《通信原理》課件2第8章

8.1載波同步技術(shù)

8.2位同步技術(shù)

8.3群(幀)同步技術(shù)8.4網(wǎng)同步技術(shù)及其應(yīng)用本章小結(jié)

習(xí)題

所謂同步，就是指通信系統(tǒng)的收、發(fā)雙方在時(shí)間上步調(diào)一致。在通信系統(tǒng)中，同步是一個(gè)非常重要的問題。只有收、發(fā)雙方工作步調(diào)一致，系統(tǒng)才能真正實(shí)現(xiàn)通信功能。因此，同步系統(tǒng)的好壞直接影響通信質(zhì)量的好壞，甚至?xí)绊懲ㄐ拍芊裾＿M(jìn)行。舉個(gè)例子，如果某位同學(xué)手表上的時(shí)間與其他人的不一致，那么他就會(huì)遲到，工作和學(xué)習(xí)就會(huì)不正常。通信系統(tǒng)也一樣，如果在時(shí)間上沒有統(tǒng)一的收、發(fā)步調(diào)，就會(huì)導(dǎo)致接收端無法收到發(fā)送端發(fā)送的信息，從而使整個(gè)系統(tǒng)通信不正常。概述在通信系統(tǒng)中，從不同的角度可把同步可分成不同的類型。

按照同步的功能分，同步可分為載波同步、位同步、群(幀)同步和網(wǎng)同步4種。其中載波同步主要用于調(diào)制、解調(diào)中的相干檢測。位同步指的是數(shù)字通信中的每個(gè)比特的同步。群同步指一幀數(shù)據(jù)(包含多個(gè)比特)的同步。如果把一列火車上的每個(gè)座位號比喻成位同步的話，那么每一節(jié)車廂的編號就可以比喻成群同步，有了座位號和車廂號，我們就可以根據(jù)火車票找到座位，所以有了位同步和群同步，我們就可以準(zhǔn)確接收數(shù)據(jù)。此外，現(xiàn)代通信網(wǎng)絡(luò)還需要網(wǎng)同步，有了網(wǎng)同步，整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。按照傳輸同步信息的方式不同，同步可分為外同步和自同步。不論外同步還是自同步都是針對接收端而言的。所謂外同步，就是發(fā)送端專門發(fā)送同步信息，接收端從該信息中提取同步信號；而自同步，就是發(fā)送端不專門發(fā)送同步信息，只發(fā)送需要傳送的其他信息，接收端自動(dòng)從這些信息中提取同步信號。

由于通信系統(tǒng)能否正常工作在很大程度取決于同步的好壞，因此通常我們要求同步信息傳輸?shù)目煽啃砸哂谄胀ㄐ盘杺鬏數(shù)目煽啃?。在前面講到過的調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相系統(tǒng)中，如果接收端采用相干解調(diào)，就需要一個(gè)與發(fā)送端同頻、同相的載波。如何獲得這個(gè)由接收端產(chǎn)生且與發(fā)送端載波同頻、同相的載波，就是載波同步技術(shù)要解決的問題。

載波同步的方法主要有直接法(自同步法)和插入導(dǎo)頻法(外同步法)。8.1載波同步技術(shù)直接法就是接收端直接從發(fā)送的有用信號中提取載波的方法，又稱為自同步法。

插入導(dǎo)頻法就是在發(fā)送有用信號的同時(shí)，在適當(dāng)?shù)念l率位置上插入一個(gè)(或多個(gè))稱為導(dǎo)頻的正弦波，接收端根據(jù)導(dǎo)頻就可以提取出與發(fā)送端同頻、同相的正弦波的方法。由于發(fā)送端專門發(fā)送了導(dǎo)頻信息，因此插入導(dǎo)頻法又稱為外同步法。8.1.1直接法(自同步法)

在利用直接法進(jìn)行載波同步的系統(tǒng)中，由于發(fā)送端不專門發(fā)送載波信息，接收端只能根據(jù)發(fā)送端發(fā)送的有用信息提取載波。

如果接收信號本身就含有載波分量，比如幅度AM信號，則可以直接用濾波器把載波分量與接收信號的其他分量分離開來，顯然這是最簡單的直接法。此外，有的信號雖然本身不含載波分量，比如抑制載波的雙邊帶(DSB)調(diào)制信號、數(shù)字調(diào)相(PSK)調(diào)制信號，但是通過對這些信號進(jìn)行某些線性變換后，可以獲得載波分量，從而達(dá)到載波同步的目的，這種方法也屬于直接法。下面介紹幾種實(shí)現(xiàn)直接提取載波的方法。

