第八章-同步技術(shù)

1、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)1第八章第八章 同步技術(shù)同步技術(shù)1. 同步的基本概念同步的基本概念 2. 載波同步技術(shù)載波同步技術(shù) 3. 位同步技術(shù)位同步技術(shù) 4. 群同步群同步(幀同步幀同步)技術(shù)技術(shù)5. 網(wǎng)同步技術(shù)網(wǎng)同步技術(shù) 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)2同步的基本概念同步的基本概念 所謂同步是指收發(fā)雙方所謂同步是指收發(fā)雙方在時間上步調(diào)一致在時間上步調(diào)一致，故又稱，故又稱定時定時。 在在計算機(jī)通信系統(tǒng)計算機(jī)通信系統(tǒng)中，同步技術(shù)是保證通信系統(tǒng)正常工作的中，同步技術(shù)是保證通信系統(tǒng)正常工作的關(guān)鍵技術(shù)。關(guān)鍵技術(shù)。 在數(shù)字通信系統(tǒng)中，按照傳輸數(shù)據(jù)的速率是否恒定分為在數(shù)字通信系統(tǒng)中，按照傳輸數(shù)據(jù)的速率是否恒定

2、分為異步異步傳輸傳輸和和同步傳輸同步傳輸。 按照同步的功用分為：按照同步的功用分為：載波同步、位同步、群同步和網(wǎng)同步載波同步、位同步、群同步和網(wǎng)同步。 按照獲取和傳輸同步信息方式的不同，又可分為按照獲取和傳輸同步信息方式的不同，又可分為外同步外同步法和法和自同步自同步法。法。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)3同步傳輸與異步傳輸同步傳輸與異步傳輸 在數(shù)字通信系統(tǒng)中，按照傳輸數(shù)據(jù)的速率在數(shù)字通信系統(tǒng)中，按照傳輸數(shù)據(jù)的速率是否恒定分為：是否恒定分為：計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)4異步傳輸異步傳輸計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)5同步傳輸同步傳輸計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)6不同功用的同步：載波同步不同功用的同步：載

3、波同步 在數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)中，采用相干解調(diào)時，接收在數(shù)字頻帶傳輸系統(tǒng)中，采用相干解調(diào)時，接收端需要產(chǎn)生一個與接收信號中的調(diào)制載波端需要產(chǎn)生一個與接收信號中的調(diào)制載波同頻同同頻同相相的相干載波。這個載波的獲取稱為的相干載波。這個載波的獲取稱為載波提取載波提取或或載波同步載波同步。 在學(xué)習(xí)數(shù)字調(diào)制技術(shù)過程中，我們了解到要在學(xué)習(xí)數(shù)字調(diào)制技術(shù)過程中，我們了解到要想實想實現(xiàn)相干解調(diào)，必須有相干載波現(xiàn)相干解調(diào)，必須有相干載波。因此，載波同步。因此，載波同步是實現(xiàn)相干解調(diào)的先決條件。是實現(xiàn)相干解調(diào)的先決條件。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)7不同功用的同步：位同步不同功用的同步：位同步 位同步位同步又稱又稱碼元同

4、步碼元同步。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，不管采用基帶。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，不管采用基帶傳輸，還是頻帶傳輸，都需要位同步。傳輸，還是頻帶傳輸，都需要位同步。 任何消息都是通過一連串碼元序列傳送的，所以接收時需任何消息都是通過一連串碼元序列傳送的，所以接收時需要知道每個碼元的起止時刻，以便在恰當(dāng)?shù)臅r刻進(jìn)行采樣要知道每個碼元的起止時刻，以便在恰當(dāng)?shù)臅r刻進(jìn)行采樣判決。判決。 接收端必須提供一個位同步脈沖序列，該序列的重復(fù)頻率接收端必須提供一個位同步脈沖序列，該序列的重復(fù)頻率與碼元與碼元速率相同速率相同，相位相位與與最佳取樣判決時刻一致最佳取樣判決時刻一致。我們把。我們把提取這種定時脈沖序列的過程稱為提取這種定時脈

