通信原理 第九章同步系統(tǒng)

1、指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師:楊建國楊建國二零零七年十一月二零零七年十一月二零零八年三月二零零八年三月2盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站第九章 同步系統(tǒng)9.1 概述概述 9.2 載波同步技術(shù)載波同步技術(shù) 9.3 位同步技術(shù)位同步技術(shù) 9.4 群同步群同步(幀同步幀同步)技術(shù)技術(shù)3盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站9.1 概概 述述 9.1.1 9.1.1 不同功用的同步不同功用的同步按照同步的功用來區(qū)分， 有載波同步、 位同步(碼元同步)、 群同步(幀同步)和網(wǎng)同步(通信網(wǎng)絡(luò)中使用)等四種。1. 1. 載波同步載波同步數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能是由解調(diào)方式?jīng)Q定的。相干解調(diào)中， 首先要在接收端恢復(fù)出相干載波，這個相干載波應(yīng)與

2、發(fā)送端的載波在頻率上同頻，在相位上保持某種同步關(guān)系。在接收端恢復(fù)這一相干載波的過程稱為載波跟蹤、載波提取或載波同步。 載波同步是實現(xiàn)相干解調(diào)的先決條件。 4盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站2. 2. 位同步位同步位同步又稱碼元同步。不管是基帶傳輸，還是頻帶傳輸(相干或非相干解調(diào))，都需要位同步。因為在數(shù)字通信系統(tǒng)中， 消息是由一連串碼元傳遞的， 這些碼元通常均具有相同的持續(xù)時間。由于傳輸信道的不理想，以一定速率傳輸?shù)浇邮斩说幕鶐?shù)字信號，必然是混有噪聲和干擾的失真了的波形。為了從該波形中恢復(fù)出原始的基帶數(shù)字信號，就要對它進行取樣判決。 因此，要在接收端產(chǎn)生一個“碼元定時脈沖序列”，這個碼元定時序列

3、的重復(fù)頻率和相位(位置)要與接收碼元一致，以保證： 接收端的定時脈沖重復(fù)頻率和發(fā)送端的碼元速率相同; 取樣判決時刻對準最佳取樣判決位置。5盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站3.3.群同步群同步群同步又稱為幀同步，它包含字同步、句同步、分路同步。對于數(shù)字信號傳輸來說，有了載波同步就可以利用相干解調(diào)解調(diào)出含有載波成分的基帶信號包絡(luò)，有了位同步就可以從不甚規(guī)則的基帶信號中判決出每一個碼元信號，形成原始的基帶數(shù)字信號。然而，這些數(shù)字信號是按照一定的數(shù)據(jù)格式傳送的，若干個碼元代表一個字母（符號、數(shù)字），而若干個字母組成一“字”，若干“字”組成一“句”，若干“句”構(gòu)成一幀，從而形成群的數(shù)字信號序列。要在接收端正

4、確地恢復(fù)出原來的信息，就必須識別出句或幀的起始時刻，否則接收端無法正確恢復(fù)出原來的信息。 6盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站在數(shù)字時分多路通信系統(tǒng)中，各路信碼都安排在指定的時隙內(nèi)傳送，以形成一定的幀結(jié)構(gòu)。在接收端為了正確地分離各路信號，首先要識別出每幀的起始時刻，從而找出各路時隙的位置。也就是說，接收端必須產(chǎn)生與字、句和幀起止時間相一致的定時信號。我們稱獲得這些定時序列的過程為幀(字、句、群)同步。比如在PCM30/32電話系統(tǒng)中，在一個采樣間隔內(nèi)，發(fā)送第1路到第30路的語言編碼，構(gòu)成一幀。這個按次序排隊的一串碼字不斷地發(fā)送出去，在接收端必須區(qū)分哪個是第一路的碼字，哪個是第二路的碼字。為了使接收端

5、能夠正確區(qū)分每一幀的起止位置，在發(fā)送端必須提供每幀的起止標記，而在接收端檢測并獲得這一標志的過程就是幀同步。 7盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站4. 4. 網(wǎng)同步網(wǎng)同步通信網(wǎng)也有模擬網(wǎng)和數(shù)字網(wǎng)之分。在一個數(shù)字通信網(wǎng)中，往往需要把各個方向傳來的信碼，按它們的不同目的進行分路、合路和交換。為了有效地完成這些功能，必須實現(xiàn)網(wǎng)同步。隨著數(shù)字通信的發(fā)展，特別是計算機通信的發(fā)展，多點（多用戶）之間的通信和數(shù)據(jù)交換構(gòu)成了數(shù)字通信網(wǎng)，信息在網(wǎng)絡(luò)中傳輸。為了保障數(shù)字通信網(wǎng)能夠穩(wěn)定可靠地進行通信和數(shù)據(jù)交換，全網(wǎng)必須有一個統(tǒng)一的時間標準時鐘，即整個網(wǎng)絡(luò)必須要同步工作。實現(xiàn)整個網(wǎng)的同步稱為通信網(wǎng)的網(wǎng)同步。 8盛威網(wǎng)：專業(yè)

6、的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站9.1.2 9.1.2 不同傳輸方式的同步不同傳輸方式的同步同步也是一種信息，按照傳輸同步信息方式的不同，可分為外同步法和自同步法。1. 1. 外同步法外同步法由發(fā)送端發(fā)送專門的同步信息，接收端把這個專門的同步信息檢測出來作為同步信號的方法， 稱為外同步法。 9盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站2. 2. 自同步法自同步法發(fā)送端不發(fā)送專門的同步信息，接收端設(shè)法從收到的信號中提取同步信息的方法，稱為自同步法。由于外同步法需要傳輸獨立的同步信號，因此，要付出額外功率和頻帶，在實際應(yīng)用中， 二者都有采用。在載波同步中，采用兩種同步方法，而自同步法用的較多；在位同步中，大多采用自同步法，外同

