第十九讲 同步与数字复接(第3-5节)

1、1 通信原理通信原理 第第6章章 同步与数字复接同步与数字复接 (6.3-6.5) 2 复习复习-有辅助导频时的载频提取有辅助导频时的载频提取 用于不包含载频分量的信号用于不包含载频分量的信号, 在发送信号中另在发送信号中另 外加入一个或几个导频信号。外加入一个或几个导频信号。 插入导频的位置应该在信号频谱为零的位置，插入导频的位置应该在信号频谱为零的位置， 而且是所谓而且是所谓“正交载波正交载波”。 3 复习复习-无辅助导频时的载波提取无辅助导频时的载波提取 载波载波 输出输出 带通带通 滤波滤波 平平 方方 压控振荡压控振荡 环路滤波环路滤波 锁相环锁相环 s(t) 2分频分频 窄带窄带

2、滤波滤波 ( ) p ut d u ( ) VCO ut 平方环法：平方环法： 22 1 ( )cos(1cos2) 2 cc sttt ( )sin(22) VCOc utAt 4 复习复习-无辅助导频时的载波提取无辅助导频时的载波提取 科斯塔斯环法：科斯塔斯环法： 90 相移相移 环路环路 滤波滤波 压控压控 振荡振荡s(t) 载频载频 输出输出 低通低通 低通低通 解调解调 输出输出 a b c d e f g 1 ( )cos() 2 e vm t 2 1 ( )sin2() 8 gef vv vmt 5 复习复习-载波同步性能指标载波同步性能指标 相位误差相位误差 同步建立时间同步建

3、立时间 同步保持时间：从开始失去信号到同步保持时间：从开始失去信号到 失去载频同步的时间。失去载频同步的时间。 6 复习复习-相位误差对解调性能的影响相位误差对解调性能的影响 载波同步相位误差对解调信号的影响载波同步相位误差对解调信号的影响 A.相位误差对于相位误差对于2PSK信号误码率的影响：信号误码率的影响： 为为相位误差相位误差，cos 就是由于相位误差引就是由于相位误差引 起的解调信号电压下降。因此信噪比下降至起的解调信号电压下降。因此信噪比下降至 cos2 倍。倍。 2 0 cos1 2 b e E Perfc n 7 复习复习- 位同步位同步 n外同步法外同步法-插入导频法插入导频

4、法 n自同步法自同步法 非线性变换滤波法非线性变换滤波法 位同步锁相环位同步锁相环 8 6.2 位同步位同步 FO T 9 思考题：思考题： 何谓帧同步？何谓帧同步？ n需要把一长串的需要把一长串的“1”“0”比特按照比特按照8个一组个一组8个一组划分开，个一组划分开， 或者分给不同的用户或者分给不同的用户,”要找到数据正确的起点要找到数据正确的起点” 判决以及并串变换后的输出：判决以及并串变换后的输出： .0 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 10 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 0 1 1 1. 10 第第6章章 同

5、步与数字复接同步与数字复接 n概述概述 n6.1 载波同步载波同步 n6.2 位同步位同步 n6.3 帧同步帧同步 n6.4 网同步网同步 n6.5 数字复接原理数字复接原理 主要内容主要内容 11 6.3 帧同步帧同步 n 概述概述 帧同步是帧同步是使接收端的时隙脉冲排列规律与发使接收端的时隙脉冲排列规律与发 送的时隙脉冲排列规律一致送的时隙脉冲排列规律一致。 帧同步法的种类：帧同步法的种类： A.A.外同步法外同步法-发送的数字序列中插入帧同发送的数字序列中插入帧同 步脉冲或帧同步码作为帧的起始标志；步脉冲或帧同步码作为帧的起始标志； B.B.自同步法自同步法-利用数字信号序列本身的特利用

6、数字信号序列本身的特 性来恢复帧同步信号。性来恢复帧同步信号。 12 6.3 帧同步帧同步 帧同步的要求：帧同步的要求： A. 建立正确同步的概率大，错误同步的概建立正确同步的概率大，错误同步的概 率小；率小； B. 捕捉时间短，数字电话系统要求重新建捕捉时间短，数字电话系统要求重新建 立同步的时间小于立同步的时间小于100ms； C. 同步信息应尽可能短，提高信息传输的同步信息应尽可能短，提高信息传输的 效率。效率。 D. 具有检测具有检测“漏同步漏同步”的能力。的能力。 13 6.3 帧同步帧同步 6.3.1 帧同步码的插入方式：帧同步码的插入方式： 集中插入方式集中插入方式 A. 同步码

