第7章同步系統(tǒng)7.1概述7.2載波同步技術(shù)7.3位同步技術(shù)7.4群同步(幀同步)技術(shù)通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!7.1概

述

不同功用的同步按照同步的功用來區(qū)分，有載波同步、位同步(碼元同步)、群同步(幀同步)等。

1.載波同步數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的性能是由解調(diào)方式?jīng)Q定的。相干解調(diào)中，首先要在接收端恢復(fù)出相干載波，這個相干載波應(yīng)與發(fā)送端的載波在頻率上同頻，在相位上保持某種同步關(guān)系。在接收端恢復(fù)這一相干載波的過程稱為載波跟蹤、載波提取或載波同步。載波同步是實現(xiàn)相干解調(diào)的先決條件。

通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!2.位同步位同步又稱碼元同步。不管是基帶傳輸，還是頻帶傳輸(相干或非相干解調(diào))，都需要位同步。為了從該波形中恢復(fù)出原始的基帶數(shù)字信號，就要對它進行取樣判決。因此，要在接收端產(chǎn)生一個“碼元定時脈沖序列”，這個碼元定時序列的重復(fù)頻率和相位(位置)要與接收碼元一致，以保證：①接收端的定時脈沖重復(fù)頻率和發(fā)送端的碼元速率相同;②取樣判決時刻對準最佳取樣判決位置。通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!在數(shù)字時分多路通信系統(tǒng)中，各路信碼都安排在指定的時隙內(nèi)傳送，以形成一定的幀結(jié)構(gòu)。在接收端為了正確地分離各路信號，首先要識別出每幀的起始時刻，從而找出各路時隙的位置。接收端必須產(chǎn)生與字、句和幀起止時間相一致的定時信號。在發(fā)送端提供每幀的起止標記，而在接收端檢測并獲得這一標志的過程就是幀同步。

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2.自同步法發(fā)送端不發(fā)送專門的同步信息，接收端設(shè)法從收到的信號中提取同步信息的方法，稱為自同步法。在載波同步和位同步中，自同步法用的較多；在群同步中，一般都采用外同步法。同步對正常的信息傳輸來說是必要的，只有收發(fā)之間建立了同步才能開始傳輸信息。同步誤差小、相位抖動小以及同步建立時間短、保持時間長等為其主要指標。通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!由此可知，從e(t)中很容易通過窄帶濾波器取出2fc頻率成分，再經(jīng)過一個二分頻器就可得到fc的頻率成分，這就是所需要的同步載波。如果二分頻電路處理不當，將會使fc信號倒相，造成的結(jié)果就是“相位模糊”，即“反向工作”。通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!特殊鎖相環(huán)法

1.同相—正交環(huán)法(科斯塔斯環(huán))通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第7頁!那么輸入信號與v1,v2相乘后得經(jīng)過低通濾波器后分別得通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第8頁!2）同相-正交環(huán)法的優(yōu)缺點科斯塔斯環(huán)的優(yōu)點有兩個：一是科斯塔斯環(huán)工作在ωc頻率上，比平方環(huán)工作頻率低，且不用平方器件和分頻器；二是當環(huán)路正常鎖定后，同相鑒相器的輸出就是所需要解調(diào)的原數(shù)字序列。因此，這種電路具有提取載波和相干解調(diào)的雙重功能?？扑顾弓h(huán)的缺點是電路較復(fù)雜以及存在著相位模糊的問題。

通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!幾種信號的正頻域頻譜圖(a)相關(guān)編碼前的頻譜；(b)相關(guān)編碼后的頻譜(c)雙邊帶調(diào)制后的頻譜

