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1、第12章同步原理第1页，本讲稿共30页12.1 载载 波波 同同 步步12.1.1 直接法(自同步法)12.1.2 插入导频法(外同步法)12.1.3 两种载波同步方法的比较12.1.4 载波同步系统的性能指标第2页，本讲稿共30页12.1.1 直接法直接法(自同步法自同步法)1.平方变换法图12.1 平方变换法提取同步载波2.平方环法3.关于相位含糊问题的讨论第3页，本讲稿共30页图图12.1 平方变换法提取同步载波平方变换法提取同步载波第4页，本讲稿共30页12.1.2 插入导频法插入导频法(外同步法外同步法)1.频域插入导频法 在调制以前先对基带信号x(t)进行相关编码，相关编码的作用是
2、把如 图12.2(a)所示的基带信号频谱函数变为如图12.2(b)所示的频谱函数，这样经过双边带调制以后可以得到如图12.2(c)所示的频谱函数，在c附近频谱函数很小，且没有离散谱，这样可以在c处插入频率为c的导频。2.时域插入导频法第5页，本讲稿共30页图图12.2 相关编码作用示意图相关编码作用示意图第6页，本讲稿共30页12.1.3 两种载波同步方法的比较两种载波同步方法的比较1.直接法的优缺点(1)不需导频信号，因此信号功率可以大一些，以提高噪功率比。(2)可以防止插入导频法中导频和信号间由于滤波不好而引起的互相干扰，也可以防止信道不理想引起导频相位的误差(在信号和导频范围引起不同的畸
3、变)。(3)有的调制系统不能用直接法(如SSB系统)。2.插入导频法的优缺点(1)有单独的导频信号，一方面可以提取同步载波，另一方面可以利用它作为自动增益控制。(2)有些不能用直接法提取同步载波的调制系统只能用插入导频法。(3)插入导频法要多消耗一部分不带信息的功率，因此与直接法比较，在总功率相同条件下信噪功率比还要小一些。第7页，本讲稿共30页12.1.4 载波同步系统的性能指标载波同步系统的性能指标载波同步系统的主要性能指标有以下4个：(1)效率：为获得同步，载波信号应尽量少消耗发送功率，在这方面直接法由于不需要专门发送导频，因此是高效率的，而插入导频法由于插入导频要消耗一部分发送功率，因
4、此效率要低一些。(2)精度：指提取的同步载波与需要的载波标准比较，应该有尽量小的相位误差。如需要的同步载波为cos，提取的同步载波为cos()，就是相位误差，应尽量小。通常又分为稳态相位误差0和随机相位误差。(3)同步建立时间ts，对ts的要求是越短越好，这样同步建立得快。(4)同步保持时间tc，对tc的要求是越长越好，这样一旦建立同步以后可以保持较长的时间。第8页，本讲稿共30页12.2 位位 同同 步步12.2.1 引言12.2.2 直接提取位同步信号(自同步法)12.2.3 插人导频法位同步(外同步法)12.2.4 位同步系统的性能和相位误差对性能的影响第9页，本讲稿共30页12.2.1
5、 引言引言 我们把位同步脉冲与接收码元的重复频率和相位的一致称为码元同步或位同步。而把位同步脉冲的取得称为位同步提取。同步与载波同步的区别。在非相干解调时，不论数字信号还是模拟信号都不需要同步载波，只有在相干解调时，才有同步载波提取的问题。第10页，本讲稿共30页12.2.2 直接提取位同步信号直接提取位同步信号(自同步法自同步法)1.基带滤波法图12.5 滤波法各阶段的波形2.直接从频带信号中提取位同步信号3.锁相法提取位同步信号第11页，本讲稿共30页图图12.5 滤波法各阶段的波形滤波法各阶段的波形0t(b)微分后输出0t(c)全波整流后流t0(e)位定时脉冲CP0t(d)经窄带滤波后滤
6、滤Tb111100000t(a)基带信号(不归零)2Tb3TbTbTb第12页，本讲稿共30页12.2.3 插人导频法位同步插人导频法位同步(外同步法外同步法)1.基带插入位定时导频法 在无线通信中，数字基带信号一般都采用不归零的矩形脉冲，并以此对高频载波作各种调制。解调后得到的也是不归零的矩形脉冲(单极性的或双极性的)，码元速率为b，码元宽度为Tb。对于这种全占空的矩形脉冲，当P(0)=P(1)=0.5时，不论是单极性还是双极性码，其功率谱密度中都没有b成分，也没有2b等成分。图12.7 选择位定时导频的插入点 2.双重调制法第13页，本讲稿共30页图图12.7 选择位定时导频的插入点选择位
7、定时导频的插入点(b)基带信号相关编码后的功率谱密度0(a)双极性码的功率谱密度0P(f)P(f)fb2fbf fbf第14页，本讲稿共30页12.2.4 位同步系统的性能和相位误差位同步系统的性能和相位误差对性能的影响对性能的影响1.相位误差e2.同步建立时间ts 3.同步保持时间tc 4.同步带宽第15页，本讲稿共30页12.3 群同步群同步(帧同步帧同步)12.3.1 起止式同步法12.3.2 巴克码及巴克码识别器12.3.3 集中插入法12.3.4 分散插入法12.3.5 群同步的保护12.3.6 群同步系统的性能第16页，本讲稿共30页12.3.1 起止式同步法起止式同步法 起止式同
