华东理工大学《通信原理》第十三章 (同步原理)

1、1 第第13章章 同步原理同步原理 l概述概述 数字通信系统中的同步种类：数字通信系统中的同步种类： 载波同步、码元同步、群同步、网同步载波同步、码元同步、群同步、网同步 载波同步载波同步：又称载波恢复。：又称载波恢复。 u目的：在接收设备中产生一个和接收信号的载波目的：在接收设备中产生一个和接收信号的载波同同 频频、同相同相的本地振荡，用于相干解调。的本地振荡，用于相干解调。 2 第第13章章 同步原理同步原理 码元同步码元同步：又称时钟同步或时钟恢复。：又称时钟同步或时钟恢复。 对于二进制信号，又称对于二进制信号，又称位同步位同步。 u目的：得知每个接收码元准确的起止时刻，以便决目的：得知

2、每个接收码元准确的起止时刻，以便决 定积分和判决时刻。定积分和判决时刻。 群同步群同步：又称帧同步。：又称帧同步。 u目的：将接收码元正确分组。目的：将接收码元正确分组。 网同步网同步：使通信网中各站点时钟之间保持同步。：使通信网中各站点时钟之间保持同步。 3 环路滤波器环路滤波器 压控振荡器压控振荡器 输出导频输出导频 输入信号输入信号 图图13-1 锁相环原理方框图锁相环原理方框图 鉴相器鉴相器 第第13章章 同步原理同步原理 n载波同步载波同步 u有辅助导频时的载频提取有辅助导频时的载频提取 p用于不包含载频分量的信号。用于不包含载频分量的信号。 p在发送信号中另外加入一个或几个导频信号

3、。在发送信号中另外加入一个或几个导频信号。 p多采用锁相环（多采用锁相环（PLL）提取载波。）提取载波。 p锁相环原理方框图：锁相环原理方框图： 4 第第13章章 同步原理同步原理 u无辅助导频时的载波提取无辅助导频时的载波提取 p平方环平方环：以：以2PSK信号为例进行讨论。设信号信号为例进行讨论。设信号 当当m(t)取取+1和和-1的概率相等时，此信号的频谱中无角频率的概率相等时，此信号的频谱中无角频率 c的离的离 散分量。将上式平方，得到散分量。将上式平方，得到 可见，用窄带滤波器滤出可见，用窄带滤波器滤出2倍频后再作倍频后再作2分频，即可得所需载频。分频，即可得所需载频。 )cos()

4、()(ttmts c )(2cos1 2 1 )(cos)()( 222 tttmts cc 图图13-2 平方环原理方框图平方环原理方框图 载频载频 输出输出 带通滤波带通滤波平平 方方 压控振荡压控振荡 环路滤波环路滤波 锁相环锁相环 s(t) 2分频分频窄带滤波窄带滤波 5 第第13章章 同步原理同步原理 此方案的缺点：此方案的缺点： 1、相位含糊性相位含糊性：2分频器的输出电压有相差分频器的输出电压有相差180 的两种可的两种可 能相位，即其输出电压的相位决定于分频器的随机初始状能相位，即其输出电压的相位决定于分频器的随机初始状 态。态。采用采用2DPSK体制可以避免此缺点的影响。体制

5、可以避免此缺点的影响。 2、错误锁定错误锁定：平方后的接收电压中有可能存在其他的离：平方后的接收电压中有可能存在其他的离 散频率分量，使锁相环锁定在错误的频率上。解决这个问散频率分量，使锁相环锁定在错误的频率上。解决这个问 题的办法是题的办法是降低环路滤波器的带宽。降低环路滤波器的带宽。 6 第第13章章 同步原理同步原理 p科斯塔斯环法科斯塔斯环法：又称同相正交环法或边环法。：又称同相正交环法或边环法。 原理方框图原理方框图： 图图13-3 科斯塔斯环法原理方框图科斯塔斯环法原理方框图 90 相移相移 环路滤波环路滤波压控振荡压控振荡 s(t) 载频载频 输出输出 低低 通通 低低 通通 解

