華東理工大學《通信原理》第十三章(同步原理)

1、1第第13章章 同步原理同步原理l概述概述 數(shù)字通信系統(tǒng)中的同步種類：數(shù)字通信系統(tǒng)中的同步種類：載波同步、碼元同步、群同步、網(wǎng)同步載波同步、碼元同步、群同步、網(wǎng)同步載波同步載波同步：又稱載波恢復。：又稱載波恢復。u目的：在接收設備中產(chǎn)生一個和接收信號的載波目的：在接收設備中產(chǎn)生一個和接收信號的載波同同頻頻、同相同相的本地振蕩，用于相干解調(diào)。的本地振蕩，用于相干解調(diào)。2第第13章章 同步原理同步原理碼元同步碼元同步：又稱時鐘同步或時鐘恢復。：又稱時鐘同步或時鐘恢復。 對于二進制信號，又稱對于二進制信號，又稱位同步位同步。u目的：得知每個接收碼元準確的起止時刻，以便決目的：得知每個接收碼元準確的起

2、止時刻，以便決定積分和判決時刻。定積分和判決時刻。群同步群同步：又稱幀同步。：又稱幀同步。u目的：將接收碼元正確分組。目的：將接收碼元正確分組。網(wǎng)同步網(wǎng)同步：使通信網(wǎng)中各站點時鐘之間保持同步。：使通信網(wǎng)中各站點時鐘之間保持同步。 3環(huán)路濾波器環(huán)路濾波器壓控振蕩器壓控振蕩器輸出導頻輸出導頻輸入信號輸入信號圖圖13-1 鎖相環(huán)原理方框圖鎖相環(huán)原理方框圖鑒相器鑒相器第第13章章 同步原理同步原理n載波同步載波同步u有輔助導頻時的載頻提取有輔助導頻時的載頻提取p用于不包含載頻分量的信號。用于不包含載頻分量的信號。p在發(fā)送信號中另外加入一個或幾個導頻信號。在發(fā)送信號中另外加入一個或幾個導頻信號。 p多采

3、用鎖相環(huán)（多采用鎖相環(huán)（PLL）提取載波。）提取載波。p鎖相環(huán)原理方框圖：鎖相環(huán)原理方框圖：4第第13章章 同步原理同步原理u無輔助導頻時的載波提取無輔助導頻時的載波提取p平方環(huán)平方環(huán)：以：以2PSK信號為例進行討論。設信號信號為例進行討論。設信號 當當m(t)取取+1和和-1的概率相等時，此信號的頻譜中無角頻率的概率相等時，此信號的頻譜中無角頻率 c的離的離散分量。將上式平方，得到散分量。將上式平方，得到可見，用窄帶濾波器濾出可見，用窄帶濾波器濾出2倍頻后再作倍頻后再作2分頻，即可得所需載頻。分頻，即可得所需載頻。 )cos()()(ttmtsc)(2cos1 21)(cos)()(222t

4、ttmtscc圖圖13-2 平方環(huán)原理方框圖平方環(huán)原理方框圖載頻載頻輸出輸出帶通濾波帶通濾波平平 方方壓控振蕩壓控振蕩環(huán)路濾波環(huán)路濾波鎖相環(huán)鎖相環(huán)s(t)2分頻分頻窄帶濾波窄帶濾波5第第13章章 同步原理同步原理此方案的缺點：此方案的缺點：1、相位含糊性相位含糊性：2分頻器的輸出電壓有相差分頻器的輸出電壓有相差180 的兩種可的兩種可能相位，即其輸出電壓的相位決定于分頻器的隨機初始狀能相位，即其輸出電壓的相位決定于分頻器的隨機初始狀態(tài)。態(tài)。采用采用2DPSK體制可以避免此缺點的影響。體制可以避免此缺點的影響。2、錯誤鎖定錯誤鎖定：平方后的接收電壓中有可能存在其他的離：平方后的接收電壓中有可能存

5、在其他的離散頻率分量，使鎖相環(huán)鎖定在錯誤的頻率上。解決這個問散頻率分量，使鎖相環(huán)鎖定在錯誤的頻率上。解決這個問題的辦法是題的辦法是降低環(huán)路濾波器的帶寬。降低環(huán)路濾波器的帶寬。6第第13章章 同步原理同步原理p科斯塔斯環(huán)法科斯塔斯環(huán)法：又稱同相正交環(huán)法或邊環(huán)法。：又稱同相正交環(huán)法或邊環(huán)法。原理方框圖原理方框圖： 圖圖13-3 科斯塔斯環(huán)法原理方框圖科斯塔斯環(huán)法原理方框圖90 相移相移環(huán)路濾波環(huán)路濾波壓控振蕩壓控振蕩s(t)載頻載頻輸出輸出低低 通通低低 通通解調(diào)解調(diào)輸出輸出abcdefg7第第13章章 同步原理同步原理工作原理工作原理a點的壓控振蕩電壓為：點的壓控振蕩電壓為：b點的壓控振蕩電壓為

