第十一章同步原理课件

第十一章同步原理2023/7/291基本内容11.1

引言11.2

载波同步11.3

位同步11.4

帧同步

11.5网同步2023/7/29211.1引言定义：指系统的收发两端（或多端）在时间上保持步调一致。

载波同步:同步解调时相干载波的获取

码元（位）同步：抽样时刻应位于码元终止时刻；

群同步（字同步）

帧同步（句同步）

网同步意义：信息传输的前提，同步性能的好坏直接影响系统性能。2023/7/29311.1引言F(t)m1(t)CLKSL1PCM1PCMAkm2(t)CLKSL2PCM2CLKBkcoscta

PCM编码

PCM编码同步复接码变换2PSK调制发滤波器信道acosctBkAkPCM

b收滤波器载波同步低通位同步抽样判决码反变换cp(t)bcp(t)FsF1F2F1cp(t)cp(t)m1(t)m2(t)帧同步延迟

PCM译码

PCM译码2023/7/29411.1引言(续)设CLK频率为192KHz、SL1、SL2的频率为8KHz，则SL1、SL2、PCM1、PCM2、F(t)、及PCM信号的波形如下SL1SL2D11D12PCM1D21PCM201110010D11D2101110010D12D22PCM0111001001110010

F(t)D222023/7/295一、载波同步方法

11.2载波同步1插入导频法

可在抑制载波双边带信号中插入导频，也可以在单边带信号中插入导频。当基带信号是模拟话音信号时，由于话音最低频率为300Hz、故DSB信号频谱图中，在载频fc附近无连续谱，有利于插入导频。当基带信号是数字信号时，必须进行相关编码变换再进行DSB调制（如PSK）。载波同步方法分插入导频法(外同步法)和直接法(自同步)。2023/7/296发方框图m(t)sinct-cosct(正交导频)u0(t)=m(t)sinct-cosct90o相移相加带通ud(t)m(t)V(t)sinct收方框图90o相移低通带通fc窄带带通插入导频法2023/7/297fC导频频谱图f注意：（1）插入正交导频的目的：收端相乘器的输出V(t)中无直流。也可以插入同相导频，低通滤波器中加入隔直电容即可。（2）插入导频信号的功率应比较小，否则就成为AM信号了。（3）VSB信号一般在电视中采用，常用包络检波法解调。2023/7/2982直接法（介绍如何从2PSK信号中直接提取相干载波）2PSK信号e(t)cos2ctcosct-cosct2fc窄带带通平方二分频注意：二分频产生相模糊现象

2PSK信号ui(t)PDLFVCOu0(t)cosct-cosct平方鉴相器环路滤波器压控振荡器二分频移相

一般采用模拟环，uo(t)超前于ui(t)中的2fc成分90°，二分频、移相后得到cosct或-cosct。平方变换法和平方环法2023/7/299uiu1u2u3u4u6u5u7低通900移相

VCO

LPF低通同相正交环法2023/7/2910上式中，Um、Ud为乘法器引起的信号幅度变化，当VCO的固有振荡频率与2PSK的载频非常接近且环路增益很高时，环路锁定后，。可见用同相正交环提取的载波也存在相位模糊现象。环路锁定后，考虑到噪声等因素，应对u5(t)进行抽样判决以再生数字基带信号。从4PSK信号中提取相干载波的方法与2PSK相似，可用四次方变换，四次方环及四相Costas环。用Costas环提取相干载波时，环路的工作频率等于信号载频，用其它方法时电路工作频率等于信号载频的二倍或四倍。

同相正交环法2023/7/2911二、载波同步系统的性能

高效率：为了获得载波信号而尽量少消耗发送功率；高精度：提取的载波应是相位尽量精确的相干载波，即相位误差尽量小；相位误差=稳态相差+随机相差。1、稳态相差2023/7/29122、随机相差2023/7/29133、建立时间与保持时间2023/7/2914结论：建立时间短和保持时间长是矛盾的，若Q值高，保持时间长，但建立时间也长；反之，若Q值低，建立时间短，但保持时间也短。2023/7/2915三、载波相位误差对解调性能的影响模拟通信

m(t)cosct+n(t)cos(ct+θ)uo(t)

BPF

LPF输出信号功率

输出噪声功率2023/7/2916三、载波相位误差对解调性能的影响

可见，相位误差对双边带信号解调性能的影响只是引起信噪比下降，然而，对残留边带信号和单边带信号来说，相位误差不仅引起信噪比的下降，而且还引起信号的畸变。2023/7/291711.3位同步

位同步方法分为插入导频法（外同步法）和直接法（自同步）1.插入导频法

01/TfM(w)M(w)01/2Tf输入基带信号延时窄带LF移相器倒相器基带信号定时器同步信号2023/7/291811.3位同步

2、直接法(1).滤波法

r(t)ui(t)u0(t)cp(t)波形变换窄带带通滤波器脉冲形成移相波形变换输出信号中必须含有频率等于码速率的离散谱。若信道中传输的是BNRZ码或2DPSK信号，则波形变换单元可由比较、微分、整流等三部分构成，波形示意图如下2023/7/2919比较器输出r(t)微分输出ui(t)

