通信原理04-同步技術(shù)

1、n 載波同步技術(shù) n 位同步技術(shù) n 群同步（幀同步）技術(shù) n 網(wǎng)同步技術(shù) 4 同步技術(shù) v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。 載波同步 位同步（碼元同步） v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。 群同步（幀同步） v對于數(shù)字信號傳輸來說，數(shù)字信號是按照一 定數(shù)據(jù)格式傳送的，一定數(shù)目的信息碼元組 成一個“字”，若干個“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。 網(wǎng)同步（通信網(wǎng)絡(luò)中使用） v當通信是在

2、兩點之間進行時，完成了載波同 步、位同步和群同步之后，接收端不僅獲得 了相干載波，而且通信雙方的時標關(guān)系也解 決了。 同步信號的獲取方式 v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。 v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。 v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。 同步的技術(shù)指標 v同步系統(tǒng)性能的降低，會直接導(dǎo)致通信質(zhì)量 的降低，甚至使通信系統(tǒng)不能工作。 同步誤差小 相位抖動小 同步建立時間短 同步保持時間長 v要求傳輸可靠性：同步

3、信息高于信號 1 載波同步技術(shù) v插入導(dǎo)頻法（外同步法） v直接法（自同步法） （1）插入導(dǎo)頻法（外同步法） v頻域插入導(dǎo)頻 v時域插入導(dǎo)頻 SSB、DSB信號簡介 v假設(shè)無線電音頻信號頻率為500Hz，載波頻率為10MHz，那 么調(diào)制后信號將產(chǎn)生的主要頻率： 10MHz + 500Hz=10.0005MHz 上邊帶（USB） 10MHz - 500Hz= 9.9995MHz 下邊帶（LSB） v在調(diào)幅波頻譜中的上下兩個邊帶都含有相同的信息，只傳送 一個邊帶也就可以完成信息的傳送,為了提高發(fā)射功率的效率, 而把其中一個邊帶和載波都消除掉。這個過程就叫做單邊帶 調(diào)制，而最終輸出的無線電信號就叫做

4、單邊帶信號（SSB）。 v在調(diào)制時上下兩個邊帶含有不同的信息，稱為雙邊帶調(diào)制， 輸出的信號就叫做雙邊帶信號（DSB）。 頻域插入導(dǎo)頻 v在DSB信號中插入導(dǎo)頻 v插入導(dǎo)頻的位置應(yīng)該在信號頻譜為零的位置， 否則導(dǎo)頻與信號頻譜成分重疊在一起，接收 時不易取出。 2PSK的正頻域頻譜圖 v從下圖所示的頻譜圖可以看出，在載頻處，已調(diào)信 號的頻譜分量為零，載頻附近的頻譜分量也很小且 沒有離散譜，這樣就便于插入導(dǎo)頻以及解調(diào)時易于 濾出它。 v（a）基帶信號x(t)頻譜函數(shù) v（b）對x(t)進行相關(guān)編碼得到的頻譜函數(shù) v（c）雙邊帶調(diào)制后得到的頻譜函數(shù) 插入導(dǎo)頻 雙邊帶調(diào)制系統(tǒng)發(fā)送端電路框圖 v碼變換器將

5、Sd(t)頻譜中的直流和相鄰的低頻信號濾掉或衰減 v經(jīng)低通濾波器加給環(huán)行調(diào)制器，由帶通濾波器取出上、下邊 帶送給加法器。 v同時送給加法器的還有載波移相90的Acsinct。（發(fā)送端 必須正交插入導(dǎo)頻，不能加入Acost導(dǎo)頻信號，否則接收端 解調(diào)后會出現(xiàn)直流分量，這個直流分量無法用低通濾波器濾 除，將對基帶信號的提取產(chǎn)生影響。 ） 在殘留邊帶信號中插入導(dǎo)頻 v插入導(dǎo)頻f1、f2的選擇?？梢栽跉埩暨厧ьl譜的兩側(cè) 插入f1和f2；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。 2PSK載波信號的提取 v接受端收到的信號 e(te