6、调解调 输出输出 a b c d e f g 7 第第13章章 同步原理同步原理 工作原理工作原理 a点的压控振荡电压为：点的压控振荡电压为： b点的压控振荡电压为：点的压控振荡电压为： 上式中的上式中的( - )是压控振荡电压和接收载波相位之差。是压控振荡电压和接收载波相位之差。 )cos(tv ca )sin(tv cb )2cos()cos()( 2 1 )cos()cos()(ttmtttmv cccc )2sin()sin()( 2 1 )sin()cos()(ttmtttmv cccd )cos()( 2 1 tmve )sin()( 2 1 tmv f )(2sin)( 8 1

7、2 tmvvv feg 8 第第13章章 同步原理同步原理 将将m(t) = 1代入上式，并考虑到当代入上式，并考虑到当( - )很小时，很小时， sin( - ) ( - )，则上式变为，则上式变为 电压电压vg 通过环路滤波器，控制压控振荡器的振荡频率。通过环路滤波器，控制压控振荡器的振荡频率。 这个电压控制压控振荡器的输出电压相位，使这个电压控制压控振荡器的输出电压相位，使( - )尽可能尽可能 地小。当地小。当 时，时，vg = 0 。 压控振荡器的输出电压压控振荡器的输出电压va 就是科斯塔斯环提取出的载波。就是科斯塔斯环提取出的载波。 )(2sin)( 8 1 2 tmvvv fe

8、g )( 4 1 g v 9 第第13章章 同步原理同步原理 优缺点优缺点： 1、不需要对接收信号作平方运算，工作频率较低。不需要对接收信号作平方运算，工作频率较低。 2、为了得到科斯塔斯环法在理论上给出的性能，要为了得到科斯塔斯环法在理论上给出的性能，要 求两路低通滤波器的性能完全相同。求两路低通滤波器的性能完全相同。 3、由锁相环原理可知，锁相环在、由锁相环原理可知，锁相环在( - )值接近值接近0的稳的稳 定点有两个，在定点有两个，在( - )等于等于0和和 处。所以，科斯塔斯处。所以，科斯塔斯 环法提取出的载频也存在环法提取出的载频也存在相位含糊性相位含糊性。 )cos()( 2 1

9、tmve 10 第第13章章 同步原理同步原理 p再调制器再调制器 第第3种提取相干载波的方法种提取相干载波的方法 原理方框图原理方框图 载频载频 输出输出 90 相移相移 环路滤波环路滤波 压控振荡压控振荡 低低 通通 s(t) ab cde f g 11 第第13章章 同步原理同步原理 工作原理工作原理 接收信号和接收信号和a点振荡电压相乘后得到的点振荡电压相乘后得到的c点电压点电压 它经过低通滤波后，在它经过低通滤波后，在d 点的电压为点的电压为 vd 实际上就是解调电压，它受实际上就是解调电压，它受b点的振荡电压在相乘点的振荡电压在相乘 器中再调制后，得出的器中再调制后，得出的e 点电

10、压等于点电压等于 上式的上式的ve 和信号和信号s(t)再次相乘，得到在再次相乘，得到在f点的电压点的电压 )2cos()cos()( 2 1 )cos()cos()(ttmtttmv cccc )cos()( 2 1 tmv d )2sin()sin()( 4 1 )sin()cos()( 2 1 tttmttmv ccce 12 第第13章章 同步原理同步原理 vf 经过窄带低通滤波后，得到压控振荡器的控制电压经过窄带低通滤波后，得到压控振荡器的控制电压 将上式的控制电压和科斯塔斯环的控制电压式比较可见，这将上式的控制电压和科斯塔斯环的控制电压式比较可见，这 两个方案中的压控振荡器的控制电

11、压相同。两个方案中的压控振荡器的控制电压相同。 )(2sin)(2sin)(2sin)( 8 1 )2sin()cos()sin()cos()( 4 1 )2sin()sin()cos()( 4 1 2 2 2 tttm tttttm ttttmv cc cccc cccf )(2sin)( 8 1 2 tmvg 13 第第13章章 同步原理同步原理 u同步建立时间和保持时间同步建立时间和保持时间 p同步建立时间：同步建立时间：从开始接收到信号（或从系统失步状态）从开始接收到信号（或从系统失步状态） 到提取出稳定的载频所需要的时间。到提取出稳定的载频所需要的时间。 p同步保持时间：同步保持时间

