1、第第12章章 同同 步步 原原 理理12.1 載 波 同 步12.2 位 同 步12.3 群同步(幀同步)12.4 網 同 步12.1 載載 波波 同同 步步12.1.1 直接法(自同步法)12.1.2 插入導頻法(外同步法)12.1.3 兩種載波同步方法的比較12.1.4 載波同步系統的性能指標12.1.1 直接法直接法(自同步法自同步法)1. 平方變換法圖12.1 平方變換法提取同步載波2. 平方環法3. 關于相位含糊問題的討論圖圖12.1 平方變換法提取同步載波平方變換法提取同步載波帶 通)(tx 低 通 平方律部件2分頻2fc窄帶濾波)(te2fc x(t)cosctx(t)12.1.

2、2 插入導頻法插入導頻法(外同步法外同步法)1. 頻域插入導頻法 在調制以前先對基帶信號x(t)進行相關編碼，相關編碼的作用是把如 圖12.2(a)所示的基帶信號頻譜函數變為如圖12.2(b)所示的頻譜函數，這樣經過雙邊帶調制以后可以得到如圖12.2(c)所示的頻譜函數，在c附近頻譜函數很小，且沒有離散譜，這樣可以在c處插入頻率為c的導頻。2. 時域插入導頻法圖圖12.2 相關編碼作用示意圖相關編碼作用示意圖 (a)基帶信號頻譜( )xf(b)轉換后f( )x(c)雙邊帶調制后cff00012.1.3 兩種載波同步方法的比較兩種載波同步方法的比較1. 直接法的優缺點(1)不需導頻信號，因此信號

3、功率可以大一些，以提高噪功率比。(2)可以防止插入導頻法中導頻和信號間由于濾波不好而引起的互相干擾，也可以防止信道不理想引起導頻相位的誤差(在信號和導頻范圍引起不同的畸變)。(3)有的調制系統不能用直接法(如SSB系統)。2. 插入導頻法的優缺點(1)有單獨的導頻信號，一方面可以提取同步載波，另一方面可以利用它作為自動增益控制。(2)有些不能用直接法提取同步載波的調制系統只能用插入導頻法。(3)插入導頻法要多消耗一部分不帶信息的功率，因此與直接法比較，在總功率相同條件下信噪功率比還要小一些。12.1.4 載波同步系統的性能指標載波同步系統的性能指標載波同步系統的主要性能指標有以下4個：(1)效

4、率：為獲得同步，載波信號應盡量少消耗發送功率，在這方面直接法由于不需要專門發送導頻，因此是高效率的，而插入導頻法由于插入導頻要消耗一部分發送功率，因此效率要低一些。(2)精度：指提取的同步載波與需要的載波標準比較，應該有盡量小的相位誤差。如需要的同步載波為cos，提取的同步載波為cos()，就是相位誤差，應盡量小。通常又分為穩態相位誤差0和隨機相位誤差。(3)同步建立時間ts，對ts的要求是越短越好，這樣同步建立得快。(4)同步保持時間tc，對tc的要求是越長越好，這樣一旦建立同步以后可以保持較長的時間。12.2 位位 同同 步步12.2.1 引言12.2.2 直接提取位同步信號(自同步法)1

5、2.2.3 插人導頻法位同步(外同步法)12.2.4 位同步系統的性能和相位誤差對性能的影響12.2.1 引言引言 我們把位同步脈沖與接收碼元的重復頻率和相位的一致稱為碼元同步或位同步。而把位同步脈沖的取得稱為位同步提取。 同步與載波同步的區別。在非相干解調時，不論數字信號還是模擬信號都不需要同步載波，只有在相干解調時，才有同步載波提取的問題。12.2.2 直接提取位同步信號直接提取位同步信號(自同步法自同步法)1. 基帶濾波法圖12.5 濾波法各階段的波形2. 直接從頻帶信號中提取位同步信號3. 鎖相法提取位同步信號圖圖12.5 濾波法各階段的波形濾波法各階段的波形0t(b) 微分后輸出0t

6、(c)全波整流后流t0(e)位定時脈沖CP0t(d)經窄帶濾波后濾濾Tb111100000t(a)基帶信號(不歸零)2Tb3TbTbTb12.2.3 插人導頻法位同步插人導頻法位同步(外同步法外同步法)1. 基帶插入位定時導頻法 在無線通信中，數字基帶信號一般都采用不歸零的矩形脈沖，并以此對高頻載波作各種調制。解調后得到的也是不歸零的矩形脈沖(單極性的或雙極性的)，碼元速率為b，碼元寬度為Tb。對于這種全占空的矩形脈沖，當P(0)=P(1)=0.5時，不論是單極性還是雙極性碼，其功率譜密度中都沒有b成分，也沒有2b等成分。圖12.7 選擇位定時導頻的插入點 2. 雙重調制法圖圖12.7 選擇位