1．平方變換法

對于抑制載波的雙邊帶信號(DSB)，可以按照圖8.1.1所示的方法提取載波分量。圖8.1.1中的信號表達(dá)式如式(8-1-1)和式(8-1-2)所示。

(8-1-1)

(8-1-2)圖8.1.1平方變換法提取載波分量

2.平方環(huán)法

平方環(huán)法就是在平方變換法的基礎(chǔ)上，把2ωc窄帶濾波器改成鎖相環(huán)提取載波的方法。其基本原理是，在接收端利用鑒相器比較接收載波和本地載波的相位，如果二者相位不一致，則鑒相器產(chǎn)生誤差信號去調(diào)整本地載波信號的相位，直到二者精確同步為止。圖8.1.2所示是平方環(huán)法提取載波的框圖。

由于平方環(huán)法采用了鎖相環(huán)，可以隨時(shí)根據(jù)相位的誤差調(diào)整本地載波的相位，因此平方環(huán)法比平方變換法具有更好的同步性能，其應(yīng)用也更為廣泛。圖8.1.2平方變換法提取載波分量8.1.2插入導(dǎo)頻法(外同步法)

對于前面講到的DSB信號和PSK信號，由于信號中沒有載波成分，一方面，可以利用直接法(自同步法)通過某些線性變換提取載波，另一方面也可以利用插入導(dǎo)頻法(外同步

法)獲得載波同步。由于單邊帶(SSB)信號和殘留邊帶(VSB)信號中沒有載波成分，同時(shí)也不易通過某種變換獲得載波，因此不能利用直接法提取載波，而只能利用插入導(dǎo)頻法獲得載波同步。插入導(dǎo)頻法主要有頻域插入導(dǎo)頻法和時(shí)域插入導(dǎo)頻法兩種。

1．頻域插入導(dǎo)頻法

所謂頻域插入導(dǎo)頻法，就是在信號中增加導(dǎo)頻。導(dǎo)頻包含接收端載波同步需要的信息，這樣導(dǎo)頻信號和有用信號同時(shí)傳輸，接收端通過濾波等手段提取導(dǎo)頻信息，恢復(fù)載波，從而達(dá)到載波同步的目的。顯然，插入的導(dǎo)頻信息不能影響有用信號，否則導(dǎo)頻與信號的頻譜會(huì)混在一起，無法分離，所以插入導(dǎo)頻的位置應(yīng)該在信號頻譜為零的位置。圖8.1.3所示是頻域插入導(dǎo)頻法的頻譜示意圖。圖8.1.3頻域插入導(dǎo)頻法(a)雙邊帶信號頻譜；(b)插入導(dǎo)頻后信號頻譜

2．時(shí)域插入導(dǎo)頻法

時(shí)域插入導(dǎo)頻法則是在有用信息傳輸之前，先花一點(diǎn)時(shí)間傳輸包含載波信息的導(dǎo)頻信號，接收端收到該載波信息之后，再進(jìn)行有用信息的傳輸，如圖8.1.4所示。圖8.1.4時(shí)域插入導(dǎo)頻法從圖8.1.4所示可知，時(shí)域插入導(dǎo)頻法是斷續(xù)傳輸導(dǎo)頻的，即只在專用的時(shí)間段里傳輸導(dǎo)頻，而在其他時(shí)間段則只傳輸有用信息。這是時(shí)域插入導(dǎo)頻法與頻域插入導(dǎo)頻法的最大的區(qū)別。頻域插入導(dǎo)頻法的導(dǎo)頻是混在有用信息中傳輸?shù)?，是連續(xù)傳輸?shù)摹?/p>

由于時(shí)域插入導(dǎo)頻法在專用的時(shí)間段傳輸導(dǎo)頻，導(dǎo)頻信號與有用信號不會(huì)互相干擾，所以一般直接選擇ωc作為導(dǎo)頻頻率。

由于接收端斷斷續(xù)續(xù)收到導(dǎo)頻信號，因此在收到導(dǎo)頻

信號時(shí)，就用平方環(huán)法跟蹤載波，而在沒有收到導(dǎo)頻信號時(shí)，就保持振蕩，從而產(chǎn)生載波信號。這相當(dāng)于每過一段時(shí)間，接收端就用接收到的導(dǎo)頻載波校準(zhǔn)一次自己產(chǎn)生的載波信號，從而保證整個(gè)通信過程的載波同步。8.1.3載波同步的性能指標(biāo)