5、沖序列的過程稱為位同步位同步。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)8不同功用的同步：群同步不同功用的同步：群同步 在數(shù)字通信中，信息流是用若干碼元組成一個個在數(shù)字通信中，信息流是用若干碼元組成一個個“字字”， 又用若干個又用若干個“字字”組成組成“句句”。在接收這些數(shù)字信息時，必。在接收這些數(shù)字信息時，必須知道這些須知道這些“字字”、“句句”的起止時刻，否則接收端無法正的起止時刻，否則接收端無法正確恢復(fù)信息。確恢復(fù)信息。 在在數(shù)字時分多路通信系統(tǒng)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中，各路信碼都安排在指定的時隙內(nèi)傳送，形成一定的內(nèi)傳送，形成一定的幀幀結(jié)構(gòu)。在接收端為了正確地分離各路結(jié)構(gòu)。在

6、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。位置。 接收端必須產(chǎn)生與字、句和幀起止時間相一致的接收端必須產(chǎn)生與字、句和幀起止時間相一致的定時信號定時信號。我們稱獲得這些定時序列的過程為我們稱獲得這些定時序列的過程為群群(字、字、 句、幀句、幀)同步同步。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)9不同功用的同步：網(wǎng)同步不同功用的同步：網(wǎng)同步 上述的載波同步、位同步、群同步技術(shù)可以保證上述的載波同步、位同步、群同步技術(shù)可以保證兩點間的數(shù)字通信有序、準(zhǔn)確、可靠地進(jìn)行。兩點間的數(shù)字通信有序、準(zhǔn)確、可靠地進(jìn)行。 隨著數(shù)字通信的發(fā)

7、展，尤其是計算機(jī)通信的發(fā)展，隨著數(shù)字通信的發(fā)展，尤其是計算機(jī)通信的發(fā)展，多個用戶之間的通信和數(shù)據(jù)交換，構(gòu)成了多個用戶之間的通信和數(shù)據(jù)交換，構(gòu)成了數(shù)字通數(shù)字通信網(wǎng)。信網(wǎng)。 為了保證通信網(wǎng)內(nèi)各用戶之間可靠地通信和交換為了保證通信網(wǎng)內(nèi)各用戶之間可靠地通信和交換數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)，全網(wǎng)必須有一個統(tǒng)一的時間標(biāo)準(zhǔn)時鐘，這全網(wǎng)必須有一個統(tǒng)一的時間標(biāo)準(zhǔn)時鐘，這就是網(wǎng)同步的問題。就是網(wǎng)同步的問題。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)10同步信號的獲取方式同步信號的獲取方式 同步也是一種信息，按照同步也是一種信息，按照獲取和傳輸獲取和傳輸同步信息方同步信息方式的不同可分為：式的不同可分為：1. 外同步法外同步法 由由發(fā)送端發(fā)送專門

8、的同步信息發(fā)送端發(fā)送專門的同步信息（常被稱為（常被稱為導(dǎo)頻導(dǎo)頻），接），接收端把這個專門的同步信息檢測出來作為同步信號的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，方法， 稱為稱為外同步法外同步法。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，的方提取同步信息法稱為信號中，的方提取同步信息法稱為自同步法自同步法。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)11不同場合的同步方式不同場合的同步方式 由于外同步法需要傳輸獨立的同步信號，因此，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，而自同步法是人們最希要付出

9、額外功率和頻帶，而自同步法是人們最希望的同步方法，因為可以把全部功率和帶寬分配望的同步方法，因為可以把全部功率和帶寬分配給信號傳輸。給信號傳輸。 在在載波同步和位同步載波同步和位同步中，二者都有采用，而自同中，二者都有采用，而自同步法用得較多；在群同步中，一般都采用外同步步法用得較多；在群同步中，一般都采用外同步法。法。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)12同步技術(shù)的重要性同步技術(shù)的重要性 同步本身雖然不包含所要傳送的信息，但只有收同步本身雖然不包含所要傳送的信息，但只有收發(fā)設(shè)備之間建立了同步后才能開始傳送信息，所發(fā)設(shè)備之間建立了同步后才能開始傳送信息，所以同步是進(jìn)行信息傳輸?shù)谋匾颓疤?。以同步是進(jìn)行