12、：从开始失去信号到失去载频同步的时间。从开始失去信号到失去载频同步的时间。 p同步建立时间和保持时间的关系：同步建立时间和保持时间的关系：二者相互矛盾，折中二者相互矛盾，折中 处理处理 14 第第13章章 同步原理同步原理 例：相位误差对于单边带信号的影响例：相位误差对于单边带信号的影响 设有一单频基带信号设有一单频基带信号 它对载波它对载波cos ct进行单边带调制后，取出上边带信号进行单边带调制后，取出上边带信号 传输到接收端。若接收端的本地相干载波有相位误差传输到接收端。若接收端的本地相干载波有相位误差 ，则，则 两者相乘后得到两者相乘后得到 经过低通滤波器滤出的低频分量为经过低通滤波器

13、滤出的低频分量为 其中第其中第1项是原调制基带信号，但是受到因子项是原调制基带信号，但是受到因子cos 的衰减；的衰减； 第第2项是和第项是和第1项正交的项，它使接收信号产生失真。项正交的项，它使接收信号产生失真。 ttm cos)( tts c )cos( 2 1 )( )cos()2cos( 4 1 )cos()cos( 2 1 ttttt ccc sinsin 4 1 coscos 4 1 )cos( 4 1 ttt 15 第第13章章 同步原理同步原理 l码元同步码元同步 u码元同步目的码元同步目的：准确的时刻对接收码元进行判决，：准确的时刻对接收码元进行判决， 以及对接收码元能量正确

14、积分。以及对接收码元能量正确积分。 u码元同步方法码元同步方法：从接收码元的起止时刻产生一个码：从接收码元的起止时刻产生一个码 元同步脉冲序列，或称定时脉冲序列。元同步脉冲序列，或称定时脉冲序列。 u码元同步方法分类码元同步方法分类： p外同步法：利用辅助信息同步（较少采用）外同步法：利用辅助信息同步（较少采用） 缺点：占用频带宽度和功率缺点：占用频带宽度和功率 p自同步法，不需要辅助同步信息，直接从信息码元自同步法，不需要辅助同步信息，直接从信息码元 中提取出码元定时信息。中提取出码元定时信息。 16 第第13章章 同步原理同步原理 n自同步法自同步法 u自同步法分类：自同步法分类： p开环

15、同步法开环同步法： 二进制等先验概率的二进制等先验概率的NRZ中没有离散的码元速率频中没有离散的码元速率频 谱分量。谱分量。 需在接收时对其进行某种需在接收时对其进行某种非线性变换非线性变换，使其含有离，使其含有离 散的码元速率频谱分量，散的码元速率频谱分量， p闭环同步法闭环同步法：用比较本地时钟周期和输入信号码元周期：用比较本地时钟周期和输入信号码元周期 的方法，将本地时钟锁定在输入信号上。的方法，将本地时钟锁定在输入信号上。 17 第第13章章 同步原理同步原理 u开环码元同步法（非线性变换法）开环码元同步法（非线性变换法） p延迟相乘法原理方框图延迟相乘法原理方框图 p（c）后一）后一

16、 半永远是正值；而前一半则半永远是正值；而前一半则 当输入状态有改变时为负值。当输入状态有改变时为负值。 因此，变换后的码元序列的因此，变换后的码元序列的 频谱中就产生了码元速率的频谱中就产生了码元速率的 分量。分量。 p延迟时间等于码元时间一半延迟时间等于码元时间一半 时，码元速率分量最强。时，码元速率分量最强。 c 延迟T/2 a b 放大限幅放大限幅窄带滤波窄带滤波 (c) (b) (a) 18 第第13章章 同步原理同步原理 p微分整流法原理微分整流法原理 正负窄脉冲正负窄脉冲 正脉冲（含有码元速率分量）正脉冲（含有码元速率分量） p同步跟踪误差：同步跟踪误差：不可能降为零不可能降为零

17、 直接从接收波形中提取同步直接从接收波形中提取同步 低低 通通 微微 分分整整 流流 窄带滤波窄带滤波放大限幅放大限幅 19 第第13章章 同步原理同步原理 u闭环码元同步法闭环码元同步法 p基本原理：基本原理：将将接收信号接收信号和和本地产生的码元定时信号本地产生的码元定时信号相比相比 较，使本地产生的定时信号和接收码元波形的转变点保较，使本地产生的定时信号和接收码元波形的转变点保 持同步。这种方法类似载频同步中的锁相环法。持同步。这种方法类似载频同步中的锁相环法。 p“超前超前/滞后门滞后门”同步器：同步器： 超前门超前门 滞后门滞后门 环路环路 滤波滤波 | | | | + 压控压控 振

