微機(jī)原理第11章

1、1 通通 信信 原原 理理 第第11章章 同步原理同步原理 2 第第11 11章章 同步原理同步原理 l11.1 概述概述 同步同步是通信系統(tǒng)，特別是數(shù)字通信系統(tǒng)中是通信系統(tǒng)，特別是數(shù)字通信系統(tǒng)中 的關(guān)鍵技術(shù)和先決條件。同步的目的是使接收的關(guān)鍵技術(shù)和先決條件。同步的目的是使接收 信號(hào)與發(fā)射信號(hào)保持正確節(jié)拍，以保證接收系信號(hào)與發(fā)射信號(hào)保持正確節(jié)拍，以保證接收系 統(tǒng)能正確地接收信息。統(tǒng)能正確地接收信息。 數(shù)字通信系統(tǒng)中的同步種類：數(shù)字通信系統(tǒng)中的同步種類：載波同步載波同步、 碼元同步碼元同步、群同步群同步和和網(wǎng)同步網(wǎng)同步。 同步是進(jìn)行信息傳輸?shù)谋匾颓疤幔酵绞沁M(jìn)行信息傳輸?shù)谋匾颓疤?，同?

2、性能的好壞將直接影響通信系統(tǒng)的性能。性能的好壞將直接影響通信系統(tǒng)的性能。 本章重點(diǎn)研究載波同步、碼元同步、群同本章重點(diǎn)研究載波同步、碼元同步、群同 步步的概念、實(shí)現(xiàn)方法的概念、實(shí)現(xiàn)方法和和性能。性能。 3 11.1 11.1 概述概述 載波同步載波同步：又稱載波恢復(fù)或載波提取。：又稱載波恢復(fù)或載波提取。 u目的：在接收設(shè)備中產(chǎn)生一個(gè)和接收信號(hào)的載目的：在接收設(shè)備中產(chǎn)生一個(gè)和接收信號(hào)的載 波波同頻同頻、同相同相的本地振蕩（相干的本地振蕩（相干載波載波），用于），用于 相干解調(diào)。相干解調(diào)。 u方法：方法： 接收信號(hào)中有載頻分量時(shí)：需要調(diào)整其相位。接收信號(hào)中有載頻分量時(shí)：需要調(diào)整其相位。 接收信號(hào)中

3、無(wú)載頻分量時(shí)：需從信號(hào)中提取載接收信號(hào)中無(wú)載頻分量時(shí)：需從信號(hào)中提取載 波，波， 或插入輔助同步信息。或插入輔助同步信息。 4 11.1 11.1 概述概述 碼元同步碼元同步：又稱時(shí)鐘同步或時(shí)鐘恢復(fù)。：又稱時(shí)鐘同步或時(shí)鐘恢復(fù)。 對(duì)于二進(jìn)制信號(hào)，又稱對(duì)于二進(jìn)制信號(hào)，又稱位同步位同步。 u目的：得知每個(gè)接收碼元準(zhǔn)確的起止時(shí)刻，以便目的：得知每個(gè)接收碼元準(zhǔn)確的起止時(shí)刻，以便 決定積分和判決時(shí)刻。決定積分和判決時(shí)刻。 為同步就是在接收端產(chǎn)生與接收碼元重復(fù)頻率和為同步就是在接收端產(chǎn)生與接收碼元重復(fù)頻率和 相位（位置）的時(shí)鐘脈沖序列。相位（位置）的時(shí)鐘脈沖序列。 u方法：從接收信號(hào)中獲取同步信息，由其產(chǎn)生

4、一方法：從接收信號(hào)中獲取同步信息，由其產(chǎn)生一 時(shí)鐘脈沖序列，使后者和接收碼元起止時(shí)刻保持時(shí)鐘脈沖序列，使后者和接收碼元起止時(shí)刻保持 正確關(guān)系。或插入輔助同步信息。正確關(guān)系?；虿迦胼o助同步信息。 5 11.1 11.1 概述概述 群同步群同步：又稱幀同步（字符同步）。：又稱幀同步（字符同步）。 u目的：在接收端產(chǎn)生與每目的：在接收端產(chǎn)生與每“組組”、每、每“幀幀”起起 止時(shí)刻相一致的同步脈沖序列，以便對(duì)接收碼止時(shí)刻相一致的同步脈沖序列，以便對(duì)接收碼 元正確分組。元正確分組。 u方法：通常需要在發(fā)送信號(hào)中周期性地插入一方法：通常需要在發(fā)送信號(hào)中周期性地插入一 個(gè)同步碼元，標(biāo)示出分組位置。個(gè)同步碼元

5、，標(biāo)示出分組位置。 網(wǎng)同步網(wǎng)同步：使通信網(wǎng)中各站點(diǎn)時(shí)鐘之間保持同步。：使通信網(wǎng)中各站點(diǎn)時(shí)鐘之間保持同步。 6 11.1 11.1 概述概述 同步方法同步方法 同步也是一種信息，按照獲取和傳輸同步信息方式的同步也是一種信息，按照獲取和傳輸同步信息方式的 不同，又可分為外同步法和自同步法。不同，又可分為外同步法和自同步法。 u外同步法外同步法 由發(fā)送端發(fā)送專門的同步信息（常被稱為導(dǎo)頻），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(gè)導(dǎo)頻提取出來(lái)作為同步信號(hào)的方法。接收端把這個(gè)導(dǎo)頻提取出來(lái)作為同步信號(hào)的方法。 特點(diǎn)特點(diǎn)：設(shè)備簡(jiǎn)單，建立同步的時(shí)間快，但需要占：設(shè)備簡(jiǎn)單，建立同步的時(shí)間快，但

6、需要占 用一定的頻率資源和功率資源。用一定的頻率資源和功率資源。 7 11.1 11.1 概述概述 u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。的信號(hào)中提取同步信息的方法，稱為自同步法。 特點(diǎn)特點(diǎn)：同步建立的時(shí)間較長(zhǎng)，但可以把全部功率和：同步建立的時(shí)間較長(zhǎng)，但可以把全部功率和 帶寬分配給信號(hào)傳輸。自同步法是人們最希望的同帶寬分配給信號(hào)傳輸。自同步法是人們最希望的同 步方法。步方法。 在載波同步和位同步中，兩種方法都有采用，但自在載波同步和位同步中，兩種方法都有采用，但自 同步法正得到越來(lái)

7、越廣泛的應(yīng)用。而群同步一般都同步法正得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。而群同步一般都 采用外同步法。采用外同步法。 8 第第11 11章章 同步原理同步原理 n11.2 載波同步載波同步 u 10.2.1 有輔助導(dǎo)頻時(shí)的載頻提取（插入導(dǎo)頻法）有輔助導(dǎo)頻時(shí)的載頻提?。ú迦雽?dǎo)頻法） p適用范圍：不包含載頻分量的信號(hào)（如適用范圍：不包含載頻分量的信號(hào)（如2PSK信號(hào)）。信號(hào)）。 p方法：在發(fā)送信號(hào)中另外加入一個(gè)或幾個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)方法：在發(fā)送信號(hào)中另外加入一個(gè)或幾個(gè)導(dǎo)頻信號(hào) （發(fā)端專門在發(fā)送信號(hào)中導(dǎo)入的含有載波信息的單頻（發(fā)端專門在發(fā)送信號(hào)中導(dǎo)入的含有載波信息的單頻 信號(hào)）。信號(hào)）。 p多采用鎖相環(huán)（多采用鎖相環(huán)（P