6、：點的壓控振蕩電壓為：上式中的上式中的( - )是壓控振蕩電壓和接收載波相位之差。是壓控振蕩電壓和接收載波相位之差。 )cos(tvca)sin(tvcb)2cos()cos()(21)cos()cos()(ttmtttmvcccc)2sin()sin()(21)sin()cos()(ttmtttmvcccd)cos()(21tmve)sin()(21tmvf)(2sin)(812tmvvvfeg8第第13章章 同步原理同步原理將將m(t) = 1代入上式，并考慮到當代入上式，并考慮到當( - )很小時，很小時，sin( - ) ( - )，則上式變?yōu)椋瑒t上式變?yōu)殡妷弘妷簐g 通過環(huán)路濾波器，

7、控制壓控振蕩器的振蕩頻率。通過環(huán)路濾波器，控制壓控振蕩器的振蕩頻率。這個電壓控制壓控振蕩器的輸出電壓相位，使這個電壓控制壓控振蕩器的輸出電壓相位，使( - )盡可能盡可能地小。當?shù)匦?。?時，時，vg = 0 。 壓控振蕩器的輸出電壓壓控振蕩器的輸出電壓va 就是科斯塔斯環(huán)提取出的載波。就是科斯塔斯環(huán)提取出的載波。 )(2sin)(812tmvvvfeg)(41gv9第第13章章 同步原理同步原理優(yōu)缺點優(yōu)缺點：1、不需要對接收信號作平方運算，工作頻率較低。不需要對接收信號作平方運算，工作頻率較低。2、為了得到科斯塔斯環(huán)法在理論上給出的性能，要為了得到科斯塔斯環(huán)法在理論上給出的性能，要求兩路低通

8、濾波器的性能完全相同。求兩路低通濾波器的性能完全相同。3、由鎖相環(huán)原理可知，鎖相環(huán)在、由鎖相環(huán)原理可知，鎖相環(huán)在( - )值接近值接近0的穩(wěn)的穩(wěn)定點有兩個，在定點有兩個，在( - )等于等于0和和 處。所以，科斯塔斯處。所以，科斯塔斯環(huán)法提取出的載頻也存在環(huán)法提取出的載頻也存在相位含糊性相位含糊性。)cos()(21tmve10第第13章章 同步原理同步原理p再調(diào)制器再調(diào)制器 第第3種提取相干載波的方法種提取相干載波的方法 原理方框圖原理方框圖載頻載頻輸出輸出90 相移相移環(huán)路濾波環(huán)路濾波壓控振蕩壓控振蕩低低 通通s(t)abcdefg11第第13章章 同步原理同步原理工作原理工作原理接收信號

9、和接收信號和a點振蕩電壓相乘后得到的點振蕩電壓相乘后得到的c點電壓點電壓它經(jīng)過低通濾波后，在它經(jīng)過低通濾波后，在d 點的電壓為點的電壓為 vd 實際上就是解調(diào)電壓，它受實際上就是解調(diào)電壓，它受b點的振蕩電壓在相乘點的振蕩電壓在相乘器中再調(diào)制后，得出的器中再調(diào)制后，得出的e 點電壓等于點電壓等于上式的上式的ve 和信號和信號s(t)再次相乘，得到在再次相乘，得到在f點的電壓點的電壓 )2cos()cos()(21)cos()cos()(ttmtttmvcccc)cos()(21tmvd)2sin()sin()(41)sin()cos()(21tttmttmvccce12第第13章章 同步原理同步

10、原理vf 經(jīng)過窄帶低通濾波后，得到壓控振蕩器的控制電壓經(jīng)過窄帶低通濾波后，得到壓控振蕩器的控制電壓將上式的控制電壓和科斯塔斯環(huán)的控制電壓式比較可見，這將上式的控制電壓和科斯塔斯環(huán)的控制電壓式比較可見，這兩個方案中的壓控振蕩器的控制電壓相同。兩個方案中的壓控振蕩器的控制電壓相同。)(2sin)(2sin)(2sin)(81)2sin()cos()sin()cos()(41)2sin()sin()cos()(41222tttmtttttmttttmvcccccccccf)(2sin)(812tmvg13第第13章章 同步原理同步原理u同步建立時間和保持時間同步建立時間和保持時間p同步建立時間：同步

11、建立時間：從開始接收到信號（或從系統(tǒng)失步狀態(tài)）從開始接收到信號（或從系統(tǒng)失步狀態(tài)）到提取出穩(wěn)定的載頻所需要的時間。到提取出穩(wěn)定的載頻所需要的時間。p同步保持時間：同步保持時間：從開始失去信號到失去載頻同步的時間。從開始失去信號到失去載頻同步的時間。p同步建立時間和保持時間的關系：同步建立時間和保持時間的關系：二者相互矛盾，折中二者相互矛盾，折中處理處理14第第13章章 同步原理同步原理例：相位誤差對于單邊帶信號的影響例：相位誤差對于單邊帶信號的影響設有一單頻基帶信號設有一單頻基帶信號 它對載波它對載波cos ct進行單邊帶調(diào)制后，取出上邊帶信號進行單邊帶調(diào)制后，取出上邊帶信號傳輸?shù)浇邮斩恕Ｈ艚?/p>

