第9章 同步原理及技術1

數(shù)字通信原理

(PrincipleofDigitalCommunications)華南理工大學電子與信息學院余翔宇yuxy@信息工程2010級3&42012.111第九章同步原理與技術2本章的基本內容：鎖相環(huán)的工作原理；載波同步；符號同步；幀同步。2010Copyright3SCUTDT&PLabs9.1引言2010Copyright4SCUTDT&PLabs同步的基本概念

同步是通信系統(tǒng)的接收端恢復發(fā)送信息所需的關鍵技術之一。同步可以使得在通信系統(tǒng)中，信號的發(fā)送與接收的節(jié)奏保持一致，保證信息的正確接收。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，信號的同步主要包括：載波同步、符號同步和幀同步。

載波同步：實現(xiàn)發(fā)送與接收有相同的載波頻率和固定的相位關系，保證相干或相關解調的實現(xiàn)；

符號同步：實現(xiàn)符號接收的定位，避免符號間的串擾，保證符號的正確接收和解碼；

幀同步：實現(xiàn)幀的定位，保證符號與信息間一一對應的映射關系，保證信息碼組的正確劃分和最終信息的獲取。第7章傳輸信道課本P4252010Copyright5SCUTDT&PLabs9.2鎖相環(huán)2010Copyright6SCUTDT&PLabs鎖相環(huán)的基本概念鎖相的概念：當我們說兩個信號相位鎖定時，通常指這兩個信號有固定的頻率比值和穩(wěn)定的相位關系。

當用示波器同時觀測兩個相位鎖定的信號時，可以看到兩個穩(wěn)定的、相互間沒有移動的信號波形。

第7章傳輸信道2010Copyright7SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道鎖相環(huán)的組成鎖相環(huán)的基本結構

鑒相器：鑒別兩個信號間的相差，將其轉變成相應的電壓值。環(huán)路濾波器：某種低通濾波器，用于鑒相器輸出電壓中的噪聲和高頻的成份。

壓控振蕩器：振蕩頻率可由電壓控制的振蕩器；

頻率變換器：完成振蕩頻率到基準頻率間的變換：兩者間的倍數(shù)通常必須是一個有理數(shù)。課本P425-4262010Copyright8SCUTDT&PLabs鎖相環(huán)的工作原理

假定

輸入的基準信號：壓控振蕩器輸出信號：鑒相器(采用乘法器實現(xiàn)時)輸出第7章傳輸信道課本P4262010Copyright9SCUTDT&PLabs

鎖相環(huán)的工作原理(續(xù))

環(huán)路(低通)濾波器輸出

其變化特性

設計壓控振蕩器的工作特性

環(huán)路濾波器的輸出信號波形第7章傳輸信道課本P4262010Copyright10SCUTDT&PLabs

鎖相環(huán)的工作原理(續(xù))

鎖相環(huán)的工作區(qū)域及特性

在工作區(qū)域形成負反饋：在工作區(qū)域形成正反饋：圖中

穩(wěn)定平衡點非穩(wěn)定平衡點

鎖相環(huán)最終工作在穩(wěn)定平衡點上。第7章傳輸信道課本P4262010Copyright11SCUTDT&PLabs鎖相環(huán)的基本性能分析

鎖相環(huán)在趨于相位鎖定時，一般較小，經(jīng)環(huán)路濾波后有

如果鑒相器不是乘法器，而是一個理想的鑒相器，則直接有

工程上對反饋控制系統(tǒng)，采用拉普拉斯變換，很容易分析其穩(wěn)態(tài)時的情形，對上兩式取拉氏變換，均可得第7章傳輸信道課本P4272010Copyright12SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道

鎖相環(huán)的基本性能分析(續(xù))環(huán)路濾波器的結構和特性

無源的環(huán)路濾波器有源的環(huán)路濾波器記：。無源環(huán)路濾波器的傳遞函數(shù)有源環(huán)路濾波器的傳遞函數(shù)課本P4272010Copyright13SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道

鎖相環(huán)的基本性能分析(續(xù))壓控振蕩器控制電壓－頻率變化特性

相位變化特性相位變化特性的拉氏變換課本P4272010Copyright14SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道

