通信原理04-同步技術(shù)課件

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(gè)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(duì)于數(shù)字信號(hào)傳輸來說，數(shù)字信號(hào)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(gè)“字”，若干個(gè)“字”組成一“句”，若干“句”構(gòu)成一幀，從而形成群的數(shù)字信號(hào)序列。網(wǎng)同步（通信網(wǎng)絡(luò)中使用）v當(dāng)通信是在兩點(diǎn)之間進(jìn)行時(shí)，完成了載波同步、位同步和群

2、同步之后，接收端不僅獲得了相干載波，而且通信雙方的時(shí)標(biāo)關(guān)系也解決了。同步信號(hào)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(gè)專門的同步信息檢測(cè)出來作為同步信號(hào)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(hào)中提取同步信息的方法，稱為自同步法。同步的技術(shù)指標(biāo)v同步系統(tǒng)性能的降低，會(huì)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(dòng)小同步建立時(shí)間短同步保持時(shí)間長v要求傳輸可靠性：同步信息高于信號(hào)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

3、導(dǎo)頻法（外同步法）v頻域插入導(dǎo)頻v時(shí)域插入導(dǎo)頻SSB、DSB信號(hào)簡介v假設(shè)無線電音頻信號(hào)頻率為500Hz，載波頻率為10MHz，那么調(diào)制后信號(hào)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(gè)邊帶都含有相同的信息，只傳送一個(gè)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(gè)邊帶和載波都消除掉。這個(gè)過程就叫做單邊帶調(diào)制，而最終輸出的無線電信號(hào)就叫做單邊帶信號(hào)（SSB）。v在調(diào)制時(shí)上下兩個(gè)邊帶含有不同的信息，稱為雙邊帶調(diào)制，輸出的信號(hào)就叫做雙邊帶信號(hào)（DS

4、B）。頻域插入導(dǎo)頻v在DSB信號(hào)中插入導(dǎo)頻v插入導(dǎo)頻的位置應(yīng)該在信號(hào)頻譜為零的位置，否則導(dǎo)頻與信號(hào)頻譜成分重疊在一起，接收時(shí)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(hào)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(shí)易于濾出它。v（a）基帶信號(hào)x(t)頻譜函數(shù)v（b）對(duì)x(t)進(jìn)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Sd(t)頻譜中的直流和相鄰的低頻信號(hào)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(shí)送給加法器的還有載波移

5、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(hào)，否則接收端解調(diào)后會(huì)出現(xiàn)直流分量，這個(gè)直流分量無法用低通濾波器濾除，將對(duì)基帶信號(hào)的提取產(chǎn)生影響。 ）在殘留邊帶信號(hào)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(yuǎn)，太遠(yuǎn)占用過多頻帶。2PSK載波信號(hào)的提取v接受端收到的信號(hào) e(t) e(t) = = ASASc c(t)cos(t)cosc ct t+ +A Ac csinsinc ct tv接受信號(hào)頻率fc,移相得到Accosctv相成器完成 A

6、SASc c(t)cos(t)cosc ct t+ +A Ac csinsinc ct t A Ac ccoscosc ct t = AAcSc(t)+ AAcSc(t)+cos2cosct+ Ac2sin2ctv通過低通濾波器得到 AAAAc cS Sc c(t)(t)v如果用Accosct時(shí)，得到 AcSc(t)+ Ac 直流分量Ac對(duì)抽樣判決有干擾插入導(dǎo)頻法接收端電路框圖時(shí)域插入導(dǎo)頻法v時(shí)域插入法中對(duì)被傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)和導(dǎo)頻信號(hào)在時(shí)間上加以區(qū)別。v把一定數(shù)目的數(shù)字信號(hào)分作一組，稱為一幀。 t0t1 的時(shí)隙中傳送位同步信號(hào)； t1t2 的時(shí)隙內(nèi)傳送幀同步信號(hào)； t2t3 的時(shí)隙內(nèi)傳送載波同步信