12、收端的本地相干載波有相位誤差傳輸?shù)浇邮斩?。若接收端的本地相干載波有相位誤差 ，則，則兩者相乘后得到兩者相乘后得到經(jīng)過低通濾波器濾出的低頻分量為經(jīng)過低通濾波器濾出的低頻分量為其中第其中第1項是原調(diào)制基帶信號，但是受到因子項是原調(diào)制基帶信號，但是受到因子cos 的衰減；的衰減；第第2項是和第項是和第1項正交的項，它使接收信號產(chǎn)生失真。項正交的項，它使接收信號產(chǎn)生失真。 ttm cos)(ttsc)cos(21)()cos()2cos(41)cos()cos(21tttttcccsinsin41coscos41)cos(41ttt15第第13章章 同步原理同步原理l碼元同步碼元同步u碼元同步目的碼元

13、同步目的：準確的時刻對接收碼元進行判決，：準確的時刻對接收碼元進行判決，以及對接收碼元能量正確積分。以及對接收碼元能量正確積分。u碼元同步方法碼元同步方法：從接收碼元的起止時刻產(chǎn)生一個碼：從接收碼元的起止時刻產(chǎn)生一個碼元同步脈沖序列，或稱定時脈沖序列。元同步脈沖序列，或稱定時脈沖序列。u碼元同步方法分類碼元同步方法分類：p外同步法：利用輔助信息同步（較少采用）外同步法：利用輔助信息同步（較少采用）缺點：占用頻帶寬度和功率缺點：占用頻帶寬度和功率p自同步法，不需要輔助同步信息，直接從信息碼元自同步法，不需要輔助同步信息，直接從信息碼元中提取出碼元定時信息。中提取出碼元定時信息。16第第13章章

14、同步原理同步原理n自同步法自同步法u自同步法分類：自同步法分類：p開環(huán)同步法開環(huán)同步法：二進制等先驗概率的二進制等先驗概率的NRZ中沒有離散的碼元速率頻中沒有離散的碼元速率頻譜分量。譜分量。需在接收時對其進行某種需在接收時對其進行某種非線性變換非線性變換，使其含有離，使其含有離散的碼元速率頻譜分量，散的碼元速率頻譜分量，p閉環(huán)同步法閉環(huán)同步法：用比較本地時鐘周期和輸入信號碼元周期：用比較本地時鐘周期和輸入信號碼元周期的方法，將本地時鐘鎖定在輸入信號上。的方法，將本地時鐘鎖定在輸入信號上。 17第第13章章 同步原理同步原理u開環(huán)碼元同步法（非線性變換法）開環(huán)碼元同步法（非線性變換法）p延遲相乘

15、法原理方框圖延遲相乘法原理方框圖p（c）后一）后一半永遠是正值；而前一半則半永遠是正值；而前一半則當輸入狀態(tài)有改變時為負值。當輸入狀態(tài)有改變時為負值。因此，變換后的碼元序列的因此，變換后的碼元序列的頻譜中就產(chǎn)生了碼元速率的頻譜中就產(chǎn)生了碼元速率的分量。分量。p延遲時間等于碼元時間一半延遲時間等于碼元時間一半時，碼元速率分量最強。時，碼元速率分量最強。c延遲T/2ab放大限幅放大限幅窄帶濾波窄帶濾波(c)(b)(a)18第第13章章 同步原理同步原理p微分整流法原理微分整流法原理 正負窄脈沖正負窄脈沖 正脈沖（含有碼元速率分量）正脈沖（含有碼元速率分量）p同步跟蹤誤差：同步跟蹤誤差：不可能降為零

16、不可能降為零直接從接收波形中提取同步直接從接收波形中提取同步低低 通通微微 分分整整 流流窄帶濾波窄帶濾波放大限幅放大限幅19第第13章章 同步原理同步原理u閉環(huán)碼元同步法閉環(huán)碼元同步法p基本原理：基本原理：將將接收信號接收信號和和本地產(chǎn)生的碼元定時信號本地產(chǎn)生的碼元定時信號相比相比較，使本地產(chǎn)生的定時信號和接收碼元波形的轉變點保較，使本地產(chǎn)生的定時信號和接收碼元波形的轉變點保持同步。這種方法類似載頻同步中的鎖相環(huán)法。持同步。這種方法類似載頻同步中的鎖相環(huán)法。p“超前超前/滯后門滯后門”同步器：同步器：超前門超前門滯后門滯后門環(huán)路環(huán)路濾波濾波| | | +壓控壓控振蕩振蕩+-u1u2|u1|u

