第6章 数据信号的同步.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,6,章 数据信号的同步,主要内容,:,同步的概念,载波同步,位同步,群同步,网同步,6.1,同步的概念,为了使整个数据通信系统有序、准确、可靠的工作，收、发双方必须有一个统一的时间标准，这个时间标准就是同步按同步的功用分为：,载波同步,位同步（码元同步、比特同步）,群同步（帧同步）,网同步,实现同步的方法：,外同步法,自同步法,6.2,载波同步,在相干解调中，接收端提取与发送端同频同相的相干载波的过程称为载波同步载波同步的方法：,插入导频法（外同步法）,直接法（自同步法）,6.2.1,载波同步,-,插入导频法,插入导频的原则：插入导频的位置应该在信号频谱为零的位置，否则导致导频与信号频谱成分重叠在一起，接收时不易取出频域正交）,对于模拟调制信号，如抑制载波的双边带信号或单边带信号等信号，在载波附近信号频谱为,0,；,但对于,2,PSK,和,2,DPSK,等数字调制信号，在附近的频谱不但有，而且比较大因此，对于,2,PSK,这样的信号，不能直接在处插入导频载波同步,-,频谱变换,对于,2,PSK,这样的信号，不能直接在,f,c,处插入导频。

应先在调制以前对基带信号,m,(,t,),进行相关编码，改变基带信号频谱结构相关编码的作用是把下面,(,a,),图中所示的基带信号频谱函数变为,(,b,),图所示频谱函数，这样经双边带调制以后，可得,(,c,),图c,),图所示频谱函数在附近频谱函数很小，且没有离散谱，这样可插入导频载波同步,-,插入导频法原理,调制信号,m,(,t,),，无直流分量；,载波,a,c,sin,c,t,；,插入正交导频,-,a,c,cos,c,t,；,发送端输出信号：,接收端相乘器的输出：,经低通滤波后输出为 ，可恢复出原调制信号,m,(,t,),如果发送端加入的导频不是正交载波，而是调制载波,a,c,sin,c,t,；,发送端输出信号：,接收端用窄带滤波器取出,a,c,sin,c,t,后直接作为同步载波；,经过相乘器和低通滤波器解调后输出为 ；,多了一个不需要的直流成分 ，这就是发端采用正交载波作为导频的原因6.2.2,载波同步,-,直接法,直接法也称自同步法这种方法是设法从接收信号中提取同步载波有些信号，如,DSB-SC,、,PSK,等，它们虽然本身不直接含有载波分量，但经过某种非线性变换后，将具有载波的谐波分量，因而可从中提取出载波分量来。

平方后：,例如双边带信号：,若用一窄带滤波器将,2,f,c,频率分量滤出，再进行二分频，就可获得所需的相干载波同样，若,m,(,t,)=1,，则,DSB,信号就成为,2PSK,，,这时,载波同步,-,平方变换法和平方环法,平方锁相环法提取载波,优点：输出信号具有更好的稳定性，并且不必须有连续的输入信号平方变换法提取载波,存在问题：二分频电路的初始状态是随机的，使分频输出的初始相位有两种可能状态：,0,和,即相位是模糊的载波同步,-,同相正交环法（科斯塔斯环法）,原理,设：接收信号仍为抑制载波的双边带信号,s,(,t,),，本地载波电压为,为信号和本地载波的相位差输入信号,s,(,t,),和本地载波相乘后得到：,经过低通滤波之后分别为：,和,（,1,是信号角频率，,0,是本振角频率,）,上面这两个电压再相乘后得到：,是本地载波与接收信号载波的相位差v,g,经过环路滤波器后加在,VCO,上,控制本地震荡频率当频率相等，相位相同时，,v,g,=0,，,VCO,输出频率和相位,就锁定在接收信号的频率和相位上了此压控振荡器的输出电压,v,a,就是从接收信号中提取的载波，可以用来进行相干接收e,点电压,v,e,就是解调输出电压，因为它近似等于,m,(,t,)/2,。

