《通信原理第72章多路传输ppt课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通信原理第72章多路传输ppt课件（52页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第第 7 7 章章 同同 步步 系系 统统 7.1 概述概述 7.2 载波同步技术载波同步技术 7.3 位同步技术位同步技术 7.4 群同步群同步(帧同步帧同步)技术技术7.1 概概 述述 不同功用的同步不同功用的同步按按照照同同步步的的功功用用来来区区分分， 有有载载波波同同步步、 位位同同步步( (码码元元同同步步) )、 群同步群同步( (帧同步帧同步) ) 等。等。1. 1. 载波同步载波同步数数字字调调制制系系统统的的性性能能是是由由解解调调方方式式决决议议的的。相相关关解解调调中中， 首首先先要要在在接接纳纳端端恢恢复复出出相相关关载载波波，这这个个相相关关载载波波应应与与发发送送
2、端端的的载载波波在在频频率率上上同同频频，在在相相位位上上坚坚持持某某种种同同步步关关系系。在在接接纳纳端端恢恢复复这这一一相相关关载载波波的的过过程程称称为为载载波波跟跟踪踪、载载波波提提取取或或载载波波同同步步。 载波同步是实现相关解调的先决条件。载波同步是实现相关解调的先决条件。 2. 2. 位同步位同步位位同同步步又又称称码元元同同步步。不不论是是基基带传输，还是是频带传输( (相相关关或或非非相相关关解解调) )，都都需需求求位位同同步步。为了了从从该波波形形中中恢恢复复出出原原始始的的基基带数数字字信信号号，就就要要对它它进展展取取样判判决决。 因因此此，要要在在接接纳端端产生生一
3、一个个“码元元定定时脉脉冲冲序序列列，这个个码元元定定时序序列列的的反反复复频率率和和相相位位( (位位置置) )要要与与接接纳码元元一一致致，以以保保证： 接接纳端端的的定定时脉脉冲冲反反复复频率率和和发送送端端的的码元元速速率率一一样; ; 取取样判判决决时辰辰对准准最最正正确取确取样判决位置。判决位置。3.群同步群同步又称为帧同步。数字信号是按照一定的数据格式传送的，假设干个码元代表一个字母符号、数字，而假设干个字母组成一“字，假设干“字组成一“句，假设干“句构成一帧，从而构成群的数字信号序列。要在接纳端正确地恢复出原来的信息，就必需识别出句或帧的起始时辰，否那么接纳端无法正确恢复出原来
4、的信息。 在数字时分多路通讯系统中，各路信码都安排在指定的时隙内传送，以构成一定的帧构造。在接纳端为了正确地分别各路信号，首先要识别出每帧的起始时辰，从而找出各路时隙的位置。接纳端必需产生与字、句和帧起止时间相一致的定时信号。在发送端提供每帧的起止标志，而在接纳端检测并获得这一标志的过程就是帧同步。 不同传输方式的同步不同传输方式的同步1. 1. 外同步法外同步法由由发发送送端端发发送送专专门门的的同同步步信信息息，接接纳纳端端把把这这个个专专门门的的同同步步信息检测出来作为同步信号的方法，信息检测出来作为同步信号的方法， 称为外同步法。称为外同步法。 2. 自同步法发送端不发送专门的同步信息
5、，接纳端设法从收到的信号中提取同步信息的方法，称为自同步法。 在载波同步和位同步中，自同步法用的较多；在群同步中，普通都采用外同步法。同步对正常的信息传输来说是必要的，只需收发之间建立了同步才干开场传输信息。 同步误差小、相位抖动小以及同步建立时间短、坚持时间长等为其主要目的。7.2 载波同步技术载波同步技术 非非线性性变换-滤波法波法1.平方平方变换法法平平方方变换法法适适宜宜于于抑抑制制载波波的的双双边带信信号号。假假设2PSK信信号号x(t)cosct，同同时有有加加性性高高斯斯白白噪噪声声，经过带通通滤波波器器以以后后滤除除了了带外外噪噪声声。其其中中，信信号号x(t)cosct经过平
