第2講同步系統(tǒng)

第2章同步系統(tǒng)2.1概述2.2載波同步技術(shù)2.3位同步技術(shù)2.4群同步(幀同步)技術(shù)2.5網(wǎng)同步技術(shù)

2.1概述2.1.1不同功用的同步按照同步的功用來(lái)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.載波同步（載波跟蹤、載波提?。合喔山庹{(diào)中，在接收端恢復(fù)出與發(fā)送端的載波在頻率上同頻的相干載波的過(guò)程。

載波同步是實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)的先決條件。

2.位同步(碼元同步):位同步脈沖與接收碼元的重復(fù)頻率和相位的一致。接收端“碼元定時(shí)脈沖序列”的重復(fù)頻率和相位(位置)要與接收碼元一致，以保證：①接收端的定時(shí)脈沖重復(fù)頻率和發(fā)送端的碼元速率相同;②取樣判決時(shí)刻對(duì)準(zhǔn)最佳取樣判決位置。這個(gè)碼元定時(shí)脈沖序列稱為“碼元同步脈沖”或“位同步脈沖”。

3.群同步(幀同步):在數(shù)字時(shí)分多路通信系統(tǒng)中，各路信碼都安排在指定的時(shí)隙內(nèi)傳送，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(hào)，首先要識(shí)別出每幀的起始時(shí)刻，從而找出各路時(shí)隙的位置。也就是說(shuō)，接收端必須產(chǎn)生與字、句和幀起止時(shí)間相一致的定時(shí)信號(hào)。我們稱獲得這些定時(shí)序列的過(guò)程為幀(字、句、群)同步。

4.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(gè)數(shù)字通信網(wǎng)中，往往需要把各個(gè)方向傳來(lái)的信碼，按它們的不同目的進(jìn)行分路、合路和交換，為了有效地完成這些功能，必須實(shí)現(xiàn)網(wǎng)同步。2.1.2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.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(lái)作為同步信號(hào)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(hào)中提取同步信息的方法，稱為自同步法。

分析：

(1)由于外同步法需要傳輸獨(dú)立的同步信號(hào)，因此，要付出額外功率和頻帶，在實(shí)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，外同步法也有采用；在群同步中，一般都采用外同步法。(2)無(wú)論采用哪種同步方式，對(duì)正常的信息傳輸來(lái)說(shuō)，都是必要的，只有收發(fā)之間建立了同步才能開(kāi)始傳輸信息。同步誤差小、相位抖動(dòng)小以及同步建立時(shí)間短、保持時(shí)間長(zhǎng)等為其主要指標(biāo)，它是系統(tǒng)正常工作的前提，否則就會(huì)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(huì)使整個(gè)系統(tǒng)無(wú)法工作。2.2載波同步技術(shù)

載波同步的方法通常有直接法(自同步法)和插入導(dǎo)頻法(外同步法)兩種。1、直接法可分為:非線性變換—濾波法和特殊鎖相環(huán)法。通常采用的特殊環(huán)路有：同相—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)等。

特點(diǎn)：特殊鎖相環(huán)具有從已調(diào)信號(hào)中消除調(diào)制和濾除噪聲的功能，所以能鑒別接收已調(diào)信號(hào)中被抑制了的載波分量與本地VCO輸出信號(hào)之間的相位誤差，從而恢復(fù)出相應(yīng)的相干載波。

2、插入導(dǎo)頻法也可以分為兩種：一種是在頻域插入，即在發(fā)送信息的頻譜中或頻帶外插入相關(guān)的導(dǎo)頻；另一種是在時(shí)域插入，即在一定的時(shí)段上傳送載波信息。對(duì)載波同步的要求是：發(fā)送載波同步信息所占的功率盡量小，頻帶盡量窄。2.2.1非線性變換—濾波法1.平方變換法

圖2-1平方變換法提取同步載波

對(duì)于2PSK信號(hào)，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(hào)x(t)cosωct經(jīng)過(guò)非線性變換—平方律部件后得(2-1)(2-2)2.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)。平方環(huán)法提取載波得到了廣泛應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)：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。2.2.2特殊鎖相環(huán)法

1.同相—正交環(huán)法(科斯塔斯環(huán))