載波同步系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)有效率、精度、同步建立時(shí)間和同步保持時(shí)間等。

效率：用于衡量同步方法消耗的功率。由于直接法沒有專門發(fā)送導(dǎo)頻，所以其效率要高于插入導(dǎo)頻法的效率。精度：用于衡量載波同步后接收端載波與發(fā)送端載波之間的相位誤差。顯然精度越高，系統(tǒng)同步性能越好。

同步建立時(shí)間：系統(tǒng)從開機(jī)到實(shí)現(xiàn)同步或從失步狀態(tài)到同步狀態(tài)所需要的時(shí)間。顯然同步建立時(shí)間越短越好。

同步保持時(shí)間：同步狀態(tài)下，如果同步信號消失，系統(tǒng)還能維持同步的時(shí)間。顯然同步保持時(shí)間越長越好。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，發(fā)送端按照確定的時(shí)間順序，逐個(gè)傳輸數(shù)碼脈沖序列中的每個(gè)碼元。

而在接收端必須有準(zhǔn)確的抽樣判決時(shí)刻才能正確判決所發(fā)送的碼元。因此，接收端必須提供一個(gè)確定抽樣判決時(shí)刻的定時(shí)脈沖序列。這個(gè)定時(shí)脈沖序列的重復(fù)頻率必須與發(fā)送的數(shù)碼脈沖序列一致，同時(shí)在最佳判決時(shí)刻(或稱為最佳相位時(shí)刻)對接收碼元進(jìn)行抽樣判決。

8.2位同步技術(shù)把在接收端產(chǎn)生這樣的定時(shí)脈沖序列稱為碼元同步，或稱位同步。

實(shí)現(xiàn)位同步的方法和實(shí)現(xiàn)載波同步的方法類似，也有直接位同步法(自同步法)和插入導(dǎo)頻位同步法(外同步法)兩種，直接法又分為濾波法和鎖相法。8.2.1直接位同步法(自同步法)

當(dāng)系統(tǒng)的位同步采用自同步法時(shí)，發(fā)送端不專門發(fā)送導(dǎo)頻信號，接收端直接從數(shù)字信號中提取位同步信號，這種方法在數(shù)字通信中經(jīng)常采用。

1．濾波法位同步

通過對基帶信號的頻譜分析可以知道，不能直接從不歸零的隨機(jī)二進(jìn)制序列中濾出位同步信號。但是，若對該信號進(jìn)行某種變換，例如，將其變成單極性歸零脈沖，則該序列中就有f=1/Tb的位同步信號分量，利用一個(gè)窄帶濾波器，可將此信號分量濾出，該信號通過一移相器調(diào)整相位后，就可以形成位同步脈沖。這種方法的方框圖如圖8.2.1所示。它的特點(diǎn)是先形成含有位同步信息的信號，再用濾波器將其濾出。而單極性歸零脈沖序列，由于其包含f=1/Tb的位同步信號分量，一般作為提取位同步信號的中間變換過程。圖8.2.1濾波法位同步原理框圖圖8.2.1所示各個(gè)部分輸出的波形如圖8.2.2所示。

另一種常用的波形變換方法是對帶限信號進(jìn)行包絡(luò)檢波。某些數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)，通常在中頻上對頻帶受限的2PSK信號進(jìn)行包絡(luò)檢波，以提取位同步信號。

由于頻帶受限，在相鄰碼元的相位變換點(diǎn)附近會(huì)產(chǎn)生幅度的平滑“陷落”，經(jīng)包絡(luò)檢波后，可以得到位同步信號。圖8.2.3所示是包絡(luò)檢波位同步的原理框圖。

圖8.2.3所示各個(gè)部分輸出的波形如圖8.2.4所示。圖8.2.2基帶信號的微分整流波形圖8.2.3包絡(luò)檢波位同步的原理框圖圖8.2.4包絡(luò)檢波位同步的波形圖

