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1、第 9 章 同步原理,2.插入导频法 抑制载波信号本身不含有独立的载频分量，发送端除发送信号，还发送一个导频信号用于接收端恢复载波，这种载波同步方法称为插入导频法。分为：频域插入法和时域插入法。（1）频域插入法在发送信号频谱为零的位置插入导频。通常采用插入正交导频的方法，这样可以减小对解调信号的影响。,第 9 章 同步原理,发送信号 乘法器的输出 LPF的输出无失真地恢复出了原调制信号。,第 9 章 同步原理,（2）时域插入法 时域插入的导频只是在每帧的一小段时间存在，在其余时间没有载波标准。由于发送载波标准是不连续的，用窄带滤波器提取的这个不连续的载波是不能直接使用的。,第 9 章 同步原理
2、,用窄带滤波器提取载波标准并同本地振荡器输出信号比较，通过锁相环路(PLL)的作用形成相干的本地载波。锁相环的作用是保持本地振荡信号和载波标准同相。,第 9 章 同步原理,3.非线性变换法 当接收的信号本身不含有载波分量时，可用非线性变换的方法从接收信号中提取载波。（1）平方变换法对于DSB信号接收信号 平方变换,第 9 章 同步原理,中心频率为20的带通滤波器滤波输出即使f(t)本身不含直流成分，但f 2(t)也会含有直流分量。因此，上式一定含有载频成分。当BPF的带宽很窄时，则其输出可认为只有20的载波分量。再经二分频器分频就可得到所需要的本地载波（2）平方环法 是对平方变换法的一种改进，
3、将BPF用PLL替代。由于锁相环具有良好的跟踪、窄带滤波和记忆功能，平方环法比平方变换法具有更好的性能，应用广泛。,第 9 章 同步原理,（3）同相正交环法 平方环VCO工作在20频率上，当0很高时，实现20的振荡有一定的困难。同相正交环法VCO工作在0频率上，实现0的振荡相对容易。鉴相器鉴别输入信号中被抑制了的载频分量与本地压控振荡器VCO之间的相位误差。上面的解调器称为同相相干解调器，下面的解调器称为正交相干解调器。同步时，同相支路的输出即为所需的解调信号，正交支路的输出为0，因此，该方法称为同相正交环法，也叫科斯塔斯(Costas)环法。,第 9 章 同步原理,设接收信号f(t)cos(
4、0t+0),VCO输出为cos(0t+),经过带宽为Wm的LPF,第 9 章 同步原理,乘法器的输出 若0-很小，则sin2(0-)2(0-)。乘法器的输出LPF的作用就相当于对f(t)求时间平均。U1就是所需要的本地载波，U5作为解调信号而输出。,第 9 章 同步原理,92 位同步 又称码元同步或比特同步。为了正确判决，就必须在接收端产生一个与接收码元序列频率和相位一致的定时脉冲序列，在接收端产生定时脉冲序列的过程称为位同步。考虑从接收的基带数据信号中提取定时信号的方法。这种方法具有普遍意义，因为，频带信号通过解调仍能得到基带信号。分为：插入导频法和直接法。1.插入导频法也称为外同步法。这种
5、方法与载波同步时的插入导频法类似，在基带信号频谱的零点处插入导频，以便于提取。,第 9 章 同步原理,码元周期为TS的二进制不归零序列，频谱第一个零点位于f=1/TS处，可在此插入位同步导频信号。对基带信号编码，使其频谱第一个零点出现在f=1/（2TS）处，也可在此处插入导频。收端，对(a)，经中心频率f=1/TS的窄带通滤波器，就可以从解调后的基带信号中提取出位同步信号，这时位同步脉冲周期与插入导频的周期是一致的。,第 9 章 同步原理,对图(b)，窄带BPF的中心频率应为1/（2TS），此时位同步脉冲的周期为插入导频周期的1/2，将导频二倍频就可得到所需要的位同步信号。解调出的基带信号，一
6、路送到窄带BPF提取导频信号，经移相、整形后形成位同步脉冲；另一路与导频信号相减。设置移相器的目的是为了消除导频信号经窄带滤波器引起的相移，整形的目的是为了得到准确的位同步信号，以便精确同步。上述方法是一种频域插入导频法，时域插入导频法，与载波同步中时域插入导频的方法类似。,第 9 章 同步原理,2.直接法 也叫自同步法。发端不专门发送位同步信号，接收端从接收的数据码流中提取位同步信号。（1）微分整流滤波法 通过其微分、整流等非线性变换，变成归零脉冲序列，用窄带通滤波器将位同步频率分量提取出来。,第 9 章 同步原理,（2）包络检波法当接收信号的包络中含有位同步信息时，利用包络检波器直接从接收