8、步是在电传机中广泛使用着一种同步的方法，电传打字机中用5个码元代表一个字母(或符号等)，在每个字母开始时，先发送一个码元宽度的起(负值)脉冲，再传输五个单元的编码信息，接着再发送一个宽度为1.5个码元宽度的止(正值)脉冲。收端根据1.5个码元宽度止正脉冲转到一个码元宽度的起负脉冲这一特殊规律，就可以确定一个字符的起始位置，实现群同步。第17页，本讲稿共30页12.3.2 巴克码及巴克码识别器巴克码及巴克码识别器1.巴克码 巴克码是一种具有特殊规律的二进制码组。表12.1 巴克码组2.巴克码识别器第18页，本讲稿共30页表表12.1 巴克码组巴克码组第19页，本讲稿共30页12.3.3 集中插入
9、法集中插入法 数字电话主要有PCM和M两种。单路数字电话如果用增量调制时，不需要群同步(有时也可以不用位同步)。这是因为M系统中解调器只要用一个积分器即可。PCM系统中编、译码器都有定时脉冲，收发端的定时脉冲必须同步，因此要用位同步。另外由于PCM系统中一个抽样值用多个二进制码表示，因此还要有群同步。PCM多路数字电话中群同步码可以集中插入，例13折线A律的32/30路PCM系统；也可以间歇式插入，例15折线律的24路PCM系统。连贯式插入的优点是能迅速地建立同步。图12.12 n路PCM系统中集中插入群同步码 第20页，本讲稿共30页图图12.12 n路路PCM系统中集中插入群同系统中集中插
10、入群同步码步码 第三帧第二帧n-1路消息码n-1路消息码n-1路消息码n-1路消息码第一帧插入其他标志信号(如告警等)集中插入群同步码第21页，本讲稿共30页12.3.4 分散插入法分散插入法 多路数字电话中有时为简化设备，群同步码组不用集中插入的方法，而是将它分散地插入，即每隔一定数量的信息码元，插入一个群同步码元。例如24路PCM系统中，一个抽样值用8位码表示，此时24路电话都抽样一次共有24个抽样值，192个信息码元。192个信息码元作为一帧，在这一帧插入一个群同步码元，这样一帧共193个码元。多帧组成一个复帧，复帧中构成的多个群同步码可以是1、0交替码。在接收端首先提取复帧中各帧插入的
11、群同步码，再由群同步码再得出分路的定时脉冲。图12.13画出了一个在24路PCM系统中分散插入群同步码的示意图，每帧共193个码元(192个信息码和一个群同步码)。第22页，本讲稿共30页图图12.13 24路路PCM系统中分散插入群系统中分散插入群同步码的示意图同步码的示意图第23页，本讲稿共30页12.3.5 群同步的保护群同步的保护 群同步系统一旦出现帧失步(即收不到同步码)，并不立即进行调整。因为帧失步可能是真正帧失步，也可能是假失步。真失步是由于收发两端帧结构没对准(即收端的比较时标没对准发端偶帧的帧同步码出现时刻)造成的；而假失步则是由信道误码造成的。PCM30/32路系统的同步码
12、检出方式是采用码型检出方式，它是这样防止假失步的：当连续m次(m为前方保护计数)检测不出同步码后，才判为系统真正失步，而立即进入捕捉状态开始捕捉同步码。第24页，本讲稿共30页12.3.6 群同步系统的性能群同步系统的性能 对群同步系统的主要要求为建立同步的时间短、建立同步后应该有较强的抗干扰能力。通常用以下3个性能指标来表示同步性能的好坏：1.漏同步概率P12.假同步概率P23.平均同步建立时间ts第25页，本讲稿共30页12.4 网网 同同 步步12.4.1 网同步的基本概念12.4.2 全网同步系统12.4.3 准同步系统第26页，本讲稿共30页12.4.1 网同步的基本概念网同步的基本
13、概念 为了保证通信网各点之间可靠地进行数字通信，必须在网内建立一个统一的时间标准，就称为网同步。保证通信网中各个站都有共同的时钟信号，是网同步的任务。实现网同步的方法主要有两大类：一类是全网同步系统，另一类是准同步系统。第27页，本讲稿共30页12.4.2 全网同步系统全网同步系统1.主从同步法 在通信网内设立一个主站，它备有一个高稳定的主时钟源，再将主时钟源产生的时钟逐站传输至网内的各个站去，如 图12.14所示。2.互控同步法第28页，本讲稿共30页 图图12.14 主从控制方式主从控制方式第29页，本讲稿共30页12.4.3 准同步系统准同步系统1.码速调整法2.水库法 这种方法是依靠在各交换站设置极高稳定度的时钟源和容量大的信码缓冲存储器，使得在很长的时间间隔内存储器不发生“取空”或“溢出”的现象。容量足够大的存储器就像水库一样，即很难将水抽干，也很难将水库灌满。因而可用作水流量的自然调节，故称为水库法。第30页，本讲稿共30页