7、號(hào)； t3t4 的時(shí)間內(nèi)傳送數(shù)字信息。（2）直接法（自同步法）v已調(diào)信號(hào)x(t)cosct,其中x(t)為2PSK信號(hào)，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)字通信中非常重要的一個(gè)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(jī)采用同步解調(diào)時(shí)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(duì)位同

8、步信號(hào)的要求有兩點(diǎn)：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(shí)刻對(duì)接收碼元進(jìn)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(hào)一般都采用不歸零的矩形脈沖，并以此對(duì)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(hào)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示。v插入導(dǎo)頻法的另一種形式是使數(shù)字信號(hào)的包絡(luò)按位同步信號(hào)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(duì)已調(diào)信號(hào)進(jìn)行附加的幅度調(diào)制后，接收端只要進(jìn)行包絡(luò)檢波，就可以形成位同步信號(hào)。包絡(luò)調(diào)制法包絡(luò)調(diào)制法v設(shè)移相信號(hào)的表示式為 s1（t

9、）=cosct+（t）v現(xiàn)在用某種波形的位同步信號(hào)對(duì)s1（t）進(jìn)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(hào)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(duì)s2（t）進(jìn)行包絡(luò)檢波，包絡(luò)檢波器的輸出為1/2（1+cost），除去直流分量后，就可獲得位同步信號(hào)1/2cost。時(shí)域插入法v事實(shí)上，同步信號(hào)也可以在時(shí)域內(nèi)插入，這時(shí)載波同步信號(hào)、位同步信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)分別被配置在不同的時(shí)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

10、一部分是非線性變換處理電路，它的作用是使接收信號(hào)或解調(diào)后的數(shù)字基帶信號(hào)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(hào)。濾波法v對(duì)于不歸零的隨機(jī)二進(jìn)制序列，不能直接從其中濾出位同步信號(hào)。v波形變換在實(shí)際應(yīng)用中可以是微分、整流電路。v濾波法提取的定時(shí)信號(hào)不穩(wěn)定、不可靠。濾波法原理圖基帶信號(hào)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(hào)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(hào)去調(diào)整位同步信號(hào)的相位，直至獲得準(zhǔn)確的位同

11、步信號(hào)為止。3 群同步（幀同步）技術(shù)v在計(jì)算機(jī)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(gè)碼元序列的起始與結(jié)束位置。由于數(shù)據(jù)的信號(hào)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(shí)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(shí)間要短。v既能迅速發(fā)現(xiàn)失步，又能及時(shí)恢復(fù)同步并長時(shí)間保持同步。v用于實(shí)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(jī)中廣泛使用這一方法。它用5個(gè)碼元代表一個(gè)字母（或符號(hào)等），在每個(gè)字母開始時(shí)，先發(fā)送一個(gè)

12、碼元寬度的負(fù)值脈沖，再傳輸5個(gè)單元編碼信息，接著再發(fā)送一個(gè)寬度為1.5個(gè)碼元的正值脈沖。 止 止 起7.5個(gè)碼元5個(gè)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FFv對(duì)作為群同步碼組的特殊碼組有兩個(gè)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(shí)別，即將信息碼元誤認(rèn)為同步碼組的概率要小，同時(shí)當(dāng)同步碼組中有誤碼時(shí)，漏識(shí)別的概率也要小。另一方面的要求是識(shí)別該特殊碼組的識(shí)別器應(yīng)該盡量簡單。（3） 間歇式插入法（分散插入法）v群同

13、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(gè)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(shí)別，即要求群同步碼具有特定的規(guī)律性，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(gè)通信網(wǎng)中的某一站設(shè)置一個(gè)高穩(wěn)定的主時(shí)鐘源，它產(chǎn)生的時(shí)鐘從主時(shí)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(shí)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(diǎn)（站）都有自己的時(shí)鐘，但它們相互聯(lián)結(jié)，相互影響，最后統(tǒng)一到同一時(shí)鐘頻率（平均值）上。（3）碼速調(diào)整法v在CCITT標(biāo)準(zhǔn)中，采用數(shù)字復(fù)接技術(shù)把較低群次的數(shù)字流逐級(jí)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，合群時(shí)