7、步法也有采用； 在群同步中，一般都采用外同步法。無論采用哪種同步方式， 對正常的信息傳輸來說，都是必要的，只有收發(fā)之間建立了同步才能開始傳輸信息。同步誤差小、相位抖動小以及同步建立時間短、保持時間長等為其主要指標， 它是系統(tǒng)正常工作的前提，否則就會使數(shù)字通信設(shè)備的抗干擾性能下降，誤碼增加。如果同步丟失(或失步)，將會使整個系統(tǒng)無法工作。 10盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站9.2 載波同步技術(shù)載波同步技術(shù) 9.2.1非線性變換非線性變換-濾波法濾波法1.平方變換法平方變換法平方變換法適合于抑制載波的雙邊帶信號。圖9-1是平方變換法提取同步載波成分的方框圖。假設(shè)輸入信號是2PSK信號，其已調(diào)信號為x

8、(t)cosct，同時有加性高斯白噪聲，經(jīng)過帶通濾波器以后濾除了帶外噪聲。其中，信號x(t)cosct經(jīng)過平方律部件后輸出e(t)為 ttxtxttxtecc2cos)(21)(21cos)()(222(9-1) 11盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站ttec2cos2121)(9-2)實際上，對于2PSK信號，x(t)是雙極性矩形脈沖，設(shè)x(t) =1，則x2(t)=1，這樣已調(diào)信號x(t) cosct經(jīng)過非線性變換的平方律部件后得 由此可知，從e(t)中很容易通過窄帶濾波器取出2fc頻率成分，再經(jīng)過一個二分頻器就可得到fc的頻率成分，這就是所需要的同步載波。如果二分頻電路處理不當(dāng)，將會使fc信號

9、倒相，造成的結(jié)果就是“相位模糊”，即“反向工作”。對2DPSK則不存在相位模糊的問題。 12盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖9-1 平方變換法提取同步載波 13盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站2. 平方環(huán)法平方環(huán)法 為了改善平方變換的性能，使恢復(fù)的相干載波更為純凈， 常常在非線性處理之后加入鎖相環(huán)。具體做法是在平方變換法的基礎(chǔ)上，把窄帶濾波器改為鎖相環(huán)，其原理方框圖如圖9-2 所示，這樣實現(xiàn)的載波同步信號的提取就是平方環(huán)法。由于鎖相環(huán)具有良好的跟蹤、窄帶濾波和記憶功能，平方環(huán)法比一般的平方變換法的性能更好。因此，平方環(huán)法提取載波得到了廣泛的應(yīng)用。 14盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖 9-2 平方環(huán)法

10、提取載波 鑒相器開路濾波器壓控振蕩器平方律部件二分頻鎖 相 環(huán)輸入已調(diào)信號載波輸出15盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站3.關(guān)于相位模糊問題的討論關(guān)于相位模糊問題的討論從圖9-2所示的方框圖中可以看出，由2fc窄帶濾波器得到的是cos2ct，經(jīng)過二分頻以后得到的可能是cosct ，也可能是cos(ct+)。這種相位的不確定性稱為相位模糊或相位含糊。相位模糊對模擬通信系統(tǒng)的影響不大，因為耳朵聽不出相位的變化。但對于數(shù)字通信來說情況就不同了，相位不同將使解調(diào)后的碼元反相，對于2PSK信號就可能出現(xiàn)“反向工作”的問題，因此要采用2DPSK系統(tǒng)。 16盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站3.關(guān)于相位模糊問題的討論關(guān)

11、于相位模糊問題的討論從圖9-2所示的方框圖中可以看出，由2fc窄帶濾波器得到的是cos2ct，經(jīng)過二分頻以后得到的可能是cosct ，也可能是cos(ct+)。這種相位的不確定性稱為相位模糊或相位含糊。相位模糊對模擬通信系統(tǒng)的影響不大，因為耳朵聽不出相位的變化。但對于數(shù)字通信來說情況就不同了，相位不同將使解調(diào)后的碼元反相，對于2PSK信號就可能出現(xiàn)“反向工作”的問題，因此要采用2DPSK系統(tǒng)。 17盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站9.2.2 特殊鎖相環(huán)法特殊鎖相環(huán)法 1. 同相同相正交環(huán)法正交環(huán)法(科斯塔斯環(huán)科斯塔斯環(huán))科斯塔斯(Costas)環(huán)的原理圖如圖9-5所示。這種環(huán)路中，壓控振蕩器提供兩

12、路相互正交的載波，與輸入的二相PSK信號分別在同相和正交兩個鑒相器中進行鑒相，經(jīng)低通濾波器后得到v5,v6，再送到一個乘法器相乘，去掉v5,v6中的數(shù)字信號， 得到反映VCO與輸入載波相位之差的誤差控制信號v7。 18盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖9-3同相-正交環(huán)法原理框圖 x(t)cosct低通 相移壓控振蕩器低通環(huán)路濾波器x (t)v5v6v4v2v1v1v3v79019盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站假定環(huán)路已鎖定，若不考慮噪聲，則環(huán)路的輸入信號為 ttxccos)(同相與正交兩鑒相器的本地參考信號分別為 )sin()90cos()cos(cc2c1ttvtv(9-3) (9-4) 20盛

13、威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站那么輸入信號與v1,v2相乘后得 )2sin()sin(21)sin(cos)()2cos()cos(21)cos(cos)(43ttxtttxvttxtttxvcccccc經(jīng)過低通濾波器后分別得 cos)(21cos)(2165txvtxv(9-5)(9-6)21盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站v5, v6經(jīng)過乘法器后得 )(412)(812sin)(81cossin)(412222657txtxtxtxvvv(9-7)這個電壓經(jīng)過環(huán)路濾波器以后控制VCO，使它與c同頻，相位只差一個很小的。此時v1=cos(ct+)就是要提取的同步載波，而 就是解調(diào)器的輸出。 )(21

14、cos)(215txtxv22盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站 2）同相-正交環(huán)法的優(yōu)缺點 科斯塔斯環(huán)的優(yōu)點有兩個：一是科斯塔斯環(huán)工作在c頻率上，比平方環(huán)工作頻率低，且不用平方器件和分頻器； 二是當(dāng)環(huán)路正常鎖定后，同相鑒相器的輸出就是所需要解調(diào)的原數(shù)字序列。因此，這種電路具有提取載波和相干解調(diào)的雙重功能。科斯塔斯環(huán)的缺點是電路較復(fù)雜以及存在著相位模糊的問題。 23盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站2.2.直接法的特點直接法的特點直接法具有如下一些特點：（1）不占用導(dǎo)頻功率，因此信噪功率比可以大一些。（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，也可以防止因信道不理想而引起的導(dǎo)頻相位

