《通信原理》——同步原理.ppt

第10章 同步原理 通信中，收发双方需要保持载波、时钟等参数的一致，称为同步。 同步有载波同步，位同步，帧同步，网同步等。 10.1 载波同步 10.1.1 载波同步的概念 相干解调时，需要本地载波。本地载波与发送方用于调制的载波，必须保持相位和频率的一致。 载波同步分类：从信号中直接提取载波，称为自同步法，又分直接提取法和非线性变换法。发送时在信号中插入一个载波信号（导频），称外同步法或插入导频法，又分频域插入法和时域插入法。 10.1.2 自同步法 部分系统的已调制信号已包含载波分量，可直接提取。 同向正交环法 10.1.3 外同步法 要点（1）插入导频应选择信号频谱为0的点（2）导频通常为正交载波 。 10.1.4 载波同步性能分析 性能条件：同步效果好，相位误差小，同步时间短，同步保持时间长，额外功率少。 相位误差：本地载波与理想载波之间的相位差，分为稳态误差和随机误差。 稳态误差：同步过程已经稳定后形成的误差，主要由系统器件误差产生。 随机误差：由于随机噪声造成的相位抖动。 同步时间与同步保持时间之间的矛盾。 10.2 位同步 10.2.1 位同步的概念 数字信号通过定时系统（时钟）划分离散码元 收发双方必须保持时钟在频率和相位一致，称为位同步，又叫比特同步 自同步：直接从接收信号中提取同步信息，或经过某种变换提取位信息，分为直接提取法、滤波法、锁相法、包络检波法等 外同步法（导频插入法）：发送前在信号中插入时钟信号（导贫），分为频域插入法和时域插入法 多数情况下，接收方时钟和发送时钟会存在微小的频率差△f，造成双方时钟信号不断拉大相位距离，直到同步完全破坏。因此实际通信中的位同步，需要监视双方的相位，并在出现误差时采取措施缩小这个误差。 10.2.2 自同步法 直接提取法：部分基带信号本身带有同步频率分量，可用窄带滤波器和锁相环提取。 变换滤波法：将不含同步频率分量之码元变换为含有同步信息的码元，然后提取。例如，单极性非归零码变换为单极性归零码。 变换后的码，往往包含的码元信息本身会变化。只能用于提取同步信息。 超前－滞后法：通过鉴相器比较接收信号与本地同步信号的相位，当相位有误差时，可根据误差修正。常用的为数字锁相环路。 包络检波法：直接从带通信号中提取定时信息。例如，利用2PSK信号带限滤波产生的包络起伏现象提取定时信息。 10.2.3 外同步法 在发送已调制信号时，插入一个导频。 单极性非归零码的频谱，在导频位置处恰好是零点，可插入时钟频率分量。 某些基带数字信号在导频位置并非零点，可在半频或倍频处插入，在接收之后将其提取，再进行倍频或分频，以得到时钟信号。 10.2.4 位同步的性能参数 10.3 帧同步 10.3.1 帧同步概念 数字通信中，为了数据处理和存储方便，将码元流分组。组的单位最重要的是帧。 发送与接收方必须在帧的划分上达成统一，即接收方要确定出发送方的帧划分法。 早期数字通信曾采用起止步同步法，如电传系统。此法效率低下。 外同步法：在发送的数据码元序列中插入一些特殊码元组合做为帧的起始标记。 自同步法：利用数据码元序列本身的特性，通过接收系统检测来实现帧同步。 10.3.2 帧同步码组的插入法 集中插入法 分散插入法 将帧同步码元分散插入信息码元流，每间隔一定数量的码元，插入一个帧同步码元。此时需要有若干个帧同步码元才能进行一次同步。为获得一个同步码组而接收的若干帧信号合在一起称为“复帧”。帧同步码可以是0、1交替码或其他系统可以辨识的码型。 优点：同步码不占用信息时隙，同步系统的电路较为简单。 缺点：同步建立的时间长。 应用例子：μ律的24路PCM系统。每一帧193个码元。其中192个为信息码元，分成24路，每一路8比特。剩下一位为帧同步码元。同步码组采用1，0交替码，插在每一帧的最后一比特位置。 10.3.3 帧同步系统的保护和性能 10.4 网同步 网同步的意义：通信网不仅涉及一对一两点通信，还有一对多，多对一，多对多等各种通信方式，应用到中继、转发、寻址、路由等各种通信技术。如果各终端用户具有的时钟不一致，则会影响信息传输。 网同步的定义：为整个通信网内设立一个统一的标准时钟，所有网内用户按此时钟调整自己的时钟频率和相位，以保证网内可靠的通信和数据传输。 网同步的方法：主从同步法、相互同步法、插入入脉冲法（码速调整法）和水库法。 主从同步法：网内设立一个主站，备有高稳定的主时钟。主时钟产生标准的频率，并传递给全网的各从站。全网都根据此主时钟来调整自己的时钟频率和相位。优点是从站的设备简单，易于实现且经济，性能也较好。缺点是过于依赖主时钟。实际应用中可以采取双备份时钟源的方法。广泛应用于数字通信网，尤其是电话系统。 相互同步法