假定環(huán)路已鎖定，若不考慮噪聲，則環(huán)路的輸入信號(hào)為

(2-8)

同相與正交兩鑒相器的本地參考信號(hào)分別為

(2-9)

那么輸入信號(hào)與v1,v2相乘后得(2-10)經(jīng)過(guò)低通濾波器后分別得

2-11)v5,v6經(jīng)過(guò)乘法器后得(2-12)這個(gè)電壓經(jīng)過(guò)環(huán)路濾波器以后控制VCO，使它與ωc同頻，相位只差一個(gè)很小的θ。此時(shí)v1=cos(ωct+θ)就是要提取的同步載波，而 就是解調(diào)器的輸出。

科斯塔斯環(huán)的兩個(gè)優(yōu)點(diǎn)：（1）工作在ωc頻率上，比平方環(huán)工作頻率低，且不用平方器件和分頻器；（2）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。具有提取載波和相干解調(diào)的雙重功能?？扑顾弓h(huán)的缺點(diǎn)：電路較復(fù)雜以及存在著相位模糊的問(wèn)題。2.2.3插入導(dǎo)頻法(外同步法)1.在DSB信號(hào)中插入導(dǎo)頻

插入導(dǎo)頻的位置應(yīng)該在信號(hào)頻譜為0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。對(duì)于模擬調(diào)制的信號(hào)，如雙邊帶話和單邊帶話等信號(hào)，在載波fc附近信號(hào)頻譜為0；但對(duì)于2PSK和2DPSK等數(shù)字調(diào)制的信號(hào)，在fc附近的頻譜不但有，而且比較大，因此對(duì)于這樣的數(shù)字信號(hào)，在調(diào)制以前先對(duì)基帶信號(hào)x(t)進(jìn)行相關(guān)編碼，相關(guān)編碼的作用是把如圖2-8(a)所示的基帶信號(hào)頻譜函數(shù)變?yōu)槿鐖D2-8(b)所示的頻譜函數(shù)，這樣經(jīng)過(guò)雙邊帶調(diào)制以后可以得到圖2-8(c)所示的頻譜函數(shù)，在fc附近頻譜函數(shù)很小，且沒(méi)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)。

由正向頻譜可以看出，由于插入的這個(gè)導(dǎo)頻與傳輸?shù)纳舷逻厧遣恢丿B的，接收端容易通過(guò)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2-9所示。圖中除正常產(chǎn)生雙邊帶信號(hào)外，振蕩器的載波經(jīng)移相π/2網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生一個(gè)正交的導(dǎo)頻信號(hào)，二者疊加成輸出信號(hào)。顯然由于x′(t)中無(wú)直流成分，因此Ax′(t)sinωct中無(wú)fc成分，而acosωct是插入的正交載波(導(dǎo)頻)。

圖2-8幾種信號(hào)的正頻域頻譜圖圖2-9DSB發(fā)射機(jī)中導(dǎo)頻的插入圖2-10相干解調(diào)器

假設(shè)接收到的信號(hào)就是uo(t),uo(t)中的導(dǎo)頻經(jīng)過(guò)fc窄帶濾波器濾出來(lái)，再經(jīng)過(guò)移相電路后得asinωct,uo(t)與asinωct加到乘法器輸出經(jīng)過(guò)低通濾波器以后，得Aax′(t)/2。

2.在殘留邊帶信號(hào)中插入導(dǎo)頻

(1)殘留邊帶頻譜的特點(diǎn)。以取下邊帶為例，殘留邊帶濾波器應(yīng)具有如圖2-11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(guò)，而上邊帶信號(hào)的頻譜fc到(fc+fr)只有小部分通過(guò)。這樣，當(dāng)基帶信號(hào)為數(shù)字信號(hào)時(shí)，殘留邊帶信號(hào)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。

圖2-11殘留邊帶頻譜

(2)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(guò)多頻帶。假設(shè)

其中fr是殘留邊帶信號(hào)形成濾波器滾降部分占用帶寬的一半，而fm為基帶信號(hào)的最高頻率。（2-18）（2-19）

(3)載波信號(hào)的提取。在插入導(dǎo)頻的VSB信號(hào)中提取載波的方框圖如圖2-12所示。接收的信號(hào)中包含有VSB信號(hào)和f1,f2兩個(gè)導(dǎo)頻。假設(shè)接收信號(hào)中兩個(gè)導(dǎo)頻是θ1為第一個(gè)導(dǎo)頻的初相