2．鎖相法位同步

利用鎖相電路提取位同步信號的方法稱為鎖相法位同步。在數(shù)字通

信系統(tǒng)中，這種鎖相電路常采用數(shù)字鎖相環(huán)來實(shí)現(xiàn)。

接收機(jī)采用鎖相法提取位同步的鎖相環(huán)路，主要由高穩(wěn)定度振蕩器(晶振)、分頻器、相位比較器和控制電路組成。該電路是利用鎖相環(huán)的窄帶濾波特性來提取位同步信息的。鎖相法位同步通過鑒相器比較接收信號和本地位同步信號的相位，其輸出為兩個(gè)信號的相位差。該輸出信號作為誤差信號去調(diào)整本地位同步信號，直到本地位同步信號與接收信號的相位差小于規(guī)定值為止。也就是說通過不斷地比較、反饋、調(diào)整和控制達(dá)到二者同步的目的。鎖相環(huán)路是一種反饋控制電路，簡稱鎖相環(huán)(Phase-LockedLoop，PLL)。鎖相環(huán)的特點(diǎn)是：利用外部輸入的參考信號控制環(huán)路內(nèi)部振蕩信號的頻率和相位。鎖相環(huán)可以實(shí)現(xiàn)輸出信號頻率對輸入信號頻率的自動(dòng)跟蹤。在工作過程中，當(dāng)輸出信號的頻率與輸入信號的頻率相等時(shí)，鎖相環(huán)輸出信號與輸入信號的相位差保持固定，即輸出信號與輸入信號的相位被鎖住，這就是鎖相環(huán)名稱的由來。

鎖相環(huán)通常由鑒相器(PhaseDetector，PD)、環(huán)路濾波器(LoopFilter，LF)和壓控振蕩器(VoltageControlledOscillator，VCO)3部分組成，鎖相環(huán)組成的原理框圖如圖8.2.5所示。圖8.2.5鎖相環(huán)原理圖鎖相環(huán)中的鑒相器又稱為相位比較器，它的作用是檢測輸入信號和輸出信號的相位差，并將檢測出的相位差信號轉(zhuǎn)換成ud(t)電壓信號輸出，該信號經(jīng)低通濾波器濾除高頻分量后形成壓控振蕩器的控制電壓uc(t)，對振蕩器輸出信號的頻率實(shí)施控制。8.2.2插入導(dǎo)頻的位同步法(外同步法)

為了得到碼元同步的定時(shí)信號，首先要確定接收到的信息數(shù)據(jù)流中是否包含有位同步的頻率分量。如果存在此分量，就可以利用濾波器從信息數(shù)據(jù)流中把位同步信息提取出來。

若基帶信號為隨機(jī)的二進(jìn)制不歸零碼序列，這種信號本身不包含位同步信號，為了獲得位同步信號需在基帶信號中插入用于位同步的導(dǎo)頻信號，或者對該基帶信號進(jìn)行某種碼型變換以得到位同步信息。

插入導(dǎo)頻的位同步法與載波同步時(shí)的插入導(dǎo)頻法類似，也是在基帶信號頻譜的零點(diǎn)插入所需的導(dǎo)頻信號，如圖8.2.6所示。圖8.2.6插入導(dǎo)頻的位同步法的頻譜圖在接收端，對圖8.2.6(a)所示的情況，通過中心頻率f=1/Tb的窄帶濾波器，就可從解調(diào)后的基帶信號中提取出位同步所需的信號。這時(shí)，位同步脈沖的周期與插入的導(dǎo)頻周期是一致的；對圖8.2.6(b)所示的情況，窄帶濾波器的中心頻率f應(yīng)為1/2Tb。因?yàn)檫@時(shí)的位同步脈沖的周期為插入導(dǎo)頻周期的1/2，故需將插入的導(dǎo)頻2倍頻，才能獲得所需的位同步脈沖。圖8.2.7給出了插入導(dǎo)頻的位同步法的方框圖。在圖8.2.7(a)中基帶信號經(jīng)相關(guān)編碼器處理后，其頻譜在f=1/2Tb位置為零，這樣就可以在f=1/2Tb處插入位同步導(dǎo)頻。接收端的原理框圖如圖8.2.7(b)所示。從該圖可以看出，由窄帶濾波器取出的導(dǎo)頻(fb/2)經(jīng)過移相和倒相后，再經(jīng)過相加器把基帶數(shù)字信號中的導(dǎo)頻成分抵消。

