(高职精品)-09同步原理

1、第9章 同步原理 所谓同步是指收发双方在时间上步调一致,故又称定时定时。 在数字通信中，按照同步的功能分为：载载波同步波同步、位同步位同步、群同步群同步和网同步网同步。 整个通信系统正常工作的前提是同步系统正常，同步质量的好坏对通信系统的性能指标起着至关重要的作用。 同步也是一种信息，按照获取和传输同步信息方式的不同，又可分为外同步法外同步法和自同步法自同步法。(1) 载波同步载波同步 载波同步是指在相干解调时，接收端载波同步是指在相干解调时，接收端需要提供一个与接收信号中的调制载波需要提供一个与接收信号中的调制载波同同频同相频同相的相干载波。这个载波的获取称为的相干载波。这个载波的获取称为载

2、波提取载波提取或或载波同步载波同步。 在第在第4章的章的模拟调制模拟调制以及第以及第 7 章的章的数字数字调制调制学习过程中，我们了解到要想实现相学习过程中，我们了解到要想实现相干解调，必须有相干载波。因此，载波同干解调，必须有相干载波。因此，载波同步是实现相干解调的先决条件。步是实现相干解调的先决条件。 (2) 位同步位同步 位同步又称位同步又称码元同步码元同步。在数字通信系统中，任。在数字通信系统中，任何消息都是通过一连串码元序列传送的，所以接收何消息都是通过一连串码元序列传送的，所以接收时需要知道每个码元的起止时刻，以便在恰当的时时需要知道每个码元的起止时刻，以便在恰当的时刻进行取样判决

3、。这就要求接收端必须提供一个位刻进行取样判决。这就要求接收端必须提供一个位定时脉冲序列，定时脉冲序列，该序列的重复频率与码元速率相同该序列的重复频率与码元速率相同，相位与最佳取样判决时刻一致相位与最佳取样判决时刻一致。我们把提取这种定。我们把提取这种定时脉冲序列的过程称为位同步。时脉冲序列的过程称为位同步。 (3) 群同步群同步 对 于 数 字 时 分 多 路 通 信 系 统 ， 如对 于 数 字 时 分 多 路 通 信 系 统 ， 如PCM30/32电话系统，电话系统， 各路信息都安排在指定各路信息都安排在指定的时隙内传送，形成一定的帧结构。为了使的时隙内传送，形成一定的帧结构。为了使接收端

4、能正确分离各路信号，在发送端必须接收端能正确分离各路信号，在发送端必须提供每帧的起止标记，在接收端检测并获取提供每帧的起止标记，在接收端检测并获取这一标志的过程，称为帧（群）同步。这一标志的过程，称为帧（群）同步。 (4) 网同步网同步 在获得了以上讨论的载波同步、位同步、群在获得了以上讨论的载波同步、位同步、群同步之后，同步之后， 两点间的数字通信就可以有序、准确、两点间的数字通信就可以有序、准确、可靠地进行了。然而，可靠地进行了。然而， 随着数字通信的发展，尤随着数字通信的发展，尤其是计算机通信的发展，多个用户之间的通信和其是计算机通信的发展，多个用户之间的通信和数据交换，构成了数据交换，

5、构成了数字通信网数字通信网。显然，为了保证。显然，为了保证通信网内各用户之间可靠地通信和数据交换，全通信网内各用户之间可靠地通信和数据交换，全网必须有一个统一的标准时钟，这就是网同步的网必须有一个统一的标准时钟，这就是网同步的问题。问题。 同步也是一种信息，按照获取和传输同步信息方同步也是一种信息，按照获取和传输同步信息方式的不同，又可分为外同步法和自同步法。式的不同，又可分为外同步法和自同步法。 (1) 外同步法外同步法 由发送端发送专门的同步信息（常被称为由发送端发送专门的同步信息（常被称为导频导频），接收），接收端把这个导频提取出来作为同步信号的方法，称为外同步法。端把这个导频提取出来作