6、(t) ) = = ASASc c(t)cos(t)cosc ct t+ +A Ac csinsinc ct t v接受信號頻率fc,移相得到Accosct v相成器完成 ASASc c(t)cos(t)cosc ct t+ +A Ac csinsinc ct t A Ac ccoscosc ct t = AAcSc(t)+ AAcSc(t)+cos2cosct+ Ac2sin2ct v通過低通濾波器得到 A AA Ac cS Sc c(t(t) ) v如果用Accosct時，得到 AcSc(t)+ Ac 直流分量Ac對抽樣判決有干擾 插入導(dǎo)頻法接收端電路框圖 時域插入導(dǎo)頻法 v時域插入法中對

7、被傳輸數(shù)據(jù)信號和導(dǎo)頻信號在時間 上加以區(qū)別。 v把一定數(shù)目的數(shù)字信號分作一組，稱為一幀。 t0t1 的時隙中傳送位同步信號； t1t2 的時隙內(nèi)傳送幀同步信號； t2t3 的時隙內(nèi)傳送載波同步信號； t3t4 的時間內(nèi)傳送數(shù)字信息。 （2）直接法（自同步法） v已調(diào)信號x(t)cosct,其中x(t)為2PSK信號，雙極 性矩形脈沖。 v接收端經(jīng)過平方得到 e(t)=x(t)cosct2 = x2(t)+ x2(t) cos2ct x(t)=1 e(t)= (1+cos2ct) v由此，通過窄帶濾波器取出2fc,經(jīng)過二分頻得到頻 率這就是所需要的載波頻率 2 位同步技術(shù) v位同步是數(shù)字通信中非

8、常重要的一個同步技術(shù)。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，只有載波同步的問 題，而且只有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。 v對位同步信號的要求有兩點：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。 （1）插入導(dǎo)頻法（外同步法） v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fs，碼元寬度為Ts，這種信號的功率譜在fs 處為零，例如雙極性碼的功率譜密度如下圖所

9、示。 v插入導(dǎo)頻法的另一種形式是使數(shù)字信號的包 絡(luò)按位同步信號的某種波形變化。在移相鍵 控或移頻鍵控的通信系統(tǒng)中，對已調(diào)信號進 行附加的幅度調(diào)制后，接收端只要進行包絡(luò) 檢波，就可以形成位同步信號。 包絡(luò)調(diào)制法 包絡(luò)調(diào)制法 v設(shè)移相信號的表示式為 s1（t）=cosct+（t） v現(xiàn)在用某種波形的位同步信號對s1（t）進行幅度調(diào)制，若這 種波形為升余弦波形，則其表示式為 m（t）=1/2（1+cost） 式中=2/Ts，Ts為碼元寬度。幅度調(diào)制后的信號為 s2（t）=1/2（1+cost）cosct+（t） s2（t）可稱為調(diào)幅調(diào)相波。 v接收端對s2（t）進行包絡(luò)檢波，包絡(luò)檢波器的輸出為1/2

10、 （1+cost），除去直流分量后，就可獲得位同步信號 1/2cost。 時域插入法 v事實上，同步信號也可以在時域內(nèi)插入，這 時載波同步信號、位同步信號和數(shù)據(jù)信號分 別被配置在不同的時間內(nèi)傳送。 （2）自同步法 v自同步法的收端位同步提取電路，從功能上 講，一般都由兩部分組成： 第一部分是非線性變換處理電路，它的作用是使 接收信號或解調(diào)后的數(shù)字基帶信號經(jīng)過非線性變 換處理后含有位同步頻率分量或位同步信息； 第二部分是窄帶濾波器或鎖相環(huán)路，它的作用是 濾除噪聲和其他頻譜分量，提取純凈的位同步信 號。 濾波法 v對于不歸零的隨機二進制序列，不能直接從其中濾 出位同步信號。 v波形變換在實際應(yīng)用中