由窄帶濾波器取出的另一路導(dǎo)頻，經(jīng)過移相、放大限幅、微分全波整流和整形等電路，產(chǎn)生位同步脈沖。微分全波整流電路起倍頻器的作用，因此雖然導(dǎo)頻是fb/2，但同步脈沖的重復(fù)頻率則變?yōu)榕c碼元速率相同的fb。兩個(gè)移相器都用于消除由窄帶濾波器等引起的相移，這兩個(gè)移相器可以合用。圖8.2.7插入導(dǎo)頻的位同步法的方框圖插入導(dǎo)頻的位同步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。PSK信號和FSK信號都是包絡(luò)不變的等幅波，因此，將位導(dǎo)頻信號調(diào)制到它們的包絡(luò)上，接收端就可用普通的包絡(luò)檢波器恢復(fù)出位同步信號。事實(shí)上，同步信號也可以在時(shí)域內(nèi)插入，這時(shí)載波同步信號、位同步信號和數(shù)據(jù)信號等信息分別被配置在不同的時(shí)間段內(nèi)傳送。時(shí)域插入導(dǎo)頻的位同步法與時(shí)域插入載波的位同步法之原理是一樣的。8.2.3位同步系統(tǒng)的性能指標(biāo)

位同步系統(tǒng)的性能指標(biāo)除了效率以外，主要有以下4個(gè)：相位誤差(精度)，同步建立時(shí)間，同步保持時(shí)間，同步帶寬。

(1)相位誤差。同步建立并穩(wěn)定后，收、發(fā)端的相位偏差稱為相位誤差。相位誤差越小，系統(tǒng)的位同步性能越好。

(2)同步建立時(shí)間。同步建立時(shí)間即失去同步后重建同步所需的最長時(shí)間。系統(tǒng)同步建立時(shí)間越短越好，這樣，系統(tǒng)才能更快地正常工作。

(3)同步保持時(shí)間。同步建立后，遇到特殊情況(如信號中斷，信號為長“0”或長“1”信號)時(shí)，接收端同步電路無法正常工作，此時(shí)接收端仍能正常抽樣判決的時(shí)間，即從接收端無法收到位同步信號開始，到接收端失步，導(dǎo)致無法正確抽樣判決為止的這段時(shí)間稱為同步保持時(shí)間。顯

然，同步保持時(shí)間越長越好。

(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)頻率差超過一定范圍，就會(huì)導(dǎo)致位同步不正常。同步帶寬越寬越好，這樣，位同步就會(huì)相對穩(wěn)定，不會(huì)因?yàn)橐稽c(diǎn)點(diǎn)偏差，就無法工作。在數(shù)字通信時(shí)，一般總是以一定數(shù)目的碼元組成一個(gè)個(gè)的“字”或“句”，即組成一個(gè)個(gè)的“群”進(jìn)行傳輸?shù)?。因此，群同步信號的頻率很容易由位同步信號經(jīng)分頻而得出。但是，每個(gè)群的開頭和末尾時(shí)刻卻無法由分頻器的輸出決定。群同步的任務(wù)就是在位同步信息的基礎(chǔ)上，識別出數(shù)字信息群(“字”或“句”)的起止時(shí)刻，或者說給出每個(gè)群的“開頭”和“末尾”時(shí)刻。8.3群(幀)同步技術(shù)群同步有時(shí)也稱為幀同步。為了實(shí)現(xiàn)群同步，可以在數(shù)字信息流中插入一些特殊碼字作為每個(gè)群的頭、尾標(biāo)記，這些特殊的碼字不應(yīng)該在信息碼元序列中出現(xiàn)，或者即使偶然出現(xiàn)，但不會(huì)重復(fù)出現(xiàn)，此時(shí)只要將這個(gè)特殊碼字連發(fā)幾次，接收端就能識別出來。接收端根據(jù)這些特殊碼字的位置就可以實(shí)現(xiàn)群同步。

本節(jié)主要講述插入特殊碼字以實(shí)現(xiàn)群同步的方法。

插入特殊碼字實(shí)現(xiàn)群同步的方法有兩種，即連貫式插入法和間隔式插入法。在介紹這兩種方法以前，先簡單介紹一種在電傳機(jī)中廣泛使用的起止式群同步法。8.3.1起止同步法

