第十三章 同步原理

通信原理第13章

同步原理2023/9/21113.1概述信源發(fā)送端接收端信道編碼調(diào)制信道壓縮編碼解調(diào)信宿保密解碼信道解碼壓縮解碼保密編碼噪聲同步信源編碼信源解碼數(shù)字通信系統(tǒng)模型2023/9/21213.1概述同步是數(shù)字通信系統(tǒng)，以及某些采用相干解調(diào)的模擬通信系統(tǒng)中一個重要的實際問題；所謂同步是指收發(fā)雙方在時間步調(diào)上一致，故又稱定時。數(shù)字通信系統(tǒng)中，按同步的功用分為：載波同步、碼元同步、群同步和網(wǎng)同步。

載波同步數(shù)字信號同步位同步群同步（字同步）網(wǎng)同步2023/9/213載波同步載波同步：即在接收設(shè)備中恢復(fù)載波。目的：在接收設(shè)備中產(chǎn)生一個和接收信號的載波同頻、同相的本地振蕩，用于相干解調(diào)。方法：接收信號中有載頻分量時：需要調(diào)整其相位。接收信號中無載頻分量時：需從信號中提取載波，或插入輔助同步信息。2023/9/214碼元同步碼元同步：又稱時鐘同步或時鐘恢復(fù)。對于二進(jìn)制信號，又稱位同步。目的：得知每個接收碼元準(zhǔn)確的起止時刻，以便決定積分和判決時刻。方法：從接收信號中獲取同步信息，由其產(chǎn)生一時鐘脈沖序列，使后者和接收碼元起止時刻保持正確關(guān)系。或插入輔助同步信息。2023/9/215群同步、網(wǎng)同步群同步：又稱幀同步。在數(shù)字通信中，信息流是用若干碼元組成一個“字”，又用若干個“字”組成“句”。在接收這些數(shù)字信息時，必須知道這些“字”、“句”的起止時刻，在接收端產(chǎn)生與“字”、“句”及“幀”起止時刻相一致的定時脈沖序列的過程統(tǒng)稱為群同步。目的：將接收碼元正確分組。方法：通常需要在發(fā)送信號中周期性地插入一個同步碼元，標(biāo)示出分組位置。

網(wǎng)同步：使通信網(wǎng)中各站點時鐘之間保持同步。為了保證通信網(wǎng)中各用戶之間可靠地通信和數(shù)據(jù)交換，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。2023/9/216同步信號的獲取方式同步也是一種信息，按照獲取和傳輸同步信息方式的不同，又可分為外同步和自同步法：1）外同步法由發(fā)送端發(fā)送專門的同步信息（常被稱為導(dǎo)頻），接收端把這個導(dǎo)頻提取出來作為同步信號的方法，稱為外同步法；2）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。2023/9/21713.2載波同步13.2.1有輔助導(dǎo)頻時的載頻提取用于不包含載頻分量的信號。在發(fā)送信號中另外加入一個或幾個導(dǎo)頻信號。例：2PSK信號1、在發(fā)送端：插入正交導(dǎo)頻f0

–fmf0+fm0f0f導(dǎo)頻2023/9/2182、在接收端：用窄帶濾波器濾出導(dǎo)頻分量，并將其移

/2，變成sin

0t，然后用它和接收信號相乘。設(shè)接收信號仍用s0(t)表示，則此乘積為13.2.1有輔助導(dǎo)頻時的載頻提取濾除2

0頻率分量，就可以恢復(fù)出原調(diào)制信號m(t)。若不用正交導(dǎo)頻，接收端輸出將增加直流分量。2023/9/21913.2.1有輔助導(dǎo)頻時的載頻提取相乘電路帶通濾波相加電路

/2相移載波產(chǎn)生(a)發(fā)送端原理方框圖帶通濾波相乘電路低通濾波

/2相移窄帶濾波(b)接收端原理方框圖鎖相環(huán)2023/9/2110鎖相環(huán)原理方框圖：環(huán)路濾波器壓控振蕩器輸出導(dǎo)頻輸入信號圖13-1鎖相環(huán)原理方框圖鑒相器對環(huán)路濾波器的要求：通帶越窄，能夠通過的噪聲越少，但是對導(dǎo)頻相位漂移的限制越大。數(shù)字化接收機中鎖相環(huán)的實現(xiàn)方法： 窄帶濾波器：改用數(shù)字濾波器 壓控振蕩器：用只讀存儲器代替 鑒相器：可以是一組匹配濾波器13.2.1有輔助導(dǎo)頻時的載頻提取2023/9/2111有些信號，如DSB-SC、PSK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，將具有載波的諧波分量，因而可從中提取出載波分量來。1、平方環(huán)13.2.2無輔助導(dǎo)頻時的載波提取以2PSK信號為例進(jìn)行討論。設(shè)信號 式中，m(t)=

