1、1,通信原理,2,通信原理,第13 同步原理,3,同步 synchronization 載波同步 carrier synchronization 位同步 bit synchronization 位定時(shí) bit timing,4,第13章 同步原理,13.1 概述 數(shù)字通信系統(tǒng)中的同步種類：載波同步、碼元同步、群同步和網(wǎng)同步。 載波同步：又稱載波恢復(fù)。 目的：在接收設(shè)備中產(chǎn)生一個(gè)和接收信號(hào)的載波同頻、同相的本地振蕩，用于相干解調(diào)。 方法： 接收信號(hào)中有載頻分量時(shí)：需要調(diào)整其相位。 接收信號(hào)中無(wú)載頻分量時(shí)：需從信號(hào)中提取載波，或插入輔助同步信息。,5,第13章 同步原理,碼元同步：又稱時(shí)鐘同步或時(shí)

2、鐘恢復(fù)。 對(duì)于二進(jìn)制信號(hào)，又稱位同步。 目的：得知每個(gè)接收碼元準(zhǔn)確的起止時(shí)刻，以便決定積分和判決時(shí)刻。 方法：從接收信號(hào)中獲取同步信息，由其產(chǎn)生一時(shí)鐘脈沖序列，使后者和接收碼元起止時(shí)刻保持正確關(guān)系?；虿迦胼o助同步信息。 群同步：又稱幀同步。 目的：將接收碼元正確分組。 方法：通常需要在發(fā)送信號(hào)中周期性地插入一個(gè)同 步碼元，標(biāo)示出分組位置。 網(wǎng)同步：使通信網(wǎng)中各站點(diǎn)時(shí)鐘之間保持同步。,6,第13章 同步原理,13.2 載波同步 13.2.1 有輔助導(dǎo)頻時(shí)的載頻提取 用于不包含載頻分量的信號(hào)。 在發(fā)送信號(hào)中另外加入一個(gè)或幾個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)。 多采用鎖相環(huán)（PLL）提取載波。 鎖相環(huán)原理方框圖：,7,第1

3、3章 同步原理,對(duì)環(huán)路濾波器的要求：通帶越窄，能夠通過(guò)的噪聲越少，但是對(duì)導(dǎo)頻相位漂移的限制越大。 數(shù)字化接收機(jī)中鎖相環(huán)的實(shí)現(xiàn)方法： 窄帶濾波器：改用數(shù)字濾波器 壓控振蕩器：用只讀存儲(chǔ)器代替 鑒相器：可以是一組匹配濾波器,8,13.2.2 無(wú)輔助導(dǎo)頻時(shí)的載波提取 平方環(huán)：以2PSK信號(hào)為例進(jìn)行討論。設(shè)信號(hào) 式中，m(t) = 1 當(dāng)m(t)取+1和-1的概率相等時(shí)，此信號(hào)的頻譜中無(wú)角頻率c的離散分量。將上式平方，得到 由上式可見(jiàn)，其中包含2倍載頻的頻率分量。將此2倍頻分量用窄帶濾波器濾出后再作2分頻，即可得出所需載頻。方框圖如下：,9,第13章 同步原理,此方案的缺點(diǎn)： 1、相位含糊性：2分頻器

4、的輸出電壓有相差180的兩種可能相位，即其輸出電壓的相位決定于分頻器的隨機(jī)初始狀態(tài)。采用2DPSK體制可以避免此缺點(diǎn)的影響。 2、錯(cuò)誤鎖定：平方后的接收電壓中有可能存在其他的離散頻率分量，使鎖相環(huán)鎖定在錯(cuò)誤的頻率上。解決這個(gè)問(wèn)題的辦法是降低環(huán)路濾波器的帶寬。,10,第13章 同步原理,科斯塔斯環(huán)法：又稱同相正交環(huán)法或邊環(huán)法。 原理方框圖：,11,第13章 同步原理,工作原理 a點(diǎn)的壓控振蕩電壓為： b點(diǎn)的壓控振蕩電壓為： c點(diǎn)的電壓： d點(diǎn)的電壓： e點(diǎn)的電壓： f點(diǎn)的電壓： g點(diǎn)的電壓： 上式中的( - )是壓控振蕩電壓和接收載波相位之差。,12,第13章 同步原理,將m(t) = 1代入上

5、式，并考慮到當(dāng)( - )很小時(shí)，sin( - ) ( - )，則上式變?yōu)?電壓vg 通過(guò)環(huán)路濾波器，控制壓控振蕩器的振蕩頻率。 這個(gè)電壓控制壓控振蕩器的輸出電壓相位，使( - )盡可能地小。當(dāng) 時(shí)，vg = 0 。 壓控振蕩器的輸出電壓va 就是科斯塔斯環(huán)提取出的載波。,13,第13章 同步原理,由上式可見(jiàn)，當(dāng)( - )很小時(shí)，除了差一個(gè)常數(shù)因子外，電壓ve 就近似等于解調(diào)輸出電壓m(t)。所以科斯塔斯環(huán)本身就同時(shí)兼有提取相干載波和相干解調(diào)的功能。 優(yōu)缺點(diǎn)： 1、不需要對(duì)接收信號(hào)作平方運(yùn)算，工作頻率較低。 2、為了得到科斯塔斯環(huán)法在理論上給出的性能，要求兩路低通濾波器的性能完全相同。 3、由鎖

6、相環(huán)原理可知，鎖相環(huán)在( - )值接近0的穩(wěn)定點(diǎn)有兩個(gè)，在( - )等于0和 處。所以，科斯塔斯環(huán)法提取出的載頻也存在相位含糊性。,14,第13章 同步原理,再調(diào)制器 第3種提取相干載波的方法 原理方框圖,15,第13章 同步原理,工作原理 接收信號(hào)和a點(diǎn)振蕩電壓相乘后得到的c點(diǎn)電壓 它經(jīng)過(guò)低通濾波后，在d 點(diǎn)的電壓為 vd 實(shí)際上就是解調(diào)電壓，它受b點(diǎn)的振蕩電壓在相乘器中再調(diào)制后，得出的e 點(diǎn)電壓等于 上式的ve 和信號(hào)s(t)再次相乘，得到在f點(diǎn)的電壓,16,第13章 同步原理,vf 經(jīng)過(guò)窄帶低通濾波后，得到壓控振蕩器的控制電壓 將上式的控制電壓和科斯塔斯環(huán)的控制電壓式比較可見(jiàn)，這兩個(gè)方案

