第八章 同步原理

1
信息码 193位 同步码
二、逐比特移位方式
PCM码 不一致门
同步时为“0” 失步时为“1” 前后方保护时间计数 T1
展宽 CP′
帧同步码 CP CP CP’ PCM
本地帧码发生器
收定时系统
T2
移位脉冲
失步
1比特移位 1比特移位 同步捕捉结果 1比特移位
8.3.5 帧同步系统的性能
8.4 跳频信号的同步 8.4.1 跳频同步的内容及方法 8.4.2 跳频系统的等待自同步法
8.1.1 插入导频法
在已调信号频谱中插入称为导频 的正弦波信号在接 收端可以容易地利用窄带滤波器把它提取出来。经过适 当的处理形成接收端的相干载波。 一.DSB信号中插入 在DSB信号中插入导频时， 导频的插入位置应该在信号频 谱为零的位置，否则导频与已 调信号频谱成分重叠，接收时 不易提取。 插入的导频并不 是加入调制器的载波，而是将该
i 1
+ +
5
+ ―
― +
―
当 j 2时 R( j ) xi xi 2 1 1 1 1 1 1
i 1
同样可以求出： j=1，-1，3，-3，5，-5，7 -7时 R(j)=0 j=2，-2，4，-4，6，-6时 R(j)=-1
-6 -4 -2 0
R(j) 7 6 5 4 3 2 1 2 -1
0 t t t t t
b
c d e
2.包络检波法
2PSK
包络 检波
窄带 滤波
脉冲 形成
位定时 脉冲
t t t
a b c
t
t
e t f
3.延迟相干法
2PSK
a
延迟 b 移相 c
基带提取
d
窄带滤波
脉冲形成
位同步 脉冲
0
a