1當(dāng)m(t)取+1和-1的概率相等時，此信號的頻譜中無角頻率

c的離散分量。將上式平方，得到由上式可見，其中包含2倍載頻的頻率分量。將此2倍頻分量用窄帶濾波器濾出后再作2分頻，即可得出所需載頻。方框圖如下：2023/9/2112伴隨信號一起進(jìn)入接收機的還有加性高斯白噪聲，為了改善平方變換法的性能，使恢復(fù)的相干載波更為純凈，窄帶濾波器常用鎖相環(huán)代替，構(gòu)成平方環(huán)法。13.2.2無輔助導(dǎo)頻時的載波提取圖13-2平方環(huán)原理方框圖載頻輸出帶通濾波平方壓控振蕩環(huán)路濾波鎖相環(huán)s(t)2分頻窄帶濾波載頻輸出帶通濾波平方2fc窄帶濾波器s(t)2分頻窄帶濾波2023/9/2113平方環(huán)方案的缺點

1、相位含糊性：載波提取用了一個2分頻器，由于分頻起點的不確定性，使輸出的載頻相對于接收信號相位有180

的相位模糊，即其輸出電壓的相位決定于分頻器的隨機初始狀態(tài)。采用2DPSK體制可以避免此缺點的影響。

2、錯誤鎖定：平方后的接收電壓中有可能存在其他的離散頻率分量，使鎖相環(huán)鎖定在錯誤的頻率上。解決這個問題的辦法是降低環(huán)路濾波器的帶寬。2023/9/211413.2.2無輔助導(dǎo)頻時的載波提取2、科斯塔斯環(huán)法又稱同相正交環(huán)法或邊環(huán)法。原理方框圖：

圖13-3科斯塔斯環(huán)法原理方框圖90

相移環(huán)路濾波壓控振蕩s(t)載頻輸出低通低通

解調(diào)輸出

abcdefg2023/9/2115科斯塔斯環(huán)工作原理電壓vg

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(

-

)盡可能地小。當(dāng)

＝

時，vg

=0。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。

將m(t)=

1代入上式，并考慮到當(dāng)(

-

)很小時，

sin(

-

)

(

-

)，則上式變?yōu)椋河缮鲜娇梢?，?dāng)(

-

)很小時，除了差一個常數(shù)因子外，電壓ve

就近似等于解調(diào)輸出電壓m(t)。所以科斯塔斯環(huán)本身就同時兼有提取相干載波和相干解調(diào)的功能。2023/9/2116科斯塔斯環(huán)優(yōu)缺點：1、不需要對接收信號作平方運算，工作頻率較低，易于實現(xiàn)；而平方環(huán)的工作頻率是載波頻率的兩倍。2、為了得到Costas環(huán)法在理論上給出的性能，要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(

-

)值接近0的穩(wěn)定點有兩個，在(

-

)等于0和

處。所以，Costas環(huán)法提取出的載頻也存在相位含糊性。4、當(dāng)環(huán)路正常鎖定后，Costas環(huán)可直接獲得解調(diào)輸出，而平方環(huán)則沒有這種功能。2023/9/21173、再調(diào)制器原理框圖13.2.2無輔助導(dǎo)頻時的載波提取載頻輸出

90

相移環(huán)路濾波壓控振蕩低通

s(t)abcdefg2023/9/2118

vf

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，這兩個方案中的壓控振蕩器的控制電壓相同。13.2.2無輔助導(dǎo)頻時的載波提取2023/9/211913.2.3載波同步的性能1、相位誤差恒定誤差：由電路參量引起的隨機誤差：由噪聲引起的2、同步建立時間和保持時間同步建立時間：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；同步保持時間：同步建立后，若同步信號小時，系統(tǒng)還能維持同步的時間。同步建立時間和保持時間的關(guān)系:濾波器的通頻帶越窄，其惰性越大