鎖相環(huán)的基本性能分析(續(xù))鎖相環(huán)的相位變化跟蹤性能

記輸入相位函數(shù)；輸出相位函數(shù)定義環(huán)路傳遞函數(shù)

整理可得

定義相位誤差

可導出相位誤差傳遞函數(shù)課本P4282010Copyright15SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道

鎖相環(huán)的基本性能分析(續(xù))

相位誤差(拉氏變換)可表示為

由拉氏變換終值定理，可得穩(wěn)態(tài)的相差

由此可確定當輸入信號的相位發(fā)生變化時壓控振蕩器輸出相位的變化情況。課本P4282010Copyright16SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道

鎖相環(huán)的基本性能分析(續(xù))示例：鎖相環(huán)的相位跟蹤特性

設輸入基準信號相位有一確定幅度的階躍變化

壓控振蕩器穩(wěn)態(tài)的輸出相位為

即穩(wěn)態(tài)時的相差為零，頻率鎖定自然不言而喻。

注：對于非理想的鑒相器(如有乘法器構建的鑒相器)，穩(wěn)態(tài)的輸出可能有一固定的相位差。課本P4282010Copyright17SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道

鎖相環(huán)的基本性能分析(續(xù))鎖相環(huán)的頻率同步范圍

同步范圍(同步帶寬)：鎖相環(huán)可跟蹤輸入基準信號頻率變化的最大范圍。在此范圍內，有。

假定輸入基準信號的頻率發(fā)生幅度為的階躍變化

相應地有穩(wěn)態(tài)后的相位差可見有一固定的相差，其大小與鎖相環(huán)的參數(shù)有關。相位差是一個固定值意味著可實現(xiàn)頻率的同步，即課本P4282010Copyright18SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道

鎖相環(huán)的基本性能分析(續(xù))采用非理想鑒相器鎖相環(huán)的同步范圍

基于乘法器實現(xiàn)的鑒相器，鑒相輸出具有正弦變化特性

因此可得增大環(huán)路的直流增益有利于擴大鎖相環(huán)的同步范圍。課本P4292010Copyright19SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道

鎖相環(huán)的基本性能分析(續(xù))捕捉時間

鎖相環(huán)從壓控振蕩器自由振蕩到同步到基準頻率所需的時間。

捕捉時間可由下式?jīng)Q定式中稱為環(huán)路的自然頻率；稱為環(huán)路的阻尼系數(shù)。課本P4292010Copyright20SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道

鎖相環(huán)的基本性能分析(續(xù))同步保持時間

原來已經(jīng)鎖定工作的鎖相環(huán)，從失去同步基準信號到能夠維持壓控振蕩器輸出相位變化小于某一預定值的時間。

假定失去基準信號后，鑒相器輸出電壓指數(shù)衰減由

可得同步保持時間課本P4292010Copyright21SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道

鎖相環(huán)的基本性能分析(續(xù))

具有較長的保持時間，是間歇同步系統(tǒng)需要具備的基本要求。

廣播電視信號中，模擬的彩色全電視信號需要色副載波作為色度信號的基準信號。電視信號中的色副載波信號間歇地對電視接收機的色副載波信號進行同步調整。在的行信號周期內，有處于同步時段，其余時段依賴同步保持性能足夠好來保證色副載波信號的穩(wěn)定性。課本P4292010Copyright22SCUTDT&PLabs鎖相環(huán)的基本性能分析(續(xù))

輸入噪聲信號對鎖相環(huán)性能的影響含有噪聲的基準信號可以表示為不妨假定，則有其中設環(huán)路濾波器為定義環(huán)路噪聲帶寬為

第7章傳輸信道課本P429-4302010Copyright23SCUTDT&PLabs鎖相環(huán)的基本性能分析(續(xù))對于無源環(huán)路濾波器，可得對于有源環(huán)路濾波器，可得

小的環(huán)路濾波器有利于抑制噪聲對鎖相環(huán)的影響；小的環(huán)路濾波器不利于對快速變化的基準信號進行跟蹤；

(環(huán)路濾波器參數(shù))的取值要根據(jù)鎖相環(huán)的具體應用合理選擇。第7章傳輸信道課本P4302010Copyright24SCUTDT&PLabs9.3載波同步2010Copyright25SCUTDT&PLabs