7、以集中的方式插入信息码流中；同步码以集中的方式插入信息码流中； B. 可快速建立同步，也称连贯式插入方式；可快速建立同步，也称连贯式插入方式； C. 实例：实例：PCM30/32路，偶帧路，偶帧TS0:X0011011 信息码组信息码组 同步码组同步码组 信息码组信息码组信息码组信息码组信息码组信息码组 同步码组同步码组同步码组同步码组 14 6.3 帧同步帧同步 分散插入方式分散插入方式 A. 同步码以分散的方式插入信息码流中；同步码以分散的方式插入信息码流中； B. 若发生了帧失步，则需要逐位进行比较，直到若发生了帧失步，则需要逐位进行比较，直到 收到新的帧同步码，建立同步时间长。收到新的

8、帧同步码，建立同步时间长。 信息码组信息码组信息码组信息码组信息码组信息码组 同步码元同步码元同步码元同步码元 同步码组同步码组 同步码元同步码元同步码元同步码元 15 6.3 帧同步帧同步 6.3.36.3.3 帧同步系统的前后方保护时间帧同步系统的前后方保护时间： 前方保护时间前方保护时间 随机误码会引起随机误码会引起漏同步漏同步，此时希望同步，此时希望同步 系统不要立即开始重新捕捉同步，而在突发系统不要立即开始重新捕捉同步，而在突发 性干扰或信号质量恶化，造成大量数据丢失性干扰或信号质量恶化，造成大量数据丢失 甚至通信中断时才需要重新捕捉同步；因此甚至通信中断时才需要重新捕捉同步；因此

9、引入前方保护时间使系统具有识别漏同步的引入前方保护时间使系统具有识别漏同步的 能力。系指从能力。系指从第一个同步码丢失到同步系统第一个同步码丢失到同步系统 进入捕捉状态为止进入捕捉状态为止的这段时间。的这段时间。 16 6.3 帧同步帧同步 后方保护时间后方保护时间 同步过程中存在同步过程中存在假同步假同步问题；问题； 为了避免为了避免假同步，引入后方保护假同步，引入后方保护时间，时间， 是指是指捕捉到第一个同步码到进入同步状态捕捉到第一个同步码到进入同步状态 之间的这段时间之间的这段时间。 17 6.3 帧同步帧同步 PCM30/32对前后方保护时间的规定对前后方保护时间的规定 18 6.3

10、 帧同步帧同步 6.3.4 帧同步码的选择帧同步码的选择 帧同步码要求：帧同步码要求： 帧同步码的选择帧同步码的选择 A. 码型码型 B. 码长码长 C. 良好的相位辨别能力，尖锐的自相关特性。良好的相位辨别能力，尖锐的自相关特性。 A. 快速准确识别；快速准确识别； B. 假同步和漏同步的概率小；假同步和漏同步的概率小； C. 帧同步码长应尽可能短。帧同步码长应尽可能短。 19 6.3 帧同步帧同步 巴克码：巴克码： A.定义：设一个定义：设一个N位码组为位码组为x1, x2, , xN， 其自相关函数满足：其自相关函数满足： 则称为则称为巴克码巴克码。 1 ,0 ( )01,0 0, Nj

11、 iij i Nj R jx xjN jN - - 或或 20 6.3 帧同步帧同步 B.巴克码组列表：巴克码组列表： C. 表中各码组的表中各码组的反码反码（即正负号相反的码）和（即正负号相反的码）和 反序码反序码也是巴克码。也是巴克码。 巴克码巴克码 码长码长+1，-1表示法表示法二进制表示法二进制表示法 2+ +11 3+ + -110 4+ + + -，+ + - +1110，1101 5+ + + - +11101 7+ + + - - + -1110010 11+ + + - - - + - - + -11100010010 6+ + + + + - - + + - + - +11

12、1110010101 21 6.3 帧同步帧同步 D. 例：例：N = 5的巴克码（的巴克码（+ + + - +）。）。 在在j = 0至至4的范围内，求其自相关函数值：的范围内，求其自相关函数值： 5 2 1 4 1 1 3 2 1 2 3 1 1 4 1 0 (0)111115 1 (1)11110 2 (2)1111 3 (3)110 4 (4)1 i i ii i ii i ii i ii i jRx jRx x jRx x jRx x jRx x - - - - - - - - ， ， ， ， ， 22 4123-4-1-3-2 R(j) 1 -1 5 j 3 2 0 6.3 帧同步

