第十一章 同步原理.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母板标题模式,天津理工大学 电信学院,通信原理,*,第,11,章 同步原理,内容简介,：,11.1,载波同步,11.2,位同步,11.3,帧同步,11.4,跳频信号的同步,11.5,网同步,天津理工大学 电信学院,通信原理,四种同步：,（,1,）载波同步：从接收信号中提取与调制方同频同相的载波的过程。,（,2,）位同步：数字通信系统中，接收方抽样判决时需要的同步信号。,（,3,）帧同步：每个“字”或每个“句”的同步，象标点一样表示“字”或“句”的起止时刻。,（,4,）网同步：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。,天津理工大学 电信学院,通信原理,四种同步：,（,1,）,载波同步,：从接收信号中提取与调制方同频同相的载波的过程。,（,2,）,位同步,：数字通信系统中，接收方抽样判决时需要的同步信号。,（,3,）帧同步：每个“字”或每个“句”的同步，象标点一样表示“字”或“句”的起止时刻。,（,4,）网同步：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。,天津理工大学 电信学院,通信原理,11.1,载波同步,在抑制载波系统中，无法从接收信号中直接提取载波，所以采用插入导频法。,一,.,插入导频法,插入正交载波。,导频的插入位置应该在信号频谱的,0,频率处。,天津理工大学 电信学院通信原理,1.,发送框图,m,(t),U,0,(t),带 通,-/2,相移,调制信号,相 加,相乘调制,输出,Acos,c,t,天津理工大学 电信学院,通信原理,2.,接收框图,经低通后，,c,u,0,(t),带 通,低 通,m,/2,窄带滤波,天津理工大学 电信学院,通信原理,3.,插入正交载波的原因,若不插入正交载波，则：,经低通后，,直流，对数字信号影响大,天津理工大学 电信学院,通信原理,1.,平方变换法,二,.,直接法,设：已调,DSB,信号为：,经二分频电路可得 。,中有直流，这是一个载波为 的调幅波，,则：,经中心频率为 的窄带滤波器后输出为：,2,c,s,DSB,(t),()2,载波输出,BPF,2,天津理工大学 电信学院,通信原理,2.,平方环法,在平方变换法中，由于信道高斯白噪声的干扰，加上 窄带滤波器本身有一定带宽，使得其输出的相干载波不纯净，因此可采用锁相环电路来替代窄带滤波器，改善系统性能。锁相环有良好的频率跟踪、窄带滤波和记忆等功能。,LPF,PLL,S,DSB,(t),(,。,),2,载波输出,二分频,VCO,注：二次分频电路,将使载波有,180,的相位模糊，它是由分频器引起的。一般的分频器都由触发器构成，由于触发器的初始状态是未知的，分频器末级输出的波形,(,方波,),相位可能随机地取“,0”,和“,”,。它对模拟信号影响不大，而对于,2PSK,信号，由于载波相位的模糊将会造成解调判决的失误。,天津理工大学 电信学院,通信原理,3.,同相正交法（科斯塔斯环）,信号,输出,m,(,t)cos(,c,t),LPF,LPF,载波,输出,U,1,/2,VCO,LPF,U,2,U,3,U,4,U,6,U,5,U,7,优点,：不需要使用平方电路，平方电路在频率很高时较难实现。,可以直接得到输出解调信号。,缺点,：存在相位模糊问题。,天津理工大学 电信学院,通信原理,当没有相位误差，即 时，。,设 是本地锁相环中压控振荡器产生的本地载波相位与接收信号载波相位之差。,此时，压控振荡器输出的载波与接收信号的载波的相位相同。,天津理工大学 电信学院,通信原理,11.2,位同步,在发送端插入与码元速率相同的位同步信号，在接收端利用一个窄带滤波器提取出来，并形成码元定时脉冲。