8、LL）提取載波。）提取載波。 p鎖相環(huán)原理方框圖：鎖相環(huán)原理方框圖： 環(huán)路濾波器環(huán)路濾波器 壓控振蕩器壓控振蕩器 輸出導(dǎo)頻輸出導(dǎo)頻 輸入信號(hào)輸入信號(hào) 鑒相器鑒相器 9 10 10. .2 2 載波同步載波同步 p對(duì)環(huán)路濾波器的要求：通帶越窄，能夠通過(guò)的噪聲越少，對(duì)環(huán)路濾波器的要求：通帶越窄，能夠通過(guò)的噪聲越少， 但是對(duì)導(dǎo)頻相位漂移的限制越大。但是對(duì)導(dǎo)頻相位漂移的限制越大。 p數(shù)字化接收機(jī)中鎖相環(huán)的實(shí)現(xiàn)方法：數(shù)字化接收機(jī)中鎖相環(huán)的實(shí)現(xiàn)方法： 窄帶濾波器：改用數(shù)字濾波器窄帶濾波器：改用數(shù)字濾波器 壓控振蕩器：用只讀存儲(chǔ)器代替壓控振蕩器：用只讀存儲(chǔ)器代替 鑒相器：可以是一組匹配濾波器鑒相器：可以是一

9、組匹配濾波器 10 11 11. .2 2 載波同步載波同步 u11.2.2 無(wú)輔助導(dǎo)頻時(shí)的載波提取無(wú)輔助導(dǎo)頻時(shí)的載波提取 p平方環(huán)法平方環(huán)法 p設(shè)設(shè)2PSK信號(hào)信號(hào) 式中，式中，m(t) = 1 當(dāng)當(dāng)m(t)取取+1和和-1的概率相等時(shí)，此信號(hào)的頻譜中無(wú)角的概率相等時(shí)，此信號(hào)的頻譜中無(wú)角 頻率頻率 c的離散分量。將上式平方，得到的離散分量。將上式平方，得到 由上式可見(jiàn)，其中包含由上式可見(jiàn)，其中包含2倍載頻的頻率分量。將此倍載頻的頻率分量。將此2 倍頻分量用窄帶濾波器濾出后再作倍頻分量用窄帶濾波器濾出后再作2分頻，即可得出分頻，即可得出 所需載頻。所需載頻。 )cos()()(ttmts c

10、)(2cos1 2 )( )(cos)()( 2 222 t tm ttmts cc 11 11 11. .2 2 載波同步載波同步 載頻載頻 輸出輸出 帶通濾波帶通濾波平平 方方 壓控振蕩壓控振蕩 環(huán)路濾波環(huán)路濾波 鎖相環(huán)鎖相環(huán) s s( (t t) ) 2 2分頻分頻窄帶濾波窄帶濾波 平方環(huán)原理方框圖平方環(huán)原理方框圖 12 11 11. .2 2 載波同步載波同步 此方案的缺點(diǎn)：此方案的缺點(diǎn)： 1、相位含糊性相位含糊性：2分頻器的輸出電壓有相差分頻器的輸出電壓有相差180 的的 兩種可能相位，即其輸出電壓的相位決定于分頻器兩種可能相位，即其輸出電壓的相位決定于分頻器 的隨機(jī)初始狀態(tài)。采用的

11、隨機(jī)初始狀態(tài)。采用2DPSK體制可以避免此缺點(diǎn)體制可以避免此缺點(diǎn) 的影響。的影響。 2、錯(cuò)誤鎖定錯(cuò)誤鎖定：平方后的接收電壓中有可能存在其他：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(cuò)誤的頻率上。的離散頻率分量，使鎖相環(huán)鎖定在錯(cuò)誤的頻率上。 解決這個(gè)問(wèn)題的辦法是降低環(huán)路濾波器的帶寬。解決這個(gè)問(wèn)題的辦法是降低環(huán)路濾波器的帶寬。 13 11 11. .2 2 載波同步載波同步 p科斯塔斯環(huán)法科斯塔斯環(huán)法：又稱：又稱同相正交環(huán)同相正交環(huán)法或邊環(huán)法。法或邊環(huán)法。 科斯塔斯環(huán)法原理方框圖科斯塔斯環(huán)法原理方框圖： 9090 相移相移 環(huán)路濾波環(huán)路濾波壓控振蕩壓控振蕩 s s( (t

12、t) ) 載頻載頻 輸出輸出 低低 通通 低低 通通 解調(diào)解調(diào) 輸出輸出 a b c d e f g m(t)cos(ct +) 14 10 10. .2 2 載波同步載波同步 工作原理工作原理 a點(diǎn)的壓控振蕩電壓：點(diǎn)的壓控振蕩電壓： b點(diǎn)的壓控振蕩電壓：點(diǎn)的壓控振蕩電壓： c點(diǎn)的電壓：點(diǎn)的電壓： d點(diǎn)的電壓：點(diǎn)的電壓： e點(diǎn)的電壓點(diǎn)的電壓： f點(diǎn)的電壓：點(diǎn)的電壓： g點(diǎn)的電壓：點(diǎn)的電壓： 上式中的上式中的( - )是壓控振蕩電壓和接收載波相位之差。是壓控振蕩電壓和接收載波相位之差。 )cos( tv ca )sin( tv cb )2cos()cos()( 2 1 )cos()cos()(

13、ttmtttmv cccc )2sin()sin()( 2 1 )sin()cos()( ttmtttmv cccd )cos()( 2 1 tmve )sin()( 2 1 tmv f )(2sin)( 8 1 2 tmvvv feg 15 11 11. .2 2 載波同步載波同步 將將m(t) = 1代入上式，并考慮到當(dāng)代入上式，并考慮到當(dāng)( - )很小時(shí)，很小時(shí)， sin( - ) ( - )，則上式變?yōu)椋瑒t上式變?yōu)?電壓電壓vg 通過(guò)環(huán)路濾波器，控制壓控振蕩器的振蕩頻率。通過(guò)環(huán)路濾波器，控制壓控振蕩器的振蕩頻率。 這個(gè)電壓控制壓控振蕩器的輸出電壓相位，使這個(gè)電壓控制壓控振蕩器的輸出電壓

14、相位，使( - ) 可能地小。當(dāng)可能地小。當(dāng) 時(shí)，時(shí)，vg = 0 。 壓控振蕩器的輸出電壓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。就是科斯塔斯環(huán)提取出的載波。 )(2sin)( 8 1 2 tmvvv feg )( 4 1 g v 16 11 11. .2 2 載波同步載波同步 當(dāng)當(dāng)( - )很小時(shí)，除了差一個(gè)常數(shù)因子外，電壓很小時(shí)，除了差一個(gè)常數(shù)因子外，電壓ve 就近似等就近似等 于解調(diào)輸出電壓于解調(diào)輸出電壓m(t)。科斯塔斯環(huán)本身就同時(shí)兼有提取相干科斯塔斯環(huán)本身就同時(shí)兼有提取相干 載波和相干解調(diào)的功能載波和相干解調(diào)的功能。 優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)缺點(diǎn)： 1、不需要對(duì)接收信號(hào)作平方運(yùn)算，工

15、作頻率較低。不需要對(duì)接收信號(hào)作平方運(yùn)算，工作頻率較低。 2、為了得到科斯塔斯環(huán)法在理論上給出的性能，要求為了得到科斯塔斯環(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。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、由鎖相環(huán)原理可知，鎖相環(huán)在( - )值接近值接近0的穩(wěn)定的穩(wěn)定 點(diǎn)有兩個(gè)，在點(diǎn)有兩個(gè)，在( - )等于等于0和和 處。所以，科斯塔斯環(huán)法處。所以，科斯塔斯環(huán)法 提取出的載頻也存在相位含糊性。提取出的載頻也存在相位含糊性。 )cos()( 2 1 tmve 17 10 10. .2 2 載波同步載波同步 p再調(diào)制器再調(diào)制器 第第3種提取相干載波的方法種提取