θ2為第二個(gè)導(dǎo)頻的初相

發(fā)送端的載波為cos(ωct+θc)，收端提取的同步載波也應(yīng)該是cos(ωct+θc)。圖2-12插入導(dǎo)頻的VSB信號(hào)的載波提取

3.時(shí)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(shí)域中插入導(dǎo)頻以傳送和提取同步載波的方法。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，例如按圖2-13(a)那樣分配。把一定數(shù)目的數(shù)字信號(hào)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(hào)外，在t0—t1的時(shí)隙中傳送位同步信號(hào)，在t1—t2的時(shí)隙內(nèi)傳送幀同步信號(hào)，在t2—t3的時(shí)隙內(nèi)傳送載波同步信號(hào)，而在t３—t4時(shí)間內(nèi)才傳送數(shù)字信息；以后各幀都如此。

圖2-13時(shí)域中插入導(dǎo)頻法圖2-13時(shí)域中插入導(dǎo)頻法

2.2.4載波同步系統(tǒng)的性能指標(biāo)載波同步系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)有4個(gè)：(1)效率。為獲得同步，載波信號(hào)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。

(2)精度。精度指提取的同步載波與需要的載波標(biāo)準(zhǔn)比較，應(yīng)該有盡量小的相位誤差。如需要的同步載波為cosωct，提取的同步載波為cos(ωct+Δφ)，Δφ就是相位誤差，Δφ應(yīng)盡量小。通常Δφ又分為穩(wěn)態(tài)相位誤差Δφ0和隨機(jī)相位誤差。穩(wěn)態(tài)相位誤差主要是指載波信號(hào)通過(guò)同步信號(hào)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(hào)，所引起的穩(wěn)態(tài)相位誤差就有所不同，我們期望Δφ越小越好。

隨機(jī)相位誤差是由于隨機(jī)噪聲的影響而引起同步信號(hào)的相位誤差。實(shí)際上，隨機(jī)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(huì)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(gè)簡(jiǎn)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Δφ時(shí)，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(jī)相位誤差時(shí)，我們卻希望Q值高，以減小隨機(jī)相位誤差。可見(jiàn)，這兩種情況對(duì)Q值的要求是有矛盾的。因此，我們?cè)谶x擇載波提取電路時(shí)，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。

(3)同步建立時(shí)間ts。對(duì)ts的要求是越短越好，這樣同步建立得快。(4)同步保持時(shí)間tc。對(duì)tc的要求是越長(zhǎng)越好，這樣一旦建立同步以后可以保持較長(zhǎng)的時(shí)間。2.3位同步技術(shù)

在數(shù)字通信中，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fb，碼元寬度為Tb。這種信號(hào)的功率譜在fb處為0，例如，雙極性碼的功率譜密度圖2-14(a)所示，此時(shí)可以在fb處插入位定時(shí)導(dǎo)頻。如果將基帶信號(hào)先進(jìn)行相關(guān)編碼，經(jīng)相關(guān)編碼后的功率譜密度如圖2-14(b)所示，此時(shí)可在fb/2處插入位定時(shí)導(dǎo)頻，接收端取出fb/2以后，經(jīng)過(guò)二倍頻得到fb。圖2-14功率譜密度特性

圖2-15(a),(b)分別畫出了發(fā)送端和接收端插入位定時(shí)導(dǎo)頻和提取定時(shí)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(duì)于數(shù)字信號(hào)在時(shí)間上具體有如下的關(guān)系：當(dāng)信號(hào)為正、負(fù)最大值(即取樣判決時(shí)刻)時(shí)，導(dǎo)頻正好是零點(diǎn)。這樣避免了導(dǎo)頻對(duì)信號(hào)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(wèn)題，這是因?yàn)閷?duì)信道的均衡不一定完善，即所有頻率的時(shí)延不一定相等，因而信號(hào)和導(dǎo)頻在發(fā)送端所具有的時(shí)間關(guān)系會(huì)受到破壞。圖2-15位定時(shí)導(dǎo)頻插入法方框圖(a)發(fā)送端；(b)接收端

