1、第十三章 同步原理 本章主要內(nèi)容 載波同步 位同步 幀同步 網(wǎng)同步13.1 引言同步（synchronization）是通信系統(tǒng)，尤其是數(shù)字通信系統(tǒng)中一個重要的實際問題。通信系統(tǒng)中同步的分類：1. 載波同步：采用同步解調(diào)（相干解調(diào)）時，要求收端提供與發(fā)送載波同頻同相的 相干載波。2. 位同步：數(shù)字信號接收中，保證碼元上時間對齊，收端應(yīng)能產(chǎn)生與發(fā)送碼元頻率 和相位完全一致的定時脈沖。3. 幀同步：保證幀在時間上對齊，收端應(yīng)產(chǎn)生與幀起止時刻一致的定時脈沖。4. 網(wǎng)同步：通信網(wǎng)中要有統(tǒng)一的時間關(guān)系，保證網(wǎng)內(nèi)用戶間可靠地進行數(shù)據(jù)傳輸與交換。 以點點兩路PCM/2PSK數(shù)字電話系統(tǒng)為例來說明載波同步、位

2、同步以及幀同步的作用。抽樣時鐘抽樣時鐘PCM信號PCM信號幀同步信號碼流信號恢復(fù)幀同步信號路1同步信號路2同步信號13.2 載波同步1 插入導(dǎo)頻法 發(fā)送有用信號的同時，在適當?shù)念l率位置上插入導(dǎo)頻，接收端由導(dǎo)頻提取載波分量。如抑制載波雙邊帶、單邊帶等調(diào)制。抑制載波調(diào)制中插入正交導(dǎo)頻 DSB、SSB、VSB、2PSK（P=1/2，載頻分量為0）無載頻分量或無法從信號頻譜中提取時可用插入導(dǎo)頻法。若插入同相載波作為導(dǎo)頻，則在輸出中有直流分量，會對數(shù)字信號產(chǎn)生影響。發(fā)送端接收端2 直接法提取載波有些信號中雖然不包含載波分量，但通過某種非線性變換也可以提取載波。(1) 平方變換和平方環(huán)將2fc窄帶濾波器用

3、鎖相環(huán)代替(2) 同相正交環(huán)法（Costas環(huán)）環(huán)路鎖定后 環(huán)路鑒相特性可見用同相正交環(huán)提取的載波存在相位模糊現(xiàn)象。 (3) 從多相移相信號中提取載波3、載波同步系統(tǒng)的性能 實際相干載波為（1）同步誤差 理想相干載波 與接收機輸入信號載波同頻同相。為穩(wěn)態(tài)相差，由固有頻差（鎖相環(huán)VCO的固有頻率或振蕩回路中心頻率與載頻之差）產(chǎn)生的。n(t)為隨機相差、由噪聲產(chǎn)生。 減小帶通濾波器帶寬（增大Q值），可減小隨機相差、但增加穩(wěn)態(tài)相差。減小環(huán)路自然諧振頻率可減小隨機相差，增大環(huán)路增益可減小穩(wěn)態(tài)相差。（2）同步建立時間ts和同步保持時間tc 減小帶通濾波器的Q值，可減小ts但tc也減小。 增大鎖相環(huán)的自然

4、諧振頻率，可減小ts但tc也減小。ts指接入同步信息到建立起同步載波所需的時間tc指失去同步信號后系統(tǒng)還能保持同步的時間4、載波相位誤差對解調(diào)性能的影響 （1）模擬通信DSB 輸出信號功率 輸出噪聲功率 可見載波相位誤差使解調(diào)輸出信號功率減小但不改變噪聲功率即輸出信噪比下降。同理可證明，在AM解調(diào)中，載波相位誤差也使輸出信噪比下降。 SSB上邊帶信號為 調(diào)制信號 則相干解調(diào)輸出信號為 第一項與m(t)成正比，但相位誤差使信號功率下降。第二項與原信號正交，使基帶信號產(chǎn)生畸變且越大畸變越大。 與DSB系統(tǒng)一樣，相位誤差并不改變SSB解調(diào)器的輸出噪聲功率，因此載波相位誤差使SSB解調(diào)器的輸出信噪比下