6、平方方律律部部件件后后输出出e(t)为 由此可知，从e(t)中很容易经过窄带滤波器取出2fc频率成分，再经过一个二分频器就可得到fc的频率成分，这就是所需求的同步载波。假设二分频电路处置不当，将会使fc信号倒相，呵斥的结果就是“相位模糊，即“反向任务。2. 平方环法平方环法 为了使恢复的相关载波更为纯真， 经常在非线性处置之后参与锁相环。特殊锁相环法特殊锁相环法 1. 同相正交环法(科斯塔斯环)假定环路已锁定，假设不思索噪声，那么同相与正交两鉴相器的本地参考信号分别为 那么输入信号与v1,v2相乘后得 经过低通滤波器后分别得 v5, v6经过乘法器后得 这个电压经过环路滤波器以后控制VCO，使
7、它与c同频，相位只差一个很小的。此时v1=cos(ct+)就是要提取的同步载波，而 就是解调器的输出。 2同相-正交环法的优缺陷 科斯塔斯环的优点有两个：一是科斯塔斯环任务在c频率上，比平方环任务频率低，且不用平方器件和分频器； 二是当环路正常锁定后，同相鉴相器的输出就是所需求解调的原数字序列。因此，这种电路具有提取载波和相关解调的双重功能。科斯塔斯环的缺陷是电路较复杂以及存在着相位模糊的问题。 插入导频法插入导频法(外同步法外同步法)1.在双边带在双边带DSB信号中插入导频信号中插入导频插插入入导导频频的的位位置置应应该该在在信信号号频频谱谱为为0的的位位置置，否否那那么么导导频频与与已已调
8、调信信号号频频谱谱成成分分会会重重叠叠在在一一同同，接接纳纳时时不不易易取取出出。对对于于2PSK和和2DPSK等等数数字字调调制制的的信信号号，在在fc附附近近的的频频谱谱不不但但有有，而而且且比比较较大大，因因此此对对于于这这样样的的数数字字信信号号，在在调调制制以以前前应应先先对对基基带带信信号号x(t)进进展展相相关关编编码码。让让fc附附近近频频谱谱函函数数很很小小，且且没没有有离离散散谱谱，这这样样可可以以在在fc处处插插入入频频率率为为fc的的导导频频(这这里里仅仅画画出出正正频域频域)。 几种信号的正频域频谱图 (a)相关编码前的频谱；(b)相关编码后的频谱(c)双边带调制后的
9、频谱 在DSB发射机中插入导频的方框图 相关解调器 假设接纳到的信号就是uo(t), uo(t)与asinct加到乘法器输出 经过低通滤波器以后，得Aax(t)/2。 3. 时域中插入导频法时域插入法中对被传输数据信号和导频信号在时间上加以区别。把一定数目的数字信号分作一组，称为一帧。在每一帧中，除有一定数目的数字信号外，在t0t1的时隙中传送位同步信号，在t1t2的时隙内传送帧同步信号，在t2t3的时隙内传送载波同步信号，而在t3t4时间内才传送数字信息；以后各帧都如此。时域中插入导频方式的载波提取往往采用锁相环路。 时域中插入导频法(a)信号分配表示图；(b)采用锁相环路的方框图 载波同步
10、系统的性能目的载波同步系统的性能目的载载波波同同步步系系统统的的主主要要性性能能目目的的有有效效率率、精精度度、同同步步建建立立时间和同步坚持时间。时间和同步坚持时间。1.1.效率效率为获得同步，载波信号应尽量少地耗费发送功率。为获得同步，载波信号应尽量少地耗费发送功率。2.精度精度精精度度是是指指提提取取的的同同步步载载波波与与需需求求的的载载波波规规范范比比较较，应应该该有有尽量小的相位误差。尽量小的相位误差。 3 同步建立时间ts 指从开机或失步到同步所需求的时间。要求是越短越好，从而同步建立得快。4 同步坚持时间tc 指同步建立后，假设同步信号消逝，系统还能维持同步的时间。要求是越长越