不需要用平方电路，它在频率很高时较难实现若要求得到最佳性能，则需要两路低通滤波器的性能完全一致，这对于模拟电路来说较难做到，但是若用数字电路则不难做到仍存在相位模糊问题6.3,位同步,位同步（又称为比特同步、码元同步）：是接收端利用发送端发送的码元序列，提取频率和相位与发端一致的“定时脉冲序列”的过程位同步的方法：,插入导频法（外同步法）,直接法（自同步法）,也可以用专用传递时钟的信道传输同步信号,对位同步的要求：,码元的重复频率要求与发送端的码元速率相同；,码元的相位要求对准最佳接收时刻，即最佳抽样判决时刻6.3.1,位同步,-,插入导频法（外同步法）,如果信道中传输的不是归零码，则在信号的频谱中不含有离散定时频率分量或谐波，也就无法直接从信号中提取定时信号在被传输的数据信号频谱中插入位同步导频，接收端将其提取出来作为收端的位定时信号为了避免导频信号对判决的影响，要求导频插入法的输入端对导频相位安排：在数据信号的取样判决时刻，导频正好为零点位同步,-,插入导频法,(a),(b),窄带滤波器,相加器,倒相,移相,倍频定时形成,抽样判决,输入基带信号,基带信号,位同步脉冲,6.3.2,位同步,-,直接法（自同步法）,是发送端不用专门发送同步导频信号，接收端直接从接收到的数据信号中提取位同步信号的位同步方法，包括滤波法和数字锁相法。

滤波法又可以分为：微分整流法、包络检波法和延迟相干法数字锁相法提取同步信号的基本思想是在接收端产生一个频率，再利用接收到的码元对他进行校正，最后得出位同步信号位同步的性能指标：相位误差、同步建立时间、同步保持时间和同步带宽位同步,-,微分整流法,将不归零码通过非线性变换变成归零码；,再通过窄带滤波器或锁相环提取，得到位同步信号参见图,6-3,：,二进制不归零码的脉冲序列通过微分和全波整流后，得到尖顶脉冲的归零码序列，图,6-3,（,b,）的波形,c,；,经滤波、移相和脉冲形成后便得到位同步脉冲序列，图图,6-3,（,b,）的波形,e,位同步,-,延迟相干法,位同步,-,数字锁相法,信号时钟产生,nf,b,频率,鉴相器比较信号和位同步信号相位输出超前或者滞后，经数字滤波器输出加脉冲或者减脉冲的控制信号如果位同步超前说明位同步频率高了，需要减脉冲调低同步频率如果滞后说明说明位同步频率低了，需要加脉冲调高同步频率调整可能进行多次，直到鉴相器输出误差在,T,b,/n,内鉴相,n,计数器,控制,数字滤波器,输入数字信号,超前,滞后,信号时钟,位同步输出,减脉冲,加脉冲,6.4,群同步,群同步（又称为帧同步）：在数据传输过程中通常要对传输的码元序列进行分组或分帧打包，接收端要正确恢复数据，就必须知道分组、分帧的起止时刻。

给出帧的开头和结尾的标记起止式同步法：,MC51,系列单片机的串行口，例如：一个字节有,8,位数据位，无校验位，,1,位起始位，,2,位停止位称为起止式同步特定码组同步法：被传输的单位是若干码元组成的数据块，以一个特定的码字作为数据块的开始和结束标志例如,HDLC,的,01111110,6.4.1,群同步信息的传递,码组本身自带分组信息，不同同步码可以代表不同的类型帧插入群同步码：,分散插入,集中插入,集中插入：适用于要求快速建立同步的地方，或间断传输信息并且每次传输时间很短的场合分散插入：需要较长的同步建立时间故适用于连续传输信号之处，例如数字系统中6.4.2,集中插入法对群同步码的要求,群同步码应有尖锐的自相关函数,常用帧同步码,-,巴克码,常用帧同步码,-,巴克码,常用帧同步码,-,威拉德,(Willard),码,对于随机相邻码元能给出最小错误同步概率常用帧同步码,-DMR SYNC,码,DMR,帧同步码为：,7F7D 5DD5 7DFD,，码长为,48bit,DMR,帧同步码相关性,常用帧同步码,-m,序列,长度为,63,的,m,序列相关性,6.4.3,集中插入法的常见类型,头部插入：信息突发比较随机，每一个突发（,Burst,）时间相对较长，常用于,FDMA,类型通信系统中。