18、荡振荡 + - u1 u2 |u1| |u2| e=|u2|-|u1| m(t) 门波形产门波形产 生生 dT dt 0 T d dt 20 第第13章章 同步原理同步原理 工作原理：工作原理： T d d +1 -1 超前门超前门 滞后门滞后门 (a) 同步状态同步状态 (b) 超前状态超前状态 d+ +1 -1 超前门超前门 滞后门滞后门 T 2 积分时间积分时间 21 第第13章章 同步原理同步原理 p存在的问题存在的问题 若无突跳边沿，无法取得同步。若无突跳边沿，无法取得同步。 两个支路积分器的性能不可能做得完全一样两个支路积分器的性能不可能做得完全一样 p解决办法解决办法 改用改用H

19、DB3码，或用扰乱技术，使发送码元序列不码，或用扰乱技术，使发送码元序列不 会长时间地没有突跳边沿。会长时间地没有突跳边沿。 22 第第13章章 同步原理同步原理 n码元同步误差对于误码率的影响码元同步误差对于误码率的影响 u用匹配滤波器或相关器接收码元时用匹配滤波器或相关器接收码元时 u在相邻码元有突变边沿时在相邻码元有突变边沿时 p若码元同步时间误差为若码元同步时间误差为 ，则积分时间将损失，则积分时间将损失2 ， 积分得到的码元能量将减小为积分得到的码元能量将减小为Eb(1-2 /T)； u在相邻码元没有突变边沿时，在相邻码元没有突变边沿时， p积分时间没有损失。积分时间没有损失。 u例

20、：对于等概例：对于等概2PSK信号，平均误码率为：信号，平均误码率为： p无相位误差时无相位误差时 p有相位误差时有相位误差时 0 2 1 n E erfcP b e Tn E erfc n E erfcP bb e 2 1 4 1 4 1 00 23 第第13章章 同步原理同步原理 l群同步群同步 n目的：目的：对接收码元序列分组对接收码元序列分组 n群同步码的种类：群同步码的种类： u集中插入集中插入 u适用于要求快速建立同步的地方，或间断传输信息适用于要求快速建立同步的地方，或间断传输信息 并且每次传输时间很短的场合。并且每次传输时间很短的场合。 信息码组信息码组 同步码组同步码组 信息

21、码组信息码组信息码组信息码组信息码组信息码组 同步码组同步码组同步码组同步码组 24 第第13章章 同步原理同步原理 u分散插入分散插入 适用于连续传输信息之处，例如数字电话系统中适用于连续传输信息之处，例如数字电话系统中。 信息码组信息码组信息码组信息码组信息码组信息码组 同步码元同步码元同步码元同步码元 同步码组同步码组 同步码元同步码元同步码元同步码元 25 第第13章章 同步原理同步原理 u同步电路的状态：同步电路的状态： p捕捉态：捕捉态：在捕捉态时，确认搜索到群同步码的条件必须规在捕捉态时，确认搜索到群同步码的条件必须规 定得很高，以防发生假同步。定得很高，以防发生假同步。 p保持

22、态：保持态： 一旦确认达到同步状态后，系统转入保持态。一旦确认达到同步状态后，系统转入保持态。 此时，仍须不断监视同步码的位置是否正确。此时，仍须不断监视同步码的位置是否正确。 但是，这时为了防止因为噪声引起的个别错误导致认但是，这时为了防止因为噪声引起的个别错误导致认 为失去同步，应该降低判断同步的条件，以使系统稳为失去同步，应该降低判断同步的条件，以使系统稳 定工作。定工作。 26 第第13章章 同步原理同步原理 n集中插入法：又称连贯式插入法。集中插入法：又称连贯式插入法。 u原理：原理： p采用特殊的群同步码组，集中插入在信息码组的前头采用特殊的群同步码组，集中插入在信息码组的前头 p