16、相干載波的方法 再調(diào)制器再調(diào)制器原理方框圖原理方框圖 載頻載頻 輸出輸出 90 相移相移 環(huán)路濾波環(huán)路濾波 壓控振蕩壓控振蕩 低低 通通 s(t) ab cde f g 18 11 11. .2 2 載波同步載波同步 工作原理工作原理 接收信號(hào)和接收信號(hào)和a點(diǎn)振蕩電壓相乘后得到的點(diǎn)振蕩電壓相乘后得到的c點(diǎn)電壓點(diǎn)電壓 它經(jīng)過(guò)低通濾波后，在它經(jīng)過(guò)低通濾波后，在d 點(diǎn)的電壓為點(diǎn)的電壓為 vd 實(shí)際上就是解調(diào)電壓，它受實(shí)際上就是解調(diào)電壓，它受b點(diǎn)的振蕩電壓在相乘器點(diǎn)的振蕩電壓在相乘器 中再調(diào)制后，得出的中再調(diào)制后，得出的e 點(diǎn)電壓等于點(diǎn)電壓等于 上式的上式的ve 和信號(hào)和信號(hào)s(t)再次相乘，得到在再

17、次相乘，得到在f點(diǎn)的電壓。點(diǎn)的電壓。 )2cos()cos()( 2 1 )cos()cos()( ttmtttmv cccc )cos()( 2 1 tmv d )2sin()sin()( 4 1 )sin()cos()( 2 1 tttmttmv ccce 19 11 11. .2 2 載波同步載波同步 vf 經(jīng)過(guò)窄帶低通濾波后，得到壓控振蕩器的控制電壓經(jīng)過(guò)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(jiàn)，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(jiàn)， 這兩個(gè)方案中的壓控振蕩器的控制電壓相同。這兩個(gè)方案中的壓控振蕩器的控制電壓相同。 )(2si

18、n)(2sin)(2sin)( 8 1 )2sin()cos()sin()cos()( 4 1 )2sin()sin()cos()( 4 1 2 2 2 tttm tttttm ttttmv cc cccc cccf )(2sin)( 8 1 2 tmvg 20 11 11. .2 2 載波同步載波同步 p多進(jìn)制信號(hào)的載頻恢復(fù)多進(jìn)制信號(hào)的載頻恢復(fù) 例：例：QPSK信號(hào)提取載頻的科斯塔斯環(huán)法原理方框圖信號(hào)提取載頻的科斯塔斯環(huán)法原理方框圖 s(t) 45 移相移相 低通低通 壓控壓控 振蕩振蕩 環(huán)路環(huán)路 濾波濾波 低通低通 解調(diào)輸出解調(diào)輸出 90 移相移相 135 移相移相 低通低通 低通低通 2

19、1 11 11. .2 2 載波同步載波同步 n11.2.3 載波同步的性能載波同步的性能 u相位誤差相位誤差 p相位誤差的種類相位誤差的種類 恒定誤差：由電路參量引起的恒定誤差：由電路參量引起的 隨機(jī)誤差：由噪聲引起的隨機(jī)誤差：由噪聲引起的 p恒定誤差分析恒定誤差分析 當(dāng)提取載波電路中存在窄帶濾波器時(shí)，若其中心頻當(dāng)提取載波電路中存在窄帶濾波器時(shí)，若其中心頻 率率fq和載波頻率和載波頻率f0不相等，存在頻率偏差不相等，存在頻率偏差 f，則載波，則載波 通過(guò)它時(shí)會(huì)有附加相移。設(shè)此窄帶濾波器由一個(gè)單通過(guò)它時(shí)會(huì)有附加相移。設(shè)此窄帶濾波器由一個(gè)單 諧振電路組成，則由其引起的附加相移等于諧振電路組成，則

20、由其引起的附加相移等于 q f f Q 2 22 11 11. .2 2 載波同步載波同步 當(dāng)提取載頻的電路中采用鎖相環(huán)時(shí)，若鎖相環(huán)工作在當(dāng)提取載頻的電路中采用鎖相環(huán)時(shí)，若鎖相環(huán)工作在 穩(wěn)態(tài)，壓控振蕩電壓的頻率穩(wěn)態(tài)，壓控振蕩電壓的頻率f0應(yīng)當(dāng)和信號(hào)載頻應(yīng)當(dāng)和信號(hào)載頻fc相同，相同， 并且其相位誤差應(yīng)當(dāng)很小。設(shè)鎖相環(huán)壓控振蕩電壓的并且其相位誤差應(yīng)當(dāng)很小。設(shè)鎖相環(huán)壓控振蕩電壓的 穩(wěn)態(tài)相位誤差為穩(wěn)態(tài)相位誤差為，則有，則有 式中，式中， f 是是fc和和 f0之差，而之差，而Kd為鎖相環(huán)路直流增益。為鎖相環(huán)路直流增益。 為了減小誤差為了減小誤差，由上式可見(jiàn)，應(yīng)當(dāng)盡量增大環(huán)路，由上式可見(jiàn)，應(yīng)當(dāng)盡量增大環(huán)

21、路 的增益的增益Kd。 d K f 23 11 11. .2 2 載波同步載波同步 p隨機(jī)誤差分析隨機(jī)誤差分析 設(shè)這種相位誤差為設(shè)這種相位誤差為 n，它是由窄帶高斯噪聲引起的，所，它是由窄帶高斯噪聲引起的，所 以是一個(gè)隨機(jī)量。當(dāng)大信噪比時(shí)，此隨機(jī)相位誤差以是一個(gè)隨機(jī)量。當(dāng)大信噪比時(shí)，此隨機(jī)相位誤差 n的的 方差與信號(hào)噪聲功率比方差與信號(hào)噪聲功率比r的關(guān)系為的關(guān)系為 所以，當(dāng)大信噪比時(shí)，由窄帶高斯噪聲引起的隨機(jī)相位所以，當(dāng)大信噪比時(shí)，由窄帶高斯噪聲引起的隨機(jī)相位 誤差的方差大小直接和信噪比成反比。我們常將此隨機(jī)誤差的方差大小直接和信噪比成反比。我們常將此隨機(jī) 相位誤差相位誤差 n的標(biāo)準(zhǔn)偏差稱為相

22、位抖動(dòng)，并記為的標(biāo)準(zhǔn)偏差稱為相位抖動(dòng)，并記為 。 r n 2 1 2 24 第第11 11章章 同步原理同步原理 p在提取載頻電路中的窄帶濾波器對(duì)于信噪比有直接的影在提取載頻電路中的窄帶濾波器對(duì)于信噪比有直接的影 響。對(duì)于給定的噪聲功率譜密度，窄帶濾波器的通頻帶響。對(duì)于給定的噪聲功率譜密度，窄帶濾波器的通頻帶 越窄，使通過(guò)的噪聲功率越小，信噪比就越大，這樣隨越窄，使通過(guò)的噪聲功率越小，信噪比就越大，這樣隨 機(jī)相位誤差越小。另一方面，通頻帶越窄，要求濾波器機(jī)相位誤差越小。另一方面，通頻帶越窄，要求濾波器 的的Q值越大，則恒定相位誤差值越大，則恒定相位誤差越大。所以，恒定相位越大。所以，恒定相位