15、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SSB系統(tǒng)。 24盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站9.2.3插入導(dǎo)頻法插入導(dǎo)頻法(外同步法外同步法)1.在在DSB信號中插入導(dǎo)頻信號中插入導(dǎo)頻插入導(dǎo)頻的位置應(yīng)該在信號頻譜為0的位置，否則導(dǎo)頻與已調(diào)信號頻譜成分會重疊在一起，接收時不易取出。對于模擬調(diào)制的信號，如雙邊帶語音和單邊帶語音等信號，在載波fc附近信號頻譜為0；但對于2PSK和2DPSK等數(shù)字調(diào)制的信號，在fc附近的頻譜不但有，而且比較大，因此對于這樣的數(shù)字信號，在調(diào)制以前應(yīng)先對基帶信號x(t)進行相關(guān)編碼。相關(guān)編碼的作用是把圖9-4(a)所示的基帶信號頻譜函數(shù)變?yōu)閳D9

16、-4(b)所示的頻譜函數(shù)，這樣經(jīng)過雙邊帶調(diào)制以后可以得到圖9-4(c)所示的頻譜函數(shù)。此時，在fc附近頻譜函數(shù)很小，且沒有離散譜，這樣可以在fc處插入頻率為fc的導(dǎo)頻(這里僅畫出正頻域)。 25盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖9-4幾種信號的正頻域頻譜圖 (a)相關(guān)編碼前的頻譜；(b)相關(guān)編碼后的頻譜(c)雙邊帶調(diào)制后的頻譜 26盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站由正向頻譜可以看出，由于插入的這個導(dǎo)頻與傳輸?shù)纳舷逻厧遣恢丿B的，接收端容易通過窄帶濾波器提取導(dǎo)頻作為相干載波。在DSB發(fā)射機中插入導(dǎo)頻的方框圖如圖9-5所示。圖中除正常產(chǎn)生雙邊帶信號外，振蕩器的載波經(jīng)移相/2網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生一個正交的導(dǎo)頻信號，二者

17、疊加成輸出信號。顯然 tattAxtucccossin)()(/0由于x(t)中無直流成分，因此Ax(t)sinct中無fc成分，而acosct是插入的正交載波(導(dǎo)頻)。 27盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖9-5在DSB發(fā)射機中插入導(dǎo)頻的方框圖 28盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖9-6相干解調(diào)器 29盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站假設(shè)接收到的信號就是uo(t), uo(t)中的導(dǎo)頻經(jīng)過fc窄帶濾波器濾出來，再經(jīng)過移相/2電路后得asinct, uo(t)與asinct加到乘法器輸出 tattAaxtAaxttattAaxtatattAxccccccc2sin212cos)( 21)(21coss

18、insin)()sin(cossin)(2/22/c/經(jīng)過低通濾波器以后，得Aax(t)/2。 30盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站2. 在殘留邊帶信號中插入導(dǎo)頻在殘留邊帶信號中插入導(dǎo)頻（1）殘留邊帶頻譜的特點。以取下邊帶為例，殘留邊帶濾波器應(yīng)具有如圖9-7所示的傳輸特性。fc為載波頻率，從(fc-fm)到fc的下邊帶頻譜絕大部分可以通過，而上邊帶信號的頻譜fc到(fc+fr)只有小部分通過。這樣，當(dāng)基帶信號為數(shù)字信號時，殘留邊帶信號的頻譜中包含有載頻分量fc，而且fc附近都有頻譜，因此插入導(dǎo)頻不能位于fc。 31盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖9-7殘留邊帶頻譜 32盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站（

19、2）插入導(dǎo)頻f1,f2的選擇。圖9-7畫出了殘留邊帶信號形成濾波器的傳輸函數(shù)。它使下邊帶信號絕大部分通過，而使上邊帶信號小部分殘留。由于fc 附近有信號分量，所以，如果直接在fc處插入導(dǎo)頻，那么，該導(dǎo)頻必然會受到fc附近信號的干擾。由圖可以看出f1和f2不能與(fc-fm)和(fc+fr)靠得太近，太近不易濾出f1和f2，但也不能太遠，太遠占用過多頻帶。然而，可以在信號頻譜之外插入兩個導(dǎo)頻f1和f2，使它們在接收端經(jīng)過某些變換后產(chǎn)生所需要的fc。假設(shè)兩導(dǎo)頻與信號頻譜兩端的間隔分別為f1和f2，如圖9-7所示，則 33盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站f1=(fc-fm)-f1 (9-8)f2=(fc

20、+fr)+f2 (9-9) 其中,fr是殘留邊帶信號形成濾波器滾降部分占用帶寬的一半，而fm為基帶信號的最高頻率。 34盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站 （3）載波信號的提取。在插入導(dǎo)頻的VSB信號中提取載波的方框圖如圖9-8所示。接收的信號中包含有VSB信號和f1,f2兩個導(dǎo)頻。假設(shè)接收信號中兩個導(dǎo)頻是 為第二導(dǎo)頻的初相為第一導(dǎo)頻的初相222111),cos(),cos(tt發(fā)送端的載波為cos(ct+c)，接收端提取的同步載波也應(yīng)該是cos(ct+c)。 35盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站 如果兩個導(dǎo)頻經(jīng)信道傳輸后，使其和已調(diào)信號中的載波都產(chǎn)生了頻偏(t)和相偏(t) ，那么提取出的載波也應(yīng)該有

21、相同頻偏和相偏，才能達到真正的相干解調(diào)。從圖9-9中我們可以看出，帶通濾波器僅讓VSB信號通過，而f1, f2被濾除。下面的兩個窄帶濾波器恰好讓f1和f2分別通過，將f1和f2相乘后，得到一個頻率成分較復(fù)雜的信號 coscos22111ttttttttv將這一信號再經(jīng)過一個(f2-f1)的低通濾波器，得到僅含有(f2-f1)信號 2cos211222tqffvr（9-11） 36盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖9-8 在插入導(dǎo)頻的VSB信號中提取載波的方框圖 37盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站其中 211ffffqrm（9-12） 將其再q次分頻，得到信號 2cos23qrtffav（9-13）