11、好，从而一旦建立同步以后就可以坚持较长的时间。 7.3位同步技术位同步技术 位同步的概念位同步的概念位位同同步步是是数数字字通通讯讯中中非非常常重重要要的的一一种种同同步步技技术术，它它是是指指在在接纳端的基带信号中提取码元定时的过程。接纳端的基带信号中提取码元定时的过程。2.对位同步信号的要求对位同步信号的要求有两方面：一是使收信端的位同步脉冲频率和发送端的码元速率一样;二是使收信端在最正确接纳时辰对接纳码元进展抽样判决。 3.位同步方法的分类 直接法(自同步法)和插入导频法(外同步法) 插入导频法插入导频法(外同步法外同步法) 在在无无线线通通讯讯中中，数数字字基基带带信信号号普普通通都都
12、采采用用不不归归零零的的矩矩形形脉脉冲冲，并并以以此此对对高高频频载载波波作作各各种种调调制制。解解调调后后得得到到的的也也是是不不归归零零的的矩矩形形脉脉冲冲，码码元元速速率率为为fb，码码元元宽宽度度为为Tb。这这种种信信号号的的功功率率谱谱在在fb处处为为0，例例如如，双双极极性性码码，此此时时可可以以在在fb处处插插入入位位定时导频。定时导频。 假假设设将将基基带带信信号号先先进进展展相相关关编编码码，经经相相关关编编码码后后的的功功率率谱谱密密度度如如下下图图，此此时时可可在在fb/2处处插插入入位位定定时时导导频频，接接纳纳端端取取出出fb/2以后，经过二倍频得到以后，经过二倍频得
13、到fb。 双极性码的功率谱密度 (a)相关编码前；(b)相关编码后 插入和提取位定时导频的方框图(a)发送端；(b)接纳端 自同步法自同步法1.1.从基带数字信号中提取同步信息从基带数字信号中提取同步信息1)1)微分、全波整流滤波法微分、全波整流滤波法通通常常的的基基带带数数字字信信号号是是不不归归零零的的脉脉冲冲序序列列，可可将将不不归归零零序序列列变变换换成成归归零零序序列列，然然后后用用窄窄带带滤滤波波器器来来滤滤取取位位同同步步信信号号。微微分、全波整流滤波法是一种常规的位同步提取方法。分、全波整流滤波法是一种常规的位同步提取方法。 微分、全波整流滤波法方框图及各点波形(a)方框图；(
14、b)波形图 2.从已调信号中提取位同步信息 1)包络检波滤波法频带受限的中频PSK信号在相位反转点处构成幅度的“陷落，因此采用包络检波滤波法来提取位同步信息。2)延迟相关滤波法当中频滤波器的带宽远大于信号频谱宽度或由于在中频放大器中采用了对称限幅器而将包络削平常，无法采用包络检波滤波法来提取位同步信息。2PSK信号e1(t)和经过延迟时间的信号e2(t)相乘，得到一组脉冲宽度为的归零序列v(t)，位同步频率分量可用窄带滤波器滤取。当值等于码元长度Ts的一半(即Ts/2)时，所含的位同步分量到达最大值。位同步系统的性能目的位同步系统的性能目的1.相位误差相位误差位位同同步步信信号号的的平平均均相