23、誤差和隨機(jī)相位誤差對(duì)于誤差和隨機(jī)相位誤差對(duì)于Q值的要求是矛盾的。值的要求是矛盾的。 25 11 11. .2 2 載波同步載波同步 u同步建立時(shí)間和保持時(shí)間同步建立時(shí)間和保持時(shí)間 p同步建立時(shí)間同步建立時(shí)間：從開(kāi)始接收到信號(hào)（或從系統(tǒng)失步：從開(kāi)始接收到信號(hào)（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(shí)間。狀態(tài)）到提取出穩(wěn)定的載頻所需要的時(shí)間。 此時(shí)間越短越好。在同步建立時(shí)間內(nèi)，由于相干載此時(shí)間越短越好。在同步建立時(shí)間內(nèi)，由于相干載 頻的相位還沒(méi)有調(diào)整穩(wěn)定，所以不能正確接收碼元。頻的相位還沒(méi)有調(diào)整穩(wěn)定，所以不能正確接收碼元。 p同步保持時(shí)間同步保持時(shí)間：同步建立后，從開(kāi)始失去信號(hào)到失：同步建

24、立后，從開(kāi)始失去信號(hào)到失 去載頻同步的時(shí)間。去載頻同步的時(shí)間。 此時(shí)間越長(zhǎng)越好。長(zhǎng)的同步保持時(shí)間有可能使信號(hào)此時(shí)間越長(zhǎng)越好。長(zhǎng)的同步保持時(shí)間有可能使信號(hào) 短暫丟失時(shí)，或接收斷續(xù)信號(hào)時(shí)，不需要重新建立短暫丟失時(shí)，或接收斷續(xù)信號(hào)時(shí)，不需要重新建立 同步，保持連續(xù)提供穩(wěn)定的本地載頻。同步，保持連續(xù)提供穩(wěn)定的本地載頻。 26 11 11. .2 2 載波同步載波同步 u載波同步誤差對(duì)解調(diào)信號(hào)的影響載波同步誤差對(duì)解調(diào)信號(hào)的影響 p載波同步的相位誤差：包括兩部分：恒定誤差載波同步的相位誤差：包括兩部分：恒定誤差和和隨機(jī)誤隨機(jī)誤 差（相位抖動(dòng)）差（相位抖動(dòng)） ，現(xiàn)在將其寫為：現(xiàn)在將其寫為： p相位誤差對(duì)于相

25、位誤差對(duì)于2PSK信號(hào)誤碼率的影響信號(hào)誤碼率的影響： 由科斯塔斯環(huán)的輸出電壓由科斯塔斯環(huán)的輸出電壓 其中，其中，( - )為相位誤差為相位誤差，ve即解調(diào)輸出電壓，而即解調(diào)輸出電壓，而cos( - )就是由于相位誤差引起的解調(diào)信號(hào)電壓下降。因此信號(hào)就是由于相位誤差引起的解調(diào)信號(hào)電壓下降。因此信號(hào) 噪聲功率比噪聲功率比r下降至下降至cos2( - )倍。將它代入誤碼率公式，倍。將它代入誤碼率公式， 得到相位誤差為得到相位誤差為( - )時(shí)的誤碼率等于時(shí)的誤碼率等于 )cos()( 2 1 tmve )cos( 2 1 rerfcPe 27 10 10. .2 2 載波同步載波同步 p相位誤差對(duì)于

26、單邊帶信號(hào)的影響相位誤差對(duì)于單邊帶信號(hào)的影響 設(shè)有一單頻基帶信號(hào)設(shè)有一單頻基帶信號(hào) 它對(duì)載波它對(duì)載波cos ct進(jìn)行單邊帶調(diào)制后，取出上邊帶信號(hào)進(jìn)行單邊帶調(diào)制后，取出上邊帶信號(hào) 若接收端的本地相干載波有相位誤差若接收端的本地相干載波有相位誤差 ，則兩者相乘后得到，則兩者相乘后得到 經(jīng)過(guò)低通濾波器濾出的低頻分量為經(jīng)過(guò)低通濾波器濾出的低頻分量為 其中第其中第1項(xiàng)是原調(diào)制基帶信號(hào)，但是受到因子項(xiàng)是原調(diào)制基帶信號(hào)，但是受到因子cos 的衰減；第的衰減；第2項(xiàng)項(xiàng) 是和第是和第1項(xiàng)正交的項(xiàng)，它使接收信號(hào)產(chǎn)生失真。項(xiàng)正交的項(xiàng)，它使接收信號(hào)產(chǎn)生失真。 ttmcos)( tts c )cos( 2 1 )( )

27、cos()2cos( 4 1 )cos()cos( 2 1 ttttt ccc sinsin 4 1 coscos 4 1 )cos( 4 1 ttt 28 第第11 11章章 同步原理同步原理 l11.3 碼元同步碼元同步 u碼元同步目的：在準(zhǔn)確的時(shí)刻對(duì)接收碼元進(jìn)行碼元同步目的：在準(zhǔn)確的時(shí)刻對(duì)接收碼元進(jìn)行 判決，以及對(duì)接收碼元能量正確積分。判決，以及對(duì)接收碼元能量正確積分。 u碼元同步方法：產(chǎn)生一個(gè)碼元同步脈沖序列，碼元同步方法：產(chǎn)生一個(gè)碼元同步脈沖序列， 或稱定時(shí)脈沖序列?；蚍Q定時(shí)脈沖序列。 u碼元同步方法分類：碼元同步方法分類： p外同步法外同步法：它是一種利用輔助信息同步的方法，：它是

28、一種利用輔助信息同步的方法， 需要在信號(hào)中另外加入包含碼元定時(shí)信息的導(dǎo)需要在信號(hào)中另外加入包含碼元定時(shí)信息的導(dǎo) 頻或數(shù)據(jù)序列。頻或數(shù)據(jù)序列。 p自同步法自同步法，它不需要輔助同步信息，直接從信，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(shí)信息。顯然，這種方息碼元中提取出碼元定時(shí)信息。顯然，這種方 法要求在信息碼元序列中含有碼元定時(shí)信息。法要求在信息碼元序列中含有碼元定時(shí)信息。 29 11.3 11.3 碼元同步碼元同步 n 11.3.1 外同步法外同步法 u于發(fā)送信號(hào)中插入頻率為碼元速率（于發(fā)送信號(hào)中插入頻率為碼元速率（1/T）或碼元速率）或碼元速率 的倍數(shù)的同步信號(hào)。在接收端利用一

29、個(gè)窄帶濾波器，將的倍數(shù)的同步信號(hào)。在接收端利用一個(gè)窄帶濾波器，將 其分離出來(lái)，并形成碼元定時(shí)脈沖。其分離出來(lái)，并形成碼元定時(shí)脈沖。 u優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備較簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是需要占用一定的頻帶寬帶和優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備較簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是需要占用一定的頻帶寬帶和 發(fā)送功率。發(fā)送功率。 u插入碼元同步信號(hào)的方法插入碼元同步信號(hào)的方法 p時(shí)域：時(shí)域： 連續(xù)插入連續(xù)插入 增加增加“同步頭同步頭” p頻域：頻域： 在信息碼元頻譜之外占用一段頻譜用于傳輸同步在信息碼元頻譜之外占用一段頻譜用于傳輸同步 信息。信息。 利用信息碼元頻譜中的利用信息碼元頻譜中的“空隙空隙”處，插入同步信處，插入同步信 息息. 30 11.3 11.3 碼元同