22、將v3與f2再相乘，又得到v4信號，v4信號中含有載頻成分，于是將其進行窄帶濾波，得到僅含有的信號 cos212cqcttttaf（9-14）38盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站 將這一信號進行適當(dāng)?shù)南辔徽{(diào)整，就得到了我們最終所需要的載波信號 ttttavcccos26（9-15） 這種插入導(dǎo)頻法在提取同步載波時，由于用了q次分頻器，因此也有相位模糊問題。 39盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站3. 時域中插入導(dǎo)頻法時域中插入導(dǎo)頻法除了在頻域中插入導(dǎo)頻的方法以外，還有一種在時域中插入導(dǎo)頻以傳送和提取同步載波的方法。時域插入法中對被傳輸數(shù)據(jù)信號和導(dǎo)頻信號在時間上加以區(qū)別，例如按圖9-9(a) 那樣分配。把

23、一定數(shù)目的數(shù)字信號分作一組，稱為一幀。在每一幀中，除有一定數(shù)目的數(shù)字信號外，在t0t1的時隙中傳送位同步信號，在t1t2的時隙內(nèi)傳送幀同步信號，在t2t3的時隙內(nèi)傳送載波同步信號，而在t3t4時間內(nèi)才傳送數(shù)字信息；以后各幀都如此。這種時域插入導(dǎo)頻只是在每幀的一小段時間內(nèi)才作為載頻標準，其余時間是沒有載頻標準的。在接收端用相應(yīng)的控制信號將載頻標準取出以形成解調(diào)用的同步載波。但是由于發(fā)送端發(fā)送的載波標準是不連續(xù)的，在一幀內(nèi)只有很少一部分時間存在，因此如果用窄帶濾波器取出這個間斷的載波是不能應(yīng)用的。對于這種時域中插入導(dǎo)頻方式的載波提取往往采用鎖相環(huán)路，其方框圖如圖 9-9(b)所示。 40盛威網(wǎng)：專

24、業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖9-9時域中插入導(dǎo)頻法(a)信號分配示意圖；(b)采用鎖相環(huán)路的方框圖 41盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站4.4.插入導(dǎo)頻法的特點插入導(dǎo)頻法的特點插入導(dǎo)頻法具有以下一些特點：（1）有單獨的導(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，在總功率相同的條件下信噪功率比還要小一些。 42盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站9.2.49.2.4載波同步系統(tǒng)的性能指標載波同步系統(tǒng)的性能指標載波同步系統(tǒng)的主要性能指標有效率、精度、同步建立時間和同

25、步保持時間。這些指標與提取的電路、信號及噪聲的情況有關(guān)。當(dāng)采用性能優(yōu)越的鎖相環(huán)提取載波時，這些指標主要取決于鎖相環(huán)的性能，如穩(wěn)態(tài)相位誤差就是鎖相環(huán)的剩余誤差，即 Ve43盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站1.1.效率效率為獲得同步，載波信號應(yīng)盡量少地消耗發(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。載波同步追求的就是高效率。 44盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站2.精度精度精度是指提取的同步載波與需要的載波標準比較，應(yīng)該有盡量小的相位誤差。如需要的同步載波為cosct，提取的同步載波為cos(ct +)，就是相位誤差，應(yīng)盡

26、量小。通常又分為穩(wěn)態(tài)相位誤差e和隨機相位誤差兩部分，即 e穩(wěn)態(tài)相位誤差主要是指載波信號通過同步信號提取電路以后，在穩(wěn)態(tài)下所引起的相位誤差。用不同方式提取載波同步信號，所引起的穩(wěn)態(tài)相位誤差就有所不同，我們期望越小越好。 45盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站隨機相位誤差是由隨機噪聲的影響而引起的同步信號的相位誤差。實際上，隨機相位誤差的大小也與載波提取電路的形式有關(guān)，不同形式就會有不同的結(jié)果。例如使用窄帶濾波器提取載波同步，假設(shè)所使用的窄帶濾波器為一個簡單的單調(diào)諧回路，其品質(zhì)因數(shù)為Q，在考慮穩(wěn)態(tài)相位誤差時，我們希望Q值小，而保證較小的穩(wěn)態(tài)相位誤差；但在考慮隨機相位誤差時，我們卻希望Q值高，以減小隨機相

27、位誤差?？梢?，這兩種情況對Q值的要求是有矛盾的。因此，我們在選擇載波提取電路時，要合理地選擇參數(shù)，照顧主要因素，使相位誤差減小到盡可能小的程度，以確保載波同步的高精度。 46盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站3 3 同步建同步建立時間立時間ts 指從開機或失步到同步所需要的時間。這樣對ts的要求是越短越好，從而同步建立得快。4 4 同步保持時間同步保持時間tc 指同步建立后，若同步信號小時，系統(tǒng)還能維持同步的時間。這樣對tc的要求是越長越好，從而一旦建立同步以后就可以保持較長的時間。 47盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站9.3位同步技術(shù)位同步技術(shù) 9.3.19.3.1位同步的概念位同步的概念1.1.位同

28、步與載波同步的區(qū)別位同步與載波同步的區(qū)別位同步是數(shù)字通信中非常重要的一種同步技術(shù)，它是指在接收端的基帶信號中提取碼元定時的過程。位同步與載波同步是截然不同的兩種同步方式。在模擬通信中，沒有位同步的問題，只有當(dāng)接收機采用同步解調(diào)時才有載波同步的問題。但在數(shù)字通信中，一般都有位同步的問題。不論基帶傳輸還是頻帶傳輸，在非相干解調(diào)中，不論是數(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)中，才有同步載波提取的問題。 48盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站另外，在基帶信號傳輸中也不需要同步載波的提取，因為基帶傳輸時沒有載波調(diào)制和解調(diào)的問題。載波同步信號一般要從頻帶信號中提??；而位同步信號一般可以在解調(diào)后的

29、基帶信號中提取，只有在特殊情況下才直接從頻帶信號中提取。 49盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站2.2.對位同步信號的要求對位同步信號的要求對位同步信號的要求有兩方面：一是使收信端的位同步脈沖頻率和發(fā)送端的碼元速率相同;二是使收信端在最佳接收時刻對接收碼元進行抽樣判決。在一般接收時可在碼元的中間位置抽樣判決，而在最佳接收時則在碼元的終止時刻抽樣判決。 50盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站3.3.位同步方法的分類位同步方法的分類與載波同步方法相似，位同步方法也有直接法(自同步法)和插入導(dǎo)頻法(外同步法)兩種，而且直接法中也有濾波法和鎖相法。 51盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站9.3.2 插入導(dǎo)頻法插入導(dǎo)頻法