15、相位位和和最最正正确确取取样样点点的的相相位位之之间间的的偏偏向称为静态相差。静态相差越小，误码率越低。向称为静态相差。静态相差越小，误码率越低。 2.同步建立时间同步建立时间同同步步建建立立时时间间即即为为失失去去同同步步后后重重建建同同步步所所需需的的最最长长时时间间。通常要求同步建立的时间要短。通常要求同步建立的时间要短。3. 同步坚持时间同步坚持时间当当同同步步建建立立后后，一一旦旦输输入入信信号号中中断断，或或者者遇遇到到长长连连0码码、长长连连1码码时时，由由于于接接纳纳码码元元过过零零脉脉冲冲没没有有，锁锁相相系系统统由由于于没没有有输输入入相相位位基基准准而而不不起起作作用用，
16、此此时时收收、发发双双方方的的固固有有位位定定时时反反复复频频率率有有误误差差。所所允允许许的的误误差差到到达达时时间间决决议议同同步步坚坚持持时时间间。同步坚持时间越长越好。同步坚持时间越长越好。 4.同步带宽同步带宽收、发双方位定时频率之差假设超越一定范围，无法使收、发双方位定时频率之差假设超越一定范围，无法使接纳端位同步脉冲的相位与输入信号的相位同步。要求同步接纳端位同步脉冲的相位与输入信号的相位同步。要求同步带宽越小越好。带宽越小越好。7.4群同步群同步(帧同步帧同步)技术技术 对群同步系统的根本要求对群同步系统的根本要求群群同同步步问问题题本本质质上上是是一一个个对对群群同同步步标标
17、志志进进展展检检测测的的问问题题。群同步系统通常应满足以下根本要求：群同步系统通常应满足以下根本要求：(1)(1)正正确确建建立立同同步步的的概概率率要要大大，即即漏漏同同步步概概率率要要小小，错错误误同步或假同步的概率要小；同步或假同步的概率要小；(2)(2)捕获时间要短，即同步建立的时间要短；捕获时间要短，即同步建立的时间要短；(3)(3)稳稳定定地地坚坚持持同同步步，采采取取坚坚持持措措施施，使使同同步步坚坚持持时时间间耐耐久稳定；久稳定；(4)(4)在在满满足足群群同同步步性性能能要要求求的的条条件件下下，群群同同步步码码的的长长度度应应尽能够短些，这样可以提高信息传输效率。尽能够短些
18、，这样可以提高信息传输效率。 前方维护时间是指从第一个同步码丧失起到同步系统进入捕捉形状为止的一段时间。 信息码流中都有能够出现与同步码图案一样的码组，而呵斥同步动作，这种码组称为伪同步码。 后方维护时间是指从同步系统捕捉到第一个真同步码到进入同步形状的一段时间。起止式同步法起止式同步法数数字字电传机机中中广广泛泛运运用用。开开头的的负值脉脉冲冲称称为“起起脉脉冲冲 ；末末尾尾的的正正值脉脉冲冲称称为“止止脉脉冲冲1.51.5个个码元元宽度度。接接纳端端就就是是根根据据的的正正电平平第第一一次次转换到到负电平平这一一特特殊殊规律律来来确确定定一一个个字字的的起起始始位位置置的的，从从而而实现了
19、了群群同同步步。每每个个波波形形由由7.57.5个个码元元宽度度组成，只需成，只需5 5个个码元用于元用于传输信息，所以效率信息，所以效率较低。低。 衔接式插入法接式插入法衔接接式式插插入入法法又又称称为集集中中插插入入法法。将将帧同同步步码以以集集中中的的方方式式插插入入到到信信息息码流流一一帧的的开开场处。此此方方法法关关键是是找找出出特特殊殊码组不不易易出出现。最最常常用用的的群群同同步步码组是是巴巴克克码。例例如如在在PCM30/32PCM30/32路路系系统中中，群群同同步步的的方方式式采采用用的的就就是是衔接接式式插插入入法法，它它们的的码型型是是“0011011“0011011。