10、信息傳輸?shù)谋匾颓疤帷?同步性能的好壞將直接影響著通信系統(tǒng)的性能同步性能的好壞將直接影響著通信系統(tǒng)的性能。如果出現(xiàn)同步誤差或失去同步就會直接導(dǎo)致通信如果出現(xiàn)同步誤差或失去同步就會直接導(dǎo)致通信質(zhì)量下降，降低通信系統(tǒng)性能，甚至使通信中斷。質(zhì)量下降，降低通信系統(tǒng)性能，甚至使通信中斷。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)13同步的技術(shù)指標(biāo)同步的技術(shù)指標(biāo) 同步系統(tǒng)應(yīng)具有比信息傳輸系統(tǒng)更高的可同步系統(tǒng)應(yīng)具有比信息傳輸系統(tǒng)更高的可靠性和更好的質(zhì)量指標(biāo)，如：靠性和更好的質(zhì)量指標(biāo)，如： 同步誤差小同步誤差小 相位抖動小相位抖動小 同步建立時間短同步建立時間短 同步保持時間長同步保持時間長計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)14第十

11、一章第十一章 同步技術(shù)同步技術(shù)1. 同步的基本概念同步的基本概念 2. 載波同步技術(shù)載波同步技術(shù) 3. 位同步技術(shù)位同步技術(shù) 4. 群同步群同步(幀同步幀同步)技術(shù)技術(shù)5. 網(wǎng)同步技術(shù)網(wǎng)同步技術(shù) 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)15載波同步技術(shù)載波同步技術(shù)載波同步的方法通常有以下兩種：載波同步的方法通常有以下兩種：1. 插入導(dǎo)頻法（外同步法）插入導(dǎo)頻法（外同步法）所謂插入所謂插入導(dǎo)頻導(dǎo)頻，就是在已調(diào)信號頻譜中額外插入一個，就是在已調(diào)信號頻譜中額外插入一個低功率的線譜，以便接收端作為載波同步信號加以恢低功率的線譜，以便接收端作為載波同步信號加以恢復(fù)，此線譜對應(yīng)的正弦波稱為導(dǎo)頻信號。復(fù)，此線譜對應(yīng)的正弦

12、波稱為導(dǎo)頻信號。2. 直接法（自同步法）直接法（自同步法）這種方法是設(shè)法從接收信號中提取同步載波。這種方法是設(shè)法從接收信號中提取同步載波。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)16（1 1）插入導(dǎo)頻法（外同步法）插入導(dǎo)頻法（外同步法）插入導(dǎo)頻法也可以分為兩種：插入導(dǎo)頻法也可以分為兩種：1. 一種是在一種是在頻域頻域插入，即在發(fā)送信息的頻譜中插入，即在發(fā)送信息的頻譜中或頻帶外插入相關(guān)的導(dǎo)頻；或頻帶外插入相關(guān)的導(dǎo)頻；2. 另一種是在另一種是在時域時域插入，插入， 即在一定的時段上傳即在一定的時段上傳送載波信息。送載波信息。對載波同步的要求是：對載波同步的要求是：發(fā)送載波同步信息所占的發(fā)送載波同步信息所占的功率

13、盡量小，頻帶盡量窄。功率盡量小，頻帶盡量窄。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)17插入導(dǎo)頻法的使用場合插入導(dǎo)頻法的使用場合 抑制載波的雙邊帶信號抑制載波的雙邊帶信號（如（如DSB、等概的、等概的2PSK）本身不含有載波，殘留邊帶（本身不含有載波，殘留邊帶（VSB）信號雖含有）信號雖含有載波分量，但很難從已調(diào)信號的頻譜中把它分離載波分量，但很難從已調(diào)信號的頻譜中把它分離出來。對這些信號的載波提取，可以用插入導(dǎo)頻出來。對這些信號的載波提取，可以用插入導(dǎo)頻法（外同步法）。法（外同步法）。 尤其是單邊帶（尤其是單邊帶（SSB）信號，）信號， 它既沒有載波分量它既沒有載波分量又不能用直接法提取載波，只能用插入導(dǎo)

14、頻法。又不能用直接法提取載波，只能用插入導(dǎo)頻法。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)18SSB、DSB信號簡介信號簡介 假設(shè)無線電音頻信號頻率為假設(shè)無線電音頻信號頻率為500Hz，載波頻率為，載波頻率為10MHz，那么調(diào)制后信號將產(chǎn)生的主要頻率：那么調(diào)制后信號將產(chǎn)生的主要頻率： 10MHz + 500Hz=10.0005MHz 上邊帶（上邊帶（USB） 10MHz - 500Hz= 9.9995MHz 下邊帶（下邊帶（LSB） 若在調(diào)幅波若在調(diào)幅波頻譜中頻譜中的上下兩個邊帶都含有相同的信息，只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傳送一個邊帶也就可以完成信息的傳送,為了提高