30、(外同步法外同步法) 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，碼元速率為fb，碼元寬度為Tb。這種信號的功率譜在fb處為0，例如，雙極性碼的功率譜密度圖 9-11 (a)所示，此時可以在fb處插入位定時導(dǎo)頻。 如果將基帶信號先進行相關(guān)編碼，經(jīng)相關(guān)編碼后的功率譜密度如圖 9-11 (b)所示，此時可在fb/2處插入位定時導(dǎo)頻，接收端取出fb/2以后，經(jīng)過二倍頻得到fb。 52盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖9-10雙極性碼的功率譜密度 (a)相關(guān)編碼前；(b)相關(guān)編碼后 53盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖9-11(a)、(

31、b)分別畫出了發(fā)送端和接收端插入和提取位定時導(dǎo)頻的方框圖。首先在發(fā)送端要注意插入導(dǎo)頻的相位，使導(dǎo)頻相位對于數(shù)字信號在時間上具體有如下關(guān)系：當(dāng)信號為正、負最大值(即取樣判決時刻)時，導(dǎo)頻正好是零點。這樣避免了導(dǎo)頻對信號取樣判決的影響。但即使在發(fā)送端做了這樣的安排，接收端仍要考慮抑制導(dǎo)頻的問題，這是因為對信道的均衡不一定完善，即所有頻率的時延不一定相等，因而信號和導(dǎo)頻在發(fā)送端所具有的時間關(guān)系會受到破壞。 54盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖9-11插入和提取位定時導(dǎo)頻的方框圖(a)發(fā)送端；(b)接收端 55盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站9.3.39.3.3自同步法自同步法1.1.從基帶數(shù)字信號中提取同

32、步信息從基帶數(shù)字信號中提取同步信息1)微分、全波整流濾波法通常的基帶數(shù)字信號是不歸零的脈沖序列，如果傳輸系統(tǒng)的頻率是不受限制的,則解調(diào)電路輸出的基帶數(shù)字信號是比較好的方波。于是可以采用微分、全波整流的方法將不歸零序列變換成歸零序列，然后用窄帶濾波器來濾取位同步線譜分量。由于一般傳輸系統(tǒng)的頻率總是受限的，因此解調(diào)電路輸出的基帶數(shù)字信號不可能是方波。所以在微分、全波整流電路之前通常加一放大限幅器，用它來形成方波。微分、全波整流濾波法是一種常規(guī)的位同步提取方法，其方框圖和各點波形如圖9-12所示。 56盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖9-12微分、全波整流濾波法方框圖及各點波形(a)方框圖；(b)波形

33、圖 57盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站2)從延遲解調(diào)的基帶信號中濾取位同步分量頻帶受限的相對移相的PSK信號經(jīng)延遲解調(diào)后，其頻譜中就包含有位同步分量，這是因為在二相相對移相系統(tǒng)中，任何一個碼的載波相位都是以它前一個碼的載波相位為參考的。對于連1碼，每個碼的載波都有180的相位反轉(zhuǎn)。由于傳輸頻帶是受限的，在相位反轉(zhuǎn)處就會產(chǎn)生包絡(luò)的“陷落”，經(jīng)過延遲解調(diào)后，就在基帶信號的下半部波形上形成了“凹陷”。而對于連0碼，載波沒有相位反轉(zhuǎn)，所以下半部分不會出現(xiàn)“凹陷”。正是下半部波形上的“凹陷”，使得延遲解調(diào)的基帶信號中含有位同步分量。從延遲解調(diào)的基帶信號中提取位同步分量的方框圖和波形如圖9-13所示。圖中窄

34、帶濾波器前端的信號應(yīng)是經(jīng)過延遲解調(diào)而得到的基帶數(shù)字信號。圖中的后半部分對位同步信號的處理與上一方法基本相同，不同之處是首先取出信號中“凹陷”部分含有位同步信息的成分v2。 58盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖9-13從延遲解調(diào)的基帶信號中提取位同步分量的方框圖和波形 (a)方框圖；(b)波形圖 59盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站3)延遲相乘濾波法對于頻帶不受限的方波基帶信號或頻帶受限的基帶信號，預(yù)先經(jīng)過了方波形成電路將其變成了方波，可以采用延遲相乘濾波法來提取位同步信號。因為基帶信號s(t)和延遲相乘基帶信號s(t-)相乘后，就能產(chǎn)生歸零的窄脈沖序列，所以經(jīng)過窄帶濾波器就能濾出位同步線譜分量。此法

35、的原理方框圖及波形如圖9-14所示。 60盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖9-14延遲相乘濾波法的原理方框圖及波形 (a)方框圖；(b)波形圖 61盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站2.從已調(diào)信號中提取位同步信息從已調(diào)信號中提取位同步信息從中頻已調(diào)信號中提取位同步信息的方法在數(shù)字微波中繼通信和數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)中也常采用。從解調(diào)基帶信號中提取位同步信息要求先恢復(fù)載波同步，而從中頻已調(diào)信號中提取位同步信息則可以和提取載波同步信息一起進行。下面介紹兩種方法。 62盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站1)包絡(luò)檢波濾波法(1)采用包絡(luò)檢波濾波法從頻帶受限的中頻PSK信號中提取位同步信息。由于頻帶受限的中頻PSK信號在相

36、位反轉(zhuǎn)點處形成幅度的“陷落”，因此采用包絡(luò)檢波濾波法來提取位同步信息。這種方法的方框圖和波形如圖9-15所示。已調(diào)中頻PSK信號經(jīng)過包絡(luò)檢波后獲得包絡(luò)信號s(t)，s(t)減去v1后可以得到v2。 v2是具有一定脈沖形狀的歸零碼序列，它含有位同步的線譜分量，可以用窄帶濾波器濾取之。 63盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖9-15從中頻PSK信號中提取位同步信息的方框圖和波形 (a)方框圖；(b)波形圖 64盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站(2)采用包絡(luò)檢波濾波法從報頭中提取位同步信息。在時分多址數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，各地球站的信息都是按子幀傳送的。每一子幀都有一報頭，用于載波和位定時恢復(fù)時間。通常地球站