直接提取法載波同步通常需要解決在只含已調載波信號中恢復載波信號的問題。

直接提取法：利于鎖相環(huán)電路，直接從已調載波信號中提取載波信號的方法。直接提取法通常包括平方環(huán)法，科斯塔環(huán)法和M次方環(huán)法等。這些方法基本的特點是：

(1)利于非線性電路，去除調制載波的信息對提取載波信號的影響,得到含有噪聲的基準信號；(2)采用鎖相環(huán)電路完成相當于較理想窄帶濾波器的功能，獲得可用于相干解調/相關解調的與發(fā)送載波信號相位鎖定的本地載波信號。第7章傳輸信道2010Copyright26SCUTDT&PLabs直接提取法(續(xù))

1、平方環(huán)法

平方環(huán)法是一種恢復2PSK信號中載波信號的方法。平方環(huán)法載波恢復電路的系統(tǒng)結構

主要包括：平方運算、帶通濾波、鎖相環(huán)和二分頻電路等。接收的2PSK信號可以表示為假定基帶的波形函數(shù)為門函數(shù)。第7章傳輸信道課本P4302010Copyright27SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道直接提取法(續(xù))經(jīng)平方器電路后得經(jīng)中心頻率為的帶通濾波器得實際信號中含有造成成份，通常不能直接用以恢復載波。本地的壓控振蕩器輸出為課本P4312010Copyright28SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道直接提取法(續(xù))

鑒相器輸出環(huán)路濾波器輸出壓控振蕩器輸出其中穩(wěn)定平衡點二分頻后輸出本地恢復的載波信號

課本P4312010Copyright29SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道第7章傳輸信道直接提取法(續(xù))平方環(huán)法的相位模糊問題在本地恢復的載波信號中，對取模后，其確切取值在接收端不能確定：相位模糊。相位模糊產(chǎn)生的原因，2PSK信號中隨機的二進制序列的影響。

克服相位模糊影響的方法：采用2DPSK調制方法(調制載波的序列先進行差分編碼，然后在進行2PSK調制)；發(fā)送訓練序列來進行相位的判定。2010Copyright30SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道直接提取法(續(xù))

2、科斯塔環(huán)法科斯塔環(huán)法是另外一種提取2PSK載波信號的方法?？扑顾h(huán)法載波恢復電路的系統(tǒng)結構其中，接收信號為課本P431-4322010Copyright31SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道直接提取法(續(xù))壓控振蕩器輸出的兩路本地載波正交信號為本地載波與輸入信號載波的頻差和相差綜合反映在上。上下兩路乘法器輸出低通濾波輸出課本P4322010Copyright32SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道直接提取法(續(xù))相乘輸出可見可獲得調整壓控振蕩器的相差信號。由鎖相環(huán)原理，壓控振蕩器將被鎖定在輸入的載波頻率上?？扑顾h(huán)法載波恢復電路產(chǎn)生的本地載波同樣存在相位模糊問題。系統(tǒng)須采用克服相位模糊的措施。課本P4322010Copyright33SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道直接提取法(續(xù))

3、M次方環(huán)法平方環(huán)法和科斯塔環(huán)法通過平方運算電路去除2PSK信號中調制載波的信息對載波提取的影響；

一般地，在MPSK信號的載波恢復過程中，可用M次方運算電路去除MPSK信號中調制信息對載波提取的影響。

M次方環(huán)法載波恢復電路的系統(tǒng)結構：

其中與平方環(huán)法電路的區(qū)別是：非線性運算單元為M次方電路；帶通濾波器的中心頻率設定在；壓控振蕩器的輸出需做M分頻。課本P4322010Copyright34SCUTDT&PLabs直接提取法(續(xù))

MPSK信號的一般形式為根據(jù)三角函數(shù)的基本關系式，上式經(jīng)M次方運算后可得經(jīng)中心頻率為的帶通濾波器后，得到第7章傳輸信道課本P4332010Copyright35SCUTDT&PLabs直接提取法(續(xù))壓控振蕩器輸出鑒相器(乘法器)輸出環(huán)路濾波器輸出

第7章傳輸信道課本P4332010Copyright36SCUTDT&PLabs直接提取法(續(xù))