13、帧同步 E. 巴克码的自相关函数值巴克码的自相关函数值 自相关函数是偶函数，所以其自相关函数值自相关函数是偶函数，所以其自相关函数值 画成曲线如上图所示。将画成曲线如上图所示。将j = 0时的时的R(j)值称值称 为为主瓣主瓣，其它处的值称为，其它处的值称为旁瓣旁瓣。 23 6.3 帧同步帧同步 循环移位相关计算循环移位相关计算 A. 二进制循环相关计算二进制循环相关计算 a. 两个码组对应位相同的个数减去不同的个数。两个码组对应位相同的个数减去不同的个数。 B. 捕获尖锐相关峰，识别巴克码。捕获尖锐相关峰，识别巴克码。 4n a 3n a 1n a n a 2n a 6n a 5n a 接收

14、 信息比特 n a 1 x 2 x 3 x 4 x 5 x 6 x 7 x 循环移位寄存器 “0”的个数 - -“1”的个数 z c i b 巴克码 24 6.3 帧同步帧同步 巴克码的应用巴克码的应用 扩频通信扩频通信 a. 提高抗干扰性能提高抗干扰性能 b. IEEE 802.11b使用使用11位巴克码位巴克码 巴克码作为帧同步码型时的问题巴克码作为帧同步码型时的问题 假同步问题假同步问题 a. 通过设计合适的数据帧结构解决通过设计合适的数据帧结构解决 b. 数据链路层的工作数据链路层的工作 25 帧同步主要性能指标：帧同步主要性能指标： A. 假同步概率假同步概率Pf ：后方保护时间：后

15、方保护时间 B. 漏同步概率漏同步概率Pl：前方保护时间：前方保护时间 C. 平均建立时间平均建立时间 6.3 帧同步帧同步 26 第第6章章 同步原理同步原理 n概述概述 n6.1 载波同步载波同步 n6.2 位同步位同步 n6.3 帧同步帧同步 n6.4 网同步网同步 n6.5 数字复接原理数字复接原理 主要内容主要内容 27 6.4 网同步网同步 n 概述概述 通信网内各节点的时钟和相位的统一协调。通信网内各节点的时钟和相位的统一协调。 滑码滑码(slip)的产生的产生 A. 交换机收到的信号经过不同的路由，并且交换机收到的信号经过不同的路由，并且 具有该地交换机的时钟频率；要求帧调整具

16、有该地交换机的时钟频率；要求帧调整 使比特频率相同，帧信号对齐；使比特频率相同，帧信号对齐； B. 采用缓冲存储来进行控制转换。采用缓冲存储来进行控制转换。 C. “快写慢读快写慢读”或或“慢写快读慢写快读”都会造成信都会造成信 息的失真。息的失真。 28 6.4 网同步网同步 网同步的任务网同步的任务 A.使网的数字交换机时钟同步，将使网的数字交换机时钟同步，将滑码减小滑码减小 到最小到最小，以减小信号的损伤；，以减小信号的损伤； B.将外来信号将外来信号用本地时钟进行调整用本地时钟进行调整，以供时，以供时 隙交换；隙交换； C.减小传输中产生的相位抖动和漂移的影响，减小传输中产生的相位抖动

17、和漂移的影响， 将漂移转化为滑动，将漂移转化为滑动，避免帧失步避免帧失步。 网同步的方式网同步的方式 准同步方式准同步方式；主从同步方式主从同步方式；相互同步方式。相互同步方式。 29 6.4 网同步网同步 6.4.1 准同步方式准同步方式 11 101 - - 各交换节点的时钟是彼此独立的；各交换节点的时钟是彼此独立的； 通常使用铯原子钟，频率精度通常使用铯原子钟，频率精度 以上；以上； 国际交换局之间常用的方法；国际交换局之间常用的方法； 价格昂贵，不可能在国内通信网中大量价格昂贵，不可能在国内通信网中大量 采用。采用。 30 6.4 网同步网同步 6.4.2主从同步方式主从同步方式 主节

18、点时钟为基准主节点时钟为基准 树状时钟分配网络树状时钟分配网络 A. 可靠性问题可靠性问题 解决可靠性的方法解决可靠性的方法 A. 备用主时钟和备用链路备用主时钟和备用链路 B. 时钟记忆时钟记忆-松耦合松耦合 31 6.4 网同步网同步 等级主从同步方式等级主从同步方式 32 6.4 网同步网同步 我国采用的分等级主从同步方式我国采用的分等级主从同步方式 （1）第一级为基准主时钟，它使用）第一级为基准主时钟，它使用铯原子钟铯原子钟， 是同步网的最高基准源，可设置在国际交换是同步网的最高基准源，可设置在国际交换 局或指定的一级长途中心，并设有主用和备局或指定的一级长途中心，并设有主用和备 用时