30、步碼元同步 n 11.3.2 自同步法自同步法 u自同步法分類：自同步法分類： p開(kāi)環(huán)同步法開(kāi)環(huán)同步法：由于二進(jìn)制等先驗(yàn)概率的不歸零碼元：由于二進(jìn)制等先驗(yàn)概率的不歸零碼元 序列中沒(méi)有離散的碼元速率頻譜分量，故需要在接序列中沒(méi)有離散的碼元速率頻譜分量，故需要在接 收時(shí)對(duì)其進(jìn)行某種收時(shí)對(duì)其進(jìn)行某種非線性變換非線性變換，才能使其頻譜中含，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(shí)有離散的碼元速率頻譜分量，并從中提取碼元定時(shí) 信息。信息。 p閉環(huán)同步法閉環(huán)同步法：用比較本地時(shí)鐘周期和輸入信號(hào)碼元：用比較本地時(shí)鐘周期和輸入信號(hào)碼元 周期的方法，將本地時(shí)鐘鎖定在輸入信號(hào)上。周期的方法，

31、將本地時(shí)鐘鎖定在輸入信號(hào)上。 31 11.3 11.3 碼元同步碼元同步 u開(kāi)環(huán)碼元同步法開(kāi)環(huán)碼元同步法 p延遲相乘法延遲相乘法原理方框圖原理方框圖 p相乘器輸入和輸出的波形：相乘器輸入和輸出的波形： 變換后的碼元序列的頻譜變換后的碼元序列的頻譜 中就產(chǎn)生了碼元速率的分量。中就產(chǎn)生了碼元速率的分量。 p延遲時(shí)間等于碼元時(shí)間一半延遲時(shí)間等于碼元時(shí)間一半 時(shí)，碼元速率分量最強(qiáng)。時(shí)，碼元速率分量最強(qiáng)。 c c 延遲延遲T/2T/2 a a b b 放大限幅放大限幅窄帶濾波窄帶濾波 (c) (b) (a) 32 11.3 11.3 碼元同步碼元同步 p微分整流法原理微分整流法原理 p同步誤差同步誤差

32、若窄帶濾波器的帶寬等于若窄帶濾波器的帶寬等于1/KT，其中，其中K為一個(gè)常數(shù)，則提取為一個(gè)常數(shù)，則提取 同步的時(shí)間誤差比例為：同步的時(shí)間誤差比例為： T 碼元持續(xù)時(shí)間；碼元持續(xù)時(shí)間； Eb 碼元能量；碼元能量； n0 單邊噪聲功率譜密度。單邊噪聲功率譜密度。 只要接收信噪比大，上述方案能保證足夠準(zhǔn)確的碼元同步。只要接收信噪比大，上述方案能保證足夠準(zhǔn)確的碼元同步。 低低 通通 微微 分分整整 流流 窄帶濾波窄帶濾波放大限幅放大限幅 b TKEn0 0.33 / 18, 5 0 K n Eb 式中，式中， 同步誤差時(shí)間的均值；同步誤差時(shí)間的均值； 33 11.3 11.3 碼元同步碼元同步 u閉環(huán)

33、碼元同步法閉環(huán)碼元同步法 p基本原理：將接收信號(hào)和本地產(chǎn)生的碼元定時(shí)信號(hào)相基本原理：將接收信號(hào)和本地產(chǎn)生的碼元定時(shí)信號(hào)相 比較，使本地產(chǎn)生的定時(shí)信號(hào)和接收碼元波形的轉(zhuǎn)變比較，使本地產(chǎn)生的定時(shí)信號(hào)和接收碼元波形的轉(zhuǎn)變 點(diǎn)保持同步。這種方法類似載頻同步中的鎖相環(huán)法。點(diǎn)保持同步。這種方法類似載頻同步中的鎖相環(huán)法。 p“超前超前/滯后門滯后門”同步器：同步器： 原理方框圖原理方框圖 超前門超前門 滯后門滯后門 環(huán)路濾波環(huán)路濾波 | | | | + 壓控振蕩壓控振蕩 + - u1 u2 |u1| |u2| e=|u2|-|u1| m(t) 門波形產(chǎn)生門波形產(chǎn)生 dT dt 0 T d dt 34 11.

34、3 11.3 碼元同步碼元同步 工作原理工作原理 T T d d d d +1+1 -1-1 超前門超前門 滯后門滯后門 (a) (a) 同步狀態(tài)同步狀態(tài) (b) (b) 超前狀態(tài)超前狀態(tài) d+d+ +1+1 -1-1 超前門超前門 滯后門滯后門 T T 2 2 積分時(shí)間積分時(shí)間 35 11.3 11.3 碼元同步碼元同步 n11.3.3 碼元同步誤差對(duì)于誤碼率的影響碼元同步誤差對(duì)于誤碼率的影響 在用匹配濾波器或相關(guān)器接收碼元時(shí)，其積分器的積分在用匹配濾波器或相關(guān)器接收碼元時(shí)，其積分器的積分 時(shí)間長(zhǎng)短直接和信噪比時(shí)間長(zhǎng)短直接和信噪比Eb/n0有關(guān)。在相鄰碼元有突變邊有關(guān)。在相鄰碼元有突變邊 沿

35、時(shí)，若碼元同步時(shí)間誤差為沿時(shí)，若碼元同步時(shí)間誤差為 ，則積分時(shí)間將損失，則積分時(shí)間將損失2 ， 積分得到的碼元能量將減小為積分得到的碼元能量將減小為Eb(1-2 /T)；對(duì)于等概率；對(duì)于等概率 隨機(jī)碼元信號(hào)，有突變的邊沿和無(wú)突變的邊沿各占隨機(jī)碼元信號(hào)，有突變的邊沿和無(wú)突變的邊沿各占1/2。 以等概率以等概率2PSK信號(hào)為例，其最佳誤碼率為信號(hào)為例，其最佳誤碼率為： 故在故在有相位誤差時(shí)的平均誤碼率有相位誤差時(shí)的平均誤碼率為為 0 2 1 n E erfcP b e Tn E erfc n E erfcP bb e 2 1 4 1 4 1 00 36 第第11 11章章 同步原理同步原理 l11

36、.4 群同步群同步 n10.4.1 概述概述 群同步的任務(wù)是將接收碼元序列正確分組。群同步的任務(wù)是將接收碼元序列正確分組。 u群同步碼的種類：群同步碼的種類： p集中插入集中插入 適用于要求快速建立同步的地方，或間斷傳輸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(shí)間很短的場(chǎng)合。信息并且每次傳輸時(shí)間很短的場(chǎng)合。 信息碼組信息碼組 同步碼組同步碼組 信息碼組信息碼組信息碼組信息碼組信息碼組信息碼組 同步碼組同步碼組同步碼組同步碼組 37 11.4 11.4 群同步群同步 p分散插入分散插入 適用于連續(xù)傳輸信息之處，例如數(shù)字電話系統(tǒng)中。適用于連續(xù)傳輸信息之處，例如數(shù)字電話系統(tǒng)中。 對(duì)

37、信息碼元序列的連續(xù)性影響較小，同步建立的時(shí)間較長(zhǎng)。對(duì)信息碼元序列的連續(xù)性影響較小，同步建立的時(shí)間較長(zhǎng)。 信息碼組信息碼組信息碼組信息碼組信息碼組信息碼組 同步碼元同步碼元同步碼元同步碼元 同步碼組同步碼組 同步碼元同步碼元同步碼元同步碼元 38 11.4 11.4 群同步群同步 u同步電路的狀態(tài)：同步電路的狀態(tài)： p捕捉態(tài)捕捉態(tài)：在捕捉態(tài)時(shí)，確認(rèn)搜索到群同步碼的條件：在捕捉態(tài)時(shí)，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。必須規(guī)定得很高，以防發(fā)生假同步。 p保持態(tài)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：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