,接收框图如下：,一,.,插入导频法（外同步法）,倒相,窄带滤波器,移相,相加器,定时形成,抽样判决,输入基带信号,基带信号,位同步脉冲冲,优点,：设备简单。,缺点,：占用一定的频带带宽和发送功率，降低了抗干扰能力。,天津理工大学 电信学院,通信原理,二,.,直接法（自同步法）,1.,非线性变换,滤波法（开环码元同步法）,（,1,）微分整流法,放大,限幅,微分整流,窄带滤波,移相,脉冲形成,信号输入,a,b,c,d,e,位同步,信号输出,b,d,e,1,a,1,0,0,0,10,1,1,0,1,0,0,1,c,t,t,t,t,t,天津理工大学 电信学院,通信原理,（,2,）包络检波法,包络检波,窄带滤波,脉冲形成,2PSK,加法器,+,直流,a,b,c,t,t,b,t,c,t,a,天津理工大学 电信学院,通信原理,（,3,）延迟相干法,c,移相,延迟,基带提取,窄带滤波,脉冲形成,2PSK,a,位同步,脉冲,b,d,a,0,0 0,0,0 0,T,b,t,b,d,t,c,t,t,天津理工大学 电信学院,通信原理,2.,数字锁相法,与载波同步的提取类似，把采用锁相环来提取位同步信号的方法称为锁相法。在数字通信中，这种锁相电路常采用数字锁相环来实现。,采用数字锁相法提取位同步原理方框图如图所示，它由高稳定度振荡器（晶振）、分频器、相位比较器和控制电路组成。高稳定度振荡器产生的信号经整形电路变成周期性脉冲，然后经控制器再送入分频器，输出位同步脉冲序列。输入相位基准与由高稳定振荡器产生的经过整形的,n,次分频后的相位脉冲进行比较，由两者相位的超前或滞后来确定扣除或添加一个脉冲，以调整位同步脉冲的相位。,鉴相,数字滤波器,n,控制器,超前,输入数字,信号,滞后,加脉冲,减脉冲,位同步输出,信号钟,天津理工大学 电信学院,通信原理,11.3,帧同步,帧同步信号的频率可由位同步信号经分频得到，但是每帧的开头和结尾时刻无法由分频器的输出决定。,目前确定帧定时脉冲相位的主要方法是：在数字流中插入一些,特殊码组,作为每帧的头尾标记。,常用的两种方式：集中插入方式和分散插入方式。,对帧同步系统的要求：,（,1,）帧同步的引入时间要短。,（,2,）系统要稳定可靠。,（,3,）同步码组的长度应最短。,（识别假失步、避免伪同步）,天津理工大学 电信学院,通信原理,假失步：,在数字信号的传输过程中，由于信道的噪声而引起误码，此类误码造成帧同步码的丢失，而造成帧不同步的现象。,伪同步：,帧同步码无论选择何种码型，信息码流中都有可能出现与同步码相同的码组而造成同步的误动作，此类现象称为伪同步。,前方保护时间：,从第一个同步码丢失起到同步系统进入捕捉状态为止的一段时间。,后方保护时间：,从同步系统捕捉到第一个真同步码到进入同步状态的一段时间。,天津理工大学 电信学院,通信原理,巴克码介绍,巴克码是一种具有特殊规律的二进制码组。其特殊规律是：,是一个非周期序列；,一个,n,位的巴克码,x,1,，,x,2,，,x,3,，,x,n,，每个码元只可能取值,+1,或,-1,；,局部自相关函数为：,天津理工大学 电信学院,通信原理,目前已经找到的所有巴克码组如下表所示。,n,巴 克 码 组,2,+,3,+-,4,+-,，,+-+,5,+-+,7,+-+-,11,+-+-+-,13,+-+-+-+,天津理工大学 电信学院,通信原理,以,7,位巴克码组,+,+,为例，求其自相关函数如下。,其自相关函数的图像如图所示。,当,j=0,时，,当,j=1,时，,同样可以求出,j=2,，,3,，,4,，,5,，,6,，,7,时,R(j,),的值分别为,-1,，,0,，,-1,，,0,，,-1,，,0,。