7、中的壓控振蕩器的控制電壓相同。,17,第13章 同步原理,多進(jìn)制信號(hào)的載頻恢復(fù) 例：QPSK信號(hào)提取載頻的科斯塔斯環(huán)法原理方框圖,18,第13章 同步原理,13.2.3 載波同步的性能 相位誤差 相位誤差的種類 恒定誤差：由電路參量引起的 隨機(jī)誤差：由噪聲引起的,19,第13章 同步原理,同步建立時(shí)間和保持時(shí)間 同步建立時(shí)間：從開(kāi)始接收到信號(hào)（或從系統(tǒng)失步狀態(tài)）到提取出穩(wěn)定的載頻所需要的時(shí)間。 顯然我們要求此時(shí)間越短越好。在同步建立時(shí)間內(nèi)，由于相干載頻的相位還沒(méi)有調(diào)整穩(wěn)定，所以不能正確接收碼元。 同步保持時(shí)間：從開(kāi)始失去信號(hào)到失去載頻同步的時(shí)間。 顯然希望此時(shí)間越長(zhǎng)越好。長(zhǎng)的同步保持時(shí)間有可能

8、使信號(hào)短暫丟失時(shí)，或接收斷續(xù)信號(hào)時(shí)，不需要重新建立同步，保持連續(xù)提供穩(wěn)定的本地載頻。,20,第13章 同步原理,同步建立時(shí)間和保持時(shí)間的關(guān)系 在同步電路中的低通濾波器和環(huán)路濾波器都是通頻帶很窄的電路。一個(gè)濾波器的通頻帶越窄，其惰性越大。當(dāng)在其輸入端加入一個(gè)正弦振蕩時(shí)，它輸出端振蕩的建立時(shí)間越長(zhǎng)；當(dāng)輸入振蕩截止時(shí)，輸出端振蕩的保持時(shí)間也越長(zhǎng)。顯然，這個(gè)特性和我們對(duì)于同步性能的要求是相左的，即建立時(shí)間短和保持時(shí)間長(zhǎng)是互相矛盾的要求。在設(shè)計(jì)同步系統(tǒng)時(shí)只能折中處理。,21,第13章 同步原理,載波同步誤差對(duì)解調(diào)信號(hào)的影響 載波同步的相位誤差：包括兩部分恒定誤差和隨機(jī)誤差（相位抖動(dòng)） ，現(xiàn)在將其寫(xiě)為：

9、相位誤差對(duì)于2PSK信號(hào)誤碼率的影響： 由科斯塔斯環(huán)的輸出電壓 可知，其中( - )為相位誤差，ve即解調(diào)輸出電壓，而cos( - )就是由于相位誤差引起的解調(diào)信號(hào)電壓下降。因此信號(hào)噪聲功率比r下降至cos2( - )倍。將它代入誤碼率公式，得到相位誤差為( - )時(shí)的誤碼率等于 式中，r為信號(hào)噪聲功率比。,22,第13章 同步原理,相位誤差對(duì)于單邊帶信號(hào)的影響 設(shè)有一單頻基帶信號(hào) 它對(duì)載波cosct進(jìn)行單邊帶調(diào)制后，取出上邊帶信號(hào) 傳輸?shù)浇邮斩?。若接收端的本地相干載波有相位誤差，則兩者相乘后得到 經(jīng)過(guò)低通濾波器濾出的低頻分量為 其中第1項(xiàng)是原調(diào)制基帶信號(hào)，但是受到因子cos的衰減；第2項(xiàng)是和

10、第1項(xiàng)正交的項(xiàng)，它使接收信號(hào)產(chǎn)生失真。,23,第13章 同步原理,13.3 碼元同步 碼元同步目的：準(zhǔn)確的時(shí)刻對(duì)接收碼元進(jìn)行判決，以及對(duì)接收碼元能量正確積分。 碼元同步方法：從接收碼元的起止時(shí)刻產(chǎn)生一個(gè)碼元同步脈沖序列，或稱定時(shí)脈沖序列。 碼元同步方法分類： 外同步法：它是一種利用輔助信息同步的方法，需要在信號(hào)中另外加入包含碼元定時(shí)信息的導(dǎo)頻或數(shù)據(jù)序列。 自同步法，它不需要輔助同步信息，直接從信息碼元中提取出碼元定時(shí)信息。顯然，這種方法要求在信息碼元序列中含有碼元定時(shí)信息。,24,第13章 同步原理,13.3.1 外同步法 常用的外同步法：于發(fā)送信號(hào)中插入頻率為碼元速率（1/T）或碼元速率的倍

11、數(shù)的同步信號(hào)。在接收端利用一個(gè)窄帶濾波器，將其分離出來(lái)，并形成碼元定時(shí)脈沖。 優(yōu)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備較簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是需要占用一定的頻帶寬帶和發(fā)送功率。 插入碼元同步信號(hào)的方法 時(shí)域： 連續(xù)插入 增加“同步頭” 頻域： 在信息碼元頻譜之外占用一段頻譜用于傳輸同步信息 利用信息碼元頻譜中的“空隙”處，插入同步信息 外同步法目前采用不多。,25,第13章 同步原理,13.3.2 自同步法 自同步法分類： 開(kāi)環(huán)同步法：由于二進(jìn)制等先驗(yàn)概率的不歸零碼元序列中沒(méi)有離散的碼元速率頻譜分量，故需要在接收時(shí)對(duì)其進(jìn)行某種非線性變換，才能使其頻譜中含有離散的碼元速率頻譜分量，并從中提取碼元定時(shí)信息。 閉環(huán)同步法：用比較本

12、地時(shí)鐘周期和輸入信號(hào)碼元周期的方法，將本地時(shí)鐘鎖定在輸入信號(hào)上。,26,第13章 同步原理,開(kāi)環(huán)碼元同步法 延遲相乘法原理方框圖 相乘器輸入和輸出的波形： 延遲相乘后碼元波形的后一 半永遠(yuǎn)是正值；而前一半則 當(dāng)輸入狀態(tài)有改變時(shí)為負(fù)值。 因此，變換后的碼元序列的 頻譜中就產(chǎn)生了碼元速率的 分量。 延遲時(shí)間等于碼元時(shí)間一半 時(shí)，碼元速率分量最強(qiáng)。,27,第13章 同步原理,微分整流法原理 同步誤差 若窄帶濾波器的帶寬等于1/KT，其中K為一個(gè)常數(shù)，則提取同步的時(shí)間誤差比例為： T 碼元持續(xù)時(shí)間； Eb 碼元能量； n0 單邊噪聲功率譜密度。 只要接收信噪比大，上述方案能保證足夠準(zhǔn)確的碼元同步。,式

13、中， 同步誤差時(shí)間的均值；,28,第13章 同步原理,閉環(huán)碼元同步法 基本原理：將接收信號(hào)和本地產(chǎn)生的碼元定時(shí)信號(hào)相比較，使本地產(chǎn)生的定時(shí)信號(hào)和接收碼元波形的轉(zhuǎn)變點(diǎn)保持同步。這種方法類似載頻同步中的鎖相環(huán)法。 “超前/滯后門”同步器： 原理方框圖,29,第13章 同步原理,工作原理,30,第13章 同步原理,存在的問(wèn)題和解決辦法 在上面討論中已經(jīng)假定接收信號(hào)中的碼元波形有突跳邊沿。若它沒(méi)有突跳邊沿，則無(wú)論有無(wú)同步時(shí)間誤差，超前門和滯后門的積分結(jié)果總是相等，這樣就沒(méi)有誤差信號(hào)去控制壓控振蕩器，故不能使用此法取得同步。這個(gè)問(wèn)題在所有自同步法的碼元同步器中都存在，在設(shè)計(jì)時(shí)必須加以考慮。此外，由于兩個(gè)