38、的位置是否態(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(shí)為了防止因?yàn)樵肼曇鸬膫€(gè)別錯(cuò)正確。但是，這時(shí)為了防止因?yàn)樵肼曇鸬膫€(gè)別錯(cuò) 誤導(dǎo)致認(rèn)為失去同步，應(yīng)該降低判斷同步的條件，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。以使系統(tǒng)穩(wěn)定工作。 39 11.4 11.4 群同步群同步 n11.4.2 集中插入法：又稱連貫式插入法集中插入法：又稱連貫式插入法 u原理原理：采用特殊的群同步碼組，集中插入在信息碼組的：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(shí)能夠容易地立即捕獲它。因此，要求前頭，使得接收時(shí)能夠容易地立即捕獲它。因此，要求 群同步碼的群同

39、步碼的自相關(guān)特性曲線具有尖銳的單峰自相關(guān)特性曲線具有尖銳的單峰，以便容易，以便容易 地從接收碼元序列中識(shí)別出來(lái)。地從接收碼元序列中識(shí)別出來(lái)。 u局部自相關(guān)函數(shù)定義局部自相關(guān)函數(shù)定義： u設(shè)有一個(gè)碼組，它包含設(shè)有一個(gè)碼組，它包含N個(gè)碼元，則其局部自相關(guān)函數(shù)個(gè)碼元，則其局部自相關(guān)函數(shù) 式中，式中，N為碼組中的碼元數(shù)目；為碼組中的碼元數(shù)目； xi = +1或或 -1，當(dāng)，當(dāng)1 i N； xi = 0， 當(dāng)當(dāng) i N。 jN i jiix xjR 1 )()1 (Ni 整整數(shù)數(shù)） j ( 40 11.4 11.4 群同步群同步 當(dāng)當(dāng)j = 0時(shí)，時(shí)， 巴克碼：常用的一種群同步碼巴克碼：常用的一種群同步

40、碼。 p定義：設(shè)一個(gè)定義：設(shè)一個(gè)N位的巴克碼組為位的巴克碼組為x1, x2, ,xN，則其自，則其自 相關(guān)函數(shù)可以用下式表示：相關(guān)函數(shù)可以用下式表示： 上式表明，巴克碼的上式表明，巴克碼的R(0) = N，而在其他處的自相關(guān)，而在其他處的自相關(guān) 函數(shù)函數(shù)R(j)的絕對(duì)值均不大于的絕對(duì)值均不大于1。這就是說(shuō)，凡是滿足上。這就是說(shuō)，凡是滿足上 式的碼組，就稱為巴克碼。式的碼組，就稱為巴克碼。 NxxxR N i i N i ii 1 2 1 )0( 1 ,0 ( )01,0 0, Nj iij i Nj R jx xjN jN 或或 41 11.4 11.4 群同步群同步 p巴克碼組列表巴克碼組列

41、表： 表中各碼組的反碼（即正負(fù)號(hào)相反的碼）和反序碼表中各碼組的反碼（即正負(fù)號(hào)相反的碼）和反序碼 （即時(shí)間順序相反的碼）也是巴克碼。（即時(shí)間順序相反的碼）也是巴克碼。 N巴克碼巴克碼 1 2， 3 4， 5 7 11 13 42 11.4 11.4 群同步群同步 p例：例：N = 5的巴克碼的巴克碼 ( + + + + ) 在在j = 0至至4的范圍內(nèi)，求其自相關(guān)函數(shù)值：的范圍內(nèi)，求其自相關(guān)函數(shù)值： 由以上計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，其自相關(guān)函數(shù)絕對(duì)值除由以上計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，其自相關(guān)函數(shù)絕對(duì)值除R(0)外，外， 均不大于均不大于1。 1)4(4j 011)3(3j 1111)2(2j 01111)1(1j 51

42、1111)0(0j 1 1 4 2 1 3 3 1 2 4 1 1 5 1 2 i ii i ii i ii i ii i i xxR xxR xxR xxR xR 時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng) 時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng) 43 4123-4-1-3-2 R(j) 1 -1 5 j 3 2 0 11.4 11.4 群同步群同步 p巴克碼的自相關(guān)函數(shù)值曲線巴克碼的自相關(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。將上圖所示。將j = 0時(shí)的時(shí)的R(j)值稱為主瓣，其他處的值稱值稱為主瓣，其他處的值稱 為旁瓣。

43、為旁瓣。 44 10.4 10.4 群同步群同步 p 巴克碼識(shí)別器巴克碼識(shí)別器 01 (7) 01 (6) 01 (5) 01 (4) 01 (3) 01 (2) 01 (1) 相 加 判決 輸入 碼元 移位方向 p N = 7 的巴克碼的巴克碼 ( ( + + + + + + + + ) ) 45 11.4 11.4 群同步群同步 u集中插入法群同步碼檢測(cè)流程集中插入法群同步碼檢測(cè)流程 初始化初始化 ( (將同步狀態(tài)設(shè)為捕捉態(tài)將同步狀態(tài)設(shè)為捕捉態(tài)) ) 移移1 1位位 開(kāi)始開(kāi)始 N N 等待下一等待下一 同步碼組同步碼組 Y Y 保持態(tài)保持態(tài) 捕捉態(tài)捕捉態(tài) N N Y Y 計(jì)算計(jì)算 R(j)

44、R(j) (N-2)?(N-2)? 計(jì)算計(jì)算 R(jR(j) = N?) = N? 46 11.4 11.4 群同步群同步 n11.4.3 分散插入法：分散插入法： u原理：通常分散插入法的群同步碼都很短。例如，在原理：通常分散插入法的群同步碼都很短。例如，在 數(shù)字電話系統(tǒng)中常采用數(shù)字電話系統(tǒng)中常采用“10”交替碼，即在下圖所示的交替碼，即在下圖所示的 同步碼元位置上輪流發(fā)送二進(jìn)制數(shù)字同步碼元位置上輪流發(fā)送二進(jìn)制數(shù)字“1”和和“0”。 這種有規(guī)律的周期性地出現(xiàn)的這種有規(guī)律的周期性地出現(xiàn)的“10”交替碼，在信息碼交替碼，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元序列中極少可能出現(xiàn)

45、。因此在接收端有可能將同步 碼的位置檢測(cè)出來(lái)。碼的位置檢測(cè)出來(lái)。 信息碼組信息碼組信息碼組信息碼組信息碼組信息碼組 同步碼元同步碼元同步碼元同步碼元 同步碼組同步碼組 同步碼元同步碼元同步碼元同步碼元 47 11.4 11.4 群同步群同步 在接收端，為了找到群同步碼的位置，需要按照其在接收端，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(gè)周期。若在規(guī)定數(shù)目的搜索周出現(xiàn)周期搜索若干個(gè)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，都滿足期內(nèi)，在同步碼的位置上，都滿足“1”和和“0”交替交替 出現(xiàn)的規(guī)律，則認(rèn)為該位置就是群同步碼元的位置。出現(xiàn)的規(guī)律，則認(rèn)為該位置就是群同步碼元的位置。