由接收端抑制插入導(dǎo)頻的方框圖2-15(b)可以看出，窄帶濾波器取出的導(dǎo)頻fb/2經(jīng)過(guò)移相和倒相后，再經(jīng)過(guò)相加器把基帶數(shù)字信號(hào)中的導(dǎo)頻成分抵消。由窄帶濾波器取出導(dǎo)頻fb/2的另一路經(jīng)過(guò)移相和放大限幅、微分全波整流、整形等電路，產(chǎn)生位定時(shí)脈沖，微分全波整流電路起到倍頻器的作用。因此，雖然導(dǎo)頻是fb/2，但定時(shí)脈沖的重復(fù)頻率變?yōu)榕c碼元速率相同的fb，圖中兩個(gè)移相器都是用來(lái)消除窄帶濾波器等引起的相移，這兩個(gè)移相器可以合用。2.3.2自同步法

1.從基帶數(shù)字信號(hào)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(hào)是不歸零脈沖序列，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(hào)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(lái)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(hào)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(lái)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。這種方法的方框圖和各點(diǎn)波形如圖2-16所示。

圖中s(t)為基帶輸入信號(hào)，v1為放大限幅得到的矩形基帶信號(hào)，v2為微分及全波整流后的信號(hào)波形，屬于歸零形式的波形，含有fb離散頻率成分，經(jīng)窄帶濾波后可得到輸出頻率fb的波形，如圖中v3，再經(jīng)過(guò)移相電路及脈沖形成電路就可得到有確定起始位置的位定時(shí)脈沖v4。采用這種方案在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)時(shí)，要注意放大限幅器的過(guò)零點(diǎn)性能和微分電路時(shí)間參數(shù)的選擇以及全波整流的對(duì)稱性，以便獲得幅度盡可能大的位同步分量，避免由于電路不理想造成的干擾和抖動(dòng)。圖2-16微分、全波整流濾波法方框圖及各點(diǎn)波形圖(a)方框圖；(b)波形圖

(2)從延遲解調(diào)的基帶信號(hào)中濾取位同步分量。頻帶受限的相對(duì)移相的PSK信號(hào)經(jīng)延遲解調(diào)后，其頻譜中就包含有位同步分量，這是因?yàn)樵诙嘞鄬?duì)移相系統(tǒng)中，任何一個(gè)碼的載波相位都是以它前一個(gè)碼的載波相位為參考的。對(duì)于連1碼，每個(gè)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)處就產(chǎn)生包絡(luò)的“陷落”，經(jīng)過(guò)延遲解調(diào)后，就在基帶信號(hào)的下半部波形上形成了“凹陷”。而對(duì)于連0碼，載波沒(méi)有相位反轉(zhuǎn)，所以下半部分不會(huì)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(hào)中含有位同步分量。從延遲解調(diào)的基帶信號(hào)中提取位同步的方框圖如圖2－17所示。圖中的窄帶濾波器前端的信號(hào)，應(yīng)是經(jīng)過(guò)延遲解調(diào)而得到的基帶數(shù)字信號(hào)，其圖中的后半部分對(duì)位同步信號(hào)的處理與上一方法基本相同。不同之處是首先取出信號(hào)中“凹陷”部分含有位同步信息的成分v2。圖2-17從延遲解調(diào)的基帶信號(hào)中濾取位同步分量(a)方框圖；(b)波形圖

(3)延遲相乘濾波法。對(duì)于頻帶不受限的方波基帶信號(hào)或頻帶受限的基帶信號(hào)，預(yù)先經(jīng)過(guò)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(lái)提取位同步信號(hào)。因?yàn)榛鶐盘?hào)s(t)和延遲相乘基帶信號(hào)s(t-τ)相乘后，就能產(chǎn)生歸零的窄脈沖序列，所以經(jīng)過(guò)窄帶濾波器就能濾出位同步線譜分量。此法的原理方框圖及波形圖如圖2-18所示。圖2-18延遲相乘濾波法(a)方框圖；(b)波形圖2.3.3位同步系統(tǒng)的性能指標(biāo)1.相位誤差位同步信號(hào)的平均相位和最佳取樣點(diǎn)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(duì)于數(shù)字鎖相法提取位同步信號(hào)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(shí)所引起的。因此調(diào)整一次，相位改變2π/n(n是分頻器的分頻次數(shù))，故最大的相位誤差為2π/n，用角度表示為360°/n，可見(jiàn)，n越大，最大的相位誤差越小。