建立時間長；保持時間也越長(矛盾)。2023/9/212013.2.3載波同步的性能3、載波同步誤差對解調(diào)信號的影響對于相位鍵控信號，載波同步不良引起的相位誤差直接影響著接收信號的誤碼率。這里將具體討論相位誤差對2PSK信號誤碼率的影響。由壓控振蕩器的輸出其中(

-

)為相位誤差，Ve即解調(diào)輸出電壓，而cos(

-

)就是由于相位誤差引起的解調(diào)信號電壓下降。因此信號噪聲功率比r下降至cos2(

-

)倍，得到誤碼率為載波相位同步誤差除了使信噪比下降，影響誤碼率外，對于單邊帶和殘留便帶等模擬信號，還會使信號波形產(chǎn)生失真。2023/9/2121載波同步與位同步的區(qū)別13.3碼元同步2ASK非相干解調(diào)：2ASK相干解調(diào)：包絡(luò)檢波器全波整流帶通濾波低通濾波抽樣判決定時脈沖s(t)A(t)相干載波cos

0t相乘電路帶通濾波低通濾波抽樣判決定時脈沖s(t)A(t)2023/9/212213.3碼元同步

位同步是指在接收端的基帶信號中提取碼元定時的過程。碼元同步目的：準(zhǔn)確的時刻對接收碼元進(jìn)行判決，以及對接收碼元能量正確積分。碼元同步方法：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。碼元同步方法分類：外同步法：它是一種利用輔助信息同步的方法，需要在信號中另外加入包含碼元定時信息的導(dǎo)頻或數(shù)據(jù)序列。自同步法，它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。顯然，這種方法要求在信息碼元序列中含有碼元定時信息。2023/9/212313.3.1外同步法

常用的外同步法：于發(fā)送信號中插入頻率為碼元速率（1/T）或碼元速率的倍數(shù)的位同步信號。在接收端利用一個窄帶濾波器，將其分離出來，并形成碼元定時脈沖。優(yōu)缺點：優(yōu)點是設(shè)備較簡單；缺點是需要占用一定的頻帶寬帶和發(fā)送功率。插入碼元同步信號的方法時域：連續(xù)插入增加“同步頭”

頻域：在信息碼元頻譜之外占用一段頻譜用于傳輸同步信息利用信息碼元頻譜中的“空隙”處，插入同步信息外同步法目前采用不多。2023/9/2124在基帶信號頻譜的零點處插入所需的位定時導(dǎo)頻信號。圖(a)為常見的雙極性不歸零基帶信號的功率譜，插入導(dǎo)頻的位置是1/T；圖(b)表示單極性不歸零信號的功率譜，其譜的第一個零點為1/T，插入導(dǎo)頻應(yīng)在1/T處。13.3.1外同步法2023/9/212513.3.2自同步法——又稱非線性濾波法

自同步法不需要輔助同步信息，分為兩種：開環(huán)同步法：由于二進(jìn)制等先驗概率的不歸零碼元序列中沒有離散的碼元速率頻譜分量，故需要在接收時對其進(jìn)行某種非線性變換，才能使其頻譜中含有離散的碼元速率頻譜分量，并從中提取碼元定時信息。閉環(huán)同步法：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。閉環(huán)法更為準(zhǔn)確，但是也更為復(fù)雜。2023/9/2126開環(huán)碼元同步法延遲相乘法原理方框圖相乘器輸入和輸出的波形：延遲相乘后碼元波形的后一半永遠(yuǎn)是正值；而前一半則當(dāng)輸入狀態(tài)有改變時為負(fù)值。因此，變換后的碼元序列的頻譜中就產(chǎn)生了碼元速率的分量。延遲時間等于碼元時間一半時，碼元速率分量最強。c延遲T/2ab放大限幅窄帶濾波(c)(b)(a)2023/9/2127將接收信號和本地產(chǎn)生的碼元定時信號相比較，使本地產(chǎn)生的定時信號和接收碼元波形的轉(zhuǎn)變點保持同步，類似載頻同步中的鎖相環(huán)法。“超前/滯后門”同步器閉環(huán)碼元同步法超前門滯后門環(huán)路濾波|

||

|

+壓控振蕩+-u1u2|u1||u2|e=|u2|-|u1|m(t)門波形產(chǎn)生2023/9/2128在完全同步狀態(tài)下，這兩個門的積分期間都全部在一個碼元周期內(nèi)，誤差信號e為零，這樣，同步器就穩(wěn)定在此狀態(tài)；若壓控振蕩器的輸出超前輸入信號，則誤差信號為負(fù)值，使壓控振蕩器的頻率減小，從而使其輸出滯后。閉環(huán)碼元同步法Tdd+1-1超前門滯后門(a)同步狀態(tài)(b)超前狀態(tài)d+