11、可以是微分、整流電路。 v濾波法提取的定時信號不穩(wěn)定、不可靠。 濾波法原理圖 基帶信號微分、整流波形 鎖相法 v位同步鎖相法的基本原理和載波同步的類似。 在接收端利用鑒相器鑒相器比較接收碼元和本地產(chǎn) 生的位同步信號的相位，若兩者相位不一致 （超前或滯后），鑒相器就產(chǎn)生誤差信號去 調(diào)整位同步信號的相位，直至獲得準確的位 同步信號為止。 3 群同步（幀同步）技術(shù) v在計算機數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，接收端為了正確 恢復(fù)所傳輸?shù)膬?nèi)容，必須知道每個碼元序列 的起始與結(jié)束位置。由于數(shù)據(jù)的信號結(jié)構(gòu)是 遵照通信協(xié)議事先規(guī)定好的，因此在接收端 很容易得到一幀信息。為了實現(xiàn)群同步，要 在數(shù)據(jù)序列中插入特殊的同步碼或同步字

12、符。 群同步系統(tǒng)的要求 v正確建立同步的概率要大。 v初始捕獲同步的時間要短。 v既能迅速發(fā)現(xiàn)失步，又能及時恢復(fù)同步并長 時間保持同步。 v用于實現(xiàn)同步的冗余比特要少。 群同步的方法 v起止式同步法 v連貫式插入法 v間歇式插入法（分散插入法） （1）起止式同步法 v電傳機中廣泛使用這一方法。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。 止 止 起 7.5個碼元 5個碼元 信息 （2）連貫式插入法 v連貫式插入法又稱為集中插入法。這種方式 就是將幀同步碼以集中的形式插入信息碼流

13、 中，一般幀同步碼集中插入到一幀的開始位 置。 SYNSYN 控制字符數(shù)據(jù)字符控制字符 控制字符數(shù)據(jù)字符控制字符 FF v對作為群同步碼組的特殊碼組有兩個方面的 要求：一方面要求同步碼組在信息碼元序列 中不易出現(xiàn)以便識別，即將信息碼元誤認為 同步碼組的概率要小，同時當同步碼組中有 誤碼時，漏識別的概率也要小。另一方面的 要求是識別該特殊碼組的識別器應(yīng)該盡量簡 單。 （3） 間歇式插入法（分散插入法） v群同步碼組不是集中插入在信息碼流中，而 是將它分散地插入，即每隔一定數(shù)量的信息 碼元，插入一個群同步碼元。群同步碼碼型 選擇的主要原則是：一方面要便于收端識別， 即要求群同步碼具有特定的規(guī)律性，

14、這種碼 型可以是全“1”碼、“1”“0”交替碼等； 另一方面，要使群同步碼的碼型盡量和信息 碼相區(qū)別。 4 網(wǎng)同步技術(shù) v主從同步方式 v互同步方式 v碼速調(diào)整法 v水庫法 （1）主從同步方式 v這種方法是在整個通信網(wǎng)中的某一站設(shè)置一個高 穩(wěn)定的主時鐘源，它產(chǎn)生的時鐘從主時鐘源逐站 傳送至網(wǎng)內(nèi)的各站，因而保證網(wǎng)內(nèi)各站的頻率和 相位都相同。 （2）互同步方式 v為了解決主從同步方式的不足，提出互同步 方式，這種方式是在沒有主時鐘的情況下， 使互相聯(lián)接的數(shù)字網(wǎng)高度地同步。它所采用 的同步方式是相互的，沒有上述的主從關(guān)系， 網(wǎng)內(nèi)各交換點（站）都有自己的時鐘，但它 們相互聯(lián)結(jié)，相互影響，最后統(tǒng)一到同一時 鐘頻率（平均值）上。 （3）碼速調(diào)整法 v在CCITT標準中，采用數(shù)字復(fù)接技術(shù)把較低群次的 數(shù)字流逐級匯合成更高群次的數(shù)字流，參與復(fù)接的 各支路數(shù)字流若是異步的，合群