17、2|e=|u2|-|u1|m(t)門波形產(chǎn)門波形產(chǎn)生生dTdt0Tddt20第第13章章 同步原理同步原理工作原理：工作原理：Tdd+1-1超前門超前門滯后門滯后門(a) 同步狀態(tài)同步狀態(tài)(b) 超前狀態(tài)超前狀態(tài)d+1-1超前門超前門滯后門滯后門T2積分時間積分時間21第第13章章 同步原理同步原理p存在的問題存在的問題若無突跳邊沿，無法取得同步。若無突跳邊沿，無法取得同步。兩個支路積分器的性能不可能做得完全一樣兩個支路積分器的性能不可能做得完全一樣p解決辦法解決辦法改用改用HDB3碼，或用擾亂技術，使發(fā)送碼元序列不碼，或用擾亂技術，使發(fā)送碼元序列不會長時間地沒有突跳邊沿。會長時間地沒有突跳邊

18、沿。 22第第13章章 同步原理同步原理n碼元同步誤差對于誤碼率的影響碼元同步誤差對于誤碼率的影響u用匹配濾波器或相關器接收碼元時用匹配濾波器或相關器接收碼元時u在相鄰碼元有突變邊沿時在相鄰碼元有突變邊沿時p若碼元同步時間誤差為若碼元同步時間誤差為 ，則積分時間將損失，則積分時間將損失2 ，積分得到的碼元能量將減小為積分得到的碼元能量將減小為Eb(1-2 /T)；u在相鄰碼元沒有突變邊沿時，在相鄰碼元沒有突變邊沿時，p積分時間沒有損失。積分時間沒有損失。u例：對于等概例：對于等概2PSK信號，平均誤碼率為：信號，平均誤碼率為：p無相位誤差時無相位誤差時p有相位誤差時有相位誤差時021nEerf

19、cPbeTnEerfcnEerfcPbbe2141410023第第13章章 同步原理同步原理l群同步群同步n目的：目的：對接收碼元序列分組對接收碼元序列分組n群同步碼的種類：群同步碼的種類：u集中插入集中插入u適用于要求快速建立同步的地方，或間斷傳輸信息適用于要求快速建立同步的地方，或間斷傳輸信息并且每次傳輸時間很短的場合。并且每次傳輸時間很短的場合。 信息碼組信息碼組同步碼組同步碼組信息碼組信息碼組信息碼組信息碼組信息碼組信息碼組同步碼組同步碼組同步碼組同步碼組24第第13章章 同步原理同步原理u分散插入分散插入適用于連續(xù)傳輸信息之處，例如數(shù)字電話系統(tǒng)中適用于連續(xù)傳輸信息之處，例如數(shù)字電話系

20、統(tǒng)中。信息碼組信息碼組信息碼組信息碼組信息碼組信息碼組同步碼元同步碼元同步碼元同步碼元同步碼組同步碼組同步碼元同步碼元同步碼元同步碼元25第第13章章 同步原理同步原理u同步電路的狀態(tài)：同步電路的狀態(tài)：p捕捉態(tài)：捕捉態(tài)：在捕捉態(tài)時，確認搜索到群同步碼的條件必須規(guī)在捕捉態(tài)時，確認搜索到群同步碼的條件必須規(guī)定得很高，以防發(fā)生假同步。定得很高，以防發(fā)生假同步。p保持態(tài)：保持態(tài)：一旦確認達到同步狀態(tài)后，系統(tǒng)轉入保持態(tài)。一旦確認達到同步狀態(tài)后，系統(tǒng)轉入保持態(tài)。此時，仍須不斷監(jiān)視同步碼的位置是否正確。此時，仍須不斷監(jiān)視同步碼的位置是否正確。但是，這時為了防止因為噪聲引起的個別錯誤導致認但是，這時為了防止因

21、為噪聲引起的個別錯誤導致認為失去同步，應該降低判斷同步的條件，以使系統(tǒng)穩(wěn)為失去同步，應該降低判斷同步的條件，以使系統(tǒng)穩(wěn)定工作。定工作。26第第13章章 同步原理同步原理n集中插入法：又稱連貫式插入法。集中插入法：又稱連貫式插入法。u原理：原理：p采用特殊的群同步碼組，集中插入在信息碼組的前頭采用特殊的群同步碼組，集中插入在信息碼組的前頭p要求群同步碼的自相關特性曲線具有尖銳的單峰，要求群同步碼的自相關特性曲線具有尖銳的單峰，u局部自相關函數(shù)定義局部自相關函數(shù)定義：設有一個碼組，它包含：設有一個碼組，它包含N個碼元，個碼元，則其局部自相關函數(shù)等于則其局部自相關函數(shù)等于式中，式中，N為碼組中的碼元