+1-1超前門滯后門T2

積分時間2023/9/2129存在的問題和解決辦法同步靠接收信號中的碼元波形有突跳邊沿。若它沒有突跳邊沿，就沒有誤差信號去控制壓控振蕩器，故不能使用此法取得同步。這個問題在所有自同步法的碼元同步器中都存在，在設(shè)計時必須加以考慮。兩個支路積分器的性能不一樣將使本來應(yīng)該等于零的誤差值產(chǎn)生偏差；當(dāng)接收碼元序列中較長時間沒有突跳邊沿時，此誤差值偏差持續(xù)地加在壓控振蕩器上，使振蕩頻率持續(xù)偏移，從而會使系統(tǒng)失去同步。為了使接收碼元序列中不會長時間地沒有突跳邊沿，可以在發(fā)送時對基帶碼元的傳輸碼型作某種變換，例如改用HDB3碼，或用擾亂技術(shù)，使發(fā)送碼元序列不會長時間地沒有突跳邊沿。2023/9/2130在用匹配濾波器或者相關(guān)器接收碼元時，其積分器的積分時間長短直接和信噪比Eb/n0有關(guān)。若積分區(qū)間比碼元持續(xù)時間短，則積分的碼元能量Eb顯然下降，而噪聲功率譜密度n0卻不受影響。若碼元同步時間誤差為Δ，則積分時間將損失2Δ，積分得到的碼元能量將減小為Eb(1-2Δ/T)，對于等概率隨機碼元信號，有突變邊沿和無突變邊沿各占1/2，以等概2PSK為例，誤碼率為：13.3.3碼元同步誤差對誤碼率的影響2023/9/2131三種同步的區(qū)別：載波同步：同步解調(diào)、把頻帶信號解調(diào)為基帶信號位同步：確定碼元的抽樣判決時刻，區(qū)別各個碼元群同步：若干個碼元組成一個碼組，把碼組區(qū)分出來。通過分頻可以產(chǎn)生群同步脈沖的頻率。但每個群的“開頭”和“結(jié)尾”時刻，即相位是不能直接從位同步脈沖中得到的。13.4群同步

碼組本身自帶分組信息

插入群同步碼

分散插入

集中插入

2023/9/213213.4.1概述集中插入：信息碼組同步碼組信息碼組信息碼組信息碼組同步碼組同步碼組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。

將標(biāo)志碼組開始位置的群同步碼插入于一個碼組的前面。這里的群同步碼是一組符合特殊規(guī)律的碼元，它出現(xiàn)在信息碼元序列中的可能性非常小。檢測到此特定碼組時可以利用鎖相環(huán)保持一定時間的同步。

2023/9/2133需要較長的同步建立時間，適用于連續(xù)傳輸信息之處，例如數(shù)字電話系統(tǒng)中。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13.4.1概述分散插入：將一種特殊的周期性同步碼元序列分散插入在信息碼元序列中，在每組信息碼元前插入一個(也可以很少幾個)群同步碼元即可。2023/9/2134捕捉態(tài)：在捕捉態(tài)時，確認(rèn)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。保持態(tài)：一旦確認(rèn)達(dá)到同步狀態(tài)后，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入保持態(tài)。在保持態(tài)下，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(dǎo)致認(rèn)為失去同步，應(yīng)該降低判斷同步的條件，以使系統(tǒng)穩(wěn)定工作。13.4.1概述同步電路的狀態(tài)：2023/9/2135集中插入法，又稱連貫氏插入法。原理：采用特殊的群同步碼組，集中插入在信息碼組的前頭，使得接收時能夠容易地立即捕獲它。對該碼組的基本要求：具有尖銳單峰特性的自相關(guān)函數(shù)便于與信息碼區(qū)別碼長適當(dāng)，以保證傳輸效率符合上述要求的特殊碼組有：全0碼、全1碼、1與0交替碼、巴克碼、電話基群同步碼0011011。目前常用的群同步碼是巴克碼。13.4.2集中插入法2023/9/2136局部自相關(guān)函數(shù)定義：設(shè)有一個碼組，它包含N個碼元，則其局部自相關(guān)函數(shù)等于