2.同步建立時(shí)間同步建立時(shí)間即為失去同步后重建同步所需的最長(zhǎng)時(shí)間。通常要求同步建立的時(shí)間要短。

3.同步保持時(shí)間

當(dāng)同步建立后，一旦輸入信號(hào)中斷，由于收發(fā)雙方的固有位定時(shí)重復(fù)頻率之間總存在頻差Δf，接收端同步信號(hào)的相位就會(huì)逐漸發(fā)生漂移，時(shí)間越長(zhǎng)，相位漂移越大，直至漂移量達(dá)到某一準(zhǔn)許的最大值，就算失步了。那么這個(gè)從含有位同步信息的接收信號(hào)消失開(kāi)始，到位同步提取電路輸出的正常位同步信號(hào)中斷為止的這段時(shí)間，稱為位同步保持時(shí)間，同步保持時(shí)間越長(zhǎng)越好。

4.同步帶寬同步帶寬是指位同步頻率與碼元速率之差。如果這個(gè)頻差超過(guò)一定的范圍，就無(wú)法使接收端位同步脈沖的相位與輸入信號(hào)的相位同步。因此，要求同步帶寬越小越好。

2.4群同步(幀同步)技術(shù)2.4.1群同步分類1.集中插入法－－－將標(biāo)志碼組開(kāi)始的群（幀）同步信號(hào)集中插入每一個(gè)碼組的前面。2.分散插入法－－－將一種特殊的周期性同步碼元序列－－－－群（幀）同步信號(hào)分散插入在信息碼元序列中。2.4.2集中插入法

1.巴克碼

巴克碼是一種具有特殊規(guī)律的二進(jìn)制碼組，是有限長(zhǎng)的非周期序列。它的特殊規(guī)律是：若一個(gè)n位的巴克碼｛x1,x2,x3,…,xn｝，每個(gè)碼元xi只可能取值+1或-1，則它必然滿足條件(2-20)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2-1所示。表中“+”表示+1,“-”表示-1。以n=7為例，它的局部自相關(guān)函數(shù)如下：表2-1巴克碼組同樣可以求出j=3,4,5,6,7以及j=-1,-2,-3,-4,-5,-6,-7時(shí)R(j)的值為j=0, R(j)=7j=±1,±3,±5,±7， R(j)=0j=±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(jiàn)圖2-24。

圖2-247位巴克碼的自相關(guān)函數(shù)

2.巴克碼識(shí)別器

仍以7位巴克碼為例。用7級(jí)移相寄存器、相加器和判決器就可以組成一個(gè)巴克碼識(shí)別器，如圖2-25所示。7級(jí)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(shí)，如果圖中某移位寄存器進(jìn)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(jìn)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(shí)際上巴克碼識(shí)別器是對(duì)輸入的巴克碼進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，當(dāng)一幀信號(hào)到來(lái)時(shí)，首先進(jìn)入識(shí)別器的是群同步碼組，只有當(dāng)7位巴克碼在某一時(shí)刻正好全部進(jìn)入7位寄存器時(shí)，7個(gè)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(duì)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(shí)別器的相加輸出也只能小于+7。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(jìn)入識(shí)別器時(shí)，識(shí)別器輸出一個(gè)同步脈沖表示一群的開(kāi)頭。一般情況下，信息碼不會(huì)正好都使移位寄存器的輸出為+1，因此實(shí)際上更容易判定巴克碼全部進(jìn)入移位寄存器的位置。圖2-257位巴克碼識(shí)別器

2.4.3間歇式插入法

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2-26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(gè)抽樣值用8位碼表示，此時(shí)24路電話都抽樣一次共有24個(gè)抽樣值，192個(gè)信息碼元。192個(gè)信息碼元作為一幀，在這一幀插入一個(gè)群同步碼元，這樣一幀共有193個(gè)碼元。接收端檢出群同步信息后，再得出分路的定時(shí)脈沖。