37、發(fā)射報頭時功率大，發(fā)射信息部分時功率小，分幀結(jié)構(gòu)及對應(yīng)的調(diào)幅波形如圖9-16(a)所示。由于報頭的寬度是一個碼元寬度的整數(shù)倍，故可以用包絡(luò)檢波濾波法來提取位同步信號。為確保位同步恢復(fù)能在報頭內(nèi)實現(xiàn)，并一直保持到分幀結(jié)束，可在濾波之前加一個沖擊激勵振蕩器。這種方案的方框圖如圖9-16(b)所示。 65盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖9-16從報頭中提取位同步信息 (a)分幀結(jié)構(gòu)及對應(yīng)的調(diào)幅波形；(b)方框圖 66盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站2)延遲相干濾波法當(dāng)中頻濾波器的帶寬遠大于信號頻譜寬度或由于在中頻放大器中采用了對稱限幅器而將包絡(luò)削平時，無法采用包絡(luò)檢波濾波法來提取位同步信息。在這種頻帶不受

38、限的情況下，采用延遲相干濾波法從中頻PSK信號中提取位同步信息是一種可行的方案，其方框圖和波形圖如圖9-17所示。這里延遲時間為,Ts。從波形圖中可以看出，經(jīng)移相的中頻二相PSK信號e1(t)和經(jīng)過延遲時間的信號e2(t)在相位檢波器中相乘后，得到一組脈沖寬度為的歸零序列v(t)，它包含有位同步頻率分量，可以用窄帶濾波器濾取。 67盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖9-17延遲相干濾波法 (a)方框圖；(b)波形圖 68盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站很顯然，v(t)歸零脈沖序列所含位同步分量的大小與歸零脈沖的幅度和寬度有關(guān)，而脈沖的寬度決定延遲時間，脈沖的幅度在一定的延遲時間的情況下和移相器的移相值

39、有關(guān)。當(dāng)Ts時，v(t)將變?yōu)榉菤w零碼，它將不再含有位同步分量；當(dāng)0時，v(t)的每個寬度趨于零，它含的位同步分量也將趨于無窮小?？梢娫?Ts之間，延遲時間有最佳值，它能使v(t)中的位同步分量達到最大值。實際上，當(dāng)值等于碼元長度Ts的一半(即Ts/2)時，所含的位同步分量達到最大值。所以采用延遲相干濾波法從頻帶不受限的中頻PSK信號中提取位同步信息時，應(yīng)該選取延遲時間等于碼長Ts的1/2。69盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站 由正向頻譜可以看出，由于插入的這個導(dǎo)頻與傳輸?shù)纳舷逻厧遣恢丿B的，接收端容易通過窄帶濾波器提取導(dǎo)頻作為相干載波。關(guān)于在DSB中插入導(dǎo)頻的方框圖如圖 9-9 所示。圖中除正常

40、產(chǎn)生雙邊帶信號外，振蕩器的載波經(jīng)移相/2 網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生一個正交的導(dǎo)頻信號，二者疊加成輸出信號。顯然 tattAxtucccossin)( )(0由于x(t)中無直流成分，因此Ax(t)sinct中無fc成分， 而acosct是插入的正交載波(導(dǎo)頻)。 70盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站3.3.鎖相法提取位同步信號鎖相法提取位同步信號前面介紹的濾波法中的窄帶濾波器可以用簡單諧振電路等濾波電路，也可以用鎖相環(huán)路。用鎖相環(huán)路替代一般窄帶濾波器以提取位同步信號的方法就是鎖相法。鎖相法的基本原理是在接收端利用一個相位比較器，比較接收碼元與本地碼元定時(位定時)脈沖的相位，若兩者相位不一致，即超前或滯后，就會產(chǎn)

41、生一個誤差信號，通過控制電路去調(diào)整定時脈沖的相位，直至獲得精確的同步為止。在數(shù)字通信中，常用數(shù)字鎖相法，其原理方框圖如圖9-18所示。 71盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖9-18數(shù)字鎖相法的原理方框圖 72盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站9.3.4位同步系統(tǒng)的性能指標位同步系統(tǒng)的性能指標1.相位誤差相位誤差位同步信號的平均相位和最佳取樣點的相位之間的偏差稱為靜態(tài)相差。靜態(tài)相差越小，誤碼率越低。對于用數(shù)字鎖相法提取位同步信號而言，相位誤差主要是由于位同步脈沖的相位在跳變地調(diào)整時所引起的。因此調(diào)整一次，相位改變2/n(n是分頻器的分頻次數(shù))，故最大的相位誤差為2/n，用角度表示為360n。若用時間差T

42、e來表示相位誤差，因每碼元的周期為T，故得 nTT e（9-16） 可見，n越大，最大的相位誤差越小。 73盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站2.同步建立時間同步建立時間同步建立時間即為失去同步后重建同步所需的最長時間。通常要求同步建立的時間要短。為了求這個最長時間，令位同步脈沖的相位與輸入信號碼元的相位相差T/2秒，而鎖相環(huán)每調(diào)整一步僅為T/n秒，故所需最大的調(diào)整次數(shù)為 22nnTTN（9-17） 74盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站由于接收碼元是隨機的，對二進制碼而言，相鄰兩個碼元（01、10、11、00）中，有或無過零點的情況各占一半。我們在前面所討論的兩種數(shù)字鎖相法中都是從數(shù)據(jù)過零點中提取作比相

43、用的基準脈沖的，因此平均來說，每兩個脈沖周期（2T）可能有一次調(diào)整，所以同步建立時間為 ts=2TN=nT(s) （9-18） 75盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站3. 3. 同步保持時間同步保持時間當(dāng)同步建立后，一旦輸入信號中斷，或者遇到長連0碼、長連1碼時，由于接收碼元過零脈沖沒有，鎖相系統(tǒng)因為沒有輸入相位基準而不起作用，此時由于收、發(fā)雙方的固有位定時重復(fù)頻率f和f1 （由晶體振蕩器決定）有誤差，即T=1/f和T1=1/ f1有誤差。 20111111ffffffffTT（9-19） 其中 ,10fff fff1（9-20） 76盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站令 001fT （9-21） 010