15、發(fā)射功為了提高發(fā)射功率的效率率的效率,而把其中一個邊帶和載波都消除掉。這個過程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單邊就叫做單邊帶調(diào)制，而最終輸出的無線電信號就叫做單邊帶信號帶信號（SSB）。 若在調(diào)制時上下兩個邊帶含有不同的信息，稱為雙邊帶調(diào)若在調(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制，輸出的信號就叫做雙邊帶信號（DSB）。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)19頻域插入導(dǎo)頻頻域插入導(dǎo)頻 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)該插入導(dǎo)頻的位置應(yīng)該在信號頻譜為零在信號頻譜為零的位置，否則導(dǎo)頻與的

16、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。信號頻譜成分重疊在一起，接收時不易取出。 對于對于2PSK和和2DPSK等數(shù)字調(diào)制的信號，在載波等數(shù)字調(diào)制的信號，在載波fc附近的頻附近的頻譜不但有，而且比較大，因此對于這樣的數(shù)字信號，在調(diào)譜不但有，而且比較大，因此對于這樣的數(shù)字信號，在調(diào)制以前先對基帶信號制以前先對基帶信號x(t)進(jìn)行相關(guān)編碼。進(jìn)行相關(guān)編碼。 相關(guān)編碼的作用是把如圖相關(guān)編碼的作用是把如圖 (a)所示的基帶信號頻譜函數(shù)變所示的基帶信號頻譜函數(shù)變?yōu)槿鐖D為如圖(b)所示的頻譜函數(shù)，這樣經(jīng)過雙邊帶調(diào)制以后可所示的頻譜函數(shù)，這樣經(jīng)過雙邊帶調(diào)制以后可以得到圖以得到圖(c)所示的頻譜

17、函數(shù)，在所示的頻譜函數(shù)，在fc附近頻譜函數(shù)很小，且附近頻譜函數(shù)很小，且沒有離散譜，這樣可以在沒有離散譜，這樣可以在fc處插入頻率為處插入頻率為fc的導(dǎo)頻的導(dǎo)頻(這里僅這里僅畫出正頻域畫出正頻域)。 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)202PSK的正頻域頻譜圖的正頻域頻譜圖 從下圖所示的頻譜圖可以看出，在載頻處，已調(diào)信號的頻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，譜分量為零，載頻附近的頻譜分量也很小且沒有離散譜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。這樣就便于插入導(dǎo)頻以及解調(diào)時易于濾出它。（a）基帶信號）基帶信號x(t)頻譜函數(shù)頻譜函數(shù)（b）對

18、）對x(t)進(jìn)行相關(guān)編碼得到的頻譜函數(shù)進(jìn)行相關(guān)編碼得到的頻譜函數(shù)（c）雙邊帶調(diào)制后得到的頻譜函數(shù)）雙邊帶調(diào)制后得到的頻譜函數(shù)插入導(dǎo)頻插入導(dǎo)頻計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)21雙邊帶調(diào)制系統(tǒng)發(fā)送端電路框圖雙邊帶調(diào)制系統(tǒng)發(fā)送端電路框圖 碼變換器將碼變換器將Sd(t)頻譜中的直流和相鄰的低頻信號濾掉或衰減。頻譜中的直流和相鄰的低頻信號濾掉或衰減。 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。送給加法器。 同時送給加法器的還有載波移相同時送給加法器的還有載波移相90的的Acsinct。（發(fā)送端必。（發(fā)送端必須正交插入導(dǎo)頻，不能加入

19、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)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。）對基帶信號的提取產(chǎn)生影響。）計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)22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 殘留邊帶頻譜的特點：殘留邊帶頻譜的特點： 以取下邊帶為例，以取下邊帶為例，fc為載波頻率，從為載波頻率，從(fc -fm)到到fc的下邊帶頻譜絕的下邊帶頻譜絕大部分可以通過，而上邊帶信號的頻譜大部分可以通過，而上邊帶信號的頻譜fc到到(fc+fr)只有小部分通只有小部分通過