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相干解調(diào)器

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3.時域中插入導(dǎo)頻法時域插入法中對被傳輸數(shù)據(jù)信號和導(dǎo)頻信號在時間上加以區(qū)別。把一定數(shù)目的數(shù)字信號分作一組，稱為一幀。在每一幀中，除有一定數(shù)目的數(shù)字信號外，在t0—t1的時隙中傳送位同步信號，在t1—t2的時隙內(nèi)傳送幀同步信號，在t2—t3的時隙內(nèi)傳送載波同步信號，而在t3—t4時間內(nèi)才傳送數(shù)字信息；以后各幀都如此。時域中插入導(dǎo)頻方式的載波提取往往采用鎖相環(huán)路。通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!載波同步系統(tǒng)的性能指標載波同步系統(tǒng)的主要性能指標有效率、精度、同步建立時間和同步保持時間。1.效率為獲得同步，載波信號應(yīng)盡量少地消耗發(fā)送功率。2.精度精度是指提取的同步載波與需要的載波標準比較，應(yīng)該有盡量小的相位誤差。通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!7.3位同步技術(shù)

位同步的概念

位同步是數(shù)字通信中非常重要的一種同步技術(shù)，它是指在接收端的基帶信號中提取碼元定時的過程。通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!插入導(dǎo)頻法(外同步法)在無線通信中，數(shù)字基帶信號一般都采用不歸零的矩形脈沖，并以此對高頻載波作各種調(diào)制。解調(diào)后得到的也是不歸零的矩形脈沖，碼元速率為fb，碼元寬度為Tb。這種信號的功率譜在fb處為0，例如，雙極性碼，此時可以在fb處插入位定時導(dǎo)頻。如果將基帶信號先進行相關(guān)編碼，經(jīng)相關(guān)編碼后的功率譜密度如圖所示，此時可在fb/2處插入位定時導(dǎo)頻，接收端取出fb/2以后，經(jīng)過二倍頻得到fb。

通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!插入和提取位定時導(dǎo)頻的方框圖(a)發(fā)送端；(b)接收端

通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!微分、全波整流濾波法方框圖及各點波形(a)方框圖；(b)波形圖

通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第17頁!2)延遲相干濾波法

當中頻濾波器的帶寬遠大于信號頻譜寬度或由于在中頻放大器中采用了對稱限幅器而將包絡(luò)削平時，無法采用包絡(luò)檢波濾波法來提取位同步信息。2PSK信號e1(t)和經(jīng)過延遲τ時間的信號e2(t)相乘，得到一組脈沖寬度為τ的歸零序列v(t)，位同步頻率分量可用窄帶濾波器濾取。當τ值等于碼元長度Ts的一半(即Ts/2)時，所含的位同步分量達到最大值。通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!4.同步帶寬收、發(fā)雙方位定時頻率之差若超過一定范圍，無法使接收端位同步脈沖的相位與輸入信號的相位同步。要求同步帶寬越小越好。通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!前方保護時間是指從個同步碼丟失起到同步系統(tǒng)進入捕捉狀態(tài)為止的一段時間。

信息碼流中都有可能出現(xiàn)與同步碼圖案相同的碼組，而造成同步動作，這種碼組稱為偽同步碼。后方保護時間是指從同步系統(tǒng)捕捉到個真同步碼到進入同步狀態(tài)的一段時間。通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第20頁!連貫式插入法連貫式插入法又稱為集中插入法。將幀同步碼以集中的形式插入到信息碼流一幀的開始處。此方法關(guān)鍵是找出特殊碼組（不易出現(xiàn)）。最常用的群同步碼組是巴克碼。例如在PCM30/32路系統(tǒng)中，群同步的方式采用的就是連貫式插入法，它們的碼型是“0011011”。連貫式插入法的優(yōu)點是能夠迅速地建立群同步。通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!巴克碼組

通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第22頁!同樣可以求出j=3,4,5,6,7以及j=-1,-2,-3,-4,-5,-6,-7時R(j)的值為

j=0,

R(j)=7j=±1,±3,±5,±7， R(j)=0j=±2,±4,±6, R(j)=-1根據(jù)這些值，可以作出7位巴克碼的R(j)與j的關(guān)系曲線，見下圖