M次方環(huán)的鑒相特性如下圖所示其中M個穩(wěn)定的相位平衡點將落在如下的位置本地恢復的載波信號存在M重的相位模糊問題。第7章傳輸信道課本P4332010Copyright37SCUTDT&PLabs直接提取法(續(xù))

2PSK解調時相位模糊可能使得星座點位置180o旋轉，導致解調時“0”與“1”倒置；

MPSK解調時相位模糊則可能使星座點位置出現(xiàn)M種不同的偏移，導致解調出錯。

相位模糊對MPSK信號解調影響分析已知接收信號本地載波信號第7章傳輸信道課本P4332010Copyright38SCUTDT&PLabs直接提取法(續(xù))

相位模糊對MPSK信號解調影響分析

(1)若，可得

此時可正確解調；第7章傳輸信道課本P433-4342010Copyright39SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道直接提取法(續(xù))

相位模糊對MPSK信號解調影響分析

(2)若，可得

此時星座點將發(fā)生度的旋轉，導致錯誤判決。

示例時星座點的旋轉變化。課本P4342010Copyright40SCUTDT&PLabs直接提取法(續(xù))

避免相位模糊對解調影響的方法：對相位采用差分編碼，使得解調時當前的解碼輸出與當前符號的絕對相位無關，只與前后符號的相位差有關。第7章傳輸信道課本P4342010Copyright41SCUTDT&PLabs直接提取法(續(xù))

MQAM信號的載波恢復

MQAM信號的特點：載波的幅度和相位具有受到調制。對MQAM信號無法采用M次方環(huán)發(fā)消除信息對載波提取的影響。

MQAM信號的載波恢復方法

(1)矢量點扣除法

MQAM信號中滿足的星座點，對應4個均勻分布的相位。矢量點扣除法的基本思想：設法扣除接收符號中的符號，由此將接收信號改造為類似4PSK(QPSK)的信號；

對改造后的信號采用MPSK信號的載波提取方法恢復載波。第7章傳輸信道課本P4342010Copyright42SCUTDT&PLabs直接提取法(續(xù))

示例：采用矢量點扣除法的16QAM信號的載波恢復電路及解調電路。第7章傳輸信道課本P4342010Copyright43SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道直接提取法(續(xù))

MQAM信號的載波恢復

(2)通用載波恢復環(huán)法通用載波恢復環(huán)法的基本思想：若MQAM信號中M種不同的發(fā)送符號先驗等概，則MQAM信號從統(tǒng)計上來說信號相位的統(tǒng)計平均值指向4個均勻分布的相位；可設法提取信號相位的4個統(tǒng)計平均值，使MQAM信號的相位變化從統(tǒng)計上來成為某種4PSK信號，在此基礎上恢復出MQAM信號的載波。課本P4352010Copyright44SCUTDT&PLabs

插入導頻法采用插入導頻法的系統(tǒng)，在發(fā)送已調的載波信號時，同時發(fā)送載波信息，使得接收端可直接提出發(fā)送載波。

插入導頻法的實現(xiàn)方法發(fā)送信號其中導頻信號為采用與信號載波正交的導頻信號有利于信號解調過程的實現(xiàn)。第7章傳輸信道課本P4352010Copyright45SCUTDT&PLabs插入導頻法(續(xù))采用插入導頻法時基帶調制信號的波形設計應使得導頻位置調制信號的成份較少，使有利于導頻的提??；直接導頻法沒有相位模糊問題；因為鎖相環(huán)等效與一個比較理想的帶通濾波器，從接收信號中提取的導頻也可通過鎖相環(huán)濾除噪聲等因素的影響，使得恢復的載波信號具有更高的質量。第7章傳輸信道課本P4352010Copyright46SCUTDT&PLabs

載波相位的似然估計法

載波相位的最大似然估計數(shù)字載波調制信號一般可表示為其中接收信號可表示為其中表示同步誤差、噪聲影響導致的綜合相位差。假定信號空間的標準基函數(shù)為則有第7章傳輸信道課本P4362010Copyright47SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道載波相位的似然估計法(續(xù))給定，由矢量決定其中由因此得到后，的似然函數(shù)

