通信課件9同步原理

第9章同步原理2.插入導頻法

抑制載波信號本身不含有獨立的載頻分量，發(fā)送端除發(fā)送信號，還發(fā)送一個導頻信號用于接收端恢復載波，這種載波同步方法稱為插入導頻法。分為：頻域插入法和時域插入法。（1）頻域插入法在發(fā)送信號頻譜為零的位置插入導頻。通常采用插入正交導頻的方法，這樣可以減小對解調(diào)信號的影響。第9章同步原理發(fā)送信號

乘法器的輸出

LPF的輸出無失真地恢復出了原調(diào)制信號。

第9章同步原理（2）時域插入法

時域插入的導頻只是在每幀的一小段時間存在，在其余時間沒有載波標準。由于發(fā)送載波標準是不連續(xù)的，用窄帶濾波器提取的這個不連續(xù)的載波是不能直接使用的。第9章同步原理用窄帶濾波器提取載波標準并同本地振蕩器輸出信號比較，通過鎖相環(huán)路(PLL)的作用形成相干的本地載波。鎖相環(huán)的作用是保持本地振蕩信號和載波標準同相。

第9章同步原理3.非線性變換法

當接收的信號本身不含有載波分量時，可用非線性變換的方法從接收信號中提取載波。（1）平方變換法對于DSB信號接收信號平方變換第9章同步原理中心頻率為2ω0的帶通濾波器濾波輸出即使f(t)本身不含直流成分，但f2(t)也會含有直流分量。因此，上式一定含有載頻成分。當BPF的帶寬很窄時，則其輸出可認為只有2ω0的載波分量。再經(jīng)二分頻器分頻就可得到所需要的本地載波

（

2）平方環(huán)法

是對平方變換法的一種改進，將BPF用PLL替代。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)法比平方變換法具有更好的性能，應用廣泛。

第9章同步原理（

3）同相正交環(huán)法

平方環(huán)VCO工作在2ω0頻率上，當ω0很高時，實現(xiàn)2ω0的振蕩有一定的困難。同相正交環(huán)法VCO工作在ω0頻率上，實現(xiàn)ω0的振蕩相對容易。鑒相器鑒別輸入信號中被抑制了的載頻分量與本地壓控振蕩器VCO之間的相位誤差。上面的解調(diào)器稱為同相相干解調(diào)器，下面的解調(diào)器稱為正交相干解調(diào)器。同步時，同相支路的輸出即為所需的解調(diào)信號，正交支路的輸出為0，因此，該方法稱為同相正交環(huán)法，也叫科斯塔斯(Costas)環(huán)法。

第9章同步原理設接收信號f(t)cos(ω0t+θ0),VCO輸出為cos(ω0t+φ),經(jīng)過帶寬為Wm的LPF第9章同步原理乘法器的輸出

若θ0-φ很小，則sin2(θ0-φ)≈2(θ0-φ)。乘法器的輸出LPF的作用就相當于對f(t)求時間平均。U1就是所需要的本地載波，U5作為解調(diào)信號而輸出。第9章同步原理9．2位同步

又稱碼元同步或比特同步。為了正確判決，就必須在接收端產(chǎn)生一個與接收碼元序列頻率和相位一致的定時脈沖序列，在接收端產(chǎn)生定時脈沖序列的過程稱為位同步。

考慮從接收的基帶數(shù)據(jù)信號中提取定時信號的方法。這種方法具有普遍意義，因為，頻帶信號通過解調(diào)仍能得到基帶信號。分為：插入導頻法和直接法。1.插入導頻法也稱為外同步法。這種方法與載波同步時的插入導頻法類似，在基帶信號頻譜的零點處插入導頻，以便于提取。

第9章同步原理碼元周期為TS的二進制不歸零序列，頻譜第一個零點位于f=1/TS處，可在此插入位同步導頻信號。對基帶信號編碼，使其頻譜第一個零點出現(xiàn)在f=1/（2TS）處，也可在此處插入導頻。收端，對

