4 同步技术

1. 4 同步技术 载波同步技术 位同步技术 群同步（帧同步）技术 网同步技术

2. 载波同步 • 数字调制系统的性能是由解调方式决定的。相干解调中，首先要在接收端恢复出相干载波，这个相干载波应与发送端的载波在频率上同频，在相位上保持某种同步关系。

3. 位同步（码元同步） • 位同步又称码元同步。不管是基带传输，还是频带传输（相干或非相干解调），都需要位同步。

4. 群同步（帧同步） • 对于数字信号传输来说，数字信号是按照一定数据格式传送的，一定数目的信息码元组成一个“字”，若干个“字”组成一“句”，若干“句”构成一帧，从而形成群的数字信号序列。

5. 网同步（通信网络中使用） • 当通信是在两点之间进行时，完成了载波同步、位同步和群同步之后，接收端不仅获得了相干载波，而且通信双方的时标关系也解决了。

6. 同步信号的获取方式 • 同步也是一种信息，按照传输同步信息方式的不同，可分为外同步法和自同步法。 • 外同步法 • 由发送端发送专门的同步信息，接收端把这个专门的同步信息检测出来作为同步信号的方法，称为外同步法。 • 自同步法 • 发送端不发送专门的同步信息，接收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。

7. 同步的技术指标 • 同步系统性能的降低，会直接导致通信质量的降低，甚至使通信系统不能工作。 • 同步误差小 • 相位抖动小 • 同步建立时间短 • 同步保持时间长 • 要求传输可靠性：同步信息高于信号

8. 1 载波同步技术 • 插入导频法（外同步法） • 直接法（自同步法）

9. （1）插入导频法（外同步法） • 频域插入导频 • 时域插入导频

10. SSB、DSB信号简介 • 假设无线电音频信号频率为500Hz，载波频率为10MHz，那么调制后信号将产生的主要频率：10MHz + 500Hz=10.0005MHz —— 上边带（USB） 10MHz - 500Hz= 9.9995MHz —— 下边带（LSB） • 在调幅波频谱中的上下两个边带都含有相同的信息，只传送一个边带也就可以完成信息的传送,为了提高发射功率的效率,而把其中一个边带和载波都消除掉。这个过程就叫做单边带调制，而最终输出的无线电信号就叫做单边带信号（SSB）。 • 在调制时上下两个边带含有不同的信息，称为双边带调制，输出的信号就叫做双边带信号（DSB）。

11. 频域插入导频 • 在DSB信号中插入导频 • 插入导频的位置应该在信号频谱为零的位置，否则导频与信号频谱成分重叠在一起，接收时不易取出。

12. 2PSK的正频域频谱图 • 从下图所示的频谱图可以看出，在载频处，已调信号的频谱分量为零，载频附近的频谱分量也很小且没有离散谱，这样就便于插入导频以及解调时易于滤出它。 • （a）基带信号x(t)频谱函数 • （b）对x(t)进行相关编码得到的频谱函数 • （c）双边带调制后得到的频谱函数 插入导频

13. 双边带调制系统发送端电路框图 • 码变换器将Sd(t)频谱中的直流和相邻的低频信号滤掉或衰减 • 经低通滤波器加给环行调制器，由带通滤波器取出上、下边带送给加法器。 • 同时送给加法器的还有载波移相90°的Acsinωct。（发送端必须正交插入导频，不能加入Acosωt导频信号，否则接收端解调后会出现直流分量，这个直流分量无法用低通滤波器滤除，将对基带信号的提取产生影响。 ）

14. 在残留边带信号中插入导频 • 插入导频f1、f2的选择。可以在残留边带频谱的两侧插入f1和f2；f1和f2不能与（fc-fm）和（fc+fr）靠得太近，太近不易滤出f1和f2，但也不能太远，太远占用过多频带。