式中，N為碼組中的碼元數(shù)目；

xi=+1或-1，當(dāng)1

i

N；

xi=0， 當(dāng)i<1和i>N。顯然可見，當(dāng)j=0時， 若一個碼組的自相關(guān)函數(shù)僅在R(0)處出現(xiàn)峰值，其他處的R(j)值均很小，則可以用求自相關(guān)函數(shù)的方法尋找峰值，從而發(fā)現(xiàn)此碼組并確定其位置。13.4.2集中插入法2023/9/2137集中插入法巴克碼：常用的一種群同步碼，一種有限長的非周期序列定義：設(shè)一個N位的巴克碼組為{x1,x2,…,xN}，則其自相關(guān)函數(shù)可以用下式表示：

上式表明，巴克碼的R(0)=N，而在其他處的自相關(guān)函數(shù)R(j)的絕對值均不大于1。這就是說，凡是滿足上式的碼組，就稱為巴克碼。2023/9/2138巴克碼組列表表中各碼組的反碼（即正負(fù)號相反的碼）和反序碼（即時間順序相反的碼）也是巴克碼。

N巴克碼1＋2＋＋，

＋－3＋＋－4＋＋＋－，

＋＋－＋5＋＋＋－＋7＋＋＋――＋－11＋＋＋―――＋――＋－13＋＋＋＋＋――＋＋－＋－＋其中的+、-號表示xi的取值+1或-1，分別對應(yīng)二進(jìn)制碼的“1”或“0”；2023/9/2139巴克碼N=5的巴克碼(＋＋＋－＋)在j=0至4的范圍內(nèi)，求其自相關(guān)函數(shù)值：

由以上計算結(jié)果可見，其自相關(guān)函數(shù)絕對值除R(0)外，均不大于1。2023/9/21404123-4-1-3-2R(j)1-1

5j

320巴克碼的自相關(guān)函數(shù)值曲線自相關(guān)函數(shù)是偶函數(shù)，所以其自相關(guān)函數(shù)值畫成曲線如上圖所示。將j=0時的R(j)值稱為主瓣，其他處的值稱為旁瓣。實際通信情況中，在巴克碼前后有其他碼元存在。但是，若假設(shè)信號碼元的出現(xiàn)是等概率的，則相當(dāng)于在巴克碼前后的碼元取值平均為0。所以平均而言，計算巴克碼的局部自相關(guān)函數(shù)的結(jié)果，近似地符合在實際通信情況中計算全部自相關(guān)函數(shù)的結(jié)果。2023/9/2141集中插入法群同步碼檢測流程初始化(將同步狀態(tài)設(shè)為捕捉態(tài))移1位開始N等待下一同步碼組Y保持態(tài)捕捉態(tài)NY計算R(j)