20、衔接接式式插插入入法法的的优点点是是可可以以迅迅速速地建立群同步。地建立群同步。1 巴克巴克码巴巴 克克 码 的的 特特 殊殊 规 律律 是是 ： 假假 设 一一 个个 n位位 的的 巴巴 克克 码x1,x2,x3,xn，每每个个码元元xi只只能能够取取值+1 或或 -1，那那么么它它必然必然满足条件足条件 式中,称为部分自相关函数。目前已找到的巴克码组如表所示。表中“+表示+1, “-表示-1。 巴克码组巴克码组 以n=7为例，它的部分自相关函数如下： 同样可以求出j=3,4,5,6,7 以及j=-1,-2,-3,-4,-5,-6,-7 时R(j)的值为 j =0, R(j) =7j=1,3
21、,5,7， R(j)=0 j =2,4,6, R(j) =-1 根据这些值，可以作出 7 位巴克码的R(j)与j的关系曲线，见以下图 。 7位巴克码的R(j)与j的关系曲线 2. 巴克码识别器以7位巴克码1110010为例。用7级移相存放器、相加器和判决器组成一个巴克码识别器。对输入的信号进展相关运算，只需当 7 位巴克码在某一时辰正好全部进入 7 位存放器时，7个移位存放器输出端都输出+1， 相加后的最大输出为+7，其他情况相加结果均小于+7。对于数字信息序列，几乎不能够出现与巴克码组一样的信息，故识别器的相加输出也只能小于+7。间歇式插入法间歇式插入法 间间歇歇式式插插入入法法又又称称为为
22、分分散散插插入入法法，将将群群同同步步码码以以分分散散的的方方式式插插入入信信息息码码流流中中。多多用用在在多多路路数数字字电电路路系系统统中中。群群同同步步码码均均匀地分散插入在一帧之内。匀地分散插入在一帧之内。 间歇式插入法的缺陷是当失步时，同步恢复时间较长， 由于假设发生了群失步，那么需求逐个码位进展比较检验， 直到重新收到群同步的位置， 才干恢复群同步。 此法的另一缺陷是设备较复杂， 由于它不像衔接式插入法那样， 群同步信号集中插入在一同，而是要将群同步在每一子帧里插入一位码， 这样群同步码编码后还需求加以存储。 群同步系统的性能目的群同步系统的性能目的 1. 1.群同步可靠性群同步可
23、靠性 群群同同步步可可靠靠性性受受两两个个要要素素的的影影响响：漏漏同同步步概概率率，记记为为P1P1；假假同同步步概概率率，记记为为P2P2。这这是是衡衡量量群群同同步步可可靠靠性性的的两两个个主主要要目目的的，它们之间是矛盾的。它们之间是矛盾的。2.群同步平均建立时间ts 对于衔接式插入法，假设漏同步和假同步都不出现，在最不利的情况下，实现帧同步最多需求一帧时间，设每帧的码元数为N, 每码元的时间宽度为Tb，那么一帧的时间为NTb。在建立同步过程中，如出现一次漏同步，那么建立时间要添加NTb；如出现一次假同步，建立时间也要添加NTb，因此，帧同步的平均建立时间为 对于分散式插入法，其平均建
24、立时间经过分析计算可得 群同步的维护群同步的维护 在在数数字字通通讯讯系系统统中中，由由于于噪噪声声和和干干扰扰的的影影响响，当当有有误误码码存存在在时时，就就会会有有漏漏同同步步的的问问题题；另另外外，由由于于信信息息码码中中也也能能够够偶偶尔尔出出现现群群同同步步码码，这这样样就就会会产产生生假假同同步步的的问问题题。为为此此，要要添加群同步的维护措施，以提高群同步性能。添加群同步的维护措施，以提高群同步性能。最常用的维护措施是将群同步的任务划分为两种形状，即捕捉态和维持态。要提高群同步的任务性能，就必需求求漏同步概率P1和假同步概率P2都要低，但这一要求是矛盾的。由于在群同步识别器中，只需降低判决门限电平，才干减少漏同步，但是为了减少假同步，只需提高判决门限电平。因此，把同步过程分为两种不同的形状，以便在不同形状对识别器的判决门限电平提出不同的要求，从而到达降低漏同步和假同步的目的。 捕捉态：减少假同步概率，提高判决门限。维持态：减少漏同步概率，降低判决门限。