若无码间串扰且无噪声，则ui(t)脉冲的上升沿都应与各码元的开始时间对齐，它的频谱中包含有位同步信号重复频率的离散谱成分，滤波、脉冲形成及移相后可得到理想的位同步信号。2023/7/2920码间串扰和噪声使位同步器输出的位同步信号在一定范围内抖动。信息码中的连“1”或连“0”码也会造成位同步信号相位抖动。连“1”或连“0”个数越多，滤波输出信号uo(t)的周期和幅度变化越大，位同步输出信号的相位抖动也越大。因此在基带传输系统中常采用HDB3码，在数字调制传输中常将信号源输出的数字基带信号位进行扰码处理以减少连“1”和连“0”的个数。2023/7/2921(2).锁相环法扣除门超前脉冲滞后脉冲相位比较器n次分频器或门整形晶振位同步脉冲输出接收码元附加门a路b路2023/7/2922微分整流型数字锁相环位同步脉冲输出dc脉冲形成n次分频器或门整流晶振接收码元a路微分单稳4整形单稳2单稳1AB单稳3b路feabg常开门常闭门2023/7/2923同相正交积分型数字锁相接收码元正交积分同相积分取样保持取样保持微分单稳BA模2加扣除门附加门整形晶振或门n次分频脉冲形成延迟T/2滞后脉冲位同步脉冲adbcefghjk2023/7/2924位同步系统的性能及其相位误差对性能的影响一、数字锁相法的同步性能1、相位误差：2、同步建立时间：3、同步保持时间：4、同步带宽：2023/7/2925二、位同步相位误差对性能的影响同步误差使误码率增大，因同步信号偏离了被采样信号的最大值对应的时间。如2PSK最佳接收机的误码率为：2023/7/292611.4帧（群）同步

一、帧同步码插入方式及码型1．集中插入（连贯插入）

在一帧开始的n位集中插入n比特帧同步码，PDH中的A律PCM基群、二次群、三次、四次群，μ律PCM二次群、三次群、四次群以及SDH中各个等级的同步传输模块都采用集中插入式。2．分散插入式（间隔插入式）

n比特帧同步码分散地插入到n帧内，每帧插入1比持，μ律PCM基群及△M系统采用分散插入式。分散插入式无国际标准，集中插入式有国际标准。帧同步码出现的周期为帧周期的整数倍，即在每N帧（N≥1）的相同位置插入帧同步码。2023/7/29273.帧同步码码型选择原则

（1）假同步概率小（2）有尖锐的自相关特性，以减小漏同步概率如A律PCM基群的帧同步码为0011011，设“1”对应正电平1，“0”码对应负电平-1，则此帧同步码的自相关特性如下图所示

0123456-6-5-4-3-2-1-1-1-1-1-5-5-5-53333j7R(j)2023/7/2928二、帧同步码识别

集中插入帧同步码的识别方法：设帧同码为0011011，当帧同步码全部进入移位寄存器时它的7个输出端全为高电平，相加器3个输出端全为高电平，表示ui=1+2+4=7。门限L由3个输入电平决定，它们的权值分别为1，2，4。比较器相加器门限L421124u0ui移位寄存器PCM码流QQQQQQQ2023/7/2929

x0011011数据码

x0011011数据码ttPCM码流u0此脉冲对齐第一位数据2023/7/2930三、识别器性能设误码率为Pe，n帧码位，L=n-m，（即允许帧同步码错m位），求漏识别概率P1和假识别概率P2以及同步识别时间ts。1．漏识别概率

结论：门限L越低，Pe越小，则漏识别概率越小。2．假识别概率

结论：门限越高，帧码位数越多，则假识别概率越小。2023/7/29313．同步识别时间ts

结论：集中插入式同步识别时间远小于分散插入式的同步识别时间。

2023/7/2932四、同步保护

1．后方保护：当帧同步系统处于捕捉态时，连续个同步帧时间内识别器有输出时，同步系统进入同步状态，输出帧同步信号。此措施可减小假同步概率。也可以在采取此措施的同时提高门限电平以进一步减小假同步概率。

2．前方保护：当帧同步系统处于同步态时，连续β个同步帧时间内识别器检测不到帧同步码，则系统回到捕捉态。此措施可以减小漏同步（假失步）概率。也可以在采取此措施的同时降低限电平，以进一步减小漏同步概率。3．同步性能：设门限等于帧码码元数n，同步帧长为N比持，同步周期为TF秒，则

2023/7/293311.5网同步

一、必要性

复接器信道分接器ABCDABCD低速数据流高速数据流同步复接：各低速率支路的数据的速率完全相等，则通信网需对各支路用户提供同步时钟即建立一个同步网。准同步复接：各支路数据速率的标称值相等但实际值存在一定误差，复接时对各支路数据速率进行调整或其它处理。码速调整及其它处理方法也属于网同步技术范畴。2023/7/2934

二、网同步方法简介

1．主从同步法：通信网中某一站（主站）设置一个高稳定的主时钟，其它各站（从站）的时钟频率和相位同步于主时钟的频率和相位。2.相互同步法：网内各站设有独立时钟，它们的固有频率存在一定偏差，各站所使用的时钟频率锁定在网内各站固有频率的平均值上（此平均值将称为网频）。3．码速调整法：有正码速调整、负码速调整、正负码速调整和正/零/负码速调整四大类。在PD