20、。這樣，當(dāng)基帶信號為數(shù)字信號時，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殘留邊帶信號的頻譜中包含有載頻分量中包含有載頻分量fc，而且，而且fc附近都有頻譜，因此插入導(dǎo)頻不附近都有頻譜，因此插入導(dǎo)頻不能位于能位于fc 。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)23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 插入導(dǎo)頻插入導(dǎo)頻f1、f2的選擇：的選擇： 可以在殘留邊帶頻譜的兩側(cè)插入可以在殘留邊帶頻譜的兩側(cè)插入f1和和f2；f1和和f2不能與（不能與（fc-fm）和（和（fc+fr）靠得太近，太近不易濾出）靠得太近，太近不易濾出f1和和f2，但也不能太遠(yuǎn)，但也不能太遠(yuǎn)，太遠(yuǎn)占用過多頻帶。太遠(yuǎn)占用

21、過多頻帶。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)24插入導(dǎo)頻法接收端電路框圖插入導(dǎo)頻法接收端電路框圖計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)252PSK載波信號的提取載波信號的提取 假定接受端收到的信號與發(fā)送端完全相同假定接受端收到的信號與發(fā)送端完全相同 e(t) = ASc(t)cosct+Acsinct 接受信號中含有頻率接受信號中含有頻率fc，移相，移相90得到得到Accosct 相乘器完成相乘器完成（ASc(t)cosct+Acsinct） Accosct = AAcSc(t) /2+ AAcSc(t)/2+cos2cosct+ Ac2sin2ct 通過低通濾波器得到通過低通濾波器得到 AAcSc(t)/2 如

22、果用如果用Accosct時，得到時，得到 AcSc(t)/2+ Ac /2 注意：直流分量注意：直流分量Ac /2對抽樣判決有干擾。對抽樣判決有干擾。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)26時域插入導(dǎo)頻法時域插入導(dǎo)頻法 時域插入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。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。 把一定數(shù)目的數(shù)字信號分作一組，稱為一把一定數(shù)目的數(shù)字信號分作一組，稱為一幀幀。 t0t1 的時隙中傳送位同步信號；的時隙中傳送位同步信號；t1t2 的時隙內(nèi)傳送幀同步信號；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；的時隙內(nèi)傳送載波同步信號；t3t4 的時間

23、內(nèi)傳送數(shù)字信息。的時間內(nèi)傳送數(shù)字信息。位同步幀同步載波同步信 息位同步幀同步載波同步信 息第 一 幀第 二 幀t0t1t2t3t4(a)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)27（2）直接法（自同步法）直接法（自同步法）直接法可分為直接法可分為:非線性變換（濾波法）非線性變換（濾波法）和和特殊鎖特殊鎖相環(huán)法相環(huán)法。有些信號，如有些信號，如DSB-SC、PSK等，它們雖然本身等，它們雖然本身不直接含有載波分量，但經(jīng)過某種非線性變換后，不直接含有載波分量，但經(jīng)過某種非線性變換后，將具有載波的諧波分量，因而可從中提取出載波將具有載波的諧波分量，因而可從中提取出載波分量來。分量來。 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)28

24、非線性變換非線性變換平方變換法平方變換法 平方變換法廣泛用于建立平方變換法廣泛用于建立抑制載波的雙邊帶信號抑制載波的雙邊帶信號的載波同步。的載波同步。 已調(diào)信號已調(diào)信號x(t)cosct,其中其中x(t)為為2PSK信號，雙極性矩形脈沖。信號，雙極性矩形脈沖。 帶通低通x(t)ni(t)平方律部件二分頻2fc窄帶濾波e(t)2fcfcx(t)cos ct計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)29平方變換法平方變換法 已調(diào)信號已調(diào)信號x(t)cosct為為2PSK信號，雙極性矩形脈沖。信號，雙極性矩形脈沖。 接收端經(jīng)過平方律部件后得到接收端經(jīng)過平方律部件后得到 e(t)=x(t)cosct2 = x2(t)

25、/2+ x2(t) cos2ct/2 x(t)=1 e(t)= (1+cos2ct)/2 由此，通過窄帶濾波器取出由此，通過窄帶濾波器取出2fc，經(jīng)過二分頻得到的頻率就，經(jīng)過二分頻得到的頻率就是所需要的載波頻率。是所需要的載波頻率。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)30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，為了改善平方變換的性能，使恢復(fù)的相干載波更為純凈， 常常常在非線性處理之后加入常在非線性處理之后加入鎖相環(huán)鎖相環(huán)。具體做法是在平方變換法。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)。的基礎(chǔ)上，把窄帶濾波器改為鎖相環(huán)。 由于由于鎖相環(huán)具有良好的跟蹤、窄帶濾波和

