内蒙古大学通信原理课件第13章同步原理.ppt

第十三章 同步原理 本章主要内容 载波同步 位同步 帧同步 网同步13.1 引言同步（synchronization）是通信系统，尤其是数字通信系统中一个重要的实际问题通信系统中同步的分类：1. 载波同步：采用同步解调（相干解调）时，要求收端提供与发送载波同频同相的 相干载波2. 位同步：数字信号接收中，保证码元上时间对齐，收端应能产生与发送码元频率 和相位完全一致的定时脉冲3. 帧同步：保证帧在时间上对齐，收端应产生与帧起止时刻一致的定时脉冲4. 网同步：通信网中要有统一的时间关系，保证网内用户间可靠地进行数据传输与交换 以点点两路PCM/2PSK数字系统为例来说明载波同步、位同步以及帧同步的作用抽样时钟抽样时钟PCM信号PCM信号帧同步信号码流信号恢复帧同步信号路1同步信号路2同步信号13.2 载波同步1 插入导频法 发送有用信号的同时，在适当的频率位置上插入导频，接收端由导频提取载波分量如抑制载波双边带、单边带等调制抑制载波调制中插入正交导频 DSB、SSB、VSB、2PSK（P=1/2，载频分量为0）无载频分量或无法从信号频谱中提取时可用插入导频法若插入同相载波作为导频，则在输出中有直流分量，会对数字信号产生影响。

发送端接收端2 直接法提取载波有些信号中虽然不包含载波分量，但通过某种非线性变换也可以提取载波1) 平方变换和平方环将2fc窄带滤波器用锁相环代替(2) 同相正交环法（Costas环）环环路锁锁定后 环路鉴相特性可见用同相正交环提取的载波存在相位模糊现象 (3) 从多相移相信号中提取载波3、载波同步系统的性能 实际相干载波为（1）同步误差 理想相干载波 与接收机输入信号载波同频同相为稳态相差，由固有频差（锁相环VCO的固有频率或振荡回路中心频率与载频之差）产生的n(t)为随机相差、由噪声产生 减小带通滤波器带宽（增大Q值），可减小随机相差、但增加稳态相差减小环路自然谐振频率可减小随机相差，增大环路增益可减小稳态相差2）同步建立时间ts和同步保持时间tc 减小带通滤波器的Q值，可减小ts但tc也减小 增大锁相环的自然谐振频率，可减小ts但tc也减小ts指接入同步信息到建立起同步载波所需的时间tc指失去同步信号后系统还能保持同步的时间4、载波相位误差对解调性能的影响 （1）模拟通信DSB 输出信号功率 输出噪声功率 可见载波相位误差使解调输出信号功率减小但不改变噪声功率即输出信噪比下降同理可证明，在AM解调中，载波相位误差也使输出信噪比下降。

SSB上边带信号为 调制信号 则相干解调输出信号为 第一项与m(t)成正比，但相位误差使信号功率下降第二项与原信号正交，使基带信号产生畸变且越大畸变越大 与DSB系统一样，相位误差并不改变SSB解调器的输出噪声功率，因此载波相位误差使SSB解调器的输出信噪比下降且信号畸变 （2）数字通信显然，抽样判决器输入信噪比变化规律同模拟通信，故误码率增大 2PSK系统误码率为 相干解调 最佳相干接收机 13.3 位同步1 插入导频法在基带信号频谱的零点位置插入导频信号窄带滤波器（1/T,1/2T）只有单极性归零码功率谱中含有码元频率，其他三种都无法直接提取频率信息2 直接法直接从数字信号中提取位同步信号1) 滤波法 不归零的随机二进制序列，不包含位同步信息，但可以通过某种变换后仍能提取出位同步信号波形变换微分、整流波形变换输出信号中必须含有频率等于码速率的离散谱2) 锁相法接收端利用鉴相器比较接收码元和本地产生的位同步码元相位，若有差别则进行连续调整直到对准为止 数字锁相法:相差 的晶振输出分频后位同步输出本地超前扣除一个时钟本地滞后附加一个时钟13.4 群（帧）同步包含两个方面：（1）保证群同步信号频率同步，这可以通过位同步信号分频得到；（2）保证群的相位同步，即群的起止时刻对准，这可以通过在信息码流中插入特殊的码组在收端识别起位置或数据码组间的不同特性来达到位同步（自同步）。

插入特殊码组方法包括： 集中插入（连贯插入） 分散插入（间隔插入） 集中插入：在一帧开始的n位集中插入n比特帧同步码，PDH中的A律PCM基群、二次群、三次、四次群，律PCM二次群、三次群、四次群以及SDH中各个等级的同步传输模块都采用集中插入式有国际标准 分散插入：n比特帧同步码分散地插入到n帧内，每帧插入1比持，律PCM基群及M系统采用分散插入式无国际标准 1 分散插入帧同步码帧同步码分散地插入到信息码流中 逐码移位法（位时钟）2 集中插入帧同步码插入帧同步码（特殊码组）要求： （1）假同步概率小； （2）有尖锐的自相关特性，以减小漏同步概率； （3）识别器简单如A律PCM基群的帧同步码为0011011，设“1”对应正电平1，“0”码对应负电平-1，则此帧同步码的自相关特性如下图所示：另外一种常用的群同步码组是巴克码局部自相关函数n巴克码码234571113+ + + -+ + + -；+ + - + + + - + + + - - + -+ + + - - - + - - + -+ + + + + - - + + - + - +七位巴克码的自相关函数巴克码识别器判决相 加 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1输出输入码元移位寄存器输出全1相加输出7与门限6比较大于输出3 群同步的保护包括两个工作状态：捕捉态、维持态。

在捕捉过程中要避免出现“假同步”，解决方法是连续观察若干帧13.5 网同步在通信网内实现数字信息交换与复接时，需要建立网同步例如复接系统复接器分接器高速码流实现网同步的方法：（1）同步复接建立系统同步网，保证各站时钟同步2）准同步复接在复接设备中对有一定速率偏差的各路时钟进行调整达到同步1. 主从同步法在某站设置一高稳定时钟源，然后依次送往各站由于路径不同，因而需要时延调整以保证相位同步缺点：一旦某站中断或主时钟源故障，会影响其它各站，甚至整个系统常用各站时钟的频率和相位同步于GPS提供的标准时钟2. 相互同步法网内各站都有自己的时钟，并将他们联结起来，使各站的时钟频率锁定在网内各站固有振荡频率的平均值上网频率缺点：各站设备复杂3. 正码速调整法正码速调整指在大于输入码速的某一速率达到同步 缓 冲 器支路信号写入时钟 fL支路复接信号读出时钟fm4. 水库法在各站设置极高稳定度的振荡器和容量足够大的缓冲存储器，使得在很长时间间隔内不发生“取空”和“溢出”现象，无需进行码速调整。