14、支路積分器的性能也不可能做得完全一樣。這樣將使本來(lái)應(yīng)該等于零的誤差值產(chǎn)生偏差；當(dāng)接收碼元序列中較長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有突跳邊沿時(shí)，此誤差值偏差持續(xù)地加在壓控振蕩器上，使振蕩頻率持續(xù)偏移，從而會(huì)使系統(tǒng)失去同步。 為了使接收碼元序列中不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間地沒(méi)有突跳邊沿，可以在發(fā)送時(shí)對(duì)基帶碼元的傳輸碼型作某種變換，例如改用HDB3碼，或用擾亂技術(shù)，使發(fā)送碼元序列不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間地沒(méi)有突跳邊沿。,31,第13章 同步原理,13.3.3 碼元同步誤差對(duì)于誤碼率的影響 在用匹配濾波器或相關(guān)器接收碼元時(shí)，其積分器的積分時(shí)間長(zhǎng)短直接和信噪比Eb/n0有關(guān)。若積分區(qū)間比碼元持續(xù)時(shí)間短，則積分的碼元能量Eb顯然下降，而噪聲功率譜密度n0卻不

15、受影響。在相鄰碼元有突變邊沿時(shí)，若碼元同步時(shí)間誤差為，則積分時(shí)間將損失2，積分得到的碼元能量將減小為Eb(1-2/T)；在相鄰碼元沒(méi)有突變邊沿時(shí)，則積分時(shí)間沒(méi)有損失。對(duì)于等概率隨機(jī)碼元信號(hào)，有突變的邊沿和無(wú)突變的邊沿各占1/2。以等概率2PSK信號(hào)為例，其最佳誤碼率為： 故在有相位誤差時(shí)的平均誤碼率為,32,第13章 同步原理,13.4 群同步 13.4.1 概述 群同步碼的種類： 集中插入 適用于要求快速建立同步的地方，或間斷傳輸信息并且每次傳輸時(shí)間很短的場(chǎng)合。,33,第13章 同步原理,分散插入 適用于連續(xù)傳輸信息之處，例如數(shù)字電話系統(tǒng)中。,34,第13章 同步原理,同步電路的狀態(tài)： 捕捉

16、態(tài)：在捕捉態(tài)時(shí)，確認(rèn)搜索到群同步碼的條件必須規(guī)定得很高，以防發(fā)生假同步。 保持態(tài)：一旦確認(rèn)達(dá)到同步狀態(tài)后，系統(tǒng)轉(zhuǎn)入保持態(tài)。在保持態(tài)下，仍須不斷監(jiān)視同步碼的位置是否正確。但是，這時(shí)為了防止因?yàn)樵肼曇鸬膫€(gè)別錯(cuò)誤導(dǎo)致認(rèn)為失去同步，應(yīng)該降低判斷同步的條件，以使系統(tǒng)穩(wěn)定工作。,35,第13章 同步原理,13.4.2 集中插入法：又稱連貫式插入法。 原理：。采用特殊的群同步碼組，集中插入在信息碼組的前頭，使得接收時(shí)能夠容易地立即捕獲它。因此，要求群同步碼的自相關(guān)特性曲線具有尖銳的單峰，以便容易地從接收碼元序列中識(shí)別出來(lái)。 局部自相關(guān)函數(shù)定義：設(shè)有一個(gè)碼組，它包含N個(gè)碼元，則其局部自相關(guān)函數(shù)等于 式中，N

17、為碼組中的碼元數(shù)目； xi = +1或 -1，當(dāng)1 i N； xi = 0， 當(dāng)1 i 和i N。,36,第13章 同步原理,顯然可見(jiàn)，當(dāng)j = 0時(shí)， 若一個(gè)碼組的自相關(guān)函數(shù)僅在R(0)處出現(xiàn)峰值，其他處的R(j)值均很小，則可以用求自相關(guān)函數(shù)的方法尋找峰值，從而發(fā)現(xiàn)此碼組并確定其位置。 巴克碼：常用的一種群同步碼。 定義：設(shè)一個(gè)N位的巴克碼組為x1, x2, ,xN，則其自相關(guān)函數(shù)可以用下式表示： 上式表明，巴克碼的R(0) = N，而在其他處的自相關(guān)函數(shù)R(j)的絕對(duì)值均不大于1。這就是說(shuō)，凡是滿足上式的碼組，就稱為巴克碼。,37,第13章 同步原理,巴克碼組列表： 表中各碼組的反碼（即

18、正負(fù)號(hào)相反的碼）和反序碼（即時(shí)間順序相反的碼）也是巴克碼。,38,第13章 同步原理,例：N = 5的巴克碼。 在j = 0至4的范圍內(nèi)，求其自相關(guān)函數(shù)值： 由以上計(jì)算結(jié)果可見(jiàn)，其自相關(guān)函數(shù)絕對(duì)值除R(0)外，均不大于1。,39,第13章 同步原理,巴克碼的自相關(guān)函數(shù)值曲線 自相關(guān)函數(shù)是偶函數(shù)，所以其自相關(guān)函數(shù)值畫(huà)成曲線 如上圖所示。將j = 0時(shí)的R(j)值稱為主瓣，其他處的值稱為旁瓣。 實(shí)際通信情況中，在巴克碼前后有其他碼元存在。但是，若假設(shè)信號(hào)碼元的出現(xiàn)是等概率的，則相當(dāng)于在巴克碼前后的碼元取值平均為0。所以平均而言，計(jì)算巴克碼的局部自相關(guān)函數(shù)的結(jié)果，近似地符合在實(shí)際通信情況中計(jì)算全部自

19、相關(guān)函數(shù)的結(jié)果。,40,第13章 同步原理,集中插入法群同步碼檢測(cè)流程,41,第13章 同步原理,13.4.3 分散插入法： 原理：通常，分散插入法的群同步碼都很短。例如，在數(shù)字電話系統(tǒng)中常采用“10”交替碼，即在下圖所示的同步碼元位置上輪流發(fā)送二進(jìn)制數(shù)字“1”和“0”。 這種有規(guī)律的周期性地出現(xiàn)的“10”交替碼，在信息碼元序列中極少可能出現(xiàn)。因此在接收端有可能將同步碼的位置檢測(cè)出來(lái)。,42,第13章 同步原理,在接收端，為了找到群同步碼的位置，需要按照其出現(xiàn)周期搜索若干個(gè)周期。若在規(guī)定數(shù)目的搜索周期內(nèi)，在同步碼的位置上，都滿足“1”和“0”交替出現(xiàn)的規(guī)律，則認(rèn)為該位置就是群同步碼元的位置。至