例如,MPT1327,突发信令中间插入：信息突发比较固定，突发时间相对较短，由于功率上升和下降过程中容易产生错误，将最重要的同步序列放在中间常用于,TDMA,通信系统中，例如,DMR,Preamble,AAAA,SYNC,DATA1,DATA2,DATA3,CHKSUM,Hang bits,6.4.4,集中插入法检测的实现,一旦发现自相关值等于同步码组的长度,N,时，就认为捕捉到了同步，并将系统从捕捉态转换为保持态继续考察同步位置上的接收码组是否仍然具有等于,N,的自相关值当系统失去同步时，自相关值立即下降因为噪声也可能引起自相关值下降所以为了保护同步状态不易被噪声等干扰打断，在保持状态时要降低对自相关值的要求判定系统失步后，系统转入捕捉态，重新捕捉同步码组6.4.5,分散插入法间隔式插入法,例：在数字系统中常采用的“,1/0”,交替码优点是同步占用位置少，效率高缺点是同步时间长6.4.6,同步码搜索方法,-,移位搜索法,多次确认防止假同步,同步码搜索方法,-,存储同步检测法,6.4.7,群同步的性能指标,群同步系统应该建立时间短，并且在群同步建立后应有较强的抗干扰能力通常用漏同步概率,P,l,、假同步概率,P,2,和群同步平均建立时间,t,s,来衡量。

漏同步概率,P,l,：将正确同步位置漏过的概率假同步概率,P,2,：将错误同步位置当作正确同步位置捕捉到的概率当,容许错误码元数,增大时，漏同步概率,P,l,减小，但假同步概率,P,2,增大，所以两者是矛盾的设,P,为接收码元错误概率，,n,为需检验的同步码元数，,m,为检验时容许错误的最大码元数设漏同步和假同步都不发生，在最不利的情况下，实现群同步最多需要一群的时间设每群的码元数为,N,，,每码元时间为,T,，,则一群的时间为,NT,，,出现一次漏同步或假同步大致要多花费,NT,的时间才能建立起群同步t,s,=,NT,（,1+,P,1,+,P,2,）,6.5,网同步,对于数字、数据通信网，要保证各节点之间可靠通信，必须在网内建立一个统一时间标准（共同的时钟信号），称为网同步全网同步系统,主从同步法：是在通信网内建立一个主站，装备有高稳定度的时钟，产生网内的主基准时钟频率，再将该频率逐站传送到网内的各分站互控同步法：在全网中不设特定的主站和时钟基准，网内每一个站的本地时钟都通过锁相环路受所有收到的外来信号流中的定时信息共同加权控制由于各站时钟的相互作用和影响，只要网络参数选择合适，就能将各站的时钟频率都调整到一个稳定的网络频率上去，实现全网的同步。

准同步系统,码速调整法：是在系统中的各分站分别使用高稳定度时钟，不受其他站的控制，他们之间的时钟频率允许有一定的误差送到各站的信码流首先进行码速调整，使他们变成相互同步的数码流水库法：是通过在网络各站中设置极高稳定度的时钟源和大容量缓冲存储器，使得很长时间间隔内不会发生“取空”或“溢出”现象要求每个时间,T,对同步系统进行一次校准。