,-6-4-2 2 4 6,R(j,),7,6,5,4,3,2,1,0,j,-1,天津理工大学 电信学院,通信原理,（,1,）,7,位巴克码,(1110010),产生器。,预置线,移位方向,输出,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,预置线,输出,0 1,0 1,0 1,天津理工大学 电信学院,通信原理,（,2,）,7,位巴克码,(1110010),识别器。,判决,相加,输出,输入码元,移位方向,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,输入为“,1”,时，“,1”,端输出,1,电平，“,0”,端输出,1,电平；,输入为“,0”,时，“,1”,端输出,1,电平，“,0”,端输出,1,电平。,识别器实际上是对输入的码组进行,相关,运算。,天津理工大学 电信学院,通信原理,（,3,）识别器输出波形。,天津理工大学 电信学院,通信原理,11.4,网同步,实现网同步的方法主要有两大类：,（,1,）,全网同步系统,，即在通信网中使各站的时钟彼此同步，各站的时钟频率和相位都保持一致。,（,2,）另一类是,准同步系统,，也称独立时钟法，即在各站均采用高稳定性的时钟，相互独立，允许其速率偏差在一定的范围之内，在,转接时,设法把各处输入的数码速率,变换成,本站的数码率，再传送出去。在变换过程中要采取一定措施使信息不致丢失。,建立这种网同步的主要方法有,主从同步法,和,互同步法,。,实现这种方式的方法有两种：,码速调整法,和,水库法,。,天津理工大学 电信学院,通信原理,全网同步方式采用频率控制系统去控制各交换站的时钟，使它们都达到同步，即使它们的频率和相位均保持一致，没有滑动。采用这种方法可用稳定度低而价廉的时钟，在经济上是有利的。,一,.,全网同步系统,1,、主从同步方式,将主站的主时钟源产生的时钟逐站传输至网内的各从站，控制各从站的时钟频率。,主从同步方式中，同步信息可以包含在传送信息业务的数字比特流中，接收端从所接收的比特流中提取同步时钟信号；也可以用指定的链路专门传送主基准时钟源的时钟信号。各从站数字传输设备通过锁相环电路使其时钟频率锁定在主时钟基准源的时钟频率上，从而使网络内各从站时钟与主站时钟同步。,天津理工大学 电信学院,通信原理,直接主从同步方式（星型结构）如图所示，各从站的基准时钟都由同一个主时钟源提供。一般在一个楼内设备可用这种星型结构。,等级主从同步方式（树型结构）如图所示。该方式使用一系列分级的时钟，每一级时钟都与其上一级时钟同步，在网中的最高一级时钟称为基准主时钟或基准时钟，这是一个高精度和高稳定度的时钟，各级系统通过锁相环使本地时钟的相位锁定到收到的定时基准上，从而使网内各从站的时钟都与基准主时钟同步，达到全网时钟统一。,天津理工大学 电信学院,通信原理,天津理工大学 电信学院,通信原理,2,、互同步方式,互同步方式是在网内不设主时钟，由网内各从站的时钟相互控制，最后都调整到一个稳定的、统一的系统频率上，实现全网的时钟同步。,3,、同步网的组网方式及等级结构,我国数字同步网是采用等级主从同步方式，按照时钟性能可划分为四级，其等级主从同步方式示意图如图所示。,天津理工大学 电信学院,通信原理,二,.,准同步系统,1,、码速调整法,准同步系统各站各自采用高稳定时钟，不受其它站的控制，它们之间的时钟频率允许有一定的容差。这样各站送来的数字码流首先进行码速调整，使之变成相互同步的数字码流，即对本来是异步的各种数字码流进行码速调整。,3,、水库法,水库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。因而可用做水流量的自然调节，故称为水库法。,天津理工大学 电信学院,通信原理,