15. 2PSK载波信号的提取 • 接受端收到的信号 e(t) = ASc(t)cosωct+Acsinωct • 接受信号频率fc,移相得到Accosωct • 相成器完成 [ASc(t)cosωct+Acsinωct] Accosωct = ½ A·AcSc(t)+ ½A·AcSc(t)+cos2cosωct+ ½Ac2sin2ωct • 通过低通滤波器得到 ½A·AcSc(t) • 如果用Accosωct时，得到½AcSc(t)+ ½Ac 直流分量½Ac对抽样判决有干扰

16. 插入导频法接收端电路框图

17. 时域插入导频法 • 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。 t0～t1 的时隙中传送位同步信号； t1～t2 的时隙内传送帧同步信号； t2～t3 的时隙内传送载波同步信号； t3～t4 的时间内传送数字信息。

18. （2）直接法（自同步法） • 已调信号x(t)cosωct,其中x(t)为2PSK信号，双极性矩形脉冲。 • 接收端经过平方得到 e(t)=[x(t)cosωct]2 = ½ x2(t)+ ½x2(t) cos2ωct ∵ x(t)=±1 ∴ e(t)= ½(1+cos2ωct) • 由此，通过窄带滤波器取出2fc,经过二分频得到频率这就是所需要的载波频率

19. 2 位同步技术 • 位同步是数字通信中非常重要的一个同步技术。位同步与载波同步是截然不同的两种同步方式。在模拟通信中，没有位同步的问题，只有载波同步的问题，而且只有接收机采用同步解调时才有载波同步的问题。但在数字通信中，一般都有位同步的问题。 • 对位同步信号的要求有两点：一是使收信端的位同步脉冲频率和发送端的码元速率相同；二是使收信端在最佳接收时刻对接收码元进行抽样判决。

20. （1）插入导频法（外同步法） • 在无线通信中，数字基带信号一般都采用不归零的矩形脉冲，并以此对高频载波作各种调制。解调后得到的也是不归零的矩形脉冲，码元速率为fs，码元宽度为Ts，这种信号的功率谱在fs处为零，例如双极性码的功率谱密度如下图所示。

21. 包络调制法 • 插入导频法的另一种形式是使数字信号的包络按位同步信号的某种波形变化。在移相键控或移频键控的通信系统中，对已调信号进行附加的幅度调制后，接收端只要进行包络检波，就可以形成位同步信号。

22. 包络调制法 • 设移相信号的表示式为 s1（t）=cos［ωct+φ（t）］ • 现在用某种波形的位同步信号对s1（t）进行幅度调制，若这种波形为升余弦波形，则其表示式为 m（t）=1/2（1+cosΩt） 式中Ω=2π/Ts，Ts为码元宽度。幅度调制后的信号为 s2（t）=1/2（1+cosΩt）cos［ωct+φ（t）］ s2（t）可称为调幅调相波。 • 接收端对s2（t）进行包络检波，包络检波器的输出为1/2（1+cosΩt），除去直流分量后，就可获得位同步信号1/2cosΩt。

23. 时域插入法 • 事实上，同步信号也可以在时域内插入，这时载波同步信号、位同步信号和数据信号分别被配置在不同的时间内传送。

24. （2）自同步法 • 自同步法的收端位同步提取电路，从功能上讲，一般都由两部分组成： • 第一部分是非线性变换处理电路，它的作用是使接收信号或解调后的数字基带信号经过非线性变换处理后含有位同步频率分量或位同步信息； • 第二部分是窄带滤波器或锁相环路，它的作用是滤除噪声和其他频谱分量，提取纯净的位同步信号。

25. 滤波法 • 对于不归零的随机二进制序列，不能直接从其中滤出位同步信号。 • 波形变换在实际应用中可以是微分、整流电路。 • 滤波法提取的定时信号不稳定、不可靠。

26. 滤波法原理图

27. 基带信号微分、整流波形

28. 锁相法 • 位同步锁相法的基本原理和载波同步的类似。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，若两者相位不一致（超前或滞后），鉴相器就产生误差信号去调整位同步信号的相位，直至获得准确的位同步信号为止。