23、要求群同步码的自相关特性曲线具有尖锐的单峰，要求群同步码的自相关特性曲线具有尖锐的单峰， u局部自相关函数定义局部自相关函数定义：设有一个码组，它包含：设有一个码组，它包含N个码元，个码元， 则其局部自相关函数等于则其局部自相关函数等于 式中，式中，N为码组中的码元数目；为码组中的码元数目； xi = +1或或 -1，当，当1 i N； xi = 0， 当当1 i 和和i N。 jN i jiix xjR 1 )( )1 (Ni 整数）j ( 27 第第13章章 同步原理同步原理 n巴克码：巴克码：常用的一种群同步码。常用的一种群同步码。 u定义：定义：设一个设一个N位的巴克码组为位的巴克码组

24、为x1, x2, ,xN，则其自相，则其自相 关函数可以用下式表示：关函数可以用下式表示： Nj Nj jN xxjR jN i jii , 0 0,0 0, )( 1 1或 28 第第13章章 同步原理同步原理 p巴克码组列表：巴克码组列表： 表中各码组的表中各码组的反码反码（即正负号相反的码）和（即正负号相反的码）和反序码反序码（即时（即时 间顺序相反的码）也是巴克码。间顺序相反的码）也是巴克码。 N巴克码巴克码 1 2， 3 4， 5 7 11 13 29 第第13章章 同步原理同步原理 p例：例：N = 5的巴克码。的巴克码。 在在j = 0至至4的范围内，求其自相关函数值：的范围内，

25、求其自相关函数值： 由以上计算结果可见，其自相关函数绝对值除由以上计算结果可见，其自相关函数绝对值除R(0)外，均不外，均不 大于大于1。 1)4(4 011)3(3 1111)2(2 01111) 1 (1 511111)0(0 1 1 4 2 1 3 3 1 2 4 1 1 5 1 2 i ii i ii i ii i ii i i xxRj xxRj xxRj xxRj xRj 时，当 时，当 时，当 时，当 时，当 30 4123-4-1-3-2 R(j) 1 -1 5 j 3 2 0 第第13章章 同步原理同步原理 p巴克码的自相关函数值曲线巴克码的自相关函数值曲线 自相关函数是偶函

26、数，所以其自相关函数值画成曲线自相关函数是偶函数，所以其自相关函数值画成曲线 如上如上 图所示。将图所示。将j = 0时的时的R(j)值称为值称为主瓣主瓣，其他处的值称为，其他处的值称为旁瓣旁瓣。 31 第第13章章 同步原理同步原理 u集中插入法群同步码检测流程集中插入法群同步码检测流程 初始化初始化 (将同步状态设为捕捉态将同步状态设为捕捉态) 移移1位位 开始开始 N 等待下一等待下一 同步码组同步码组 Y 保持态保持态 捕捉态 N Y 计算计算 R(j) (N-2)? 计算计算 R(j) = N? 32 第第13章章 同步原理同步原理 n分散插入法：分散插入法： u原理：原理： p分散

27、插入法的群同步码都分散插入法的群同步码都很短很短。 p在信息码元序列中在信息码元序列中极少可能出现极少可能出现。例如，在数字电话系。例如，在数字电话系 统中常采用统中常采用“10”交替码。交替码。 p接收端，按照其出现周期搜索若干个周期。接收端，按照其出现周期搜索若干个周期。 信息码组信息码组信息码组 同步码元同步码元 同步码组 同步码元同步码元 33 新码元进入新码元进入 老码元输出老码元输出 检验是否检验是否 “1”和和“0” 交替交替 08 0 07 x 06 x 05 x 04 x 03 x 02 x 01 x 16 1 15 x 14 x 13 x 12 x 11 x 10 x 09

28、 x 24 0 23 x 22 x 21 x 20 x 19 x 18 x 17 x 32 1 31 x 30 x 29 x 28 x 27 x 26 x 25 x 40 0 39 x 38 x 37 x 36 x 35 x 34 x 33 x 第第13章章 同步原理同步原理 p存储检测法。存储检测法。 先将接收码元序列存在计算机的先将接收码元序列存在计算机的RAM中，再进行检验。中，再进行检验。 下图画出了一个下图画出了一个RAM的示意图，它按先进先出的示意图，它按先进先出(FIFO)的的 原理工作：原理工作： 34 第第13章章 同步原理同步原理 n群同步性能群同步性能 u主要性能指标：主