7、定時導頻的插入點選擇位定時導頻的插入點(b)基帶信號相關編碼后的功率譜密度0(a)雙極性碼的功率譜密度0b2fP( f )P( f ) fb2fbf fbb32ff12.2.4 位同步系統的性能和相位誤差位同步系統的性能和相位誤差對性能的影響對性能的影響1. 相位誤差e2. 同步建立時間ts 3. 同步保持時間tc 4. 同步帶寬12.3 群同步群同步(幀同步幀同步)12.3.1 起止式同步法12.3.2 巴克碼及巴克碼識別器12.3.3 集中插入法12.3.4 分散插入法12.3.5 群同步的保護12.3.6 群同步系統的性能12.3.1 起止式同步法起止式同步法 起止式同步是在電傳機中廣泛

8、使用著一種同步的方法，電傳打字機中用5個碼元代表一個字母(或符號等)，在每個字母開始時，先發送一個碼元寬度的起(負值)脈沖，再傳輸五個單元的編碼信息，接著再發送一個寬度為1.5個碼元寬度的止(正值)脈沖。收端根據1.5個碼元寬度止正脈沖轉到一個碼元寬度的起負脈沖這一特殊規律，就可以確定一個字符的起始位置，實現群同步。12.3.2 巴克碼及巴克碼識別器巴克碼及巴克碼識別器1. 巴克碼 巴克碼是一種具有特殊規律的二進制碼組。表12.1 巴克碼組2. 巴克碼識別器表表12.1 巴克碼組巴克碼組位數 n巴克碼組2；34；57111312.3.3 集中插入法集中插入法 數字電話主要有PCM和M兩種。單路

9、數字電話如果用增量調制時，不需要群同步 (有時也可以不用位同步)。這是因為M系統中解調器只要用一個積分器即可。PCM系統中編、譯碼器都有定時脈沖，收發端的定時脈沖必須同步，因此要用位同步。另外由于PCM系統中一個抽樣值用多個二進制碼表示，因此還要有群同步。PCM多路數字電話中群同步碼可以集中插入，例13折線A律的32/30路PCM系統；也可以間歇式插入，例15折線律的24路PCM系統。連貫式插入的優點是能迅速地建立同步。圖12.12 n路PCM系統中集中插入群同步碼 圖圖12.12 n路路PCM系統中集中插入群同系統中集中插入群同步碼步碼 第三幀第二幀n-1路消息碼n-1路消息碼n-1路消息碼

10、n-1路消息碼第一幀插入其他標志信號(如告警等)集中插入群同步碼12.3.4 分散插入法分散插入法 多路數字電話中有時為簡化設備，群同步碼組不用集中插入的方法，而是將它分散地插入，即每隔一定數量的信息碼元，插入一個群同步碼元。例如24路PCM系統中，一個抽樣值用8位碼表示，此時24路電話都抽樣一次共有24個抽樣值，192個信息碼元。192個信息碼元作為一幀，在這一幀插入一個群同步碼元，這樣一幀共193個碼元。多幀組成一個復幀，復幀中構成的多個群同步碼可以是1、0交替碼。在接收端首先提取復幀中各幀插入的群同步碼，再由群同步碼再得出分路的定時脈沖。圖12.13畫出了一個在24路PCM系統中分散插入

11、群同步碼的示意圖，每幀共193個碼元(192個信息碼和一個群同步碼)。圖圖12.13 24路路PCM系統中分散插入群系統中分散插入群同步碼的示意圖同步碼的示意圖 248路=192碼元1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 路第一幀第二幀 第三幀插入1位群同步碼1 2 3 4 5 6 7 8第1路8位信息碼12.3.5 群同步的保護群同步的保護 群同步系統一旦出現幀失步(即收不到同步碼)，并不立即進行調整。因為幀失步可能是真正幀失步，也可能是假失步。真失步是由于收發兩端幀結構沒對準(即收端的比較時標沒對準發端偶

12、幀的幀同步碼出現時刻)造成的；而假失步則是由信道誤碼造成的。 PCM30/32路系統的同步碼檢出方式是采用碼型檢出方式，它是這樣防止假失步的：當連續m次(m為前方保護計數)檢測不出同步碼后，才判為系統真正失步，而立即進入捕捉狀態開始捕捉同步碼。12.3.6 群同步系統的性能群同步系統的性能 對群同步系統的主要要求為建立同步的時間短、建立同步后應該有較強的抗干擾能力。通常用以下3個性能指標來表示同步性能的好壞：1. 漏同步概率P12. 假同步概率P23. 平均同步建立時間ts12.4 網網 同同 步步12.4.1 網同步的基本概念12.4.2 全網同步系統12.4.3 準同步系統12.4.1 網同步的基本概念網同步的基本概念 為了保證通信網各點之間可靠地進行數字通信，必須在網內建立一個統一的時間標準，就稱為網同步。 保證通信網中各個站都有共同的時鐘信號，是網同步的任務。 實現網同步的方法主要有兩大類：一類是全網同步系統，另一類是準同步系統。12.4.2 全網同步系統全網同步系統1. 主從同步法 在通信網內設立一個主站，它備有一個高穩定的主時鐘源，再將主時鐘源產生的時鐘逐站傳輸至網內的各個站去，如 圖12.