20、于具體的搜索方法，由于計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，目前多采用軟件的方法，不再采用硬件邏輯電路實(shí)現(xiàn)。,43,第13章 同步原理,軟件搜索方法 移位搜索法 系統(tǒng)開(kāi)始處于捕捉態(tài)。 對(duì)接收碼元逐個(gè)考察，若考察的第一個(gè)接收碼元就發(fā)現(xiàn)它符合群同步碼元的要求，則暫時(shí)假定它就是群同步碼元； 在等待一個(gè)周期后，再考察下一個(gè)預(yù)期位置上的碼元是否還符合要求。若連續(xù)n個(gè)周期都符合要求，就認(rèn)為捕捉到了群同步碼。 若第一個(gè)接收碼元不符合要求或在n個(gè)周期內(nèi)出現(xiàn)一次被考察的碼元不符合要求，則推遲一位考察下一個(gè)接收碼元。直至找到符合要求的碼元并保持連續(xù)n個(gè)周期都符合為止；這時(shí)捕捉態(tài)轉(zhuǎn)為保持態(tài)。,44,第13章 同步原理,在保持態(tài)，同步電路

21、仍然要不斷考察同步碼是否正確，但是為了防止考察時(shí)因噪聲偶然發(fā)生一次錯(cuò)誤而導(dǎo)致錯(cuò)認(rèn)為失去同步，一般可以規(guī)定在連續(xù)n個(gè)周期內(nèi)發(fā)生m次(m n)考察錯(cuò)誤才認(rèn)為是失去同步。這種措施稱為同步保護(hù)。在下圖中畫(huà)出了上述方法的流程圖。,45,第13章 同步原理,46,第13章 同步原理,存儲(chǔ)檢測(cè)法。 先將接收碼元序列存在計(jì)算機(jī)的RAM中，再進(jìn)行檢驗(yàn)。下圖畫(huà)出了一個(gè)RAM的示意圖，它按先進(jìn)先出(FIFO)的原理工作：,47,第13章 同步原理,圖中畫(huà)出的存儲(chǔ)容量為40 b，相當(dāng)于5幀信息碼元長(zhǎng)度，每幀長(zhǎng)8 b，其中包括1 b同步碼。 在每個(gè)方格中，上部陰影區(qū)內(nèi)的數(shù)字是碼元的編號(hào)，下部的數(shù)字是碼元的取值“1”或“

22、0”，而“x”代表任意值。編號(hào)為“01”的碼元最先進(jìn)入RAM，編號(hào)“40”的碼元為當(dāng)前進(jìn)入RAM的碼元。 每當(dāng)進(jìn)入1比特時(shí)，立即檢驗(yàn)最右列存儲(chǔ)位置中的碼元是否符合同步序列的規(guī)律（例如，“10”交替）。按照?qǐng)D示，相當(dāng)只連續(xù)檢驗(yàn)了5個(gè)周期。 若它們都符合同步序列的規(guī)律，則判定新進(jìn)入的碼元為同步碼元。若不完全符合，則在下1比特進(jìn)入時(shí)繼續(xù)檢驗(yàn)。,48,第13章 同步原理,實(shí)際應(yīng)用的方案中，這種方案需要連續(xù)檢驗(yàn)的幀數(shù)和時(shí)間可能較長(zhǎng)。例如在單路數(shù)字電話系統(tǒng)中，每幀長(zhǎng)度可能有50多比特，而檢驗(yàn)幀數(shù)可能有數(shù)十幀。這種方法也需要加用同步保護(hù)措施。它的原理與第一種方法中的類似。,49,第13章 同步原理,13.4

23、.4 群同步性能 主要性能指標(biāo)： 假同步概率Pf ：當(dāng)捕捉時(shí)同步系統(tǒng)將錯(cuò)誤的同步位置當(dāng)作正確的同步位置捕捉到。產(chǎn)生假同步的主要原因是由于噪聲的影響使信息碼元錯(cuò)成同步碼元。 漏同步概率Pl：同步系統(tǒng)將正確的同步位置漏過(guò)而沒(méi)有捕捉到。漏同步的主要原因是噪聲的影響，使正確的同步碼元變成錯(cuò)誤的碼元。,50,第13章 同步原理,計(jì)算漏同步概率：設(shè)接收碼元錯(cuò)誤概率為p，需檢驗(yàn)的同步碼元數(shù)為n，檢驗(yàn)時(shí)容許錯(cuò)誤的最大碼元數(shù)為m，則未漏判定為同步碼的概率等于 式中，Cnr為n中取r的組合數(shù)。 所以，漏同步概率等于 當(dāng)不允許有錯(cuò)誤時(shí)，即設(shè)定m = 0時(shí)，則上式變?yōu)?上式就是不允許有錯(cuò)同步碼時(shí)漏同步的概率。,51,

24、第13章 同步原理,計(jì)算假同步概率 假設(shè)信息碼元是等概率的，即其中“1”和“0”的先驗(yàn)概率相等；并且假設(shè)假同步完全是由于某個(gè)信息碼組被誤認(rèn)為是同步碼組造成的。同步碼組長(zhǎng)度為n，所以n位的信息碼組有2n種排列。它被錯(cuò)當(dāng)成同步碼組的概率和容許錯(cuò)誤碼元數(shù)m有關(guān)。若不容許有錯(cuò)碼，即m = 0，則只有一種可能，即信息碼組中的每個(gè)碼元恰好都和同步碼元相同。若m = 1，則有Cn1種可能將信息碼組誤認(rèn)為是同步碼組。因此假同步的總概率為 式中，分母2n是全部可能出現(xiàn)的信息碼組數(shù)。,52,第13章 同步原理,比較 比較漏同步和假同步公式可見(jiàn)，當(dāng)判定條件放寬時(shí)，即m增大時(shí)，漏同步概率減小，但假同步概率增大。設(shè)計(jì)時(shí)

25、需折中考慮。 平均建立時(shí)間： 從開(kāi)始捕捉轉(zhuǎn)變到保持態(tài)所需的時(shí)間。 現(xiàn)以集中插入法為例進(jìn)行計(jì)算。 假設(shè)漏同步和假同步都不發(fā)生，則由于在一個(gè)群同步周期內(nèi)一定會(huì)有一次同步碼組出現(xiàn)。所以按照上流程圖捕捉同步碼組時(shí)，最長(zhǎng)需要等待一個(gè)周期的時(shí)間，最短則不需等待，立即捕到。平均而言，需要等待半個(gè)周期的時(shí)間。設(shè)N為每群的碼元數(shù)目，其中群同步碼元數(shù)目為n，T為碼元持續(xù)時(shí)間，則一群的時(shí)間為NT，它就是捕捉到同步碼組需要的最長(zhǎng)時(shí)間；而平均捕捉時(shí)間為NT / 2。若考慮到出現(xiàn)一次漏同步或假同步大約需要多用NT的時(shí)間才能捕獲到同步碼組，故這時(shí)的群同步平均建立時(shí)間約為 te NT(1/2 + Pf + Pl),53,第1