29、要性能指标： p假同步概率假同步概率Pf ：当捕捉时同步系统将错误的同步位置当当捕捉时同步系统将错误的同步位置当 作正确的同步位置捕捉到。作正确的同步位置捕捉到。 特点：信息码元特点：信息码元 错成错成 同步码元。同步码元。 p漏同步概率漏同步概率Pl：同步系统将正确的同步位置漏过而没有同步系统将正确的同步位置漏过而没有 捕捉到。漏同步的主要原因是噪声的影响，捕捉到。漏同步的主要原因是噪声的影响， 特点：正确的同步码元特点：正确的同步码元 变成变成 错误的码元错误的码元。 p原因：原因：噪声影响（两者）噪声影响（两者） 35 第第13章章 同步原理同步原理 u计算漏同步概率：计算漏同步概率：设

30、接收码元错误概率为设接收码元错误概率为p，需检验的同，需检验的同 步码元数为步码元数为n，检验时容许错误的最大码元数为，检验时容许错误的最大码元数为m，则未，则未 漏判定为同步码的概率等于漏判定为同步码的概率等于 式中，式中，Cnr为为n中取中取r的组合数。的组合数。 所以，漏同步概率等于所以，漏同步概率等于 当不允许有错误时，即设定当不允许有错误时，即设定m = 0时，则上式变为时，则上式变为 上式就是不允许有错同步码时漏同步的概率。上式就是不允许有错同步码时漏同步的概率。 m r rnrr nu ppCP 0 )1 ( m r rnrr nl ppCP 0 )1 (1 n l pP)1 (

31、1 36 第第13章章 同步原理同步原理 u计算假同步概率计算假同步概率： p假设信息码元是等概率的；假设信息码元是等概率的； p假设假同步完全是由于某个信息码组被误认为是同步码假设假同步完全是由于某个信息码组被误认为是同步码 组造成的。组造成的。 p同步码组长度为同步码组长度为n n，所以，所以n n位的信息码组有位的信息码组有2 2n n种排列。它被种排列。它被 错当成同步码组的概率和容许错误码元数错当成同步码组的概率和容许错误码元数m m有关。有关。 p若不容许有错码，即若不容许有错码，即m m = 0 = 0，则只有一种可能，即信息码，则只有一种可能，即信息码 组中的每个码元恰好都和同

32、步码元相同。组中的每个码元恰好都和同步码元相同。 p若若m m = 1 = 1，则有，则有C Cn n1 1种可能将信息码组误认为是同步码组。种可能将信息码组误认为是同步码组。 因此假同步的总概率为因此假同步的总概率为 式中，分母式中，分母2 2n n是全部可能出现的信息码组数。是全部可能出现的信息码组数。 n m r r n f C P 2 0 37 第第13章章 同步原理同步原理 n起止式同步起止式同步 u用途：用途：主要适用于电传打字机中。主要适用于电传打字机中。 u原理：原理： p一个字符由一个字符由5个二进制码元组成，每个码元的长度相等个二进制码元组成，每个码元的长度相等 p键盘输入

33、的每个字符之间的时间间隔不等。键盘输入的每个字符之间的时间间隔不等。 p在无字符输入时，电传打字机的输出电压一直处于高电在无字符输入时，电传打字机的输出电压一直处于高电 平状态。平状态。 p在输入一个字符时，于在输入一个字符时，于5个信息码元之前加入一个低电个信息码元之前加入一个低电 平的平的“起脉冲起脉冲”，其宽度为一个码元的宽度，其宽度为一个码元的宽度T，如下图，如下图 所示所示 起止止 1234 5 1.5T T 38 第第13章章 同步原理同步原理 n自群同步自群同步 u唯一可译码唯一可译码 p假设现共有假设现共有4种天气状态需要传输，将其用二进制编码种天气状态需要传输，将其用二进制编

34、码 表示，：表示，： p接收端序列为接收端序列为“1110110110”时，唯一地可以译为时，唯一地可以译为 “雨晴阴阴雨晴阴阴”。 p唯一可译充分条件（唯一可译充分条件（非必要条件非必要条件）是：在编码中任何一）是：在编码中任何一 个码字都不能是其他码字的前缀。个码字都不能是其他码字的前缀。 p满足这个条件的编码又称为满足这个条件的编码又称为瞬时可译码瞬时可译码。 晴晴云云阴阴雨雨 0101 110111 39 第第13章章 同步原理同步原理 u瞬时可译码瞬时可译码 p其码字的边界可以由当前码字的末尾确定，而不必等待下其码字的边界可以由当前码字的末尾确定，而不必等待下 一个码字的开头。一个码