目前在電傳機(jī)中廣泛使用的同步方法，就是起止式群同步法，下面就以電傳機(jī)為例，簡要地介紹一下這種群同步法的工作原理。

電傳報(bào)文的一個(gè)字由7.5個(gè)碼元組成。假設(shè)電傳報(bào)文傳送的數(shù)字序列為10010，則其碼元結(jié)構(gòu)如圖8.3.1所示。從圖中可以看到，在每個(gè)字開頭，先發(fā)一個(gè)碼元的起脈沖(負(fù)值)，中間5個(gè)碼元是信息，字的末尾是1.5碼元寬度的止脈沖(正值)。接收端根據(jù)正電平第一次轉(zhuǎn)到負(fù)電平的這一特殊規(guī)律，確定一個(gè)字的起始位置，因而就實(shí)現(xiàn)了群同步。由于這種同步方式中的止脈沖寬度與碼元寬度不一致，就會(huì)給同步數(shù)字傳輸帶來不便。另外，在這種同步方式中，7.5個(gè)碼元中只有5個(gè)碼元用于傳遞信息，因此編碼效率較低。但起止同步法的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，特別適合于異步低速數(shù)字傳輸方式。圖8.3.1起止同步的信號波形8.3.2連貫式插入法

連貫式插入法就是在每個(gè)群的開頭集中插入群同步碼字的同步方法。首先作為群同步碼字的特殊碼字應(yīng)該具有尖銳單峰特性的局部自相關(guān)特性，其次，該特殊碼字在信息碼元序列中不易出現(xiàn)以便識別，最后識別該特殊碼字的群同步識別器應(yīng)盡量簡單。目前已經(jīng)找到的最常用的群同步碼字

就是“巴克”碼。巴克碼的特殊規(guī)律是：n位巴克碼x1x2…xn的每個(gè)碼元xi只可能取值+1或-1，且滿足下列條件

(8-3-1)式(8-3-1)中，R(j)稱為局部自相關(guān)函數(shù)。從計(jì)算巴克碼的局部自相關(guān)函數(shù)可以看到，它滿足作為群同步碼字的第一條特性，也就是說，巴克碼的局部自相關(guān)函數(shù)具有尖銳單峰特性，從后面的分析可以看出，其識別器的結(jié)構(gòu)非常簡單。目前人們已找到了多個(gè)巴克碼字，具體情況如表8-3-1所示。表中“+”表示“+1”，“-”表示-1。表8-3-1巴克碼字由此可見，巴克碼的自相關(guān)函數(shù)具有很明顯的單峰形狀，在j=0時(shí)達(dá)到最大值，如圖8.3.2所示。顯然，同步系統(tǒng)利用巴克碼的自相關(guān)函數(shù)的單峰特性，就很容易找到最大值

對應(yīng)的j=0的位置，從而實(shí)現(xiàn)同步。

圖8.3.3是7位巴克碼的自相關(guān)函數(shù)的曲線圖，其單峰特性十分明顯，而且峰值比5位巴克碼還要高。通過推導(dǎo)可知，巴克碼的位數(shù)越高，其單峰的峰值也越高，同步特性也越好。無線局域網(wǎng)的IEEE802.11標(biāo)準(zhǔn)中采用的就是11位巴克碼同步。圖8.3.25位巴克碼的自相關(guān)函數(shù)曲線圖8.3.37位巴克碼的自相關(guān)函數(shù)曲線要想實(shí)現(xiàn)網(wǎng)同步,則同步時(shí)鐘必須具備以下最基本的要求:

(1)長期的穩(wěn)定性,當(dāng)一部分發(fā)生故障時(shí),對其他部分的影響最小。

(2)具有較高的同步質(zhì)量。

(3)適應(yīng)于網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展。典型的網(wǎng)同步方法可以分為兩大類:同步法和準(zhǔn)同步法。8.4網(wǎng)同步技術(shù)及其應(yīng)用8.4.1同步法

1、主從同步方式

簡單的主從同步網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)如圖8.4.1所示：圖8.4.1主從同步時(shí)鐘網(wǎng)組成主從同步法的優(yōu)點(diǎn)是主時(shí)鐘精度高、設(shè)備簡單、經(jīng)濟(jì)實(shí)用,能避免準(zhǔn)同步網(wǎng)中固有的周期性滑動(dòng);只需要較低頻率精度的鎖相環(huán)路,降低了費(fèi)用;控制簡單,特別適用于星形