46、 至于具體的搜索方法，由于計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，目前至于具體的搜索方法，由于計(jì)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(shí)現(xiàn)。多采用軟件的方法，不再采用硬件邏輯電路實(shí)現(xiàn)。 48 11.4 11.4 群同步群同步 u軟件搜索方法軟件搜索方法 p移位搜索法移位搜索法 系統(tǒng)開(kāi)始處于捕捉態(tài)。系統(tǒng)開(kāi)始處于捕捉態(tài)。 對(duì)接收碼元逐個(gè)考察，若考察的第一個(gè)接收碼對(duì)接收碼元逐個(gè)考察，若考察的第一個(gè)接收碼 元就發(fā)現(xiàn)它符合群同步碼元的要求，則暫時(shí)假元就發(fā)現(xiàn)它符合群同步碼元的要求，則暫時(shí)假 定它就是群同步碼元；定它就是群同步碼元； 在等待一個(gè)周期后，再考察下一個(gè)預(yù)期位置上在等待一個(gè)周期后，再考察下一個(gè)預(yù)期位置

47、上 的碼元是否還符合要求。若連續(xù)的碼元是否還符合要求。若連續(xù)n個(gè)周期都符合個(gè)周期都符合 要求，就認(rèn)為捕捉到了群同步碼。要求，就認(rèn)為捕捉到了群同步碼。 若第一個(gè)接收碼元不符合要求或在若第一個(gè)接收碼元不符合要求或在n個(gè)周期內(nèi)出個(gè)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(gè)接收碼元。直至找到符合要求的碼考察下一個(gè)接收碼元。直至找到符合要求的碼 元并保持連續(xù)元并保持連續(xù)n個(gè)周期都符合為止；這時(shí)捕捉態(tài)個(gè)周期都符合為止；這時(shí)捕捉態(tài) 轉(zhuǎn)為保持態(tài)。轉(zhuǎn)為保持態(tài)。 49 11.4 11.4 群同步群同步 在保持態(tài)，同步電路仍然要不斷考察同步碼是否在保持態(tài)，

48、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(shí)因噪聲偶然發(fā)生一次正確，但是為了防止考察時(shí)因噪聲偶然發(fā)生一次 錯(cuò)誤而導(dǎo)致錯(cuò)認(rèn)為失去同步，一般可以規(guī)定在連錯(cuò)誤而導(dǎo)致錯(cuò)認(rèn)為失去同步，一般可以規(guī)定在連 續(xù)續(xù)n個(gè)周期內(nèi)發(fā)生個(gè)周期內(nèi)發(fā)生m次次(m n)考察錯(cuò)誤才認(rèn)為是失考察錯(cuò)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。了上述方法的流程圖。 50 11.4 11.4 群同步群同步 Y Y 初始化初始化 開(kāi)始開(kāi)始 同步狀態(tài)同步狀態(tài) 移一位移一位 是同步碼？是同步碼？ 記數(shù)器記數(shù)器A A記到記到n n？ 記數(shù)器記數(shù)器A A加

49、加1 1 N N 狀態(tài)轉(zhuǎn)換狀態(tài)轉(zhuǎn)換 Y Y Y Y N N 置置0 0 是同步碼？是同步碼？ 記數(shù)器記數(shù)器B B加加1 1 記數(shù)器記數(shù)器B B記到記到m m？ N N 記數(shù)器記數(shù)器C C加加1 1 Y Y 記數(shù)器記數(shù)器C C記到記到n n？ 置置0 0 保持態(tài)保持態(tài) 捕捉態(tài)捕捉態(tài) 將同步狀態(tài)設(shè)為捕捉態(tài)將同步狀態(tài)設(shè)為捕捉態(tài) 將各記數(shù)器置將各記數(shù)器置0 0 51 新碼元進(jìn)入新碼元進(jìn)入 老碼元輸出老碼元輸出 檢驗(yàn)是否檢驗(yàn)是否 “1”和和“0” 交替交替 08 0 07 x 06 x 05 x 04 x 03 x 02 x 01 x 16 1 15 x 14 x 13 x 12 x 11 x 10 x

50、 09 x 24 0 23 x 22 x 21 x 20 x 19 x 18 x 17 x 32 1 31 x 30 x 29 x 28 x 27 x 26 x 25 x 40 0 39 x 38 x 37 x 36 x 35 x 34 x 33 x 11.4 11.4 群同步群同步 p存儲(chǔ)檢測(cè)法存儲(chǔ)檢測(cè)法 先將接收碼元序列存在計(jì)算機(jī)的先將接收碼元序列存在計(jì)算機(jī)的RAM中，再進(jìn)行中，再進(jìn)行 檢驗(yàn)。下圖畫出了一個(gè)檢驗(yàn)。下圖畫出了一個(gè)RAM的示意圖，它按先進(jìn)的示意圖，它按先進(jìn) 先出先出(FIFO)的原理工作：的原理工作： 52 11.4 11.4 群同步群同步 圖中畫出的存儲(chǔ)容量為圖中畫出的存儲(chǔ)容

51、量為40 b，相當(dāng)于，相當(dāng)于5幀信息碼元長(zhǎng)幀信息碼元長(zhǎng) 度，每幀長(zhǎng)度，每幀長(zhǎng)8 b，其中包括，其中包括1 b同步碼。同步碼。 在每個(gè)方格中，上部陰影區(qū)內(nèi)的數(shù)字是碼元的編號(hào)，在每個(gè)方格中，上部陰影區(qū)內(nèi)的數(shù)字是碼元的編號(hào)， 下部的數(shù)字是碼元的取值下部的數(shù)字是碼元的取值“1”或或“0”，而，而“x”代表任代表任 意值。編號(hào)為意值。編號(hào)為“01”的碼元最先進(jìn)入的碼元最先進(jìn)入RAM，編號(hào)，編號(hào)“40” 的碼元為當(dāng)前進(jìn)入的碼元為當(dāng)前進(jìn)入RAM的碼元。的碼元。 每當(dāng)進(jìn)入每當(dāng)進(jìn)入1比特時(shí)，立即檢驗(yàn)最右列存儲(chǔ)位置中的碼比特時(shí)，立即檢驗(yàn)最右列存儲(chǔ)位置中的碼 元是否符合同步序列的規(guī)律（例如，元是否符合同步序列的規(guī)律

52、（例如，“10”交替）。交替）。 按照?qǐng)D示，相當(dāng)只連續(xù)檢驗(yàn)了按照?qǐng)D示，相當(dāng)只連續(xù)檢驗(yàn)了5個(gè)周期。個(gè)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，則在下為同步碼元。若不完全符合，則在下1比特進(jìn)入時(shí)繼比特進(jìn)入時(shí)繼 續(xù)檢驗(yàn)。續(xù)檢驗(yàn)。 53 11.4 11.4 群同步群同步 n11.4.4 群同步性能群同步性能 u主要性能指標(biāo)：主要性能指標(biāo)： p假同步概率假同步概率Pf 當(dāng)捕捉時(shí)同步系統(tǒng)將錯(cuò)誤的同步位置當(dāng)作正確的當(dāng)捕捉時(shí)同步系統(tǒng)將錯(cuò)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同步位置捕捉到。產(chǎn)生假同

53、步的主要原因是由于 噪聲的影響使信息碼元錯(cuò)成同步碼元。噪聲的影響使信息碼元錯(cuò)成同步碼元。 p漏同步概率漏同步概率Pl 同步系統(tǒng)將正確的同步位置漏過(guò)而沒(méi)有捕捉到。同步系統(tǒng)將正確的同步位置漏過(guò)而沒(méi)有捕捉到。 漏同步的主要原因是噪聲的影響，使正確的同步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(cuò)誤的碼元。碼元變成錯(cuò)誤的碼元。 54 11.4 11.4 群同步群同步 u計(jì)算漏同步概率計(jì)算漏同步概率 設(shè)接收碼元錯(cuò)誤概率為設(shè)接收碼元錯(cuò)誤概率為p，需檢驗(yàn)的同步碼元數(shù)為，需檢驗(yàn)的同步碼元數(shù)為n，檢，檢 驗(yàn)時(shí)容許同步碼組中出現(xiàn)錯(cuò)碼的最大數(shù)為驗(yàn)時(shí)容許同步碼組中出現(xiàn)錯(cuò)碼的最大數(shù)為m，則未漏判，則未漏判 定