(a)

，經(jīng)中心頻率f=1/TS的窄帶通濾波器，就可以從解調(diào)后的基帶信號中提取出位同步信號，這時位同步脈沖周期與插入導頻的周期是一致的。第9章同步原理對圖

(b)

，窄帶BPF的中心頻率應為1/（2TS），此時位同步脈沖的周期為插入導頻周期的1/2，將導頻二倍頻就可得到所需要的位同步信號。

解調(diào)出的基帶信號，一路送到窄帶BPF提取導頻信號，經(jīng)移相、整形后形成位同步脈沖；另一路與導頻信號相減。設置移相器的目的是為了消除導頻信號經(jīng)窄帶濾波器引起的相移，整形的目的是為了得到準確的位同步信號，以便精確同步。

上述方法是一種頻域插入導頻法，時域插入導頻法，與載波同步中時域插入導頻的方法類似。

第9章同步原理2.直接法

也叫自同步法。發(fā)端不專門發(fā)送位同步信號，接收端從接收的數(shù)據(jù)碼流中提取位同步信號。（1）微分整流濾波法

通過其微分、整流等非線性變換，變成歸零脈沖序列，用窄帶通濾波器將位同步頻率分量提取出來。第9章同步原理（2）包絡檢波法當接收信號的包絡中含有位同步信息時，利用包絡檢波器直接從接收信號的包絡中提取位同步信號。例如2PSK信號，是包絡恒定的等幅信號，但在碼元數(shù)值變化時刻載波有一個1800的相位反轉(zhuǎn)。傳輸過程中，由于信道帶寬的限制，會使信號在相位反轉(zhuǎn)處產(chǎn)生包絡平滑“陷落”。因此，包絡中包含有位同步信息。第9章同步原理（3）數(shù)字鎖相法

鎖相法：用鎖相環(huán)做窄帶通濾波器提取位同步信號的方法。在接收端利用鑒相器比較接收碼元和本地產(chǎn)生的位同步信號的相位，若二者相位不一致(超前或滯后)，鑒相器就產(chǎn)生誤差信號調(diào)整位同步信號的相位，直至得到準確同步為止。采用數(shù)字鎖相環(huán)提取位同步信號，稱為數(shù)字鎖相法。第9章同步原理1)時鐘源

振蕩器的振蕩頻率為，為輸入數(shù)字信號碼元速率，與輸入信號碼元周期的關(guān)系是。振蕩器輸出脈沖序列周期為。2）控制器根據(jù)濾波器輸出的控制脈沖，對時鐘源輸出脈沖序列進行加(或減)脈沖控制。3）分頻器進行n分頻，和控制器一起調(diào)整加到鑒相器的位同步信號的相位。若準確同步，濾波器無加或減脈沖輸出，加到鑒相器的位同步信號相位保持不變；若位同步信號相位滯后，濾波器輸出加脈沖，控制器使時鐘源輸出序列增加一個脈沖，n分頻后位同步信號相位前移；若位同步信號超前，濾波器輸出減脈沖，控制器使時鐘源輸出序列減少一第9章同步原理個脈沖，n分頻后位同步信號相位后移。相位前后移動的調(diào)整量取決于時鐘源輸出序列的周期。每次的時間階躍量為，相位的最小調(diào)整量為n越大，調(diào)整精度越高。第9章同步原理4)鑒相器

對輸入信號與位同步信號進行相位比較，相位誤差電壓形成超前或滯后脈沖，調(diào)整時鐘源輸出脈沖序列。5)數(shù)字濾波器

濾除噪聲對環(huán)路工作的影響，提高相位調(diào)整的準確性。鎖相環(huán)能夠跟蹤接收信號的相位變化，這是提高同步準確性的主要因素。當接收信號產(chǎn)生暫時中斷時，由于環(huán)路濾波器的時間常數(shù)很大，使壓控振蕩器的輸出基本保持不變，這樣，原來的同步信號會得到保持，避免了同步中斷對系統(tǒng)造成的影響。數(shù)字鎖相法性能良好，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐教崛≈袘脧V泛。第9章同步原理9．3幀同步