7、信号的包络中提取位同步信号。例如2PSK信号，是包络恒定的等幅信号，但在码元数值变化时刻载波有一个1800的相位反转。传输过程中，由于信道带宽的限制，会使信号在相位反转处产生包络平滑“陷落”。因此，包络中包含有位同步信息。,第 9 章 同步原理,（3）数字锁相法 锁相法：用锁相环做窄带通滤波器提取位同步信号的方法。在接收端利用鉴相器比较接收码元和本地产生的位同步信号的相位，若二者相位不一致(超前或滞后)，鉴相器就产生误差信号调整位同步信号的相位，直至得到准确同步为止。采用数字锁相环提取位同步信号，称为数字锁相法。,第 9 章 同步原理,1)时钟源 振荡器的振荡频率为，为输入数字信号码元速率，与
8、输入信号码元周期 的关系是。振荡器输出脉冲序列周期为。2）控制器根据滤波器输出的控制脉冲，对时钟源输出脉冲序列进行加(或减)脉冲控制。3）分频器进行n分频，和控制器一起调整加到鉴相器的位同步信号的相位。若准确同步，滤波器无加或减脉冲输出，加到鉴相器的位同步信号相位保持不变；若位同步信号相位滞后，滤波器输出加脉冲，控制器使时钟源输出序列增加一个脉冲，n分频后位同步信号相位前移；若位同步信号超前，滤波器输出减脉冲，控制器使时钟源输出序列减少一,第 9 章 同步原理,个脉冲，n分频后位同步信号相位后移。相位前后移动的调整量取决于时钟源输出序列的周期。每次的时间阶跃量为，相位的最小调整量为 n越大，调
9、整精度越高。,第 9 章 同步原理,4)鉴相器 对输入信号与位同步信号进行相位比较，相位误差电压形成超前或滞后脉冲，调整时钟源输出脉冲序列。5)数字滤波器 滤除噪声对环路工作的影响，提高相位调整的准确性。锁相环能够跟踪接收信号的相位变化，这是提高同步准确性的主要因素。当接收信号产生暂时中断时，由于环路滤波器的时间常数很大，使压控振荡器的输出基本保持不变，这样，原来的同步信号会得到保持，避免了同步中断对系统造成的影响。数字锁相法性能良好，在数据传输的同步提取中应用广泛。,第 9 章 同步原理,93 帧同步 在实际的数据传输中，通常是将若干个数据码元组成帧进行传输。接收端要正确的恢复数据分组，就必
10、须知道帧的起止时刻。接收端获取帧起止时刻信息的过程称为帧同步。根据码组“开头”和“末尾”的时刻，对解调器输出比特序列进行码组恢复。方法：外同步法和自同步法。外同步法:在发送的数据序列中插入一些特殊的码组作为帧的起止标志。自同步法:利用数据码组序列本身的特性来实现同步。介绍应用较多的插入同步码组的方法。常用方法：集中插入法和分散插入法。,第 9 章 同步原理,1集中插入法被传输的数据比特被组成帧，将帧同步码组插在每帧的开头。接收端，只要检测出帧同步码组的位置，就可识别出帧的开头，从而可确定帧内信息码组。实现容易。噪声的影响会产生漏同步。信息码序列是随机的，会造成假同步。希望漏同步和假同步概率要小
11、，码组易于识别，传输效率高，长度应尽量短。1）巴克码是一种具有特殊规律的二进制序列。一个长度为n的巴克码序列x1,x2,xn，码元xi只能取+1或1，其自相关函数,第 9 章 同步原理,j表示在一个周期内错开的位数。目前找到的巴克码序列。,第 9 章 同步原理,例：n=7，局部自相关函数。j=0j=1 j=2j=3，4，5，6，7及j=1，2，7时的R(j)值如表,第 9 章 同步原理,2）巴克码识别器 7位巴克码识别器由7级移位寄存器、相加器和判决器构成。,第 9 章 同步原理,移位寄存器按1110010顺序接加法器，这与巴克码的规律一致。1加到移位寄存器时，1端输出+1，0端输出-1；反之
12、，0加入时，1端输出-1，0端输出+1,对输入的巴克码进行相关运算。7位巴克码在t1时刻全部进入移位寄存器，有最大输出+7；其它情况均低于+6。判决电平设为+6，t1时刻最后一位进入时，在判决器输出端就得到一个帧同步脉冲。,第 9 章 同步原理,2分散插入法 帧同步码分散插入信息码流中。帧同步码可以是1、0交替码或其它码型。PCM24路系统每帧193位，前192位是信息码，第193位即是同步码。位同步频率是帧同步频率的193倍，可由位同步频率193次分频得到帧同步。,第 9 章 同步原理,94 网同步 载波同步、位同步和帧同步主要解决的是点-点之间通信的同步问题，多点之间通信，要依靠通信网来实