6、为同步信号的方法，称为外同步法。 (2) 自同步法自同步法 发送端不发送专门的同步信息，接收端设法从收到的信发送端不发送专门的同步信息，接收端设法从收到的信号中提取同步信息的方法，称为自同步法。号中提取同步信息的方法，称为自同步法。 自同步法是人们最希望的同步方法，因为可以把全部功自同步法是人们最希望的同步方法，因为可以把全部功率和带宽分配给信号传输。在载波同步和位同步中，两种方率和带宽分配给信号传输。在载波同步和位同步中，两种方法都有采用，但自同步法正得到越来越广泛的应用。法都有采用，但自同步法正得到越来越广泛的应用。（一） 载波同步（二） 位同步（三） 群(帧)同步（四） 网同步本章内容本

7、章内容9.2 载波同步 在相干解调时，接收端需要提供一个与接收信号中的调制载波同频同相的相干载波。 获取同频同相载波的过程，称为载波提取或载波同步。-fmfmffc fc+ fc 如果接收的信号中含有调制载波成分，可用窄带滤波器直接提取载波信号。载频 fc 常用的载波提取方法： 1.直接法 2.插入导频法 9.2.1 直接法 发送端不发送专门的同步载波信号，接收端设法从收到的信号中提取载波信号的方法，称为直接法。直接法属于自同步法。 有些信号，如DSB、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。常用的方法有：1. 平方变

8、换法和平方环法2. 同相正交环法（科斯塔斯环法） 例如：抑制载波的双边带信号(DSB),设调制信号m(t)中无直流分量： ttmtec22cos1. 平方变换法和平方环法经过一个平方律部件后就得到s(t)=m(t)cosct ttmtmc2cos21222平方律部件 输入已调信号e(t) 2fc窄带滤波器 二分频 载波输出若m(t)=1，则DSB信号就成为2PSK，这时tttmtecc2cos2121cos)()(2平方律部件 输入已调信号 鉴相器 分频器 载波输出环路滤波器 VCO 锁相环 在实际中，伴随信号一起进入接收机的还有噪声，常用锁相环锁相环代替窄带滤波器，称为平方环法平方环法提取载

9、波提取载波。 由于锁相环具有良好的跟踪、窄带滤波和记忆功能，平方环法比一般的平方变换法具有更好的性能。因此，平方环法提取载波得到了较广泛的应用。 2.同相正交环法 又叫科斯塔斯(Costas)环,也能用于提取载波同步输入已调信号 相移低通压控振荡器环路滤波器2低通载波输出1v2v3v4v5v6v7v设 输入的抑制载波双边带信号则ttmccos)()cos(cos)(3tttmVcc)2cos()cos(21ttmc)sin(cos)(4tttmVcc)2sin()sin(21ttmc经低通后的输出分别为:cos)(215tmV sin)(216tmV 是VCO输出信号与输入已调信号载波之间的相

10、位误差。当较小时, V7的大小与相位误差成正比,用V7去调整VCO输出信号的相位, 最后使稳态相位误差减小到很小的数值.这样VCO的输出就是所需提取的载波。2sin)(812657tmVVV)(4127tmV 9.2.2 插入导频法 插入导频原则：(1)为了避免调制信号与导频信号之间相互干扰，通常选择导频信号在调制信号的零频谱位置插入(2)为了减小或避免导频对信号解调的影响一般采用正交方式插入导频。 所谓插入导频，就是在发送有用信号的同时，在适当的频率位置上插入称作导频的正弦波，接收端利用导频提取出载波。 抑制载波的双边带信号，单边带信号，2PSK等信号中都不含载波分量。为了在接收端能够获得载

11、波，在发送端有时插入导频载波。 抑制载波的双边带信号的导频插入：cfmcff mcff 导频相乘调制带通相加90相移)(tmtaccsin输出)(0tu插入导频法发端方框图相乘器带通低通90相移)(tm输出)(0tu插入导频法收端方框图)(tv 窄带 滤波cftaccsintacccostacccostfatftmatucccco2sin2cos)()(9.2.3 载波同步系统的性能指标 衡量载波同步的性能主要指标是：效率 、精度、同步建立时间ts和同步保持时间tc 。 1.效率2.精度：提取载波信号与接收信号标准载波的频率差和相位差。 3.同步建立时间ts：系统启动到实现同步或从失步状态到同