35、字的开头。 p例如，唯一可译码（非瞬时可译码）：例如，唯一可译码（非瞬时可译码）： p例如，在收到例如，在收到“10”后，后， 必须等待下一个符号必须等待下一个符号 若是若是“0”，译为，译为“雨雨” 若是若是 “1”，译为，译为 “阴阴” “晴晴(1)”是是“阴阴(10)”的词头，的词头， “阴阴(10)”是是“雨雨(100)”的词头。的词头。 晴晴阴阴雨雨 110100 40 第第13章章 同步原理同步原理 u唯一可译性前提：唯一可译性前提：即必须正确接收到开头的第一个或前即必须正确接收到开头的第一个或前 几个码元。几个码元。 p例如，例如， p当发送序列是当发送序列是“111011011

36、0”时，（雨晴阴阴时，（雨晴阴阴 ） p若接收若接收“110110110”。这样它将被译为。这样它将被译为“阴阴阴阴阴阴”。 p编码是唯一可译的，且是可同步的。编码是唯一可译的，且是可同步的。 晴晴云云阴阴雨雨 0101 110111 41 第第13章章 同步原理同步原理 u可同步编码：可同步编码： p在接收时若丢失了开头的一个或几个码元，则将变成在接收时若丢失了开头的一个或几个码元，则将变成 是不可译的开头几个码元错译后，能够自动获得正确是不可译的开头几个码元错译后，能够自动获得正确 同步及正确译码。同步及正确译码。 p例如：例如： p当发送码元序列为当发送码元序列为“10011011010

37、1”（云雨阴晴）（云雨阴晴）。 p若收到序列为若收到序列为“00110110101” p对对“0110110101”译码，并译为译码，并译为“晴阴阴晴晴阴阴晴”。 晴晴云云阴阴雨雨 01100 1011101 42 第第13章章 同步原理同步原理 u无逗号码：无逗号码： p可同步码中的一种码组长度均相等的码。可同步码中的一种码组长度均相等的码。 p例如，三进制、码长等于例如，三进制、码长等于3： p自动正确地区分每个接收码字。自动正确地区分每个接收码字。 p尚无一般的构造方法。尚无一般的构造方法。 ABCDFGHI 100101102200201202211212 43 第第13章章 同步原理

38、同步原理 l网同步网同步 n目的目的：全网各站能够互连互通，正确地接收信：全网各站能够互连互通，正确地接收信 息码元。息码元。 n方法分类：方法分类： u单向通信系统：由接收设备调整自已的时钟，使之单向通信系统：由接收设备调整自已的时钟，使之 和发送设备的时钟同步，如广播系统。和发送设备的时钟同步，如广播系统。 u双向通信系统：双向通信系统： p同步网同步网：全网各站具有统一时间标准：全网各站具有统一时间标准 p异步网异步网（准同步网）准同步网）：容许各站的时钟有误差，但：容许各站的时钟有误差，但 是通过调整码元速率的办法使全网能够协调工作是通过调整码元速率的办法使全网能够协调工作 44 第第

39、13章章 同步原理同步原理 u同步网的同步方法同步网的同步方法 p可能由接收设备负责解决，也可能需要收发双方共同解决。可能由接收设备负责解决，也可能需要收发双方共同解决。 p例：例： 一个卫星通信网中有一个卫星通信网中有4个地球（终端）站，在卫星（中心个地球（终端）站，在卫星（中心 站）站）S1上接收地球站的上接收地球站的TDMA信号，其时隙安排示于下信号，其时隙安排示于下 图中：图中： 上行 下行 ABCD S1S2 E-1E-1E-1 E-1 E-2 A B C DA B t 45 第第13章章 同步原理同步原理 发射机同步方法：发射机同步方法： 地球站发射到达时间必须是卫星接收时间。地球