26、3章 同步原理,13.4.5 起止式同步 起止式同步法用途：它主要適用于電傳打字機(jī)中。 電傳打字機(jī)中起止式同步法原理： 一個(gè)字符由5個(gè)二進(jìn)制碼元組成，每個(gè)碼元的長(zhǎng)度相等 鍵盤(pán)輸入的每個(gè)字符之間的時(shí)間間隔不等。 在無(wú)字符輸入時(shí)，電傳打字機(jī)的輸出電壓一直處于高電平狀態(tài)。 在輸入一個(gè)字符時(shí)，于5個(gè)信息碼元之前加入一個(gè)低電平的“起脈沖”，其寬度為一個(gè)碼元的寬度T，如下圖所示,54,第13章 同步原理,為了保持字符間的間隔，又規(guī)定在“起脈沖”前的高電平寬度至少為1.5T，并稱它為“止脈沖”。 所以通常將起止式同步的一個(gè)字符的長(zhǎng)度定義為7.5T。 在手工操作輸入字符時(shí)，“止脈沖”的長(zhǎng)度是隨機(jī)的，但是至少為

27、1.5T。 由于每個(gè)字符的長(zhǎng)度很短，所以本地時(shí)鐘不需要很精確就能在這5個(gè)碼元的周期內(nèi)保持足夠的準(zhǔn)確。 起止式同步的碼組中，字符的數(shù)目不必須是5個(gè)，例如也可能采用7位的ASCII碼。 起止式同步有時(shí)也稱為異步式通信，因?yàn)樵谄漭敵龃a元序列中碼元的間隔不等。,55,第13章 同步原理,13.4.6 自群同步 唯一可譯碼 假設(shè)現(xiàn)共有4種天氣狀態(tài)需要傳輸，將其用二進(jìn)制編碼表示，如下表所示： 當(dāng)接收端收到的數(shù)字序列為“1110110110”時(shí)，它將唯一地可以譯為“雨晴陰陰”。 保證唯一可譯的充分條件是在編碼中任何一個(gè)碼字都不能是其他碼字的前綴。 滿足這個(gè)條件的編碼又稱為瞬時(shí)可譯碼。,56,第13章 同步原

28、理,瞬時(shí)可譯碼 其碼字的邊界可以由當(dāng)前碼字的末尾確定，而不必等待下一個(gè)碼字的開(kāi)頭。 例如，下表中的編碼是唯一可譯碼，但是不是瞬時(shí)可譯碼： 例如，在收到“10”后，必須等待下一個(gè)符號(hào)是“0”還是“1”，才能確定譯為“雨”還是“陰”。在這種編碼中，“晴(1)”是“陰(10)”的詞頭，并且“陰(10)”是“雨(100)”的詞頭。,57,第13章 同步原理,唯一可譯碼的唯一可譯性是有條件的，即必須正確接收到開(kāi)頭的第一個(gè)或前幾個(gè)碼元。 例如，在下表的例子中 當(dāng)發(fā)送序列是“1110110110”時(shí)，若接收時(shí)丟失了第一個(gè)符號(hào)，則接收序列將變成“110110110”。這樣它將被譯為“陰陰陰”。 從這個(gè)例子可以

29、看出，為了能正確接收丟失開(kāi)頭碼元的信息序列，要求該編碼不僅應(yīng)該是唯一可譯的，而且是可同步的。,58,第13章 同步原理,可同步編碼 由其構(gòu)成的序列在接收時(shí)若丟失了開(kāi)頭的一個(gè)或幾個(gè)碼元，則將變成是不可譯的或是經(jīng)過(guò)對(duì)開(kāi)頭幾個(gè)碼元錯(cuò)譯后，能夠自動(dòng)獲得正確同步及正確譯碼。 例如，按照下表編碼發(fā)送天氣狀態(tài)： 當(dāng)發(fā)送的天氣狀態(tài)是“云雨陰晴”時(shí)，發(fā)送碼元序列為“100110110101”。若第一個(gè)碼元丟失，則收到的序列將為“00110110101”。由于前兩個(gè)碼元為“00”，它無(wú)法譯出，故得知同步有誤，譯碼器將從第二個(gè)碼元開(kāi)始譯碼，即對(duì)“0110110101”譯碼，并譯為“晴陰陰晴”?？梢钥闯?，這時(shí)前兩個(gè)碼

30、字錯(cuò)譯了，但是從第3個(gè)碼字開(kāi)始已自動(dòng)恢復(fù)正確的同步。若前兩個(gè)碼元都丟失了，則收到的序列將是“01101101”。這時(shí)也是從第3個(gè)碼字開(kāi)始恢復(fù)正確的同步。,59,第13章 同步原理,無(wú)逗號(hào)碼： 可同步碼中的一種碼組長(zhǎng)度均相等的碼。 例如，在下表中給出了一種三進(jìn)制的碼長(zhǎng)等于3的無(wú)逗號(hào)碼： 可以驗(yàn)證，這8個(gè)碼字中任何兩個(gè)碼字的拼合所形成的碼長(zhǎng)等于3的碼字都和這8個(gè)碼字不同。例如“AB”的編碼為“100101”，從其中拼合出的3位碼字有“001”、“010”，它們都不是表中的碼字。所以這種編碼能夠自動(dòng)正確地區(qū)分每個(gè)接收碼字。 目前無(wú)逗號(hào)碼尚無(wú)一般的構(gòu)造方法。,60,第13章 同步原理,13.4.7 擴(kuò)

31、譜通信系統(tǒng)的同步 在擴(kuò)譜通信系統(tǒng)中，接收端使本地偽隨機(jī)碼和收到的偽隨機(jī)碼同步的方法分為兩步： 第一步是捕獲，即達(dá)到兩者粗略同步，相位誤差小于一個(gè)碼元。 第二步是跟蹤，即將相位誤差減少到最小，并保持下去。,61,第13章 同步原理,捕獲：捕獲有不同的方法。下面以直接序列擴(kuò)譜系統(tǒng)為例介紹幾種方法。 串行搜索法 原理方框圖,62,第13章 同步原理,工作過(guò)程 初始狀態(tài)：沒(méi)有捕獲到偽碼時(shí)，接收高頻擴(kuò)譜信號(hào)在混頻器中和擴(kuò)譜的本地振蕩電壓相乘，得出類似噪聲狀的寬帶的中頻信號(hào)，它通過(guò)窄帶中頻放大器和解調(diào)器后，電壓很小。因此，搜索控制器的輸入電壓很小，它控制偽碼產(chǎn)生器，使其產(chǎn)生的偽碼的相位不斷地移動(dòng)半個(gè)碼片。