Tb
0
0

0

0
0
t
b t d t t
e
f
t
二、数字锁相法
输入数字 信号 超前
DSB (t) 2ω0 BPF
( 。)2
2
载 波 输出
二.平方环法
DSB (t) 载波 输出
( 。)2
LPF
VCO
2
PLL
8.1.3
同相正交法(科斯塔斯环)
f (t)cos(0 t + 0) U1
U3 载波 输出
U5
LPF
U7
信号 输出
VCO /2 U2 U4 LPF
LPF
U6
8.1.4 载波同步系统的性能
为了避免进入伪同步而引入了后方保护 时间的概念。它是指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。前 方保护时间和后方保护时间的长短与同步码 的插入方式有关。
8.3.3 集中插入同步法 集中插入同步法：是将一个长为r比特的同步 码组集中插入到每帧的一个时隙（开头），在接 收端由此同步码来确定每帧的起始时刻。 一.插入的帧同步码的要求： 1. 出现伪同步的可能性尽量小； 2. 此码组具有尖锐的自相关函数，以便识别； 3. 识别器也要尽量简单。 目前用得最广泛的是性能良好的“巴 克”(Barker)码。
第八章
同步原理
在通信系统中，同步具有相当重 要的地位。通信系统能否有效、可靠 地工作，很大程度上依赖于有无良好 的同步系统。 同步是数字通信的重点也是难点
8.1 8.2 8.3 8.4 8.5
载波同步 位同步 帧同步 跳频信号的同步 网同步
8.1 载波同步
一.定义：在采用相干解调系统中,接收端必须提供一个与 发送载波同频同相的相干载波,这就是载波同步 二.载波提取方法 1.直接提取：若已调信号中存在载波分量 2.若已调信号中不存在载波分量 (1)插入导频法：（外同步法）就需要采用在 发端插 入导频。 （2）自同步法（内同步法）在接收端对信号进行适当的 波形变换，时期含有载波信息，通过窄带滤波器，以取得 同步信息。
2.PCM30/32定时脉冲
码元 2048kb/s 速率 256kHz 时隙 帧频 8kHz 复帧 频率
时钟
CP
8分频
D
32分频
TS
16分频
0.5kHz F
………
CP
……… D ……… TS ………
四、集中插入同步法
PCM
… 识别门 前后方保护 时间计数器 A S R-S B C 奇帧监视码检出
鉴相
滞后
数字滤波器
加 脉 冲 控制器 减 脉 冲
n
位同步输出 T0 加 脉 冲 T 分 频 输 出 减 脉 冲
信号钟
T
T0 T0 T
未加控 制 “加”脉冲控 制 “减”脉冲控 制
8.2.3
位同步系统性能
8.3
帧同步
在时分多路传输系统中，各路信号是以帧 的方式进行传输的，在接收端需有一个准确的 时间标志，用以区分各的帧的起始时刻正确地 识别出各路的时间位置，才能正确的对各路信 号进行区分，这个提取时间标准的过程称为帧 同步。
A S1 S4 S6 S5 B
M S2 S3
3.互控同步法
二、准同步系统
1.独立时钟法 2．码速调整法
3．水库法
假失步:在数字信号在传输过程中因出现误码 而造成帧同步信号的地丢失。
为了使帧同步系统具有识别假失步的能 力，特别引入了前方保护时间的概念，它指 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。
伪同步：无论选择何种同步码型，信息码流 中都有可能出现与同步码图案相同的码组， 而造成同步动作，这种码组称为伪同步码。
移位寄存器
收定时系统
时标发生器
8.3.4 分散插入同步法
每隔一定数量的信息码元插入一个帧同步码元。为了 便于提取，帧同步码不宜太复杂。 PCM24 路数字电话 系统的帧同步码就是采用的分散插入方式。
CH
1
CH
2
CH
N
b
n
b
n
b 帧
n
F
K
N帧 信息码 192bit
N+1
N+2 0 同步码 1
N+3 0
8.2
位同步
在数字通信系统中，发端按照确定的时间顺序， 逐个传输数码脉冲序列中的每个码元，在接收端为了 正确判决所接收的码元。因此，接收端必须提供一个 确定抽样判决时刻的定时脉冲序列。这个定时脉冲序 列的重复频率和相位必须与发送的数码脉冲序列一致， 把在接收端产生与接收码元的重复频率和相位一致的 定时脉冲序列的过程称为码元同步，或称位同步。 位同步提取的方法：直接提取；插入导频法 ( 外 同步法)和直接法(自同步法) 。
二、巴克码
1.巴克码的特点
它是一个非周期序列，一个n位的巴克码x1，x2，x3， xn，每个码元只可能取值 +1或-1，它的局部自相关
函数为
R ( j ) xi xi j
i 1
n j
n 0， 1， 1 0
当 j0 当0 j n 当 jn
帧同步码
帧同步码的结构
偶帧（帧同步码)： (目前固定为1) 0 奇帧（帧监督码）：(目前固定为1) 1 1 0/1 0 1 1 0 1 1 0/1 1 1 1 1 1 监督码 对告码 0 同步 1 失步
TS1 TS0
TS2
TS3
TS5 TS4
TS7 TS6
第115话路
TS9 TS8
标志信号码
第 1630 话 路 话 路
n 0， 1 ， 1 0
当 j0 当0 j n 当 jn
+ +
7
+ ―
― +
―
当j=0时
R( j ) x i2 1 1 1 1 1 1 1 7
i 1
+ +
当j=1时
6
+ ―
― +
―
R( j ) xi xi 1 1 1 1 1 1 1 0
目前已找到的巴克码组有： n 2 3 4 5 7 11 13 巴 克 码 组
++ ++― +++― , ++―+ +++―+ + + + ―― + ― + + + ――― + ―― + ― +++++― ― ++― +― +
七位巴克码局部自相关特性
R ( j ) xi xi j
i 1 n j
4
6 j
二. 巴克码的产生
移位方向 01 01 01 01 01
01
01
输出
+
01
01
01
输出
预置线
预置线
串行式
反馈式
三.巴克码的识别
输 出 判决 相加 01 01 01 01 01 01 01 移位方向 巴克码 信息码 1 1 1 0 0 1 0 识别器输入 t1
识别器输入 t1
输入码元
巴克码 1 1 1 0 0 1 0
帧
t
信息码 t
三、PCM30/32路的帧结构
1.PCM30/32路数字传输时的帧同步通常采用集中插入方 法。
TS11 TS10 TS14 TS13 TS12 TS16 TS15 TS17 TS18
TS20 TS19
TS22 TS21
TS25 TS24 TS23
TS27 TS26
TS31 TS30 TS29 TS28
基 带 信号
窄带滤波 器
倒相
移相
定时形 成
位同步脉 冲冲
二.导频调制包络法
n(t)
t
t
t
8.2.2 自同步法
一.非线性变换—滤波法
1.微分整流法
信号 输入 a 放大 b 微分 c 窄带 d 移相 α 整流 限幅 滤波
1 a 1 0 0 0 1 0 1 1
脉冲 e 形成
0 1 0 0
位同步 信号输出
8.3.1 起止式同步法
止
起
1Biblioteka Baidu
2
3
4
5
止
1
5
1.5
8.3.2
对帧同步系统的要求
(1) 帧同步的引入时间要短，设备开机后应能很快地进
入同步。一旦系统失步，也能很快地恢复同步。
(2) 同步系统的工作要稳定可靠,具有较强的抗干扰能力。 即同步系统应具有识别假失步和避免伪同步的能力。
(3) 在一定的同步引入时间要求下,同步码组的长度应最 短。
8.4.1 跳频同步的内容及方法
8.4.2 跳频系统的等待自同步法
8.5 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，称为网同步。 复接系统
A B C 低速 合 群 器 高速 分 路 器 A′ B′ C′
一、全网同步系统
1．主从同步法 2. 等级主从同步方式
载波移相π/2的“正交载波”。
F(ω )
0
ω0
ω
1. 插入导频的调制和解调框图
(1) 调制
f (t) 调制信号 Acos0t -π /2相移
相乘调制
带 通
相 加
0（t）
输出
（2）解调
(t)
带通
ω0 窄带滤波 π / 2
ωm 低 通
f (t)
8.1.2 非线性变换—滤波法
一 平方变换法
8.2.1 插入导频法
位同步的导频插入方法与载波同步时的插入导频法类 似，它也要插在基带信号频谱的零点处，以便提取。如果 信号经过相关编码，其频谱的第一个零点在f=1/2T，插入 导频也应在1/2T处。
F() F()
0
1/T
f
0
1/2T
f
一.插入位定时导频接收方框图
输 入 基 带信号
相加器
抽样判 决