54、為同步碼的概率定為同步碼的概率 式中，式中，Cnr為為n中取中取r的組合數(shù)。的組合數(shù)。 漏同步概率漏同步概率為為 當(dāng)不允許有錯(cuò)誤時(shí)，即當(dāng)不允許有錯(cuò)誤時(shí)，即m = 0時(shí)，有時(shí)，有 當(dāng)允許有當(dāng)允許有1位錯(cuò)碼時(shí)，即位錯(cuò)碼時(shí)，即m = 1時(shí)，有時(shí)，有 m rrn r un r PC pp 0 (1) m rrn r ln r PC pp 0 1(1) 1(1) n l Pp nn l Ppnpp 1 1(1)(1) 55 11.4 11.4 群同步群同步 u計(jì)算假同步概率計(jì)算假同步概率 設(shè)假同步完全是由于某個(gè)信息碼組被誤認(rèn)為是同步設(shè)假同步完全是由于某個(gè)信息碼組被誤認(rèn)為是同步 碼組造成的。碼組造成的。n

55、位的信息碼組有位的信息碼組有2n種排列，它被錯(cuò)當(dāng)種排列，它被錯(cuò)當(dāng) 成同步碼組的概率和容許錯(cuò)誤碼元數(shù)成同步碼組的概率和容許錯(cuò)誤碼元數(shù)m有關(guān)。若不容有關(guān)。若不容 許有錯(cuò)碼，即許有錯(cuò)碼，即m = 0，則只有一種可能，即信息碼組，則只有一種可能，即信息碼組 中的每個(gè)碼元恰好都和同步碼元相同。若中的每個(gè)碼元恰好都和同步碼元相同。若m = 1，則，則 有有Cn1種可能將信息碼組誤認(rèn)為是同步碼組。因此種可能將信息碼組誤認(rèn)為是同步碼組。因此 假同步的總概率假同步的總概率為為 當(dāng)當(dāng)m=0， 0 2 m r n r fn C P fn P 1 2 fn n P 1 2 m=1， 56 11.4 11.4 群同步群

56、同步 u平均建立時(shí)間平均建立時(shí)間 p從開(kāi)始捕捉轉(zhuǎn)變到保持態(tài)所需的時(shí)間。從開(kāi)始捕捉轉(zhuǎn)變到保持態(tài)所需的時(shí)間。 p現(xiàn)以集中插入法為例進(jìn)行計(jì)算。現(xiàn)以集中插入法為例進(jìn)行計(jì)算。 設(shè)設(shè)N為每群的碼元數(shù)目，其中群同步碼元數(shù)目為為每群的碼元數(shù)目，其中群同步碼元數(shù)目為n，T 為碼元持續(xù)時(shí)間，則一群的時(shí)間為為碼元持續(xù)時(shí)間，則一群的時(shí)間為NT，它就是捕捉，它就是捕捉 到同步碼組需要的最長(zhǎng)時(shí)間；而平均捕捉時(shí)間為到同步碼組需要的最長(zhǎng)時(shí)間；而平均捕捉時(shí)間為NT / 2。若考慮到出現(xiàn)一次漏同步或假同步大約需要多用。若考慮到出現(xiàn)一次漏同步或假同步大約需要多用 NT的時(shí)間才能捕獲到同步碼組，故這時(shí)的群同步平的時(shí)間才能捕獲到同步碼

57、組，故這時(shí)的群同步平 均建立時(shí)間約為均建立時(shí)間約為 te NT(1/2 + Pf + Pl) 57 11.4 11.4 群同步群同步 n 11.4.5 起止式同步起止式同步 u起止式同步法用途：它主要適用于電傳打字機(jī)中。起止式同步法用途：它主要適用于電傳打字機(jī)中。 u起止式同步法原理：起止式同步法原理： p一個(gè)字符由一個(gè)字符由5個(gè)二進(jìn)制碼元組成，每個(gè)碼元的長(zhǎng)度相等個(gè)二進(jìn)制碼元組成，每個(gè)碼元的長(zhǎng)度相等 p鍵盤輸入的每個(gè)字符之間的時(shí)間間隔不等。鍵盤輸入的每個(gè)字符之間的時(shí)間間隔不等。 p在無(wú)字符輸入時(shí)，電傳打字機(jī)的輸出電壓一直處于高在無(wú)字符輸入時(shí)，電傳打字機(jī)的輸出電壓一直處于高 電平狀態(tài)。電平狀態(tài)。

58、 p在輸入一個(gè)字符時(shí)，于在輸入一個(gè)字符時(shí)，于5個(gè)信息碼元之前加入一個(gè)低電個(gè)信息碼元之前加入一個(gè)低電 平的平的“起脈沖起脈沖”，其寬度為一個(gè)碼元的寬度，其寬度為一個(gè)碼元的寬度T，如下圖，如下圖 所示所示 起起止止止止 1234 5 1.5T T 58 11.4 11.4 群同步群同步 n 11.4.6 自群同步自群同步 u唯一可譯碼唯一可譯碼 p假設(shè)現(xiàn)共有假設(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：碼表示，如下表所示： p當(dāng)接收端收到的數(shù)字序列為當(dāng)接收端收到的數(shù)字序列為“1110110110”時(shí)，它時(shí)，它 將唯一地可以譯為將唯一地可以譯為

59、“雨晴陰陰雨晴陰陰”。 p保證唯一可譯的充分條件是在編碼中任何一個(gè)碼字保證唯一可譯的充分條件是在編碼中任何一個(gè)碼字 都不能是其他碼字的前綴。都不能是其他碼字的前綴。 p滿足這個(gè)條件的編碼又稱為滿足這個(gè)條件的編碼又稱為瞬時(shí)可譯碼瞬時(shí)可譯碼。 晴云陰雨 0101 110111 59 11.4 11.4 群同步群同步 u瞬時(shí)可譯碼瞬時(shí)可譯碼 p其碼字的邊界可以由當(dāng)前碼字的末尾確定，而不必等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(gè)碼字的開(kāi)頭。待下一個(gè)碼字的開(kāi)頭。 p例如，下表中的編碼是唯一可譯碼，但是不是瞬時(shí)可例如，下表中的編碼是唯一可譯碼，但是不是瞬時(shí)可 譯碼：譯碼： p例如，在收到

60、例如，在收到“10”后，必須等待下一個(gè)符號(hào)是后，必須等待下一個(gè)符號(hào)是“0” 還是還是“1”，才能確定譯為，才能確定譯為“雨雨”還是還是“陰陰”。在這種。在這種 編碼中，編碼中，“晴晴(1)”是是“陰陰(10)”的詞頭，并且的詞頭，并且“陰陰(10)” 是是“雨雨(100)”的詞頭。的詞頭。 晴陰雨 110100 60 11.4 11.4 群同步群同步 u唯一可譯碼的唯一可譯性是有條件的，即必須正確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(kāi)頭的第一個(gè)或前幾個(gè)碼元。接收到開(kāi)頭的第一個(gè)或前幾個(gè)碼元。 p例如，在下表的例子中例如，在下表的例子中 當(dāng)發(fā)送序列是當(dāng)發(fā)送序列是“111011011