22、數(shù)目；為碼組中的碼元數(shù)目； xi = +1或或 -1，當，當1 i N； xi = 0， 當當1 i 和和i N。jNijiixxjR1)()1 (Ni 整數(shù)）j (27第第13章章 同步原理同步原理n巴克碼：巴克碼：常用的一種群同步碼。常用的一種群同步碼。u定義：定義：設一個設一個N位的巴克碼組為位的巴克碼組為x1, x2, ,xN，則其自相，則其自相關函數(shù)可以用下式表示：關函數(shù)可以用下式表示：NjNjjNxxjRjNijii, 00,00,)(11或28第第13章章 同步原理同步原理p巴克碼組列表：巴克碼組列表： 表中各碼組的表中各碼組的反碼反碼（即正負號相反的碼）和（即正負號相反的碼）和

23、反序碼反序碼（即時（即時間順序相反的碼）也是巴克碼。間順序相反的碼）也是巴克碼。 N巴克碼巴克碼12， 34， 57111329第第13章章 同步原理同步原理p例：例：N = 5的巴克碼。的巴克碼。在在j = 0至至4的范圍內(nèi)，求其自相關函數(shù)值：的范圍內(nèi)，求其自相關函數(shù)值：由以上計算結果可見，其自相關函數(shù)絕對值除由以上計算結果可見，其自相關函數(shù)絕對值除R(0)外，均不外，均不大于大于1。 1)4(4011)3(31111)2(201111) 1 (1511111)0(0114213312411512iiiiiiiiiiiiiixxRjxxRjxxRjxxRjxRj時，當時，當時，當時，當時，當

24、304123-4-1-3-2R(j)1-15j320第第13章章 同步原理同步原理p巴克碼的自相關函數(shù)值曲線巴克碼的自相關函數(shù)值曲線 自相關函數(shù)是偶函數(shù)，所以其自相關函數(shù)值畫成曲線自相關函數(shù)是偶函數(shù)，所以其自相關函數(shù)值畫成曲線 如上如上圖所示。將圖所示。將j = 0時的時的R(j)值稱為值稱為主瓣主瓣，其他處的值稱為，其他處的值稱為旁瓣旁瓣。31第第13章章 同步原理同步原理u集中插入法群同步碼檢測流程集中插入法群同步碼檢測流程 初始化初始化 (將同步狀態(tài)設為捕捉態(tài)將同步狀態(tài)設為捕捉態(tài))移移1位位開始開始N等待下一等待下一同步碼組同步碼組Y保持態(tài)保持態(tài)捕捉態(tài)NY計算計算R(j) (N-2)?計

25、算計算R(j) = N?32第第13章章 同步原理同步原理n分散插入法：分散插入法：u原理：原理：p分散插入法的群同步碼都分散插入法的群同步碼都很短很短。p在信息碼元序列中在信息碼元序列中極少可能出現(xiàn)極少可能出現(xiàn)。例如，在數(shù)字電話系。例如，在數(shù)字電話系統(tǒng)中常采用統(tǒng)中常采用“10”交替碼。交替碼。p接收端，按照其出現(xiàn)周期搜索若干個周期。接收端，按照其出現(xiàn)周期搜索若干個周期。信息碼組信息碼組信息碼組同步碼元同步碼元同步碼組同步碼元同步碼元33新碼元進入新碼元進入老碼元輸出老碼元輸出檢驗是否檢驗是否“1”和和“0”交替交替08007x06x05x04x03x02x01x16115x14x13x12x

26、11x10 x09x24023x22x21x20 x19x18x17x32131x30 x29x28x27x26x25x40039x38x37x36x35x34x33x第第13章章 同步原理同步原理p存儲檢測法。存儲檢測法。先將接收碼元序列存在計算機的先將接收碼元序列存在計算機的RAM中，再進行檢驗。中，再進行檢驗。下圖畫出了一個下圖畫出了一個RAM的示意圖，它按先進先出的示意圖，它按先進先出(FIFO)的的原理工作：原理工作：34第第13章章 同步原理同步原理n群同步性能群同步性能u主要性能指標：主要性能指標：p假同步概率假同步概率Pf ：當捕捉時同步系統(tǒng)將錯誤的同步位置當當捕捉時同步系統(tǒng)將

27、錯誤的同步位置當作正確的同步位置捕捉到。作正確的同步位置捕捉到。特點：信息碼元特點：信息碼元 錯成錯成 同步碼元。同步碼元。 p漏同步概率漏同步概率Pl：同步系統(tǒng)將正確的同步位置漏過而沒有同步系統(tǒng)將正確的同步位置漏過而沒有捕捉到。漏同步的主要原因是噪聲的影響，捕捉到。漏同步的主要原因是噪聲的影響，特點：正確的同步碼元特點：正確的同步碼元 變成變成 錯誤的碼元錯誤的碼元。p原因：原因：噪聲影響（兩者）噪聲影響（兩者）35第第13章章 同步原理同步原理u計算漏同步概率：計算漏同步概率：設接收碼元錯誤概率為設接收碼元錯誤概率為p，需檢驗的同，需檢驗的同步碼元數(shù)為步碼元數(shù)為n，檢驗時容許錯誤的最大碼元