26、記憶功能鎖相環(huán)具有良好的跟蹤、窄帶濾波和記憶功能，平方環(huán)，平方環(huán)法比一般的平方變換法的性能更好，因此得到了廣泛應(yīng)用。法比一般的平方變換法的性能更好，因此得到了廣泛應(yīng)用。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)信號載波輸出計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)31特殊鎖相環(huán)特殊鎖相環(huán)路法路法通常采用的特殊環(huán)路有：通常采用的特殊環(huán)路有：同相同相正交環(huán)、逆調(diào)制正交環(huán)、逆調(diào)制環(huán)、判決反饋環(huán)和基帶數(shù)字處理載波跟蹤環(huán)環(huán)、判決反饋環(huán)和基帶數(shù)字處理載波跟蹤環(huán)等。等。特點：特殊鎖相環(huán)具有從已調(diào)信號中特點：特殊鎖相環(huán)具有從已調(diào)信號中消除調(diào)制和消除調(diào)制和濾除噪聲濾除噪聲的功能，所以能鑒別接收已調(diào)信號中被的功

27、能，所以能鑒別接收已調(diào)信號中被抑制了的載波分量與本地壓控振蕩器抑制了的載波分量與本地壓控振蕩器VCO輸出輸出信號之間的信號之間的相位誤差相位誤差，從而恢復(fù)出相應(yīng)的相干載，從而恢復(fù)出相應(yīng)的相干載波。波。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)32第十一章第十一章 同步技術(shù)同步技術(shù)1. 同步的基本概念同步的基本概念 2. 載波同步技術(shù)載波同步技術(shù) 3. 位同步技術(shù)位同步技術(shù) 4. 群同步群同步(幀同步幀同步)技術(shù)技術(shù)5. 網(wǎng)同步技術(shù)網(wǎng)同步技術(shù) 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)33位同步技術(shù)位同步技術(shù) 位同步是位同步是數(shù)字通信數(shù)字通信中非常重要的一種同步技術(shù)。位同步與載中非常重要的一種同步技術(shù)。位同步與載波同步是截然不

28、同的兩種同步方式。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，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)時才有載波同步的問題。但在而且只有接收機(jī)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，一般都有數(shù)字通信中，一般都有位同步位同步的問題。的問題。 對位同步信號的要求有兩點：對位同步信號的要求有兩點：一是使收信端的一是使收信端的位同步脈沖位同步脈沖頻頻率和率和發(fā)送端的碼元速率發(fā)送端的碼元速率相同；二是使收信端在最佳接收時刻相同；二是使收信端在最佳接收時刻對接收碼元進(jìn)行抽樣判決。對接收碼元進(jìn)行抽樣判決。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信

29、原理同步技術(shù)34（1）外同步法（插入導(dǎo)頻法）外同步法（插入導(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，碼元速率為沖，碼元速率為fs，碼元寬度為，碼元寬度為Ts，這種信號的功率譜在這種信號的功率譜在fs處為零處為零，例如雙極性碼的功率譜密度如下圖例如雙極性碼的功率譜密度如下圖(a)所示。所示。 如果將基帶信號先進(jìn)行相關(guān)編碼，經(jīng)相關(guān)編碼后的功率譜密度如如果將基帶信號先進(jìn)行相關(guān)編碼，經(jīng)相關(guān)編碼后的功率譜密度如

30、圖圖 (b)所示，此時可在所示，此時可在fs /2處插入位定時導(dǎo)頻，處插入位定時導(dǎo)頻， 接收端取出接收端取出fs /2以以后，經(jīng)過二倍頻得到后，經(jīng)過二倍頻得到fs 。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)35 插入導(dǎo)頻法的另一種形式是插入導(dǎo)頻法的另一種形式是使數(shù)字信號的包絡(luò)按使數(shù)字信號的包絡(luò)按位同步信號的某種波形變化位同步信號的某種波形變化。在移相鍵控或移頻。在移相鍵控或移頻鍵控的通信系統(tǒng)中，對已調(diào)信號進(jìn)行附加的幅度鍵控的通信系統(tǒng)中，對已調(diào)信號進(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。位同步信號。包絡(luò)調(diào)制法包絡(luò)調(diào)制法計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步