如果發(fā)送端發(fā)送的是發(fā)收雙方已知的測試信號，則中只有相位是未知的，因而有課本P4362010Copyright48SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道載波相位的似然估計法(續(xù))因此關于的最大似然估計為展開上式右式后可歸結為課本P4362010Copyright49SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道載波相位的似然估計法(續(xù))

示例：設發(fā)送載波的訓練信號為接收信號為求關于的最大似然估計。已知的似然函數(shù)為令得的最大似然估計值為課本P4372010Copyright50SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道載波相位的似然估計法(續(xù))尋找滿足條件

的的最大似然估計值。在無法求解析解的情況下，也可以通過數(shù)值計算的方法來獲取。課本P4372010Copyright51SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道載波相位的似然估計法(續(xù))

面向判決環(huán)的最大似然估計

所謂面向判決環(huán)的最大似然估計，是指似然估計是通過發(fā)送專門的訓練序列來實現(xiàn)的。設發(fā)收雙方的約定的用于載波同步的訓練序列為相應的接收到的信號相應的的最大似然估計等效于尋找使得達到最大值的。課本P4372010Copyright52SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道載波相位的似然估計法(續(xù))令可導出的最大似然估計值為

課本P4372010Copyright53SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道載波相位的似然估計法(續(xù))最大似然估計亦可在等效的基帶信號中進行，等效基帶信號相應的似然函數(shù)為其中令可得課本P437-4382010Copyright54SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道載波相位的似然估計法(續(xù))

非面向判決環(huán)的最大似然估計非面向判決環(huán)的最大似然估計不依賴訓練序列，可連續(xù)進行載波相位的估計。假定信號為先驗等概的2PSK信號，則在每個符號周期內，似然函數(shù)相應地為課本P4382010Copyright55SCUTDT&PLabs

載波相位的似然估計法(續(xù))

統(tǒng)計平均值

由此可通過或數(shù)值計算的方法求。課本P4382010Copyright56SCUTDT&PLabs9.4符號同步2010Copyright57SCUTDT&PLabs直接提取法

與載波同步的直接提取法類似，符號同步的直接提取法通常也是先對接收的符號序列先進行某種非線性變換，然后提取符號同步信息。

(1)線譜法

線譜法的實現(xiàn)方案如圖所示其中的平方器完成非線性運算，由窄帶濾波器提取符號同步信息。窄帶濾波器可由鎖相環(huán)電路來實現(xiàn)。課本P4392010Copyright58SCUTDT&PLabs直接提取法(續(xù))接收信號可表示為若其中攜帶信息的符號序列是均值為零的獨立隨機序列即則平方運算電路的輸出為顯然其均值是周期函數(shù)。課本P4392010Copyright59SCUTDT&PLabs直接提取法(續(xù))對該周期函數(shù)，有式中如果要保證能夠直接獲得與符號同步的基波信號，則應有此時從統(tǒng)計意義上說，信號中一定包含基波信號，通過窄帶濾波器即可從變換后的信號中獲得該信號。第7章傳輸信道課本P439-4402010Copyright60SCUTDT&PLabs直接提取法(續(xù))

(2)早遲門法

早遲門法的實現(xiàn)方案如下圖所示其中的取絕對值運算是一種非線性運算。主要到圖中的“早門”與“遲門”的積分時間長短一樣，但時間段不同，分別為與。第7章傳輸信道課本P4402010Copyright61SCUTDT&PLabs直接提取法(續(xù))如上述的波形圖所示

(a)若本地時鐘的頻率與相位與發(fā)送信號的位時鐘信號鎖定則有此時不會對本地壓控振蕩器做調整；

(b)若本地時鐘超前△(本地時鐘滯后的情形可做類似的分析)則有此信號會調整壓控振蕩器的相位，以消除本地超前的相位。第7章傳輸信道課本P4402010Copyright62SCUTDT&PLabs直接提取法(續(xù))要保證早遲門符號時鐘同步系統(tǒng)的正常工作，輸入信號中不能出現(xiàn)長串“0(低電平)”和長串“1(高電平)”的情況。當出現(xiàn)串“0(低電平)”和長串“1(高電平)”時，兩個積分器的輸出相同，其絕對值的差值為零。壓控振蕩器會因長時間得不到調整和導致失步。第7章傳輸信道2010Copyright63SCUTDT&PLabs插入導頻的符號同步法與載波同步的導頻插入法類似，在基帶信號中，也可用插入同步信號的方法來傳遞同步信息。某些波形的基帶信號的中，本身就含有與符號周期同步的基波或諧波信號。包含基波同步信息信號的頻譜示例