或樹形網(wǎng)。

缺點(diǎn)是過分依賴主時(shí)鐘,一旦主時(shí)鐘發(fā)生故障,將導(dǎo)致整個(gè)通信網(wǎng)停頓。系統(tǒng)采用單

端控制,任何傳輸鏈路中的抖動(dòng)及漂移都將導(dǎo)致定時(shí)基準(zhǔn)的抖動(dòng)和漂移。

2、相互同步方式

簡單的相互同步網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)如圖8.4.2所示：圖8.4.2相互同步時(shí)鐘網(wǎng)組成相互同步方式的主要優(yōu)點(diǎn)是:當(dāng)某些傳輸鏈路或節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘發(fā)生故障時(shí),網(wǎng)路仍然處于同步工作狀態(tài);可以降低對節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘頻率穩(wěn)定度的要求,使設(shè)備較便宜。其主要缺點(diǎn)是:由于系統(tǒng)穩(wěn)定頻率的不確定性,很難與其他同步方式兼容;而且,由于整個(gè)同步網(wǎng)構(gòu)成一個(gè)閉路反饋系統(tǒng),系統(tǒng)參數(shù)的變化容易引起系統(tǒng)性能變化,甚至引起系統(tǒng)不穩(wěn)定。

3、主從相互同步方式

簡單的主從相互同步時(shí)鐘網(wǎng)組成如圖8.4.3所示：圖8.4.3主從相互同步時(shí)鐘網(wǎng)組成8.4.2準(zhǔn)同步法

準(zhǔn)同步法即各交換節(jié)點(diǎn)的時(shí)鐘彼此是獨(dú)立的,但它們的頻率精度被要求保持在極窄的頻率容差之中,各節(jié)點(diǎn)設(shè)立一個(gè)高精度的時(shí)鐘(采用銫原子鐘,頻率精度達(dá)10-12)。這樣,滑動(dòng)的影響就可以忽略不計(jì),網(wǎng)絡(luò)接近于同步工作狀態(tài)。圖8.4.4準(zhǔn)同步時(shí)鐘網(wǎng)組成準(zhǔn)同步工作方式的優(yōu)點(diǎn)是:網(wǎng)路結(jié)構(gòu)簡單,各節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘相互獨(dú)立工作,如圖8.4.4所示,節(jié)點(diǎn)之間不需要有控制信號來校準(zhǔn)時(shí)鐘精度,網(wǎng)路的增設(shè)和改動(dòng)都很靈活。準(zhǔn)同步方式的缺點(diǎn)是:不論時(shí)鐘的精度有多高,由于各節(jié)點(diǎn)是獨(dú)立工作的,所以在節(jié)點(diǎn)入口處總是要產(chǎn)生周期性滑動(dòng)(CCITT規(guī)定滑動(dòng)周期大于70天一次);原子鐘需要較大的投資和較高的維護(hù)費(fèi)用。8.4.3我國數(shù)字同步網(wǎng)的等級結(jié)構(gòu)

圖8.4.5我國數(shù)字同步網(wǎng)關(guān)系圖8.4.4移動(dòng)通信系統(tǒng)中的網(wǎng)同步

圖8.4.6移動(dòng)通信系統(tǒng)中的時(shí)鐘關(guān)系各個(gè)基站的定時(shí)脈沖頻率都直接或間接來自主時(shí)鐘源,所以網(wǎng)內(nèi)各站的時(shí)鐘頻率相同,各基站的時(shí)鐘頻率通過各自的鎖相環(huán)來保持和主站的時(shí)鐘頻率一致。

主從同步法的主要缺點(diǎn)是:當(dāng)主時(shí)鐘發(fā)生故障時(shí)會(huì)使全網(wǎng)無法工作;當(dāng)某一中間站發(fā)生故障時(shí),不僅該站不能工作,其后的各站都因失步而無法工作;而且銫原子鐘的造價(jià)十

分昂貴。利用GPS同步的移動(dòng)通信系統(tǒng)如下圖所示：

圖8.4.7移動(dòng)通信系統(tǒng)中的時(shí)鐘對比上述兩種方法可以明顯地看出,利用GPS系統(tǒng)同步有明顯的優(yōu)點(diǎn):

(1)除非GPS系統(tǒng)產(chǎn)生故障,否則主時(shí)鐘源不會(huì)出現(xiàn)問題。

(2)無論是主站還是基站,對于同步信號的接收具有同等的地位,一個(gè)單點(diǎn)故障不會(huì)影響其他基站。

(3)GPS的算法本身消除了由于各個(gè)基站的位置不同引起的相位偏差,不再需要另加延時(shí)。本章主要講述了通信系統(tǒng)中的重要技術(shù)——同步技術(shù)。按照其功能的