28、數(shù)為，檢驗時容許錯誤的最大碼元數(shù)為m，則未，則未漏判定為同步碼的概率等于漏判定為同步碼的概率等于式中，式中，Cnr為為n中取中取r的組合數(shù)。的組合數(shù)。所以，漏同步概率等于所以，漏同步概率等于當不允許有錯誤時，即設定當不允許有錯誤時，即設定m = 0時，則上式變?yōu)闀r，則上式變?yōu)樯鲜骄褪遣辉试S有錯同步碼時漏同步的概率。上式就是不允許有錯同步碼時漏同步的概率。mrrnrrnuppCP0)1 (mrrnrrnlppCP0)1 (1nlpP)1 (136第第13章章 同步原理同步原理u計算假同步概率計算假同步概率：p假設信息碼元是等概率的；假設信息碼元是等概率的；p假設假同步完全是由于某個信息碼組被誤認

29、為是同步碼假設假同步完全是由于某個信息碼組被誤認為是同步碼組造成的。組造成的。p同步碼組長度為同步碼組長度為n n，所以，所以n n位的信息碼組有位的信息碼組有2 2n n種排列。它被種排列。它被錯當成同步碼組的概率和容許錯誤碼元數(shù)錯當成同步碼組的概率和容許錯誤碼元數(shù)m m有關。有關。p若不容許有錯碼，即若不容許有錯碼，即m m = 0 = 0，則只有一種可能，即信息碼，則只有一種可能，即信息碼組中的每個碼元恰好都和同步碼元相同。組中的每個碼元恰好都和同步碼元相同。p若若m m = 1 = 1，則有，則有C Cn n1 1種可能將信息碼組誤認為是同步碼組。種可能將信息碼組誤認為是同步碼組。因此

30、假同步的總概率為因此假同步的總概率為式中，分母式中，分母2 2n n是全部可能出現(xiàn)的信息碼組數(shù)。是全部可能出現(xiàn)的信息碼組數(shù)。nmrrnfCP2037第第13章章 同步原理同步原理n起止式同步起止式同步u用途：用途：主要適用于電傳打字機中。主要適用于電傳打字機中。 u原理：原理：p一個字符由一個字符由5個二進制碼元組成，每個碼元的長度相等個二進制碼元組成，每個碼元的長度相等p鍵盤輸入的每個字符之間的時間間隔不等。鍵盤輸入的每個字符之間的時間間隔不等。p在無字符輸入時，電傳打字機的輸出電壓一直處于高電在無字符輸入時，電傳打字機的輸出電壓一直處于高電平狀態(tài)。平狀態(tài)。p在輸入一個字符時，于在輸入一個字

31、符時，于5個信息碼元之前加入一個低電個信息碼元之前加入一個低電平的平的“起脈沖起脈沖”，其寬度為一個碼元的寬度，其寬度為一個碼元的寬度T，如下圖，如下圖所示所示 起止止1234 51.5TT38第第13章章 同步原理同步原理n自群同步自群同步u唯一可譯碼唯一可譯碼p假設現(xiàn)共有假設現(xiàn)共有4種天氣狀態(tài)需要傳輸，將其用二進制編碼種天氣狀態(tài)需要傳輸，將其用二進制編碼表示，：表示，：p接收端序列為接收端序列為“1110110110”時，唯一地可以譯為時，唯一地可以譯為“雨晴陰陰雨晴陰陰”。p唯一可譯充分條件（唯一可譯充分條件（非必要條件非必要條件）是：在編碼中任何一）是：在編碼中任何一個碼字都不能是其他

32、碼字的前綴。個碼字都不能是其他碼字的前綴。p滿足這個條件的編碼又稱為滿足這個條件的編碼又稱為瞬時可譯碼瞬時可譯碼。 晴晴云云陰陰雨雨0101 11011139第第13章章 同步原理同步原理u瞬時可譯碼瞬時可譯碼p其碼字的邊界可以由當前碼字的末尾確定，而不必等待下其碼字的邊界可以由當前碼字的末尾確定，而不必等待下一個碼字的開頭。一個碼字的開頭。p例如，唯一可譯碼（非瞬時可譯碼）：例如，唯一可譯碼（非瞬時可譯碼）：p例如，在收到例如，在收到“10”后，后，必須等待下一個符號必須等待下一個符號若是若是“0”，譯為，譯為“雨雨”若是若是 “1”，譯為，譯為 “陰陰”“晴晴(1)”是是“陰陰(10)”的