導頻的提取方法：先通過窄帶濾波器提取出基波信號，經(jīng)整形和移相的信號處理后獲得同步信號。

第7章傳輸信道課本P4412010Copyright64SCUTDT&PLabs

符號同步信息的包絡攜帶法在恒定包絡的調制方式(如MPSK)中，可通過包絡來攜帶符號同步的信號。一般的相位調制信號可以表示為調幅的符號同步信號可采用(時域)升余弦的形式

其中，是符號周期，。合成后的信號可表示為

其中第7章傳輸信道課本P4412010Copyright65SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道符號同步信息的包絡攜帶法(續(xù))信號波形同步信息提取與解調方法課本P4412010Copyright66SCUTDT&PLabs

符號同步的似然估計法接收的符號序列信號可用表示為式中的是待確定的符號位置參數(shù)。假定是高斯白噪聲，關于參數(shù)的最大似然估計可表示為即當中的參數(shù)相同時似然值達到最大。

(1)

面向判決的最大似然估計所謂面向判決的最大似然估計是一種通過訓練序列來獲得符號同步信息的方法。

記用于同步的訓練序列為。訓練序列是發(fā)送和接收雙方均確知的序列。第7章傳輸信道課本P441-4422010Copyright67SCUTDT&PLabs符號同步的似然估計法(續(xù))對于訓練序列的似然估計值為將相應的符號序列信號代入得其中在上式具有解析表達式條件下，可通過下式求解的最大似然估計值，令

第7章傳輸信道課本P4422010Copyright68SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道符號同步的似然估計法(續(xù))在無法獲得解析解的情況下可通過數(shù)值搜索計算的方法求解

(2)非面向判決的最大似然估計非面向判決的最大似然估計直接利于信息符號序列對進行估計。是接收端未知的序列。假定符號序列的先驗概率已知，因此可求似然函數(shù)的統(tǒng)計平均值課本P4422010Copyright69SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道符號同步的似然估計法(續(xù))

(2)非面向判決的最大似然估計若可獲得上式的解析解，則可通過下式求解的最大似然值若無法得到解析解，可通過數(shù)值計算的方法求相應的數(shù)值解課本P4422010Copyright70SCUTDT&PLabs

載波相位和符號同步的聯(lián)合估計對于數(shù)字載波調制信號的正確解調，需要實現(xiàn)載波同步與符號同步。即正確估計載波相位和定時偏差。上述兩個參數(shù)的聯(lián)合估計，有利于避免其中一個參數(shù)的估計誤差對另外一個參數(shù)的影響。

一般的數(shù)字載波調制信號可以表示為相應的接收信號為第7章傳輸信道課本P442-4432010Copyright71SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道載波相位和符號同步的聯(lián)合估計(續(xù))其中是待估計的參數(shù)。接收信號中有用信號的等效低通信號為

接收信號的等效低通信號為若是高斯噪聲，可導出有關參數(shù)的等效似然函數(shù)為其中記2010Copyright72SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道載波相位和符號同步的聯(lián)合估計(續(xù))可得令整理可得由此得到的最大似然值。課本P4432010Copyright73SCUTDT&PLabs9.5幀同步2010Copyright74SCUTDT&PLabs

幀同步的概念幀同步是通信系統(tǒng)實現(xiàn)信息正確接收的必要條件之一。載波同步和符號同步保證了可以正確定位比特信息，在此基礎上還需要幀同步才能夠提取出用戶的信息。

例如：語音信號的每個樣值編碼后得到一個8比特的碼字；若采用4PSK調制方式傳輸，一個碼字需要通過4個4PSK符號來傳輸。在接收端需要幀同步保證最后碼字的正確組合，才能恢復樣值信息。