(N-2)?計算R(j)=N?2023/9/2142分散插入法又稱為間隔式插入法，它是將群同步碼以分散的形式均勻插入信息碼流中。這種方式比較多地用在多路數(shù)字系統(tǒng)中，如PCM24路基群設(shè)備以及一些簡單的ΔM系統(tǒng)一般都采用1、0交替碼型作為幀同步碼間隔插入的方法；這種有規(guī)律的周期性地出現(xiàn)的“10”交替碼，在信息碼元序列中極少可能出現(xiàn)。因此在接收端有可能將同步碼的位置檢測出來。13.4.3分散插入法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2023/9/214313.4.3分散插入法由于每幀只插一位碼，那么它與信碼混淆的概率則為1/2，這樣似乎無法識別同步碼，但是這種插入方式在同步捕獲時，我們不是檢測一幀兩幀，而是連續(xù)檢測數(shù)十幀，每幀都符合“1”、“0”交替的規(guī)律才確認(rèn)同步。在接收端，為了找到群同步碼的位置，需要按照其出現(xiàn)周期搜索若干個周期。若在規(guī)定數(shù)目的搜索周期內(nèi)，在同步碼的位置上，都滿足“1”和“0”交替出現(xiàn)的規(guī)律，則認(rèn)為該位置就是群同步碼元的位置。至于具體的搜索方法，由于計算技術(shù)的發(fā)展，目前多采用軟件的方法，不再采用硬件邏輯電路實現(xiàn)。2023/9/2144軟件搜索方法移位搜索法系統(tǒng)開始處于捕捉態(tài)。對接收碼元逐個考察，若考察的第一個接收碼元就發(fā)現(xiàn)它符合群同步碼元的要求，則暫時假定它就是群同步碼元；在等待一個周期后，再考察下一個預(yù)期位置上的碼元是否還符合要求。若連續(xù)n個周期都符合要求，就認(rèn)為捕捉到了群同步碼。若第一個接收碼元不符合要求或在n個周期內(nèi)出現(xiàn)一次被考察的碼元不符合要求，則推遲一位考察下一個接收碼元。直至找到符合要求的碼元并保持連續(xù)n個周期都符合為止；這時捕捉態(tài)轉(zhuǎn)為保持態(tài)。在保持態(tài)，同步電路仍然要不斷考察同步碼是否正確，但是為了防止考察時因噪聲偶然發(fā)生一次錯誤而導(dǎo)致錯認(rèn)為失去同步，一般可以規(guī)定在連續(xù)n個周期內(nèi)發(fā)生m次(m<n)考察錯誤才認(rèn)為是失去同步。這種措施稱為同步保護(hù)。在下圖中畫出了上述方法的流程圖。2023/9/2145移位搜索法流程圖Y初始化開始同步狀態(tài)移一位是同步碼？記數(shù)器A記到n？記數(shù)器A加1N狀態(tài)轉(zhuǎn)換YYN置0是同步碼？記數(shù)器B加1記數(shù)器B記到m？N記數(shù)器C加1Y記數(shù)器C記到n？置0保持態(tài)捕捉態(tài)將同步狀態(tài)設(shè)為捕捉態(tài)將各記數(shù)器置02023/9/2146新碼元進(jìn)入老碼元輸出檢驗是否“1”和“0”交替08007x06x05x04x03x02x01x16115x14x13x12x11x10x09x24023x22x21x20x19x18x17x32131x30x29x28x27x26x25x40039x38x37x36x35x34x33x存儲檢測法先將接收碼元序列存在計算機的RAM中，再進(jìn)行檢驗。下圖畫出了一個RAM的示意圖，它按先進(jìn)先出(FIFO)的原理工作：圖中畫出的存儲容量為40b，相當(dāng)于5幀信息碼元長度，每幀長8b，其中包括1b同步碼。2023/9/2147存儲檢測法在每個方格中，上部陰影區(qū)內(nèi)的數(shù)字是碼元的編號，下部的數(shù)字是碼元的取值“1”或“0”，而“x”代表任意值。編號為“01”的碼元最先進(jìn)入RAM，編號“40”的碼元為當(dāng)前進(jìn)入RAM的碼元。每當(dāng)進(jìn)入1比特時，立即檢驗最右列存儲位置中的碼元是否符合同步序列的規(guī)律（例如，“10”交替）。按照圖示，相當(dāng)只連續(xù)檢驗了5個周期。若它們都符合同步序列的規(guī)律，則判定新進(jìn)入的碼元為同步碼元。若不完全符合，則在下1比特進(jìn)入時繼續(xù)檢驗。實際應(yīng)用的方案中，這種方案需要連續(xù)檢驗的幀數(shù)和時間可能較長。例如在單路數(shù)字電話系統(tǒng)中，每幀長度可能有50多比特，而檢驗幀數(shù)可能有數(shù)十幀。這種方法也需要加用同步保護(hù)措施。它的原理與第一種方法中的類似。2023/9/214813.4.4群同步性能主要性能指標(biāo)：漏同步概率Pl：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，使正確的同步碼元變成錯誤的碼元。假同步概率Pf：當(dāng)捕捉時同步系統(tǒng)將錯誤的同步位置當(dāng)作正確的同步位置捕捉到。產(chǎn)生假同步的主要原因是由于噪聲的影響使信息碼元錯成同步碼元。平均建立時間：從在捕捉態(tài)開始捕捉轉(zhuǎn)變到保持態(tài)所需的時間。2023/9/2149漏同步概率Pl由于干擾的影響，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；以7位巴克碼識別器為例，設(shè)判決門限為6，此時7位巴克碼只要有一位碼出錯，7位巴克碼全部進(jìn)入識別器時相加器輸出由7變?yōu)?，因而出現(xiàn)漏同步。如果將判決門限由6降為4，則不會出現(xiàn)漏識別，這時判決器容許7位巴克碼中有一位錯碼出錯。設(shè)n為同步碼組的碼元數(shù)，P為碼元出錯概率，m為判決器容許碼組中的錯誤碼元最大數(shù)，則未漏概率為故漏同步概率為2023/9/2150假同步概率Pf假同步是指信息的碼元中出現(xiàn)與同步碼組相同的碼組，這時信息碼會被識別器誤認(rèn)為同步碼，從而出現(xiàn)假同步信號。假同步概率是信息碼元中能判為同步碼組的組合數(shù)與所有可能的碼組數(shù)之比。設(shè)二進(jìn)制碼流中1、0等概率出現(xiàn)，則由其組合成n位長的所有可能的碼組數(shù)為2n個，而其中能被判為同步碼組的組合數(shù)顯然與m有關(guān)。如果錯0位時被判為同步碼，則只有Cn0個，如果出現(xiàn)r位錯也被判為同步碼的組合數(shù)為Cnr；則出現(xiàn)r≤m種錯都被判為同步碼的組合數(shù)為可得假同步概率為m增大(即判決門限電平降低)，Pl減小，但Pf增大兩者對判決門限電平的要求是矛盾的。2023/9/2151平均建立時間對連貫式插入法，假設(shè)漏同步和假同步都不出現(xiàn)，在最不利的情況下，實現(xiàn)群同步最多需要一群的時間。設(shè)每群的碼元數(shù)為N(其中n位為群同步碼)，每碼元的時間寬度為T，則一群的時間為NT。在同步建立過程中，如出現(xiàn)一次漏同步，則建立時間時間要增加NT；如出現(xiàn)一次假同步，建立時間也要增加NT，因此，幀同步的平均建立時間為：2023/9/2152群同步的保護(hù)同步系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠對于通信設(shè)備是十分重要的。我們希望在同步建立時，應(yīng)盡量防止假同步混入；在建立同步后，要防止真同步漏掉。為了滿足以上要求，改善同步性能，提高抗干擾能力，在實際系統(tǒng)中要有相應(yīng)保護(hù)措施。為了保證同步系統(tǒng)的性能可靠，就必須要求漏同步概率Pl和假同步概率Pf都要低，但這一要求對識別器判決門限的選擇是矛盾的。因此，把同步過程分為兩種不同的狀態(tài)，以便在不同狀態(tài)對識別器的判決門限提出不同的要求達(dá)到降低漏同步和假同步的目的。捕捉態(tài)：判決門限提高，即m減小，使假同步概率下降。維持態(tài)：判決門限降低，即m增大，使漏同步概率下降。2023/9/215313.4.5起止式同步