33、詞頭，的詞頭， “陰陰(10)”是是“雨雨(100)”的詞頭。的詞頭。晴晴陰陰雨雨11010040第第13章章 同步原理同步原理u唯一可譯性前提：唯一可譯性前提：即必須正確接收到開頭的第一個或前即必須正確接收到開頭的第一個或前幾個碼元。幾個碼元。p例如，例如，p當發(fā)送序列是當發(fā)送序列是“1110110110”時，（雨晴陰陰時，（雨晴陰陰 ）p若接收若接收“110110110”。這樣它將被譯為。這樣它將被譯為“陰陰陰陰陰陰”。p編碼是唯一可譯的，且是可同步的。編碼是唯一可譯的，且是可同步的。晴晴云云陰陰雨雨0101 11011141第第13章章 同步原理同步原理u可同步編碼：可同步編碼：p在接收

34、時若丟失了開頭的一個或幾個碼元，則將變成在接收時若丟失了開頭的一個或幾個碼元，則將變成是不可譯的開頭幾個碼元錯譯后，能夠自動獲得正確是不可譯的開頭幾個碼元錯譯后，能夠自動獲得正確同步及正確譯碼。同步及正確譯碼。p例如：例如：p當發(fā)送碼元序列為當發(fā)送碼元序列為“100110110101”（云雨陰晴）（云雨陰晴）。p若收到序列為若收到序列為“00110110101” p對對“0110110101”譯碼，并譯為譯碼，并譯為“晴陰陰晴晴陰陰晴”。晴晴云云陰陰雨雨01100 101110142第第13章章 同步原理同步原理u無逗號碼：無逗號碼：p可同步碼中的一種碼組長度均相等的碼?？赏酱a中的一種碼組長

35、度均相等的碼。p例如，三進制、碼長等于例如，三進制、碼長等于3：p自動正確地區(qū)分每個接收碼字。自動正確地區(qū)分每個接收碼字。p尚無一般的構造方法。尚無一般的構造方法。ABCDFGHI10010110220020120221121243第第13章章 同步原理同步原理l網(wǎng)同步網(wǎng)同步n目的目的：全網(wǎng)各站能夠互連互通，正確地接收信：全網(wǎng)各站能夠互連互通，正確地接收信息碼元。息碼元。 n方法分類：方法分類：u單向通信系統(tǒng)：由接收設備調(diào)整自已的時鐘，使之單向通信系統(tǒng)：由接收設備調(diào)整自已的時鐘，使之和發(fā)送設備的時鐘同步，如廣播系統(tǒng)。和發(fā)送設備的時鐘同步，如廣播系統(tǒng)。u雙向通信系統(tǒng)：雙向通信系統(tǒng)：p同步網(wǎng)同步網(wǎng)

36、：全網(wǎng)各站具有統(tǒng)一時間標準：全網(wǎng)各站具有統(tǒng)一時間標準p異步網(wǎng)異步網(wǎng)（準同步網(wǎng)）準同步網(wǎng)）：容許各站的時鐘有誤差，但：容許各站的時鐘有誤差，但是通過調(diào)整碼元速率的辦法使全網(wǎng)能夠協(xié)調(diào)工作是通過調(diào)整碼元速率的辦法使全網(wǎng)能夠協(xié)調(diào)工作44第第13章章 同步原理同步原理u同步網(wǎng)的同步方法同步網(wǎng)的同步方法p可能由接收設備負責解決，也可能需要收發(fā)雙方共同解決。可能由接收設備負責解決，也可能需要收發(fā)雙方共同解決。p例：例：一個衛(wèi)星通信網(wǎng)中有一個衛(wèi)星通信網(wǎng)中有4個地球（終端）站，在衛(wèi)星（中心個地球（終端）站，在衛(wèi)星（中心站）站）S1上接收地球站的上接收地球站的TDMA信號，其時隙安排示于下信號，其時隙安排示于下圖

37、中：圖中： 上行下行ABCDS1S2E-1E-1E-1E-1E-2A BCDA B t45第第13章章 同步原理同步原理發(fā)射機同步方法：發(fā)射機同步方法：地球站發(fā)射到達時間必須是衛(wèi)星接收時間。地球站發(fā)射到達時間必須是衛(wèi)星接收時間。地球站與衛(wèi)星距離不等，時鐘也需要不同。地球站與衛(wèi)星距離不等，時鐘也需要不同。不可能調(diào)整衛(wèi)星上中心站接收機時鐘不可能調(diào)整衛(wèi)星上中心站接收機時鐘各地球站按照和衛(wèi)星的距離遠近，將發(fā)射信號的時鐘調(diào)整到各地球站按照和衛(wèi)星的距離遠近，將發(fā)射信號的時鐘調(diào)整到和衛(wèi)星上中心站接收機的時鐘一致；和衛(wèi)星上中心站接收機的時鐘一致；46第第13章章 同步原理同步原理p發(fā)射機同步方法的分類：發(fā)射機