13、现。为了保证通信网内各点之间可靠地通信，必须在通信网内建立一个统一的时间标准，这称为网同步。合路器：将多个低速数据流合为一个较高速率的数据流。分路器：将较高速率的数据流分离为多个低速数据流。A、B、C与A、B、C之间并不具有一一对应的关系，即A并不只是与A通信，也可以与B、C通信，B、C亦是如此。,第 9 章 同步原理,A、B、C以及A、B、C之间的时钟频率不一定相同，没有统一的时钟，它们之间不能进行正常通信。网同步的任务：保证通信网中各支路都有共同的时钟信号。网同步类型：全网同步和准同步。1.全网同步 网内各站的时钟频率和相位都相同。网同步方法：主从同步法和互控同步法。（1）主从同步法 网中
14、设置一个有高稳定度时钟源的主站，主站时钟源产生的时钟传送到网内各站。,第 9 章 同步原理,主站时钟到各站的传输路径长度不等，会使不同的站引入不同的时延，因此，各站需要设置时延调整电路，补偿路径时延，使各站的时钟频率相同，相位一致。优点：实现容易，设备简单。缺点：主站时钟源发生故障，全网将失去同步；中间站发生故障，其下游站点也失去同步。等级主从同步法：全网所有站按等级分类，其时钟按其所处的地位水平分配一个等级。主站时钟发生故障，由副时钟源替代。A为主时钟，B为副时钟。,第 9 章 同步原理,（2）互控同步法全网中不设主站和基准时钟源，各站都有自己的时钟，各站的时钟频率都锁定在本站固有振荡频率的
15、平均值上，并让全网高度互连，实现全网同步。这个平均值称为网频率。当网中某站发生故障时，网频率自动平滑过渡到一个新的值。这样，除发生故障的站外，其他站仍能正常工作。优点：克服了全网仅依靠一个时钟源可靠性差的缺点，提高了全网工作的可靠性。缺点：是每个站的设备都比较复杂。2.准同步 各站采用各自相互独立的高稳定的时钟，允许网内各支路数据流速率存在一定的偏差，只要该偏差不超过容许范围，就可以通过复接设备调整各支路数据流的速率，使它们达到相互同步。,第 9 章 同步原理,方法:码速调整法和水库法(1)码速调整法 若各复接支路的数据流是异步的，复接时首先必须对这些异步的数据流进行码速调整，使它们变成相互同
16、步的数据流；接收端分路时，从这些相互同步的数据流中分别进行码速恢复，复原各支路异步的数据流。方法：正码速调整、负码速调整和正/负码速调整1）正码速调整合路器提供的时钟频率高于各支路数据流的速率。写得慢、读得快，会使合路缓存器的数据“取空”。当存储量减小到某一门限值时，通过指令对其禁读一位。各支路送入合路器的数据流都经过这样的码速调整后，它们的速率和相位就能一致，实现同步。分路器把各支路数据流分开，在指令控制下，,第 9 章 同步原理,使禁读位置没有输出，就可恢复出各支路的数据流。2）负码速调整 合路器提供的时钟频率低由于各支路数据流的速率。写得快、读得慢，会使合路缓存器产生“溢出”。在缓存器存
17、储量达到某一门限值时产生指令，暂停输入1位，对合路器进行码速调整，不再发生“溢出”现象。接收端收到控制指令，送一个脉冲到输入脉冲序列中，恢复原有的速率。3）正/负码速调整合路器提供的时钟频率等于各支路时钟频率的算术平均值。对时钟频率高的支路采用正码速调整，对时钟频率低的支路采用负码速调整。通过正或者负码速调整，可使各支路数据的速率和相位得到一致。码速调整法的优点：各支路可工作在异步状态，灵活、方便。缺点：不均匀地读取数据会产生相位抖动，影响同步质量。,第 9 章 同步原理,（2）水库法在各交换站设置极高稳定度的时钟源和大容量的缓存器，容量足够大的存储器能起到调节数据流量的作用，不轻易出现“取空”和“溢出”现象。计算存储器发生一次“取空”和“溢出”现象时间间隔。设存储器的位数为，起始时为半满状态，存储器写入和读出的速率为，设数据码流速率为，相对频率稳定度为S，并令 由前式得,第 9 章 同步原理,将式上代入前式（9.16），得水库法计算基本公式例：，小时，计算存储器的大小。解：由上式（9.18）45位的存储设备容易实现。采用更高稳定度的振荡器（如镓原子振荡器），频率稳定度可达510-11。高速数字通信网采用水库法可取得良好的同步效果。缺点：时间足够长时也会发生“取空”和“溢出”现象，需要每隔一定时间间隔对同步系统进行一次校准。,