12、步状态所经历的时间。 4.同步保持时间tc：同步状态下，若同步信号消失，系统还能维持同步的时间。 总信号功率率提取载波所用的发送功9.3 位同步010101A0-A 位同步是指在接收端的基带信号中提取码元定时的过程。接收信号定时序列 位同步是正确取样判决的基础，只有数字通信才需要； 并且基带传输和频带传输都需要位同步。 实现位同步的方法与载波同步相类似，也实现位同步的方法与载波同步相类似，也分为分为插入导频法插入导频法和和直接法直接法两类。两类。（一）插入导频法（一）插入导频法相关编码器相加调制位定时导频tfc2cos2sf(a)带通相乘低通窄带滤波移相倒相相加移相放大限幅微分全波整流整形取样

13、判决(b)图8.3.2 位定时导频插入法方框图(a) 发端 (b) 收端数字基带信号接收码元输入信号cf同步载波提取2sf2sf位定时sf去信道输入数字信号锁相环法 在接收端利用鉴相器比较接收码元和本地产生的位同步信号的相位，若两者相位不一致(超前或滞后)，鉴相器就产生误差信号去调整位同步信号的相位，直至获得准确的位同步信号为止。 模拟锁相环法 数字锁相环法（二）直接法（二）直接法 滤波法位同步系统的主要性能指标位同步系统的主要性能指标1相位误差相位误差2同步建立时间同步建立时间失去同步后重建同步所需的最长时间3同步保持时间同步保持时间由同步到失去同步所经过的时间4同步带宽同步带宽能够调整到同

14、步状态所允许的收、发振荡器最大频差9.4 群（帧）同步 当信号码元以多个码元构成的有特定含义的码元组为单位传输时，码元组常称为帧。 帧同步的作用是正确识别码元组的“开头”和“末尾”时刻。 实现群同步，通常采用的方法是起止式同步法和插入特殊同步码组的同步法。 而插入特殊同步码组的方法有两种：一种为连贯式插入法，另一种为间隔式插入法。 止起15个码元1.5止起止式同步法 被传输的单位是字符，每个字符可由58位码元组成，每个字符前面加一位起始位，用“0”代表，在字符后加1.5位停止位，用“1”代表，不发信号时，一直发送停止位。连贯式插入法 在每群的开始处集中插入群同步码组的方法在每群的开始处集中插入

15、群同步码组的方法间歇式插入法间歇式插入法 将群同步码字分散地插入到信息之中，将群同步码字分散地插入到信息之中，24路路PCM系统中，群同步则采用间歇式插入系统中，群同步则采用间歇式插入法，采用的码型是法，采用的码型是1 1、0 0交替的码型。交替的码型。 同步码字中一些码元发生错误，从而使识别器漏识别已发出的群同步码字，出现这种情况的概率称为漏同步概率。群同步系统的性能指标 1.漏同步概率 2.假同步概率 在信息码中也可能出现与所要识别的群同步码字相同的码字，这时识别器会把它误认为群同步码字而出现假同步。 3.群同步平均建立时间群同步的保护步概率下降。判决门限降低，使漏同维持态：步概率下降。判

16、决门限提高，使假同捕捉态：9.5 网同步 网同步是使网中各网元的时钟频率和网同步是使网中各网元的时钟频率和相位都控制在预先确定的容差范围内，以相位都控制在预先确定的容差范围内，以保证各网元之间通信的正常进行。保证各网元之间通信的正常进行。 常见的网同步方法包括主从同步法、常见的网同步方法包括主从同步法、相互同步法、码速调整法、水库法等。相互同步法、码速调整法、水库法等。 1主从同步法主从同步法 主从同步法是在通信网中某一网元（主站）主从同步法是在通信网中某一网元（主站）设置一个高稳定的主时钟，其它各网元（从站）设置一个高稳定的主时钟，其它各网元（从站）的时钟频率和相位同步于主时钟的频率和相位，的时钟频率和相位同步于主时钟的频率和相位