31、技術(shù)36包絡(luò)調(diào)制法包絡(luò)調(diào)制法 設(shè)移相信號的表示式為設(shè)移相信號的表示式為 s1（t）=cosct+（t） 現(xiàn)在用現(xiàn)在用某種波形的位同步信號某種波形的位同步信號對對s1（t）進(jìn)行幅度調(diào)制，若這進(jìn)行幅度調(diào)制，若這種波形為升余弦波形，則其表示式為種波形為升余弦波形，則其表示式為m（t）=（1+cost）/2 式中式中=2/Ts，Ts為碼元寬度。幅度調(diào)制后的信號為為碼元寬度。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。）可稱為調(diào)幅調(diào)相波。 接收端對接收端對s2（t）進(jìn)行包絡(luò)檢波，包絡(luò)檢波器的輸出為）進(jìn)行包絡(luò)檢波，包絡(luò)檢波器的輸出為（1+cost）/

32、2，除去直流分量后，除去直流分量后，就可獲得位同步信號就可獲得位同步信號cost /2 。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)37時域插入法時域插入法 事實上，同步信號也可以在時域內(nèi)插入，這時載事實上，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。在不同的時間內(nèi)傳送。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)38（2）自同步法）自同步法 自同步法是發(fā)端不專門發(fā)送導(dǎo)頻信號，而直接從接收的數(shù)字信自同步法是發(fā)端不專門發(fā)送導(dǎo)頻信號，而直接從接收的數(shù)字信號中提取位同步信號。這種方法在數(shù)字通信中得到了最廣泛的號中提取位同步信號。這種方法在數(shù)

33、字通信中得到了最廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用。 自同步法又分為自同步法又分為濾波法和數(shù)字鎖相法濾波法和數(shù)字鎖相法。 從功能上講，接收端位同步提取電路，一般都由兩部分組成：從功能上講，接收端位同步提取電路，一般都由兩部分組成： 第一部分是第一部分是非線性變換處理電路非線性變換處理電路，它的作用是使接收信號或解，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；量或位同步信息； 第二部分是第二部分是窄帶濾波器或鎖相環(huán)路窄帶濾波器或鎖相環(huán)路，它的作用是濾除噪聲和其，它的作用是濾除噪聲和其他頻譜分量，提取純凈的位同步

34、信號。他頻譜分量，提取純凈的位同步信號。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)39濾波法濾波法 對于不歸零的隨機(jī)二進(jìn)制序列，不能直接從其中濾出位同對于不歸零的隨機(jī)二進(jìn)制序列，不能直接從其中濾出位同步信號。步信號。 波形變換在實際應(yīng)用中可以是波形變換在實際應(yīng)用中可以是微分、整流電路微分、整流電路。 濾波法提取的定時信號濾波法提取的定時信號不穩(wěn)定、不可靠不穩(wěn)定、不可靠。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)40基帶信號微分、整流波形基帶信號微分、整流波形微分整流計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)41鎖相法鎖相法 位同步鎖相法位同步鎖相法的基本原理和載波同步的類似。在的基本原理和載波同步的類似。在接收端利用鑒相器比較接收碼元和接收

35、端利用鑒相器比較接收碼元和本地產(chǎn)生的位本地產(chǎn)生的位同步信號的相位同步信號的相位，若兩者相位不一致（超前或滯，若兩者相位不一致（超前或滯后），后），鑒相器鑒相器就產(chǎn)生誤差信號去調(diào)整位同步信號就產(chǎn)生誤差信號去調(diào)整位同步信號的相位，直至獲得準(zhǔn)確的位同步信號為止。的相位，直至獲得準(zhǔn)確的位同步信號為止。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)42第十一章第十一章 同步技術(shù)同步技術(shù)1. 同步的基本概念同步的基本概念 2. 載波同步技術(shù)載波同步技術(shù) 3. 位同步技術(shù)位同步技術(shù) 4. 群同步群同步(幀同步幀同步)技術(shù)技術(shù)5. 網(wǎng)同步技術(shù)網(wǎng)同步技術(shù) 計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)43群同步（幀同步）技術(shù)群同步（幀同步）技術(shù) 在計