在實際的數(shù)據(jù)傳輸中，通常是將若干個數(shù)據(jù)碼元組成幀進行傳輸。接收端要正確的恢復數(shù)據(jù)分組，就必須知道幀的起止時刻。接收端獲取幀起止時刻信息的過程稱為幀同步。

根據(jù)碼組“開頭”和“末尾”的時刻，對解調(diào)器輸出比特序列進行碼組恢復。方法：外同步法和自同步法。外同步法:在發(fā)送的數(shù)據(jù)序列中插入一些特殊的碼組作為幀的起止標志。自同步法:利用數(shù)據(jù)碼組序列本身的特性來實現(xiàn)同步。介紹應用較多的插入同步碼組的方法。常用方法：集中插入法和分散插入法。第9章同步原理1．集中插入法被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)比特被組成幀，將幀同步碼組插在每幀的開頭。接收端，只要檢測出幀同步碼組的位置，就可識別出幀的開頭，從而可確定幀內(nèi)信息碼組。實現(xiàn)容易。

噪聲的影響會產(chǎn)生漏同步。信息碼序列是隨機的，會造成假同步。希望漏同步和假同步概率要小，碼組易于識別，傳輸效率高，長度應盡量短。1）巴克碼是一種具有特殊規(guī)律的二進制序列。一個長度為n的巴克碼序列{x1,x2,…,xn}，碼元xi只能取+1或?1，其自相關(guān)函數(shù)

第9章同步原理j表示在一個周期內(nèi)錯開的位數(shù)。目前找到的巴克碼序列。位數(shù)n碼序列二進制表示2++；?+11；013++?1104+++?；++?+1110；11015+++?+111017+++??+?111001011+++???+??+?1110001001013+++++??++?+?+1111100110101第9章同步原理例：n=7，局部自相關(guān)函數(shù)。

j=0j=1

j=2j=3，4，5，6，7及j=?1，?2，···，?7時的R(j)值如表

j?7?6?5?4?3?2?101234567R(j)0?10?10?1070?10?10?10第9章同步原理2）巴克碼識別器

7位巴克碼識別器由7級移位寄存器、相加器和判決器構(gòu)成。第9章同步原理移位寄存器按1110010順序接加法器，這與巴克碼的規(guī)律一致。1加到移位寄存器時，1端輸出+1，0端輸出-1；反之，0加入時，1端輸出-1，0端輸出+1,對輸入的巴克碼進行相關(guān)運算。7位巴克碼在t1時刻全部進入移位寄存器，有最大輸出+7；其它情況均低于+6。判決電平設為+6，t1時刻最后一位進入時，在判決器輸出端就得到一個幀同步脈沖。第9章同步原理2．分散插入法

幀同步碼分散插入信息碼流中。幀同步碼可以是1、0交替碼或其它碼型。PCM24路系統(tǒng)每幀193位，前192位是信息碼，第193位即是同步碼。位同步頻率是幀同步頻率的193倍，可由位同步頻率193次分頻得到幀同步。第9章同步原理9．4網(wǎng)同步

載波同步、位同步和幀同步主要解決的是點-點之間通信的同步問題，多點之間通信，要依靠通信網(wǎng)來實現(xiàn)。為了保證通信網(wǎng)內(nèi)各點之間可靠地通信，必須在通信網(wǎng)內(nèi)建立一個統(tǒng)一的時間標準，這稱為網(wǎng)同步。