32、 當(dāng)偽碼產(chǎn)生器產(chǎn)生的偽碼相位和接收信號(hào)的偽碼相位相差不到一個(gè)碼片時(shí)，混頻器輸出一個(gè)窄帶中頻信號(hào)，它經(jīng)過(guò)中放和解調(diào)后，送給搜索控制器一個(gè)大的電壓，它使偽碼產(chǎn)生器停止相位調(diào)整。于是系統(tǒng)捕獲到偽碼相位，并進(jìn)入跟蹤狀態(tài)。 優(yōu)缺點(diǎn)：上述串行搜索法的電路和運(yùn)算較簡(jiǎn)單，但是當(dāng)偽碼的長(zhǎng)度很長(zhǎng)時(shí)，需要搜索的時(shí)間也隨之增長(zhǎng)。,63,第13章 同步原理,并行搜索法 工作原理：在并行搜索法中，將相位相隔半個(gè)碼片時(shí)間Tc/2的偽碼序列同時(shí)在許多并行支路中和接收信號(hào)作相關(guān)運(yùn)算。然后在比較器中比較各路的電壓大小。選擇電壓最大的一路作為捕捉到的偽碼相位。 原理方框圖： 缺點(diǎn): 當(dāng)N 很大時(shí)，電 路和運(yùn)算相 當(dāng)復(fù)雜。,64,第

33、13章 同步原理,前置同步碼法 在上面介紹的擴(kuò)譜碼同步方案中，當(dāng)偽碼的長(zhǎng)度很長(zhǎng)時(shí)，搜索時(shí)間也因之很長(zhǎng)。為了縮短搜索時(shí)間，可以前置一個(gè)較短的同步碼組，以縮短搜索時(shí)間。 同步碼組縮短后，搜索時(shí)間雖然短了，但是錯(cuò)誤捕獲的概率會(huì)增大。 典型的前置同步碼組的長(zhǎng)度在幾百至幾千碼元，決定于系統(tǒng)的要求。,65,第13章 同步原理,跟蹤 延遲鎖定跟蹤環(huán) 原理方框圖,66,第13章 同步原理,工作原理：圖中接收機(jī)的偽碼產(chǎn)生器將兩個(gè)相差1碼片時(shí)間(Tc)的本地偽碼輸出到兩個(gè)相關(guān)器，分別和接收信號(hào)作相關(guān)運(yùn)算。送到早相關(guān)器的偽碼是p(t + Tc/2)，送到遲相關(guān)器的偽碼是p(t - Tc/2)，而送入兩相關(guān)器的接收信

34、號(hào)則是 式中 A 接收信號(hào)振幅；g(t) 1 基帶數(shù)字信號(hào)； p(t + ) 偽碼； c 載波角頻率； 載波相位。 接收信號(hào)和兩個(gè)本地偽碼相乘后，經(jīng)過(guò)包絡(luò)檢波。檢波器輸出為：E| Ag(t)p(t +)p(t Tc/2) |，其中E表示求平均值。,67,第13章 同步原理,忽略常數(shù)因子A，并且考慮到| g(t)| = 1，則上式就是接收偽碼和本地偽碼的相關(guān)函數(shù)的絕對(duì)值： 遲相關(guān)器支路：|R( + Tc/2)| = E| p(t +)p(t - Tc/2) | 早相關(guān)器支路：|R( - Tc/2)| = E| p(t +)p(t + Tc/2) | 由于接收偽碼和本地偽碼的結(jié)構(gòu)相同，只是相位不同

35、，所以上式中求的相關(guān)函數(shù)是自相關(guān)函數(shù)。這就是說(shuō)，包絡(luò)檢波器的輸出就是偽碼的自相關(guān)函數(shù)的絕對(duì)值。這兩個(gè)值在加法器中相減，得到的輸出電壓經(jīng)過(guò)環(huán)路濾波后送給壓控振蕩器作為控制電壓Vc，控制其振蕩頻率。,68,控制電壓Vc的特性： 此控制電壓是兩個(gè)自相關(guān)函數(shù)的絕對(duì)值之差，它在下圖中用粗實(shí)線畫(huà)出。 在理想跟蹤狀態(tài)下， = 0。此時(shí)，在控制電壓特性曲線上應(yīng)該工作在原點(diǎn)上。若 0，即接收偽碼相位超前，則控制電壓Vc為正值，使壓控振蕩器的振蕩頻率上升；若 0，即接收偽碼相位滯后，則控制電壓Vc為負(fù)值，使壓控振蕩器的振蕩頻率下降。這樣就使跟蹤環(huán)路鎖定在接收偽碼的相位上。,第13章 同步原理,69,第13章 同步

36、原理,接收信號(hào)的解擴(kuò)： 在原理方框圖中還示出，為了對(duì)接收信號(hào)解擴(kuò)，用早相關(guān)器的本地偽碼，加以延遲半個(gè)碼片時(shí)間Tc/2，使之和接收偽碼同相，然后送到第三個(gè)相乘器，和接收信號(hào)相乘，進(jìn)行解擴(kuò)。 缺點(diǎn)：延遲鎖定跟蹤環(huán)的兩個(gè)支路特性必須精確相同，否則合成的控制電壓特性曲線可能偏移，使跟蹤誤差()為0時(shí)，控制電壓Vc不為0。此外，當(dāng)跟蹤準(zhǔn)確使控制電壓值長(zhǎng)時(shí)間為0時(shí)，跟蹤環(huán)路有可能發(fā)生不穩(wěn)定現(xiàn)象，特別是在有自動(dòng)調(diào)整環(huán)路增益的一些較復(fù)雜的跟蹤環(huán)路中。下面將介紹的抖動(dòng)跟蹤環(huán)克服了這些缺點(diǎn)。,70,第13章 同步原理,抖動(dòng)跟蹤環(huán) 原理方框圖 在這種方案中，只有一個(gè)跟蹤環(huán)路。它采用時(shí)分制的方法，使早相關(guān)和遲相關(guān)共用

37、這個(gè)環(huán)路，從而避免了兩個(gè)支路的特性不一致的問(wèn)題。,71,第13章 同步原理,此外，為了避免壓控振蕩器的控制電壓長(zhǎng)時(shí)間為0，它在跟蹤過(guò)程中，由抖動(dòng)產(chǎn)生器使偽碼產(chǎn)生器的時(shí)鐘相位發(fā)生少許抖動(dòng)，因而故意地產(chǎn)生少許誤碼，使跟蹤誤差值和控制電壓Vc值在0附近抖動(dòng)，而不會(huì)長(zhǎng)時(shí)間為0。由于抖動(dòng)很小，對(duì)跟蹤性能的影響可以忽略。,72,第13章 同步原理,13.5 網(wǎng)同步 13.5.1 概述 網(wǎng)同步目的：使全網(wǎng)各站能夠互連互通，正確地接收信息碼元。 網(wǎng)同步方法分類： 單向通信系統(tǒng)：一般由接收設(shè)備調(diào)整自已的時(shí)鐘，使之和發(fā)送設(shè)備的時(shí)鐘同步。 雙向通信系統(tǒng)： 同步網(wǎng)：全網(wǎng)各站具有統(tǒng)一時(shí)間標(biāo)準(zhǔn) 異步網(wǎng)或準(zhǔn)同步網(wǎng)：容許各站