36、算機(jī)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中，接收端為了正確恢復(fù)在計算機(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，必須知道每個碼元序列的起始與所傳輸?shù)膬?nèi)容，必須知道每個碼元序列的起始與結(jié)束位置。結(jié)束位置。 為了實現(xiàn)群同步，要在數(shù)據(jù)序列中插入特殊的同為了實現(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符。步碼或同步字符。 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。的，因此在接收端很容易得到一幀信息。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)44群同步系統(tǒng)的要求群同步系統(tǒng)的要求 正確建立同步的概率要大。正確建立同步的概率要大。 初始捕獲同步的時間要短。初

37、始捕獲同步的時間要短。 既能迅速發(fā)現(xiàn)失步，又能及時恢復(fù)同步并長時間既能迅速發(fā)現(xiàn)失步，又能及時恢復(fù)同步并長時間保持同步。保持同步。 用于實現(xiàn)同步的冗余比特要少。用于實現(xiàn)同步的冗余比特要少。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)45群同步的方法群同步的方法 在計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中主要的群同步方式分為：在計算機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)中主要的群同步方式分為： 起止式同步法起止式同步法（用于異步通信系統(tǒng)）（用于異步通信系統(tǒng)） 插入特殊同步碼組插入特殊同步碼組（用于同步通信系統(tǒng)）（用于同步通信系統(tǒng)） 連貫式插入法連貫式插入法 間歇式插入法間歇式插入法計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)46（1 1）起止式同步法）起止式同步法 電傳機(jī)中廣泛使用這

38、一方法。它用電傳機(jī)中廣泛使用這一方法。它用5個碼元代表個碼元代表一個字母（或符號等），在每個字母開始時，先一個字母（或符號等），在每個字母開始時，先發(fā)送一個碼元寬度的負(fù)值脈沖，再傳輸發(fā)送一個碼元寬度的負(fù)值脈沖，再傳輸5個單元個單元編碼信息，接著再發(fā)送一個寬度為編碼信息，接著再發(fā)送一個寬度為1.5個碼元的正個碼元的正值脈沖。值脈沖。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)47電傳機(jī)編碼波形電傳機(jī)編碼波形 這種這種7.5單位碼（碼元的非整數(shù)倍）給數(shù)字通信的同步傳單位碼（碼元的非整數(shù)倍）給數(shù)字通信的同步傳輸帶來一定困難。輸帶來一定困難。 另外，在這種同步方式中，另外，在這種同步方式中，7.5個碼元中只有個碼元中只

39、有5個碼元用于個碼元用于傳遞消息，因此傳輸效率較低。傳遞消息，因此傳輸效率較低。 止 止 起7.5個碼元5個碼元信息計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)48計算機(jī)中的異步傳輸計算機(jī)中的異步傳輸計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)49（2 2）連貫式插入法）連貫式插入法 連貫式插入法連貫式插入法又稱為又稱為集中插入法集中插入法。這種方式就是。這種方式就是將將幀同步碼幀同步碼以集中的形式插入信息碼流中，一般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。幀同步碼集中插入到一幀的開始位置。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)50同步系統(tǒng)中的群同步方法同步系統(tǒng)中的群同步方法SYNSYNSYNSYN控制字符數(shù)據(jù)字符

40、控制字符控制字符數(shù)據(jù)字符控制字符F FF F計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)51幀同步技術(shù)幀同步技術(shù)計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)52群同步的特殊碼組群同步的特殊碼組 對作為群同步碼組的特殊碼組有兩個方面的要求：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)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(rèn)為同步碼組的概率以便識別，即將信息碼元誤認(rèn)為同步碼組的概率要小，同時當(dāng)同步碼組中有誤碼時，漏識別的概要小，同時當(dāng)同步碼組中有誤碼時，漏識別的概率也要小。率也要小。 另一方面的要求是另一方面的要求是識別該特殊碼組的識別器識別該特殊碼組的識別器應(yīng)

41、該應(yīng)該盡量簡單。盡量簡單。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)53（3 3） 間歇式插入法（分散插入法）間歇式插入法（分散插入法） 群同步碼組不是集中插入在信息碼流中，而是將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。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，收端識別，即要求群同步碼具有特定的規(guī)律性，這種碼型可以是全這種碼型可以是全“1”碼、碼、“1”“0”交替碼等；交替碼等；另一方面，要使群同步碼的碼型盡量和信息碼相另一方面，要使群同步碼的碼型盡量和信息碼相區(qū)別。區(qū)別。計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信原理同步技術(shù)54第十一章第十一章 同步技術(shù)同步技術(shù)1. 同步的基本概念同步的基本概念 2. 載波同