40、站发射到达时间必须是卫星接收时间。 地球站与卫星距离不等，时钟也需要不同。地球站与卫星距离不等，时钟也需要不同。 不可能调整卫星上中心站接收机时钟不可能调整卫星上中心站接收机时钟 各地球站按照和卫星的距离远近，将发射信号的时钟调整到各地球站按照和卫星的距离远近，将发射信号的时钟调整到 和卫星上中心站接收机的时钟一致；和卫星上中心站接收机的时钟一致； 46 第第13章章 同步原理同步原理 p发射机同步方法的分类：发射机同步方法的分类： p开环法：开环法： u不需依靠中心站上接收信号到达时间的任何信息。不需依靠中心站上接收信号到达时间的任何信息。 u终端站根据它所存储的关于链路长度等信息可以预先校

41、终端站根据它所存储的关于链路长度等信息可以预先校 正其发送时间。正其发送时间。 u这些信息是从有关单位提供的，但是还可以按照从中心这些信息是从有关单位提供的，但是还可以按照从中心 站送回的信号加以修正。站送回的信号加以修正。 u特点：特点： u捕捉快、不需要反向链路也能工作和实时运算量小。捕捉快、不需要反向链路也能工作和实时运算量小。 u缺点是需要外部有关单位提供所需的链路参量数据，并缺点是需要外部有关单位提供所需的链路参量数据，并 且缺乏灵活性。且缺乏灵活性。 47 第第13章章 同步原理同步原理 p闭环法：闭环法： 中心站需要测量来自终端站的信号的同步准确度，并将中心站需要测量来自终端站的

42、信号的同步准确度，并将 测量结果通过反向信道送给终端站。测量结果通过反向信道送给终端站。 闭环法需要一条反向信道传送此测量结果，并且终端站闭环法需要一条反向信道传送此测量结果，并且终端站 需要有根据此反馈信息适当调整其时钟的能力。需要有根据此反馈信息适当调整其时钟的能力。 p特点：特点： 不需要预先得知链路参量的数据。并且可以很容易地利不需要预先得知链路参量的数据。并且可以很容易地利 用反向链路来及时适应路径和链路情况的变化。用反向链路来及时适应路径和链路情况的变化。 终端站需要有较高的实时处理能力，并且每个终端站和终端站需要有较高的实时处理能力，并且每个终端站和 中心站之间要有双向链路。此外

43、，捕捉同步也需要较长中心站之间要有双向链路。此外，捕捉同步也需要较长 的时间。的时间。 48 第第13章章 同步原理同步原理 u异步网或准同步网的同步方法：异步网或准同步网的同步方法： p准同步数字体系准同步数字体系(PDH)中采用的码速调整法。中采用的码速调整法。 p以上面的卫星通信网为例：以上面的卫星通信网为例： 若若4个地球站的上行信号都是一次群个地球站的上行信号都是一次群E-1信号，其码元信号，其码元 标称速率都是标称速率都是2048 kb/s，在，在S1上合成的上合成的E-2群码元速群码元速 率为率为8448 kb/s， 将将8448 kb/s平均分配到每个平均分配到每个E-1群的码

44、元速率为群的码元速率为2112 kb/s，它高于，它高于2048 kb/s。 49 第第13章章 同步原理同步原理 n开环法开环法 u开环法分类：开环法分类： p需要利用反向链路提供的信息。需要利用反向链路提供的信息。 p不需要利用反向链路提供的信息。不需要利用反向链路提供的信息。 对处理能力没有要求，但其通信性能显然受链路特性稳对处理能力没有要求，但其通信性能显然受链路特性稳 定性的影响。定性的影响。 u举例：举例： p一个卫星通信系统，一个卫星通信系统， p所有地面发射机的同步系统都需要预先校正信号的定时所有地面发射机的同步系统都需要预先校正信号的定时 和频率，以求信号用预定的频率在预定的

45、时间到达卫星和频率，以求信号用预定的频率在预定的时间到达卫星 接收机。接收机。 50 第第13章章 同步原理同步原理 u准闭环发射机同步法：准闭环发射机同步法： p终端站利用对反向链路信号测量进行同步。终端站利用对反向链路信号测量进行同步。 p比纯开环法更适应通信系统的变动性。比纯开环法更适应通信系统的变动性。 51 第第13章章 同步原理同步原理 n闭环法闭环法 u原理：原理： p闭环法需要终端站发送特殊的同步信号，用以决定闭环法需要终端站发送特殊的同步信号，用以决定 信号的时间和频率误差。信号的时间和频率误差。 u种类：种类： p中心站有处理能力：中心站有处理能力：中心站可以进行实际的误差测中心站可以进行实际的误差测 量。将测量信息用反向链