數(shù)據(jù)幀的傳輸方式：

異步的各個數(shù)據(jù)幀獨立傳輸方式，如以太網(wǎng)中的報文等；

同步的各個數(shù)據(jù)幀首尾相接的連續(xù)傳輸方式，如電信網(wǎng)中的E1信號。第7章傳輸信道課本P4442010Copyright75SCUTDT&PLabs幀同步標識符的周期性插入法幀同步標識符周期性插入法適合應用于同步的幀連續(xù)傳輸?shù)南到y(tǒng)。

幀同步標識：特點的比特組合圖樣。例如“0011011”。幀同步標識的設置幀同步標識符周期性插入法的特點：同步標識符周期性出現(xiàn)。幀同步標識符可以集中插入到數(shù)據(jù)流中；幀同步標識符也可以分散插入到數(shù)據(jù)流中。第7章傳輸信道課本P4442010Copyright76SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道

幀同步標識符的周期性插入法(續(xù))

(1)幀同步標識符的集中式插法每個數(shù)字幀等長；在每幀的首部插入完整的標識符。

幀同步標識符的搜索與幀同步的維護具體過程包括下圖所示的三個階段

同步搜索：獲取第一個

同步標識符；

預同步：消除虛假同步；

同步：消除干擾對同步的影響。課本P4442010Copyright77SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道

幀同步標識符的周期性插入法(續(xù))示例：幀同步標識符的集中式插法工作過程在系統(tǒng)中，假定取參數(shù)

同步搜索過程通過逐比特的搜索實現(xiàn)；

預同步與同步的過程通過逐幀(假定在每幀中設置幀同步字)確認幀同步字重復出現(xiàn)實現(xiàn)。課本P4452010Copyright78SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道

幀同步標識符的周期性插入法(續(xù))

(2)輔助幀同步法在綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(ISDN)系統(tǒng)中采用異步轉移傳輸模式(ATM)作為其網(wǎng)絡層和數(shù)據(jù)鏈路層的技術標準。

ATM采用稱為信元的小數(shù)據(jù)分組的工作方式。一個信元可看作一個數(shù)據(jù)幀。搜索幀同步位置相當于信元定界。在ATM系統(tǒng)中，信元定界并沒有專門的標識符，而是采用一種利用循環(huán)冗余校驗監(jiān)督位兼做信元定界的輔助的幀同步法。搜索監(jiān)督位的過程與幀同步標識符集中式插法中搜索同步標識符的方法基本一樣。其區(qū)別在于，搜索過程的逐比特搜索改為逐字節(jié)搜索；檢查是否為標識符改為檢測是否監(jiān)督位。課本P4452010Copyright79SCUTDT&PLabs

幀同步標識周期性分散插入法在幀同步標識周期性分散插入法中，由若干比特組成的標識符以比特為單位分別插入到每個幀(或每個偶數(shù)幀的幀頭)。例如△M調制編碼系統(tǒng)中一幀數(shù)據(jù)由32比特組成，在偶數(shù)幀的幀頭中插入同步標識符的1個比特。下圖為采用101010…作為同步標識符的△M調制編碼系統(tǒng)的幀結構，交替出現(xiàn)的1和0被分散地插入到每個偶數(shù)幀的幀頭圖中以“×”標識的是奇數(shù)幀其起始位置，放置其他信息。第7章傳輸信道課本P4462010Copyright80SCUTDT&PLabs同步標識符的周期性插入法性能分析

幀同步算法主要性能由從開始搜索到同步所需要的時間來衡量。

△M調制編碼系統(tǒng)幀同步算法性能分析

記：碼元周期為；幀同步標識的間隔為；

同步標識的圖樣為“…0…0…0…0…”

假定從任意的第i位開始搜索當前位不為同步圖樣“0”定義為事件X，概率為此后搜索過程移動到下一位，在幀中相對移動一位時間為當前位為同步圖樣“0”定義為事件Y，概率為此后搜索過程移動到下一幀的當前位，在幀中是否相對移動取決于當前位是否為同步圖樣。第7章傳輸信道課本P4462010Copyright81SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道同步標識符的周期性插入法性能分析(續(xù))由此可得如下的關系

事件概率相對移動1位所需時間

移動1位所需的平均時間為課本P4462010Copyright82SCUTDT&PLabs第7章傳輸信道同步標識符的周期性插入法性能分析(續(xù))在最不利的情況下