29. 3 群同步（帧同步）技术 • 在计算机数据通信系统中，接收端为了正确恢复所传输的内容，必须知道每个码元序列的起始与结束位置。由于数据的信号结构是遵照通信协议事先规定好的，因此在接收端很容易得到一帧信息。为了实现群同步，要在数据序列中插入特殊的同步码或同步字符。

30. 群同步系统的要求 • 正确建立同步的概率要大。 • 初始捕获同步的时间要短。 • 既能迅速发现失步，又能及时恢复同步并长时间保持同步。 • 用于实现同步的冗余比特要少。

31. 群同步的方法 • 起止式同步法 • 连贯式插入法 • 间歇式插入法（分散插入法）

32. （1）起止式同步法 • 电传机中广泛使用这一方法。它用5个码元代表一个字母（或符号等），在每个字母开始时，先发送一个码元宽度的负值脉冲，再传输5个单元编码信息，接着再发送一个宽度为1.5个码元的正值脉冲。

33. 7.5个码元 止 起 止 5个码元 信息

34. （2）连贯式插入法 • 连贯式插入法又称为集中插入法。这种方式就是将帧同步码以集中的形式插入信息码流中，一般帧同步码集中插入到一帧的开始位置。

35. 控制字符 数据字符 控制字符 控制字符 数据字符 控制字符

36. 对作为群同步码组的特殊码组有两个方面的要求：一方面要求同步码组在信息码元序列中不易出现以便识别，即将信息码元误认为同步码组的概率要小，同时当同步码组中有误码时，漏识别的概率也要小。另一方面的要求是识别该特殊码组的识别器应该尽量简单。对作为群同步码组的特殊码组有两个方面的要求：一方面要求同步码组在信息码元序列中不易出现以便识别，即将信息码元误认为同步码组的概率要小，同时当同步码组中有误码时，漏识别的概率也要小。另一方面的要求是识别该特殊码组的识别器应该尽量简单。

37. （3） 间歇式插入法（分散插入法） • 群同步码组不是集中插入在信息码流中，而是将它分散地插入，即每隔一定数量的信息码元，插入一个群同步码元。群同步码码型选择的主要原则是：一方面要便于收端识别，即要求群同步码具有特定的规律性，这种码型可以是全“1”码、“1”“0”交替码等；另一方面，要使群同步码的码型尽量和信息码相区别。

38. 4 网同步技术 • 主从同步方式 • 互同步方式 • 码速调整法 • 水库法

39. （1）主从同步方式 • 这种方法是在整个通信网中的某一站设置一个高稳定的主时钟源，它产生的时钟从主时钟源逐站传送至网内的各站，因而保证网内各站的频率和相位都相同。

40. （2）互同步方式 • 为了解决主从同步方式的不足，提出互同步方式，这种方式是在没有主时钟的情况下，使互相联接的数字网高度地同步。它所采用的同步方式是相互的，没有上述的主从关系，网内各交换点（站）都有自己的时钟，但它们相互联结，相互影响，最后统一到同一时钟频率（平均值）上。

41. （3）码速调整法 • 在CCITT标准中，采用数字复接技术把较低群次的数字流逐级汇合成更高群次的数字流，参与复接的各支路数字流若是异步的，合群时，首先必须将这些异步的数字流进行码速调整，使之变为相互同步的数字流；收端分路时，从这些相互同步的数字流中分别进行码速恢复，复原出各支路异步的数字流。

42. （4）水库法 • 它不是依靠填充脉冲或扣除脉冲的方法来调整速率，而是依靠在通信网的各站都设置极高稳定度的振荡器和容量足够大的缓冲存储器，使得在很长的时间间隔内不发生“取空”或“溢出”的现象。容量足够大的存储器就像水库一样，既很难将水抽干，也很难将水库灌满，因而就无需进行码速调整了。