38、同步方法的分類：p開環(huán)法：開環(huán)法：u不需依靠中心站上接收信號到達時間的任何信息。不需依靠中心站上接收信號到達時間的任何信息。u終端站根據(jù)它所存儲的關于鏈路長度等信息可以預先校終端站根據(jù)它所存儲的關于鏈路長度等信息可以預先校正其發(fā)送時間。正其發(fā)送時間。u這些信息是從有關單位提供的，但是還可以按照從中心這些信息是從有關單位提供的，但是還可以按照從中心站送回的信號加以修正。站送回的信號加以修正。u特點：特點：u捕捉快、不需要反向鏈路也能工作和實時運算量小。捕捉快、不需要反向鏈路也能工作和實時運算量小。u缺點是需要外部有關單位提供所需的鏈路參量數(shù)據(jù)，并缺點是需要外部有關單位提供所需的鏈路參量數(shù)據(jù)，并且

39、缺乏靈活性。且缺乏靈活性。 47第第13章章 同步原理同步原理p閉環(huán)法：閉環(huán)法：中心站需要測量來自終端站的信號的同步準確度，并將中心站需要測量來自終端站的信號的同步準確度，并將測量結果通過反向信道送給終端站。測量結果通過反向信道送給終端站。閉環(huán)法需要一條反向信道傳送此測量結果，并且終端站閉環(huán)法需要一條反向信道傳送此測量結果，并且終端站需要有根據(jù)此反饋信息適當調(diào)整其時鐘的能力。需要有根據(jù)此反饋信息適當調(diào)整其時鐘的能力。p特點：特點：不需要預先得知鏈路參量的數(shù)據(jù)。并且可以很容易地利不需要預先得知鏈路參量的數(shù)據(jù)。并且可以很容易地利用反向鏈路來及時適應路徑和鏈路情況的變化。用反向鏈路來及時適應路徑和鏈

40、路情況的變化。 終端站需要有較高的實時處理能力，并且每個終端站和終端站需要有較高的實時處理能力，并且每個終端站和中心站之間要有雙向鏈路。此外，捕捉同步也需要較長中心站之間要有雙向鏈路。此外，捕捉同步也需要較長的時間。的時間。48第第13章章 同步原理同步原理u異步網(wǎng)或準同步網(wǎng)的同步方法：異步網(wǎng)或準同步網(wǎng)的同步方法：p準同步數(shù)字體系準同步數(shù)字體系(PDH)中采用的碼速調(diào)整法。中采用的碼速調(diào)整法。p以上面的衛(wèi)星通信網(wǎng)為例：以上面的衛(wèi)星通信網(wǎng)為例：若若4個地球站的上行信號都是一次群個地球站的上行信號都是一次群E-1信號，其碼元信號，其碼元標稱速率都是標稱速率都是2048 kb/s，在，在S1上合成的

41、上合成的E-2群碼元速群碼元速率為率為8448 kb/s，將將8448 kb/s平均分配到每個平均分配到每個E-1群的碼元速率為群的碼元速率為2112 kb/s，它高于，它高于2048 kb/s。49第第13章章 同步原理同步原理n開環(huán)法開環(huán)法u開環(huán)法分類：開環(huán)法分類：p需要利用反向鏈路提供的信息。需要利用反向鏈路提供的信息。p不需要利用反向鏈路提供的信息。不需要利用反向鏈路提供的信息。對處理能力沒有要求，但其通信性能顯然受鏈路特性穩(wěn)對處理能力沒有要求，但其通信性能顯然受鏈路特性穩(wěn)定性的影響。定性的影響。u舉例：舉例：p一個衛(wèi)星通信系統(tǒng)，一個衛(wèi)星通信系統(tǒng)，p所有地面發(fā)射機的同步系統(tǒng)都需要預先校

42、正信號的定時所有地面發(fā)射機的同步系統(tǒng)都需要預先校正信號的定時和頻率，以求信號用預定的頻率在預定的時間到達衛(wèi)星和頻率，以求信號用預定的頻率在預定的時間到達衛(wèi)星接收機。接收機。50第第13章章 同步原理同步原理u準閉環(huán)發(fā)射機同步法：準閉環(huán)發(fā)射機同步法：p終端站利用對反向鏈路信號測量進行同步。終端站利用對反向鏈路信號測量進行同步。p比純開環(huán)法更適應通信系統(tǒng)的變動性。比純開環(huán)法更適應通信系統(tǒng)的變動性。 51第第13章章 同步原理同步原理n閉環(huán)法閉環(huán)法u原理：原理：p閉環(huán)法需要終端站發(fā)送特殊的同步信號，用以決定閉環(huán)法需要終端站發(fā)送特殊的同步信號，用以決定信號的時間和頻率誤差。信號的時間和頻率誤差。u種類：種類：p中心站有處理能力：中心站有處理能力：中心站可以進行實際的誤差測中心站可以進行實際的誤差測量。將測量信息用反向鏈路送回給終端站發(fā)射機。量。將測量信息用反向