19、钟。用时钟。 （2）第二级为长途局时钟。它使用有记忆功能、）第二级为长途局时钟。它使用有记忆功能、 松耦合的松耦合的高稳定度晶体时钟高稳定度晶体时钟，受第一级时钟，受第一级时钟 或第二级时钟控制，其频率偏移应小或第二级时钟控制，其频率偏移应小 于于 。 天天/101 9- - 33 6.4 网同步网同步 我国采用的分等级主从同步方式我国采用的分等级主从同步方式 （3）第三级为本地网时钟，它使用具有记忆功）第三级为本地网时钟，它使用具有记忆功 能的一般高稳定度晶体时钟，受第二级或第三能的一般高稳定度晶体时钟，受第二级或第三 级控制，其频率偏移应小于级控制，其频率偏移应小于 。 （4）第四级为一般

20、晶体时钟，它受第三级时钟）第四级为一般晶体时钟，它受第三级时钟 的控制，设置在本地网中的远端模块、数字程的控制，设置在本地网中的远端模块、数字程 控用户交换机，其频率准确度为应小控用户交换机，其频率准确度为应小 于于 。 天天/102 8- - 6 50 10/ - - 天天 34 6.4 网同步网同步 6.4.4相互同步法相互同步法 数字通信网内不设主时钟；数字通信网内不设主时钟； 各节点的时钟频率工作在一个各节点的时钟频率工作在一个平均值平均值上，上， 由每个节点的时钟频率和输入该节点的其由每个节点的时钟频率和输入该节点的其 它时钟频率求出的。它时钟频率求出的。 优点是优点是可靠性高，稳定

21、性好可靠性高，稳定性好，可降低对时，可降低对时 钟的要求，缺点是电路复杂。钟的要求，缺点是电路复杂。 35 第第6章章 同步原理同步原理 n概述概述 n6.1 载波同步载波同步 n6.2 位同步位同步 n6.3 帧同步帧同步 n6.4 网同步网同步 n6.5 数字复接原理数字复接原理 主要内容主要内容 36 6.5 数字复接原理数字复接原理 6.5.1 数字复接的基本概念数字复接的基本概念 复接复接-为了提高传输效率和扩大传输容量，为了提高传输效率和扩大传输容量， 把若干个低速数字信号合并为高速信号。把若干个低速数字信号合并为高速信号。 参与复接的信号称为参与复接的信号称为支路信号支路信号，复

22、接后的信号，复接后的信号 称为称为合路信号合路信号。 同步复接同步复接 A. 同源信号，由同一主振器提供时钟的数字信号；同源信号，由同一主振器提供时钟的数字信号； B. 缓冲存储相位调整；缓冲存储相位调整； 37 6.5 数字复接原理数字复接原理 准同步复接准同步复接 A. 异源信号异源信号：码速率可以在标称值上下有偏差；：码速率可以在标称值上下有偏差； B. 异步复接异步复接的前提条件：必须先使异源数字信号的前提条件：必须先使异源数字信号 同步，并且保持固定的相位关系。同步，并且保持固定的相位关系。 38 6.5 数字复接原理数字复接原理 数字复接设备数字复接设备 A. 数字复接器数字复接器

23、 B. 数字分接器数字分接器 39 6.5 数字复接原理数字复接原理 复接方式复接方式 A. 按位复接按位复接 a. 设备简单、存储容量小设备简单、存储容量小 B. 按字复接按字复接 a. 按一个按一个8位码字进行复接位码字进行复接 b. 有利于数字交换、存储量较大有利于数字交换、存储量较大 C. 按帧复接按帧复接 a. 按支路的一个帧进行复接按支路的一个帧进行复接 b. 不破坏帧的结构，有利于数字交换、存储不破坏帧的结构，有利于数字交换、存储 量要求更大，目前极少使用。量要求更大，目前极少使用。 40 6.5 数字复接原理数字复接原理 41 6.5 数字复接原理数字复接原理 6.5.2 准同步数字序列准同步数字序列PDH 42 6.5 数字复接原理数字复接原理 正码速调整准同步复接器正码速调整准同步复接器 43 6.5.2 SDH同步数字序列同步数字序列 通信网络的发展通信网络的发展 A. 以光纤为传输介质的传输网络的发展以光纤为传输介质的传输网络的发展 a. 相比铜缆和光电转换及电处理能力，其相比铜缆和光电转换及电处理能力，其 传输带宽是传输带宽是 “无限无限”的，传输质量高。的，传输质量高。 B. 综合业务传输的需求发