38、的時(shí)鐘有誤差，但是通過(guò)調(diào)整碼元速率的辦法使全網(wǎng)能夠協(xié)調(diào)工作,73,第13章 同步原理,同步網(wǎng)的同步方法 可能由接收設(shè)備負(fù)責(zé)解決，也可能需要收發(fā)雙方共同解決。 例： 一個(gè)衛(wèi)星通信網(wǎng)中有4個(gè)地球（終端）站，在衛(wèi)星（中心站）S1上接收地球站的TDMA信號(hào)，其時(shí)隙安排示于下圖中：,74,第13章 同步原理,因?yàn)槊總€(gè)地球站只允許在給定的一段時(shí)隙中發(fā)送信號(hào)，故地球站的發(fā)射機(jī)必須保證其發(fā)送的上行信號(hào)到達(dá)衛(wèi)星上時(shí)，恰好是衛(wèi)星上中心站準(zhǔn)備接收其信號(hào)的時(shí)間。由于各個(gè)地球站和衛(wèi)星的距離不等，各個(gè)地球站的上行發(fā)送信號(hào)的時(shí)鐘也需要不同，所以不可能采用調(diào)整衛(wèi)星上中心站接收機(jī)時(shí)鐘的辦法達(dá)到和所有地球站上行信號(hào)同步的目的。這

39、時(shí)，需要各地球站按照和衛(wèi)星的距離遠(yuǎn)近，將發(fā)射信號(hào)的時(shí)鐘調(diào)整到和衛(wèi)星上中心站接收機(jī)的時(shí)鐘一致；由于延遲時(shí)間不同，各個(gè)地球站發(fā)射信號(hào)的時(shí)鐘之間實(shí)際上是有誤差的。這稱為發(fā)射機(jī)同步方法。,75,第13章 同步原理,發(fā)射機(jī)同步方法的分類： 開(kāi)環(huán)法：開(kāi)環(huán)方法不需依靠中心站上接收信號(hào)到達(dá)時(shí)間的任何信息。終端站根據(jù)它所存儲(chǔ)的關(guān)于鏈路長(zhǎng)度等信息可以預(yù)先校正其發(fā)送時(shí)間。終端站所存儲(chǔ)的這些信息是從有關(guān)單位提供的，但是還可以按照從中心站送回的信號(hào)加以修正。開(kāi)環(huán)方法依靠的是準(zhǔn)確預(yù)測(cè)的鏈路長(zhǎng)度等參量信息。當(dāng)鏈路的路徑是確定的，這種方法很好。但是當(dāng)鏈路的路徑不是確定的，或終端站只是斷續(xù)地接入時(shí)，這種方法就難于有效地使用。

40、開(kāi)環(huán)法的主要優(yōu)點(diǎn)是捕捉快、不需要反向鏈路也能工作和實(shí)時(shí)運(yùn)算量小。其缺點(diǎn)是需要外部有關(guān)單位提供所需的鏈路參量數(shù)據(jù)，并且缺乏靈活性。,76,第13章 同步原理,閉環(huán)法：在閉環(huán)法中，中心站需要測(cè)量來(lái)自終端站的信號(hào)的同步準(zhǔn)確度，并將測(cè)量結(jié)果通過(guò)反向信道送給終端站。因此，閉環(huán)法需要一條反向信道傳送此測(cè)量結(jié)果，并且終端站需要有根據(jù)此反饋信息適當(dāng)調(diào)整其時(shí)鐘的能力。 閉環(huán)法的優(yōu)點(diǎn)：不需要預(yù)先得知鏈路參量的數(shù)據(jù)。并且可以很容易地利用反向鏈路來(lái)及時(shí)適應(yīng)路徑和鏈路情況的變化。 閉環(huán)法的缺點(diǎn)：終端站需要有較高的實(shí)時(shí)處理能力，并且每個(gè)終端站和中心站之間要有雙向鏈路。此外，捕捉同步也需要較長(zhǎng)的時(shí)間。,77,第13章 同步

41、原理,異步網(wǎng)或準(zhǔn)同步網(wǎng)的同步方法： 典型例子是準(zhǔn)同步數(shù)字體系(PDH)中采用的碼速調(diào)整法。 仍以上面的衛(wèi)星通信網(wǎng)為例：若這時(shí)4個(gè)地球站的上行信號(hào)都是一次群E-1信號(hào)，它們?cè)谛l(wèi)星S1上接收到后，合并成二次群E-2信號(hào)，再發(fā)送給衛(wèi)星S2。這時(shí)由于4個(gè)地球站的時(shí)鐘間存在誤差，雖然其碼元標(biāo)稱速率都是2048 kb/s，但是實(shí)際速率不同。在S1上合成的E-2群碼元速率為8448 kb/s，這個(gè)速率是以衛(wèi)星S1上的復(fù)接設(shè)備時(shí)鐘為準(zhǔn)的。將8448 kb/s平均分配到每個(gè)E-1群的碼元速率為2112 kb/s，它高于2048 kb/s。所以，盡管各地球站的時(shí)鐘有誤差，但是在衛(wèi)星上的復(fù)接設(shè)備中合路時(shí)，平均將各路

42、輸入信號(hào)的碼元速率都提高到以地球站時(shí)鐘為準(zhǔn)的2112 kb/s上，而不去管各路輸入信號(hào)的碼元速率存在誤差。,78,第13章 同步原理,13.5.2 開(kāi)環(huán)法 開(kāi)環(huán)法分類： 需要利用反向鏈路提供的信息。 不需要利用反向鏈路提供的信息。 它由于沒(méi)有反饋信息需要處理，所以對(duì)處理能力沒(méi)有要求，但是其通信性能顯然受鏈路特性穩(wěn)定性的影響。 開(kāi)環(huán)法舉例：一個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)，中心站在衛(wèi)星上，終端站在地面。所有地面發(fā)射機(jī)的同步系統(tǒng)都需要預(yù)先校正信號(hào)的定時(shí)和頻率，以求信號(hào)用預(yù)定的頻率在預(yù)定的時(shí)間到達(dá)衛(wèi)星接收機(jī)。,79,第13章 同步原理,預(yù)先校正時(shí)間：發(fā)射機(jī)需要計(jì)算信號(hào)的傳輸時(shí)間，即用電磁波的傳播速率去除發(fā)射機(jī)和接收

43、機(jī)間的距離，并將發(fā)射時(shí)間按計(jì)算結(jié)果適當(dāng)提前。這樣，信號(hào)到達(dá)中心站的時(shí)間為 式中，Tt 實(shí)際發(fā)送開(kāi)始時(shí)間； d 傳輸距離； c 光速。 預(yù)先校正發(fā)送頻率：發(fā)射機(jī)需要考慮由于地面發(fā)射機(jī)和衛(wèi)星接收機(jī)間相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的多譜勒頻移。為了能夠正確接收，發(fā)送頻率應(yīng)該等于 式中，V 相對(duì)速度（距離縮短時(shí)為正）； f0 標(biāo)稱發(fā)射頻率。,80,第13章 同步原理,時(shí)間預(yù)測(cè)的誤差： 式中，re 距離估值的誤差； t 發(fā)射機(jī)處和接收機(jī)處參考時(shí)間之差。 頻率預(yù)測(cè)誤差： 式中，Ve 發(fā)射機(jī)和接收機(jī)間相對(duì)速度的測(cè)量值誤差或預(yù) 測(cè)值的誤差； f 發(fā)射機(jī)和接收機(jī)參考頻率間的誤差。,81,第13章 同步原理,參考時(shí)間和參考頻率的關(guān)