圖2-26間歇插入群同步方式

間歇式插入法的缺點(diǎn)是當(dāng)失步時(shí)，同步恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，因?yàn)槿绻l(fā)生了群失步，則需要逐個(gè)碼位進(jìn)行比較檢驗(yàn)，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(diǎn)是設(shè)備較復(fù)雜，因?yàn)樗幌襁B貫式插入法那樣，群同步信號(hào)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(chǔ)。2.4.4群同步的保護(hù)最常用的保護(hù)措施是將群同步的工作劃分為兩種狀態(tài)，即捕捉態(tài)和維持態(tài)。要提高群同步的工作性能，就必須要求漏同步概率P1和假同步概率P2都要低，但這一要求對(duì)識(shí)別器判決門限的選擇是矛盾的。因?yàn)?，在群同步識(shí)別器中，只有降低判決門限電平，才能減少漏同步，但是為了減少假同步，只有提高判決門限電平。因此，我們把同步過(guò)程分為兩種不同的狀態(tài)，以便在不同狀態(tài)對(duì)識(shí)別器的判決門限電平提出不同的要求，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，判決器容許群同步碼組中最大錯(cuò)碼數(shù)就會(huì)下降，假同步概率P2就會(huì)下降。維持態(tài)：判決門限降低，判決器容許群同步碼組中最大錯(cuò)碼數(shù)就會(huì)上升，但漏同步概率P1就會(huì)下降。

2.4.5群同步系統(tǒng)的性能指標(biāo)

1.群同步可靠性

群同步可靠性受兩個(gè)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(cuò)誤碼元，從而使識(shí)別器漏識(shí)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。第二，在接收的數(shù)字信號(hào)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(shí)別器識(shí)別出來(lái)誤認(rèn)為是同步碼組而形成假同步信號(hào)，出現(xiàn)這種情況的概率稱為假同步概率，記為P2。這兩種概率就是衡量群同步可靠性的主要指標(biāo)。

為使漏同步概率下降，例如在連貫式插入法中，要識(shí)別群同步信號(hào)而不致產(chǎn)生漏同步，可將識(shí)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(gè)錯(cuò)誤碼元時(shí)，仍可識(shí)別出來(lái)。但是，這樣以來(lái)，就會(huì)使假同步的概率增大，因?yàn)槿魏蝺H與同步碼組有一碼元差別的消息碼元，都可以被當(dāng)做同步碼組識(shí)別出來(lái)。所以，P1與P2這兩個(gè)指標(biāo)之間是矛盾的，判決門限的選值，必須兼顧二者的要求。

設(shè)Pe為碼元錯(cuò)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錯(cuò)誤碼元最大數(shù)，則同步碼組碼元n中所有不超過(guò)m個(gè)錯(cuò)誤碼元的碼組都能被識(shí)別器識(shí)別，因而，未漏同步概率為

故得漏同步同步概率為(2-21)

假同步概率P2的計(jì)算就是計(jì)算信息碼元中能被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)制信息碼中1、0碼等概率出現(xiàn)，P(1)=P(0)=0.5，則由該二進(jìn)制碼元組成n位碼組的所有可能的碼組數(shù)為2n個(gè)，而其中能被判為同步碼組的組合數(shù)也與m有關(guān)，若m=0，只有C0n個(gè)碼組能識(shí)別；若m=1，則有 個(gè)碼組能識(shí)，其余類推。寫成普遍式，信息碼中可被判為同步碼組的組合數(shù)為，由此可得假同步概率的普遍式為2-22)2.平均同步建立時(shí)間ts

對(duì)于連貫式插入法，假設(shè)漏同步和假同步都不出現(xiàn)，在最不利的情況下，實(shí)現(xiàn)幀同步最多需要一幀時(shí)間，設(shè)每幀的碼元數(shù)為N,每碼元的時(shí)間寬度為Tb，則一幀的時(shí)間為NTb。在建立同步過(guò)程中，如出現(xiàn)一次漏同步，則建立時(shí)間要增加NTb；如出現(xiàn)一次假同步，建立時(shí)間也要增加NTb，因此，幀同步的平均建立時(shí)間為

對(duì)于分散式插入法，其平均建立時(shí)間經(jīng)過(guò)分析計(jì)算可得

(2-23)(2-24)2.5網(wǎng)同步技術(shù)2