44、ffTTf （9-22） 001ffTTT（9-23） 當(dāng)f1f時，每經(jīng)過一個周期T0，產(chǎn)生時間上的位移（誤差）為|T-T1|,單位時間內(nèi)產(chǎn)生的誤差為| T-T1 |/T0。 77盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站 若允許總的時間誤差為T0/K(s),則達到此誤差的時間，即“同步保持時間”為 sfKfKfTTTKTTTTKTtc100120010或 cKtf1（9-24） （9-25） 78盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站由f=|f-f1|,設(shè)收發(fā)兩端的頻率穩(wěn)定度相同，每個振蕩器的頻率誤差均為f/2，則每個振蕩器的頻率穩(wěn)定度為 cKtfffff0002122（9-26） 00221ffKftc或 （9-

45、27） 其中，K和f0是常數(shù)。顯然，同步保持時間越長越好。 79盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站4.同步帶寬同步帶寬由式（9-23）知，當(dāng)TT1時，每經(jīng)過T0時間（T0T）,該誤差會引起T=f/f02的時間漂移。而根據(jù)數(shù)字鎖相環(huán)的工作原理，鎖相環(huán)每次所能調(diào)整的時間為T/n(T/nT0/n)。對于隨機的數(shù)字信號來說，由于連0、連1碼時沒有過零點脈沖不能調(diào)整，因此平均每兩個碼元周期調(diào)整一次。這樣平均每一個碼元時間內(nèi)，鎖相環(huán)能調(diào)整的時間只有T0/（2n）。顯然，如果輸入信號碼元的周期與收端固有定位脈沖的周期之差為 nTTTT20180盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站則鎖相環(huán)將無法使收端位同步脈沖的相位與輸入

46、信號的相位同步，這時由誤差所造成的相位差就會逐漸積累。因此，我們根據(jù) 00212nfnTT可求得 02021nfff即 nfnfff220020（9-28） 81盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站9.4群同步群同步(幀同步幀同步)技術(shù)技術(shù) 9.4.19.4.1對群同步系統(tǒng)的基本要求對群同步系統(tǒng)的基本要求群同步問題實質(zhì)上是一個對群同步標志進行檢測的問題。群同步系統(tǒng)通常應(yīng)滿足以下基本要求：(1)正確建立同步的概率要大，即漏同步概率要小，錯誤同步或假同步的概率要??；(2)捕獲時間要短，即同步建立的時間要短；(3)穩(wěn)定地保持同步，采取保持措施，使同步保持時間持久穩(wěn)定；(4)在滿足群同步性能要求的條件下，群同

47、步碼的長度應(yīng)盡可能短些，這樣可以提高信息傳輸效率。 82盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站在通信設(shè)備中同步系統(tǒng)的工作穩(wěn)定可靠是十分重要的，但數(shù)字信號在傳輸過程中會因出現(xiàn)誤碼而影響同步。其中一種是由信道噪聲等引起的隨機誤差，此類誤碼造成群同步碼的丟失往往是一種假失步現(xiàn)象，在滿足一定誤碼率條件下，此種假失步系統(tǒng)能自動地迅速恢復(fù)正常，同步系統(tǒng)此時并不動作；另一種是突發(fā)干擾造成的誤碼，當(dāng)出現(xiàn)突發(fā)干擾或傳輸信道性能劣化時，往往會造成碼元大量丟失，使同步系統(tǒng)因連續(xù)檢不出群同步碼而處于真失步狀態(tài)。此時，同步系統(tǒng)必須重新捕捉，從恢復(fù)的碼流中捕捉群同步碼，重新建立同步。為了使群同步系統(tǒng)具有識別假失步的能力，特別引入了

48、前方保護時間的概念。前方保護時間是指從第一個同步碼丟失起到同步系統(tǒng)進入捕捉狀態(tài)為止的一段時間。 83盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站在同步系統(tǒng)處于捕捉狀態(tài)后，要從碼流中重新檢出同步碼以完成群同步。但是，無論選擇何種同步碼型，信息碼流中都有可能出現(xiàn)與同步碼圖案相同的碼組，而造成同步動作，這種碼組稱為偽同步碼。若群同步系統(tǒng)不能識別偽同步碼，將導(dǎo)致系統(tǒng)進入誤同步狀態(tài)，使整個通信系統(tǒng)不穩(wěn)定。為了避免進入偽同步而引入了后方保護時間的概念。后方保護時間是指從同步系統(tǒng)捕捉到第一個真同步碼到進入同步狀態(tài)的一段時間。前方保護時間和后方保護時間的長短與同步碼的插入方式有關(guān)。 84盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站9.4.2

49、9.4.2起止式同步法起止式同步法數(shù)字電傳機中廣泛使用起止式同步法。它用5個碼元代表一個字母(或符號等)，在每個字母開始時，先發(fā)送一個碼元寬度的負值脈沖，再傳輸5個單元編碼信息，接著再發(fā)送一個寬度為1.5個碼元的正值脈沖。開頭的負值脈沖稱為“起脈沖”，它起著同步的作用；末尾的正值脈沖稱為“止脈沖”，它使得在下一個字母開始傳送之前產(chǎn)生一個間歇。接收端就是根據(jù)1.5個碼元寬度的正電平第一次轉(zhuǎn)換到負電平這一特殊規(guī)律來確定一個字的起始位置的，從而實現(xiàn)了群同步。一個字母實際上由圖9-19所示的占有7.5個碼元寬度的波形組成。 85盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖9-19電傳機編碼波形 86盛威網(wǎng)：專業(yè)的計

50、算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站由于這種同步方式中的止脈沖寬度與碼元寬度不一致，因此會給同步數(shù)字傳輸帶來不便。另外，在這種起止式同步方式中，7.5個碼元中只有5個碼元用于傳輸信息，所以效率較低。但起止同步法有簡單易行的優(yōu)點。 87盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站9.4.39.4.3連貫式插入法連貫式插入法連貫式插入法又稱為集中插入法。這種方法就是將幀同步碼以集中的形式插入到信息碼流一幀的開始處。此方法的關(guān)鍵是要找出作為群同步碼組的特殊碼組，這個特殊碼組一方面在信息碼元序列中不易出現(xiàn)以便識別，另一方面識別器也要盡量簡單。最常用的群同步碼組是巴克碼或其他碼型。例如在PCM30/32路系統(tǒng)中，群同步的方式采用的就是連貫式插