起止式同步法用途：它主要適用于電傳打字機中。電傳打字機中起止式同步法原理：一個字符由5個二進(jìn)制碼元組成，每個碼元的長度相等鍵盤輸入的每個字符之間的時間間隔不等。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)。在輸入一個字符時，于5個信息碼元之前加入一個低電平的“起脈沖”，其寬度為一個碼元的寬度T，如下圖所示起止止123451.5TT2023/9/2154起止式同步為了保持字符間的間隔，又規(guī)定在“起脈沖”前的高電平寬度至少為1.5T，并稱它為“止脈沖”。所以通常將起止式同步的一個字符的長度定義為7.5T。在手工操作輸入字符時，“止脈沖”的長度是隨機的，但是至少為1.5T。由于每個字符的長度很短，所以本地時鐘不需要很精確就能在這5個碼元的周期內(nèi)保持足夠的準(zhǔn)確。起止式同步的碼組中，字符的數(shù)目不必須是5個，例如也可能采用7位的ASCII碼。起止式同步有時也稱為異步式通信，因為在其輸出碼元序列中碼元的間隔不等。2023/9/215513.4.6自群同步

唯一可譯碼假設(shè)現(xiàn)共有4種天氣狀態(tài)需要傳輸，將其用二進(jìn)制編碼表示，如下表所示：當(dāng)接收端收到的數(shù)字序列為“1110110110

”時，它將唯一地可以譯為“雨晴陰陰

”。保證唯一可譯的充分條件是在編碼中任何一個碼字都不能是其他碼字的前綴。滿足這個條件的編碼又稱為瞬時可譯碼。

晴云陰雨01011101112023/9/2156瞬時可譯碼其碼字的邊界可以由當(dāng)前碼字的末尾確定，而不必等待下一個碼字的開頭。例如，下表中的編碼是唯一可譯碼，但是不是瞬時可譯碼：例如，在收到“10”后，必須等待下一個符號是“0”還是“1”，才能確定譯為“雨”還是“陰”。在這種編碼中，“晴(1)”是“陰(10)”的詞頭，并且“陰(10)”是“雨(100)”的詞頭。晴陰雨1101002023/9/2157唯一可譯性的條件唯一可譯碼的唯一可譯性是有條件的，即必須正確接收到開頭的第一個或前幾個碼元。例如，在下表的例子中 當(dāng)發(fā)送序列是“1110110110