44、系： 預(yù)測(cè)時(shí)間誤差t 和預(yù)測(cè)頻率誤差f 通常是由于參考頻率的隨機(jī)起伏引起的。發(fā)射機(jī)或接收機(jī)的參考時(shí)間通常來(lái)自參考頻率的周期，故參考時(shí)間和參考頻率的準(zhǔn)確性有關(guān)。參考頻率的起伏很難用統(tǒng)計(jì)方法表述，通常規(guī)定一個(gè)每天最大容許誤差 值的典型范圍： 廉價(jià)的晶體振蕩器 10-5至10-6 高質(zhì)量的晶體振蕩器 10-9至10-11 銣原子鐘 10-12 銫原子鐘 10-13,82,第13章 同步原理,在規(guī)定每天最大容許誤差的情況下，若無(wú)外界干預(yù)，則頻率偏移可能隨時(shí)間線性地增大： 式中，f(T) 在時(shí)間T內(nèi)增大的頻率偏移 f(0) 初始（t = 0時(shí)）頻率偏移 T 時(shí)間（天） 然而，若參考時(shí)間是按計(jì)算周期得到的

45、，則積累的時(shí)間偏差t(T)和參考頻率的積累相位誤差有關(guān)： 由上式可以看出，若沒(méi)有外界干預(yù)，參考時(shí)間誤差可以隨時(shí)間按平方律增長(zhǎng)。,83,第13章 同步原理,對(duì)于發(fā)射機(jī)開(kāi)環(huán)同步系統(tǒng)： 這個(gè)不斷增長(zhǎng)的時(shí)間誤差限定了外部有關(guān)單位在多長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)必須給予一次校正； 或者更新終端站內(nèi)的關(guān)于中心站接收機(jī)的定時(shí)數(shù)據(jù)； 或重新將中心站接收機(jī)和地球站發(fā)射機(jī)的參考時(shí)間設(shè)置到標(biāo)稱時(shí)間。 若發(fā)射機(jī)沒(méi)有來(lái)自反向鏈路的信息，系統(tǒng)設(shè)計(jì)者能用Te和t(T)的公式作為模型得出的時(shí)間和頻率偏離，決定兩次校正之間的最大時(shí)間間隔。 準(zhǔn)閉環(huán)發(fā)射機(jī)同步法：終端站能夠利用對(duì)反向鏈路信號(hào)測(cè)量進(jìn)行同步的方法。準(zhǔn)閉環(huán)法顯然比純開(kāi)環(huán)法更適應(yīng)通信系統(tǒng)的變

46、動(dòng)性。,84,第13章 同步原理,13.5.3 閉環(huán)法 原理： 閉環(huán)法需要終端站發(fā)送特殊的同步信號(hào)，用以決定信號(hào)的時(shí)間和頻率誤差。 種類： 中心站有處理能力：中心站可以進(jìn)行實(shí)際的誤差測(cè)量。這種測(cè)量可以是給出偏離的量和方向，也可以是只給出方向。這個(gè)信息用反向鏈路送回給終端站發(fā)射機(jī)。 中心站沒(méi)有處理能力：此時(shí)將特殊同步信號(hào)直接由反向鏈路送回終端站發(fā)射機(jī)。由終端站發(fā)射機(jī)自己解讀返回信號(hào)。,85,第13章 同步原理,優(yōu)缺點(diǎn)： 在中心站處理的優(yōu)點(diǎn)： 在反向鏈路上傳送的誤差測(cè)量結(jié)果可以是一個(gè)短的數(shù)字序列。當(dāng)一條反向鏈路為大量終端站所時(shí)分復(fù)用時(shí)，這樣有效地利用返回鏈路是非常重要的。 在中心站上的誤差測(cè)量手段

47、能夠被所有聯(lián)到中心站的終端站共享。這相當(dāng)于大量節(jié)省了系統(tǒng)的處理能力。 在終端站處理的優(yōu)點(diǎn)： 中心站不需要易于接入，并且中心站可以設(shè)計(jì)得較簡(jiǎn)單以提高可靠性。 響應(yīng)更快，因?yàn)闆](méi)有在中心站處理帶來(lái)的延遲。若鏈路的參量變化很快，這一點(diǎn)是很重要的。,86,第13章 同步原理,在終端站處理的缺點(diǎn)： 反向信道的使用效率不高 返回信號(hào)可能難于解讀 這種情況發(fā)生在中心站不僅是簡(jiǎn)單地轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)，而且還對(duì)碼元作判決，再在反向鏈路上發(fā)送此判決結(jié)果。因?yàn)樵诜聪蛐盘?hào)中含有時(shí)間和頻率偏離的影響，即由碼元判決產(chǎn)生的影響。 例：設(shè)一個(gè)終端站采用2FSK向中心站發(fā)送信號(hào)，中心站采用非相干解調(diào)。這時(shí)的判決將決定于信號(hào)的能量。中心站接

48、收的信號(hào)可以用下式表示： 式中 中心站接收信號(hào)的角頻率誤差； t 中心站接收信號(hào)到達(dá)時(shí)間誤差；,87,第13章 同步原理,現(xiàn)在，若中心站解調(diào)器的兩個(gè)正交分量輸出為： 則解調(diào)信號(hào)的能量為 對(duì)于時(shí)間誤差t為0的特殊情況，上式變?yōu)?對(duì)于頻率誤差為0的特殊情況，上式變?yōu)?88,第13章 同步原理,從上述公式看出，存在任何時(shí)間誤差、頻率誤差或者兩者都存在，將使碼元的位置偏離解調(diào)器正確積分的位置，造成在2FSK信號(hào)積分的兩個(gè)積分器中，正確信號(hào)積分器得到的信號(hào)能量下降，部分能量移到另一個(gè)積分器中，誤碼率因而增大 預(yù)先校正頻率法： 在上面的2FSK系統(tǒng)例子中，由終端站發(fā)送一個(gè)連續(xù)的正弦波，其頻率等于2FSK信號(hào)兩個(gè)頻率的平均值；然后中心站將收到的這個(gè)信號(hào)檢測(cè)后轉(zhuǎn)發(fā)回終端站。由于這時(shí)在中心站接收機(jī)中的判決應(yīng)是“1”和“0”出現(xiàn)概率相等的碼元，故將其轉(zhuǎn)發(fā)回終端站時(shí)，將在反向鏈路中產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)二進(jìn)制序列。若原發(fā)送的連續(xù)正弦波沒(méi)有頻率誤差，則終端站收到的序列