合路器：將多個低速數(shù)據(jù)流合為一個較高速率的數(shù)據(jù)流。分路器：將較高速率的數(shù)據(jù)流分離為多個低速數(shù)據(jù)流。A、B、C與A’、B‘、C’之間并不具有一一對應的關(guān)系，即A并不只是與A‘通信，也可以與B’、C‘通信，B、C亦是如此。第9章同步原理A、B、C以及A’、B‘、C’之間的時鐘頻率不一定相同，沒有統(tǒng)一的時鐘，它們之間不能進行正常通信。網(wǎng)同步的任務：保證通信網(wǎng)中各支路都有共同的時鐘信號。網(wǎng)同步類型：全網(wǎng)同步和準同步。1.全網(wǎng)同步網(wǎng)內(nèi)各站的時鐘頻率和相位都相同。網(wǎng)同步方法：主從同步法和互控同步法。（1）主從同步法網(wǎng)中設置一個有高穩(wěn)定度時鐘源的主站，主站時鐘源產(chǎn)生的時鐘傳送到網(wǎng)內(nèi)各站。

第9章同步原理主站時鐘到各站的傳輸路徑長度不等，會使不同的站引入不同的時延，因此，各站需要設置時延調(diào)整電路，補償路徑時延，使各站的時鐘頻率相同，相位一致。優(yōu)點：實現(xiàn)容易，設備簡單。缺點：主站時鐘源發(fā)生故障，全網(wǎng)將失去同步；中間站發(fā)生故障，其下游站點也失去同步。等級主從同步法：全網(wǎng)所有站按等級分類，其時鐘按其所處的地位水平分配一個等級。主站時鐘發(fā)生故障，由副時鐘源替代。A為主時鐘，B為副時鐘。第9章同步原理（2）互控同步法全網(wǎng)中不設主站和基準時鐘源，各站都有自己的時鐘，各站的時鐘頻率都鎖定在本站固有振蕩頻率的平均值上，并讓全網(wǎng)高度互連，實現(xiàn)全網(wǎng)同步。這個平均值稱為網(wǎng)頻率。當網(wǎng)中某站發(fā)生故障時，網(wǎng)頻率自動平滑過渡到一個新的值。這樣，除發(fā)生故障的站外，其他站仍能正常工作。優(yōu)點：克服了全網(wǎng)僅依靠一個時鐘源可靠性差的缺點，提高了全網(wǎng)工作的可靠性。缺點：是每個站的設備都比較復雜。

2.準同步

各站采用各自相互獨立的高穩(wěn)定的時鐘，允許網(wǎng)內(nèi)各支路數(shù)據(jù)流速率存在一定的偏差，只要該偏差不超過容許范圍，就可以通過復接設備調(diào)整各支路數(shù)據(jù)流的速率，使它們達到相互同步。第9章同步原理方法:碼速調(diào)整法和水庫法(1)碼速調(diào)整法

若各復接支路的數(shù)據(jù)流是異步的，復接時首先必須對這些異步的數(shù)據(jù)流進行碼速調(diào)整，使它們變成相互同步的數(shù)據(jù)流；接收端分路時，從這些相互同步的數(shù)據(jù)流中分別進行碼速恢復，復原各支路異步的數(shù)據(jù)流。

方法：正碼速調(diào)整、負碼速調(diào)整和正/負碼速調(diào)整1）正碼速調(diào)整合路器提供的時鐘頻率高于各支路數(shù)據(jù)流的速率。寫得慢、讀得快，會使合路緩存器的數(shù)據(jù)“取空”。當存儲量減小到某一門限值時，通過指令對其禁讀一位。各支路送入合路器的數(shù)據(jù)流都經(jīng)過這樣的碼速調(diào)整后，它們的速率和相位就能一致，實現(xiàn)同步。分路器把各支路數(shù)據(jù)流分開，在指令控制下，第9章同步原理使禁讀位置沒有輸出，就可恢復出各支路的數(shù)據(jù)流。2）負碼速調(diào)整合路器提供的時鐘頻率低由于各支路數(shù)據(jù)流的速率。寫得快、讀得慢，會使合路緩存器產(chǎn)生“溢出”。在緩存器存儲量達到某一門限值時產(chǎn)生指令，暫停輸入1位，對