”時，若接收時丟失了第一個符號，則接收序列將變成“110110110

”。這樣它將被譯為“陰陰陰

”。從這個例子可以看出，為了能正確接收丟失開頭碼元的信息序列，要求該編碼不僅應(yīng)該是唯一可譯的，而且是可同步的。晴云陰雨01011101112023/9/2158可同步編碼由其構(gòu)成的序列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或是經(jīng)過對開頭幾個碼元錯譯后，能夠自動獲得正確同步及正確譯碼。例如，按照下表編碼發(fā)送天氣狀態(tài)：當(dāng)發(fā)送的天氣狀態(tài)是“云雨陰晴

”時，發(fā)送碼元序列為“100110110101

”。若第一個碼元丟失，則收到的序列將為“00110110101

”。由于前兩個碼元為“00”，它無法譯出，故得知同步有誤，譯碼器將從第二個碼元開始譯碼，即對“0110110101

”譯碼，并譯為“晴陰陰晴

”?？梢钥闯觯@時前兩個碼字錯譯了，但是從第3個碼字開始已自動恢復(fù)正確的同步。若前兩個碼元都丟失了，則收到的序列將是“01101101

”。這時也是從第3個碼字開始恢復(fù)正確的同步。晴云陰雨0110010111012023/9/2159無逗號碼可同步碼中的一種碼組長度均相等的碼。例如，在下表中給出了一種三進(jìn)制的碼長等于3的無逗號碼：可以驗證，這8個碼字中任何兩個碼字的拼合所形成的碼長等于3的碼字都和這8個碼字不同。例如“AB”的編碼為“100101”，從其中拼合出的3位碼字有“001”、“010”，它們都不是表中的碼字。所以這種編碼能夠自動正確地區(qū)分每個接收碼字。目前無逗號碼尚無一般的構(gòu)造方法。ABCDFGHI1001011022002012022112122023/9/216013.5網(wǎng)同步13.5.1概述網(wǎng)同步目的：使全網(wǎng)各站能夠互連互通，正確地接收信息碼元。網(wǎng)同步在時分制數(shù)字通信和時分多址(TDMA)通信網(wǎng)中是一個重要的問題。網(wǎng)同步方法分類：單向通信系統(tǒng)：一般由接收設(shè)備調(diào)整自已的時鐘，使之和發(fā)送設(shè)備的時鐘同步。雙向通信系統(tǒng)：同步網(wǎng)：全網(wǎng)各站具有統(tǒng)一時間標(biāo)準(zhǔn)；異步網(wǎng)或準(zhǔn)同步網(wǎng)：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。2023/9/2161同步網(wǎng)的同步方法可能由接收設(shè)備負(fù)責(zé)解決，也可能需要收發(fā)雙方共同解決。例：一個衛(wèi)星通信網(wǎng)中有4個地球（終端）站，在衛(wèi)星（中心站）S1上接收地球站的TDMA信號，其時隙安排示于下圖中：

上行下行ABCDS1S2E-1E-1E-1E-1E-2ABCD

AB

t2023/9/2162發(fā)射機同步方法因為每個地球站只允許在給定的一段時隙中發(fā)送信號，故地球站的發(fā)射機必須保證其發(fā)送的上行信號到達(dá)衛(wèi)星上時，恰好是衛(wèi)星上中心站準(zhǔn)備接收其信號的時間。由于各個地球站和衛(wèi)星的距離不等，各個地球站的上行發(fā)送信號的時鐘也需要不同，所以不可能采用調(diào)整衛(wèi)星上中心站接收機時鐘的辦法達(dá)到和所有地球站上行信號同步的目的。這時，需要各地球站按照和衛(wèi)星的距離遠(yuǎn)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；由于延遲時間不同，各個地球站發(fā)射信號的時鐘之間實際上是有誤差的。這稱為發(fā)射機同步方法。2023/9/2163開環(huán)法開環(huán)方法不需依靠中心站上接收信號到達(dá)時間的任何信息。