要專門發(fā)送導(dǎo)頻 ， 因此是高效率的 ， 而插入導(dǎo)頻法由于插入導(dǎo)頻要消耗一部分發(fā)送功率 ， 因此效率要低一些 。 (2) 精度：指提取的同步載波與需要的載波標(biāo)準(zhǔn)比較 ， 應(yīng)該有盡量小的相位誤差 。 如需要的同步載波為 提取的同步載波為 )， 就是相位誤差 ， 應(yīng)盡量小 。 通常 又分為穩(wěn)態(tài)相位誤差 0和隨機(jī)相位誤差 。 (3) 同步建立時(shí)間 對 這樣同步建立得快 。 (4) 同步保持時(shí)間 對 這樣一旦建立同步以后可以保持較長的時(shí)間 。 位 同 步 引言 直接提取位同步信號 (自同步法 ) 插人導(dǎo)頻法位同步 (外同步法 ) 位同步系統(tǒng)的性能和相位誤差對性能的影響 引言 我們把位同步脈沖與接收碼元的重復(fù)頻率和相位的一致稱為碼元同步或位同步。而把位同步脈沖的取得稱為位同步提取。 同步與載波同步的區(qū)別。在非相干解調(diào)時(shí)，不論數(shù)字信號還是模擬信號都不需要同步載波，只有在相干解調(diào)時(shí)，才有同步載波提取的問題。 直接提取位同步信號 (自同步法 ) 1. 基帶濾波法 圖 濾波法各階段的波形 2. 直接從頻帶信號中提取位同步信號 3. 鎖相法提取位同步信號 圖 濾波法各階段的波形 0 t (b) 微分后輸出 0 t (c)全波整流后 流 t 0 (e)位定時(shí)脈沖 t (d)經(jīng)窄帶濾波后濾濾 1 1 1 0 0 0 0 0 t (a)基帶信號 (不歸零 ) 2b 插人導(dǎo)頻法位同步 (外同步法 ) 1. 基帶插入位定時(shí)導(dǎo)頻法 在無線通信中 ， 數(shù)字基帶信號一般都采用不歸零的矩形脈沖 ， 并以此對高頻載波作各種調(diào)制 。 解調(diào)后得到的也是不歸零的矩形脈沖 (單極性的或雙極性的 )，碼元速率為 b， 碼元寬度為 對于這種全占空的矩形脈沖 ， 當(dāng) P(0)=P(1)= 不論是單極性還是雙極性碼 ， 其功率譜密度中都沒有 也沒有 2圖 選擇位定時(shí)導(dǎo)頻的插入點(diǎn) 2. 雙重調(diào)制法 圖 選擇位定時(shí)導(dǎo)頻的插入點(diǎn) (b)基帶信號相關(guān)編碼后的功率譜密度 0 (a)雙極性碼的功率譜密度 0 f ) P( f ) fb f fb 位同步系統(tǒng)的性能和相位誤差對性能的影響 1. 相位誤差 e 2. 同步建立時(shí)間 3. 同步保持時(shí)間 4. 同步帶寬 群同步 (幀同步 ) 起止式同步法 巴克碼及巴克碼識(shí)別器 集中插入法 分散插入法 群同步的保護(hù) 群同步系統(tǒng)的性能 起止式同步法 起止式同步是在電傳機(jī)中廣泛使用著一種同步的方法 ， 電傳打字機(jī)中用 5個(gè)碼元代表一個(gè)字母 (或符號等 )， 在每個(gè)字母開始時(shí) ， 先發(fā)送一個(gè)碼元寬度的起 (負(fù)值 )脈沖 ， 再傳輸五個(gè)單元的編碼信息 ， 接著再發(fā)送一個(gè)寬度為 正值 )脈沖 。 收端根據(jù) 就可以確定一個(gè)字符的起始位置 ， 實(shí)現(xiàn)群同步 。 巴克碼及巴克碼識(shí)別器 1. 巴克碼 巴克碼是一種具有特殊規(guī)律的二進(jìn)制碼組 。 巴克碼組 2. 巴克碼識(shí)別器 表 巴克碼組 位數(shù) n 巴克碼組2 ；3 4 ；5 7 11 13 集中插入法 數(shù)字電話主要有 單路數(shù)字電話如果用增量調(diào)制時(shí) ， 不需要群同步 (有時(shí)也可以不用位同步 )。 這是因?yàn)?譯碼器都有定時(shí)脈沖 ， 收發(fā)端的定時(shí)脈沖必須同步 ， 因此要用位同步 。 