。

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2.巴克碼識別器以7位巴克碼1110010為例。用7級移相寄存器、相加器和判決器組成一個巴克碼識別器。對輸入的信號進行相關(guān)運算，只有當7位巴克碼在某一時刻正好全部進入7位寄存器時，7個移位寄存器輸出端都輸出+1，相加后的最大輸出為+7，其余情況相加結(jié)果均小于+7。對于數(shù)字信息序列，幾乎不可能出現(xiàn)與巴克碼組相同的信息，故識別器的相加輸出也只能小于+7。通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第24頁!間歇式插入法的缺點是當失步時，同步恢復(fù)時間較長，因為如果發(fā)生了群失步，則需要逐個碼位進行比較檢驗，直到重新收到群同步的位置，才能恢復(fù)群同步。此法的另一缺點是設(shè)備較復(fù)雜，因為它不像連貫式插入法那樣，群同步信號集中插入在一起，而是要將群同步在每一子幀里插入一位碼，

這樣群同步碼編碼后還需要加以存儲。

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2.群同步平均建立時間ts對于連貫式插入法，假設(shè)漏同步和假同步都不出現(xiàn)，在最不利的情況下，實現(xiàn)幀同步最多需要一幀時間，設(shè)每幀的碼元數(shù)為N,每碼元的時間寬度為Tb，則一幀的時間為NTb。在建立同步過程中，如出現(xiàn)一次漏同步，則建立時間要增加NTb；如出現(xiàn)一次假同步，建立時間也要增加NTb，因此，幀同步的平均建立時間為對于分散式插入法，其平均建立時間經(jīng)過分析計算可得通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第26頁!最常用的保護措施是將群同步的工作劃分為兩種狀態(tài)，即捕捉態(tài)和維持態(tài)。要提高群同步的工作性能，就必須要求漏同步概率P1和假同步概率P2都要低，但這一要求是矛盾的。因為在群同步識別器中，只有降低判決門限電平，才能減少漏同步，但是為了減少假同步，只有提高判決門限電平。因此，把同步過程分為兩種不同的狀態(tài)，以便在不同狀態(tài)對識別器的判決門限電平提出不同的要求，從而達到降低漏同步和假同步的目的。

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3.群同步群同步又稱為幀同步。數(shù)字信號是按照一定的數(shù)據(jù)格式傳送的，若干個碼元代表一個字母（符號、數(shù)字），而若干個字母組成一“字”，若干“字”組成一“句”，若干“句”構(gòu)成一幀，從而形成群的數(shù)字信號序列。要在接收端正確地恢復(fù)出原來的信息，就必須識別出句或幀的起始時刻，否則接收端無法正確恢復(fù)出原來的信息。

通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第28頁!不同傳輸方式的同步

1.外同步法由發(fā)送端發(fā)送專門的同步信息，接收端把這個專門的同步信息檢測出來作為同步信號的方法，

稱為外同步法。

通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第29頁!7.2載波同步技術(shù)非線性變換-濾波法1.平方變換法平方變換法適合于抑制載波的雙邊帶信號。假設(shè)2PSK信號x(t)cosωct，同時有加性高斯白噪聲，經(jīng)過帶通濾波器以后濾除了帶外噪聲。其中，信號x(t)cosωct經(jīng)過平方律部件后輸出e(t)為通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第30頁!2.平方環(huán)法為了使恢復(fù)的相干載波更為純凈，常常在非線性處理之后加入鎖相環(huán)。通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第31頁!假定環(huán)路已鎖定，若不考慮噪聲，則同相與正交兩鑒相器的本地參考信號分別為通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第32頁!v5,v6經(jīng)過乘法器后得這個電壓經(jīng)過環(huán)路濾波器以后控制VCO，使它與ωc同頻，相位只差一個很小的θ。此時v1=cos(ωct+θ)就是要提取的同步載波，而 就是解調(diào)器的輸出。

通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第33頁!插入導(dǎo)頻法(外同步法)1.在雙邊帶（DSB）信號中插入導(dǎo)頻插入導(dǎo)頻的位置應(yīng)該在信號頻譜為0的位置，否則導(dǎo)頻與已調(diào)信號頻譜成分會重疊在一起，接收時不易取出。對于2PSK和2DPSK等數(shù)字調(diào)制的信號，在fc附近的頻譜不但有，而且比較大，因此對于這樣的數(shù)字信號，在調(diào)制以前應(yīng)先對基帶信號x(t)進行相關(guān)編碼。讓fc附近頻譜函數(shù)很小，且沒有離散譜，這樣可以在fc處插入頻率為fc的導(dǎo)頻(這里僅畫出正頻域)。通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第34頁!