51、入法，它們的碼型是“0011011”。連貫式插入法的優(yōu)點是能夠迅速地建立群同步。下面重點論述巴克碼。 88盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站1 巴克碼巴克碼巴克碼是一種具有特殊規(guī)律的二進制碼組，是有限長的非周期序列。它的特殊規(guī)律是： 若一個n位的巴克碼x1,x2,x3,xn，每個碼元xi只可能取值+1 或 -1，則它必然滿足條件 njjnxxjRjnijii01, 1, 00)(1當(dāng)當(dāng)(9-29) 式中,稱為局部自相關(guān)函數(shù)。目前已找到的巴克碼組如表9-1 所示。表中“+”表示+1, “-”表示-1。 jnijiixxjR1)(89盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站表表9-1巴克碼組巴克碼組 90盛威網(wǎng)：專

52、業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站612611712. 111111)(1; 0111111)(1; 71111111)(0iiiiiiiixxjRjxxjRjxjRj時當(dāng)時當(dāng)時當(dāng)以n=7為例，它的局部自相關(guān)函數(shù)如下： 91盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站同樣可以求出j=3,4,5,6,7 以及j=-1,-2,-3,-4,-5,-6,-7 時R(j)的值為 j =0, R(j) =7j=1,3,5,7， R(j)=0 j =2,4,6, R(j) =-1 根據(jù)這些值，可以作出 7 位巴克碼的R(j)與j的關(guān)系曲線，見圖 9-20。 92盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖9-20 7位巴克碼的R(j)與j的關(guān)系曲線 9

53、3盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站2. 2. 巴克碼識別器巴克碼識別器仍以7位巴克碼為例。用7級移相寄存器、相加器和判決器就可以組成一個巴克碼識別器，如圖9-21所示。7 級移位寄存器的 1、0 按照 1110010 的順序接到相加器，接法與巴克碼的規(guī)律一致。當(dāng)輸入碼元加到移位寄存器時，如果圖中某移位寄存器進入的是 1 碼，該移位寄存器的 1 端輸出為+1,0 端輸出為-1。 反之當(dāng)某移位寄存器進入的是 0 碼，該移位寄存器的 1 端輸出為-1, 0 端輸出為+1。 實際上巴克碼識別器是對輸入的巴克碼進行相關(guān)運算，當(dāng)一幀信號到來時， 首先進入識別器的是群同步碼組，只有當(dāng) 7 位巴克碼在某一時刻正好

54、全部進入 7 位寄存器時，7個移位寄存器輸出端都輸出+1， 相加后的最大輸出為+7，其余情況相加結(jié)果均小于+7。對于數(shù)字信息序列，幾乎不可能出現(xiàn)與巴克碼組相同的信息，故識別器的相加輸出也只能小于+7。94盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站若判別器的判決門限電平定為+6, 那么就在 7 位巴克碼的最后一位 0 進入識別器時，識別器輸出一個同步脈沖表示一群的開頭。一般情況下，信息碼不會正好都使移位寄存器的輸出為+1，因此實際上更容易判定巴克碼全部進入移位寄存器的位置。 95盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖 9-21 7位巴克碼識別器 96盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站9.4.4 9.4.4 間歇式插入法間歇

55、式插入法 間歇式插入法又稱為分散插入法，它是將群同步碼以分散的形式插入信息碼流中。 這種方式比較多地用在多路數(shù)字電路系統(tǒng)中。 間歇式插入的示意圖如圖9-22所示，群同步碼均勻地分散插入在一幀之內(nèi)。 幀同步碼可以是 1、 0 交替碼型。例如 24 路PCM系統(tǒng)中，一個抽樣值用 8 位碼表示，此時 24 路電話都抽樣一次共有 24 個抽樣值，192 個信息碼元。 192 個信息碼元作為一幀， 在這一幀插入一個群同步碼元， 這樣一幀共有 193 個碼元。 接收端檢出群同步信息后， 再得出分路的定時脈沖。 97盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖 9-22 間歇插入群同步方式 98盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)

56、站 間歇式插入法的缺點是當(dāng)失步時，同步恢復(fù)時間較長， 因為如果發(fā)生了群失步，則需要逐個碼位進行比較檢驗， 直到重新收到群同步的位置， 才能恢復(fù)群同步。 此法的另一缺點是設(shè)備較復(fù)雜， 因為它不像連貫式插入法那樣， 群同步信號集中插入在一起，而是要將群同步在每一子幀里插入一位碼， 這樣群同步碼編碼后還需要加以存儲。 99盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站9.4.5群同步系統(tǒng)的性能指標群同步系統(tǒng)的性能指標 1.1.群同步可靠性群同步可靠性 群同步可靠性受兩個因素的影響：第一，由于干擾的存在，接收的同步碼組中可能出現(xiàn)一些錯誤碼元，從而使識別器漏識別已發(fā)出的同步碼組，出現(xiàn)這種情況的概率稱為漏同步概率，記為P1

57、；第二，在接收的數(shù)字信號序列中，也可能在表示信息的碼元中出現(xiàn)與同步碼組相同的碼組，它被識別器識別出來誤認為是同步碼組而形成假同步信號，出現(xiàn)這種情況的概率稱為假同步概率，記為P2。這兩種概率是衡量群同步可靠性的主要指標。 100盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站為使漏同步概率下降，例如在連貫式插入法中，要識別群同步信號而不致產(chǎn)生漏同步，可將識別器的判決門限電平由+6V降為+4V，這樣在同步碼組中存在一個錯誤碼元時，仍可識別出來。但是，這樣就會使假同步的概率增大，因為任何僅與同步碼組有一碼元差別的消息碼元，都可以被當(dāng)作同步碼組識別出來。所以，P1與P2這兩個指標之間是矛盾的，判決門限的選值必須兼顧二者的要求。 101盛威網(wǎng)：專業(yè)的計算機學(xué)習(xí)網(wǎng)站設(shè)Pe為碼元錯誤概率，n為同步碼組的碼組元數(shù)，m為判決器容許碼組中的