另外由于 因此還要有群同步 。 例 13折線 2/30路 可以間歇式插入 ， 例 15折線 律的 24路 連貫式插入的優(yōu)點(diǎn)是能迅速地建立同步 。 圖 圖 第三幀 第二幀 第一幀 插入其他標(biāo)志信號 (如告警等 ) 集中插入群同步碼 分散插入法 多路數(shù)字電話中有時(shí)為簡化設(shè)備 ， 群同步碼組不用集中插入的方法 ， 而是將它分散地插入 ， 即每隔一定數(shù)量的信息碼元 ，插入一個(gè)群同步碼元 。 例如 24路 一個(gè)抽樣值用 8位碼表示 ， 此時(shí) 24路電話都抽樣一次共有 24個(gè)抽樣值 ， 192個(gè)信息碼元 。 192個(gè)信息碼元作為一幀 ， 在這一幀插入一個(gè)群同步碼元 ， 這樣一幀共 193個(gè)碼元 。 多幀組成一個(gè)復(fù)幀 ， 復(fù)幀中構(gòu)成的多個(gè)群同步碼可以是 1、 0交替碼 。 在接收端首先提取復(fù)幀中各幀插入的群同步碼 ， 再由群同步碼再得出分路的定時(shí)脈沖 。 圖 4路 每幀共 193個(gè)碼元 (192個(gè)信息碼和一個(gè)群同步碼 )。 圖 24路 24 8 路 = 1 9 2 碼元1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 路第一幀 第二幀第三幀插入 1 位群同步碼1 2 3 4 5 6 7 8第 1 路 8 群同步的保護(hù) 群同步系統(tǒng)一旦出現(xiàn)幀失步 (即收不到同步碼 )， 并不立即進(jìn)行調(diào)整 。 因?yàn)閹Р娇赡苁钦嬲龓Р?， 也可能是假失步 。 真失步是由于收發(fā)兩端幀結(jié)構(gòu)沒對準(zhǔn) (即收端的比較時(shí)標(biāo)沒對準(zhǔn)發(fā)端偶幀的幀同步碼出現(xiàn)時(shí)刻 )造成的；而假失步則是由信道誤碼造成的 。 2路系統(tǒng)的同步碼檢出方式是采用碼型檢出方式 ，它是這樣防止假失步的：當(dāng)連續(xù) 檢測不出同步碼后 ， 才判為系統(tǒng)真正失步 ， 而立即進(jìn)入捕捉狀態(tài)開始捕捉同步碼 。 群同步系統(tǒng)的性能 對群同步系統(tǒng)的主要要求為建立同步的時(shí)間短 、建立同步后應(yīng)該有較強(qiáng)的抗干擾能力 。 通常用以下 3個(gè)性能指標(biāo)來表示同步性能的好壞： 1. 漏同步概率 2. 假同步概率 3. 平均同步建立時(shí)間 網(wǎng) 同 步 網(wǎng)同步的基本概念 全網(wǎng)同步系統(tǒng) 準(zhǔn)同步系統(tǒng) 網(wǎng)同步的基本概念 為了保證通信網(wǎng)各點(diǎn)之間可靠地進(jìn)行數(shù)字通信 ，必須在網(wǎng)內(nèi)建立一個(gè)統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn) ， 就稱為網(wǎng)同步 。 保證通信網(wǎng)中各個(gè)站都有共同的時(shí)鐘信號 ， 是網(wǎng)同步的任務(wù) 。 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)同步的方法主要有兩大類：一類是全網(wǎng)同步系統(tǒng) ， 另一類是準(zhǔn)同步系統(tǒng) 。 全網(wǎng)同步系統(tǒng) 1. 主從同步法 在通信網(wǎng)內(nèi)設(shè)立一個(gè)主站 ， 它備有一個(gè)高穩(wěn)定的主時(shí)鐘源 ， 再將主時(shí)鐘源產(chǎn)生的時(shí)鐘逐站傳輸至網(wǎng)內(nèi)的各個(gè)站去 ， 如 圖 2. 互控同步法