在DSB發(fā)射機中插入導(dǎo)頻的方框圖

通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第35頁!假設(shè)接收到的信號就是uo(t),uo(t)與asinωct加到乘法器輸出經(jīng)過低通濾波器以后，得Aax′(t)/2。

通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第36頁!時域中插入導(dǎo)頻法(a)信號分配示意圖；(b)采用鎖相環(huán)路的方框圖

通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第37頁!

3同步建立時間ts

指從開機或失步到同步所需要的時間。要求是越短越好，從而同步建立得快。

4同步保持時間tc

指同步建立后，若同步信號消失，系統(tǒng)還能維持同步的時間。要求是越長越好，從而一旦建立同步以后就可以保持較長的時間。

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2.對位同步信號的要求對位同步信號的要求有兩方面：一是使收信端的位同步脈沖頻率和發(fā)送端的碼元速率相同;二是使收信端在最佳接收時刻對接收碼元進行抽樣判決。3.位同步方法的分類

直接法(自同步法)和插入導(dǎo)頻法(外同步法)通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第39頁!雙極性碼的功率譜密度(a)相關(guān)編碼前；(b)相關(guān)編碼后

通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第40頁!自同步法1.從基帶數(shù)字信號中提取同步信息1)微分、全波整流濾波法通常的基帶數(shù)字信號是不歸零的脈沖序列，可將不歸零序列變換成歸零序列，然后用窄帶濾波器來濾取位同步信號。微分、全波整流濾波法是一種常規(guī)的位同步提取方法。

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2.從已調(diào)信號中提取位同步信息

1)包絡(luò)檢波濾波法頻帶受限的中頻PSK信號在相位反轉(zhuǎn)點處形成幅度的“陷落”，因此采用包絡(luò)檢波濾波法來提取位同步信息。通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第42頁!位同步系統(tǒng)的性能指標1.相位誤差位同步信號的平均相位和最佳取樣點的相位之間的偏差稱為靜態(tài)相差。靜態(tài)相差越小，誤碼率越低。2.同步建立時間同步建立時間即為失去同步后重建同步所需的最長時間。通常要求同步建立的時間要短。

3.同步保持時間當同步建立后，一旦輸入信號中斷，或者遇到長連0碼、長連1碼時，由于接收碼元過零脈沖沒有，鎖相系統(tǒng)因為沒有輸入相位基準而不起作用，此時收、發(fā)雙方的固有位定時重復(fù)頻率有誤差。所允許的誤差到達時間決定同步保持時間。同步保持時間越長越好。通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第43頁!7.4群同步(幀同步)技術(shù)

對群同步系統(tǒng)的基本要求群同步問題實質(zhì)上是一個對群同步標志進行檢測的問題。群同步系統(tǒng)通常應(yīng)滿足以下基本要求：(1)正確建立同步的概率要大，即漏同步概率要小，錯誤同步或假同步的概率要??；(2)捕獲時間要短，即同步建立的時間要短；(3)穩(wěn)定地保持同步，采取保持措施，使同步保持時間持久穩(wěn)定；(4)在滿足群同步性能要求的條件下，群同步碼的長度應(yīng)盡可能短些，這樣可以提高信息傳輸效率。

通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第44頁!起止式同步法數(shù)字電傳機中廣泛使用。開頭的負值脈沖稱為“起脈沖”；末尾的正值脈沖稱為“止脈沖”（1.5個碼元寬度）。接收端就是根據(jù)的正電平次轉(zhuǎn)換到負電平這一特殊規(guī)律來確定一個字的起始位置的，從而實現(xiàn)了群同步。每個波形由7.5個碼元寬度組成，只有5個碼元用于傳輸信息，所以效率較低。通信原理第72章多路傳輸共52頁，您現(xiàn)在瀏覽