5、降且信號畸變。 （2）數(shù)字通信顯然，抽樣判決器輸入信噪比變化規(guī)律同模擬通信，故誤碼率增大。 2PSK系統(tǒng)誤碼率為 相干解調(diào) 最佳相干接收機 13.3 位同步1 插入導(dǎo)頻法在基帶信號頻譜的零點位置插入導(dǎo)頻信號。窄帶濾波器（1/T,1/2T）只有單極性歸零碼功率譜中含有碼元頻率，其他三種都無法直接提取頻率信息。2 直接法直接從數(shù)字信號中提取位同步信號。(1) 濾波法 不歸零的隨機二進制序列，不包含位同步信息，但可以通過某種變換后仍能提取出位同步信號。波形變換微分、整流波形變換輸出信號中必須含有頻率等于碼速率的離散譜。(2) 鎖相法接收端利用鑒相器比較接收碼元和本地產(chǎn)生的位同步碼元相位，若有差別則進

6、行連續(xù)調(diào)整直到對準為止。 數(shù)字鎖相法:相差 的晶振輸出分頻后位同步輸出本地超前扣除一個時鐘本地滯后附加一個時鐘13.4 群（幀）同步包含兩個方面：（1）保證群同步信號頻率同步，這可以通過位同步信號分頻得到；（2）保證群的相位同步，即群的起止時刻對準，這可以通過在信息碼流中插入特殊的碼組在收端識別起位置或數(shù)據(jù)碼組間的不同特性來達到位同步（自同步）。插入特殊碼組方法包括： 集中插入（連貫插入） 分散插入（間隔插入）集中插入：在一幀開始的n位集中插入n比特幀同步碼，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中各個等級的同步傳輸模塊都采用集中插入式。有國際

7、標準 。分散插入：n比特幀同步碼分散地插入到n幀內(nèi)，每幀插入1比持，律PCM基群及M系統(tǒng)采用分散插入式。無國際標準。 1 分散插入幀同步碼幀同步碼分散地插入到信息碼流中。 逐碼移位法（位時鐘）2 集中插入幀同步碼插入幀同步碼（特殊碼組）要求： （1）假同步概率?。?（2）有尖銳的自相關(guān)特性，以減小漏同步概率； （3）識別器簡單。如A律PCM基群的幀同步碼為0011011，設(shè)“1”對應(yīng)正電平1，“0”碼對應(yīng)負電平-1，則此幀同步碼的自相關(guān)特性如下圖所示：另外一種常用的群同步碼組是巴克碼。局部自相關(guān)函數(shù)n巴克碼234571113+ + + -+ + + -；+ + - + + + - + + +

8、- - + -+ + + - - - + - - + -+ + + + + - - + + - + - +七位巴克碼的自相關(guān)函數(shù)巴克碼識別器判決相 加 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1輸出輸入碼元移位寄存器輸出全1相加輸出7與門限6比較大于輸出3 群同步的保護包括兩個工作狀態(tài)：捕捉態(tài)、維持態(tài)。在捕捉過程中要避免出現(xiàn)“假同步”，解決方法是連續(xù)觀察若干幀。13.5 網(wǎng)同步在通信網(wǎng)內(nèi)實現(xiàn)數(shù)字信息交換與復(fù)接時，需要建立網(wǎng)同步。例如復(fù)接系統(tǒng)。復(fù)接器分接器高速碼流實現(xiàn)網(wǎng)同步的方法：（1）同步復(fù)接建立系統(tǒng)同步網(wǎng)，保證各站時鐘同步。（2）準同步復(fù)接在復(fù)接設(shè)備中對有一定速率偏差的各路時鐘進行調(diào)整達到同步。1. 主從同步法在某站設(shè)置一高穩(wěn)定時鐘源，然后依次送往各站。由于路徑不同，因而需要時延調(diào)整以保證相位同步。缺點：一旦某站中斷或主時鐘源故障，會影響其它各站，甚至整個系統(tǒng)。常用各站時鐘的頻率和相位同步于GPS提供的標準時鐘。2. 相互同步法網(wǎng)內(nèi)各站都有自己的時鐘，并將他們聯(lián)結(jié)起來，使各站的時鐘頻率鎖定在網(wǎng)內(nèi)各站固有振蕩頻率的平均值上網(wǎng)頻率。缺點：