同步技术

计算机网络通信原理——同步技术
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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
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同步技术的重要性
• 同步本身虽然不包含所要传送的信息，但只有收 发设备之间建立了同步后才能开始传送信息，所 以同步是进行信息传输的必要和前提。 • 同步性能的好坏将直接影响着通信系统的性能。 如果出现同步误差或失去同步就会直接导致通信 质量下降，降低通信系统性能，甚至使通信中断。
• 若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）。
• 若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）。
• 按照获取和传输同步信息方式的不同，又可分为外同步法和 自同步法。
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同步传输与异步传输
• 在数字通信系统中，按照传输数据的速率 是否恒定分为： 1. 异步传输方式 收发双方独立产生同步时钟，但定期进行 校准。
2. 同步传输方式 接收方的时钟完全由发送方控制。
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• 已调信号x(t)cosωct,其中x(t)为2PSK信号，双极性矩形脉冲。
x(t)cos ωct n i (t) 带通 × fc 平方律 部件 e(t ) 二分频 2fc 低通 x(t)
2fc 窄带滤波
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平方变换法
• 已调信号x(t)cosωct为2PSK信号，双极性矩形脉冲。 • 接收端经过平方律部件后得到 e(t)=[x(t)cosωct]2
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同步传输
• 在同步传输中以数据块为单位发送比特流。数据块加上前 缀、后缀和控制信息形成了帧。 • 为了防止时钟漂移，保证接收端接收的每一位数据都和发 送端准确地保持同步，常用的方式有内同步和外同步。 ①内同步： 在传输的信号中嵌入时钟信息，使接收端能从接收的信号 波形中提取时钟信息。 ②外同步： 在发送端和接收端之间提供单独的时钟线路，或发送端在 发送数据前先发一串同步时钟脉冲（同步字符串），接收 端按这个时钟频率调整采样频率。
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异步传输
• 异步传输采用字符同步方式进行传输时，由于字符短， 时钟的漂移不会影响脉冲信号的正确接收，收发双方不 需要严格的时间标准。 • 字符内部的每一位采用固定的时间模式，字符之间间隔 可以任意。因此，传输数据的速率不是恒定的。 • 异步传输又称起止式传输，它采用独特的起始信号（起 始位）和终止信号（结束位）来限定每个字符，按位逐 次地传输，因此其传输效率较低。
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频域插入导频
• 在DSB信号中插入导频：
• 插入导频的位臵应该在信号频谱为零的位臵，否则导频与 信号频谱成分重叠在一起，接收时不易取出。 • 对于2PSK和2DPSK等数字调制的信号，在载波fc附近的频 谱不但有，而且比较大，因此对于这样的数字信号，在调 制以前先对基带信号x(t)进行相关编码。 • 相关编码的作用是把如图 (a)所示的基带信号频谱函数变 为如图 (b) 所示的频谱函数，这样经过双边带调制以后可 以得到图(c)所示的频谱函数，在fc附近频谱函数很小，且 没有离散谱，这样可以在fc处插入频率为 fc的导频 (这里仅 画出正频域)。
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2PSK载波信号的提取
• 假定接受端收到的信号与发送端完全相同
e(t) = ASc(t)cosωct+Acsinωct
• 接受信号中含有频率fc，移相90°得到Accosωct • 相乘器完成 （ASc(t)cosωct+Acsinωct） Accosωct = A· AcSc(t) /2+ A· AcSc(t)/2+cos2cosωct+ ½ Ac2sin2ωct • 通过低通滤波器得到 A· AcSc(t)/2 • 如果用Accosωct时，得到 AcSc(t)/2+ Ac /2 注意：直流分量Ac /2对抽样判决有干扰。
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（1）插入导频法（外同步法）
• 插入导频法也可以分为两种：
1. 一种是在频域插入，即在发送信息的频谱中 或频带外插入相关的导频；
2. 另一种是在时域插入， 即在一定的时段上传 送载波信息。 • 对载波同步的要求是：发送载波同步信息所占的 功率尽量小，频带尽量窄。
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不同功用的同步：群同步
• 在数字通信中，信息流是用若干码元组成一个个“字”， 又用若干个“字”组成“句”。在接收这些数字信息时，必 须知道这些“字”、“句”的起止时刻，否则接收端无法正 确恢复信息。
• 在数字时分多路通信系统中，各路信码都安排在指定的时隙 内传送，形成一定的帧结构。在接收端为了正确地分离各路 信号，首先要识别出每帧的起始时刻，从而找出各路时隙的 位臵。
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同步信号的获取方式
• 同步也是一种信息，按照获取和传输同步信息方 式的不同可分为： 1. 外同步法
– 由发送端发送专门的同步信息（常被称为导频），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。
2. 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。
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不同功用的同步：载波同步
• 在数字频带传输系统中，采用相干解调时，接收 端需要产生一个与接收信号中的调制载波同频同 相的相干载波。这个载波的获取称为载波提取或 载波同步。
• 在学习数字调制技术过程中，我们了解到要想实 现相干解调，必须有相干载波。因此，载波同步 是实现相干解调的先决条件。
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10ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
不同场合的同步方式
• 由于外同步法需要传输独立的同步信号，因此， 要付出额外功率和频带，而自同步法是人们最希 望的同步方法，因为可以把全部功率和带宽分配 给信号传输。 • 在载波同步和位同步中，二者都有采用，而自同 步法用得较多；在群同步中，一般都采用外同步 法。
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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。
插入导频
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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。）
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不同功用的同步：位同步
• 位同步又称码元同步。在数字通信系统中，不管采用基带 传输，还是频带传输，都需要位同步。 • 任何消息都是通过一连串码元序列传送的，所以接收时需 要知道每个码元的起止时刻，以便在恰当的时刻进行采样 判决。 • 接收端必须提供一个位同步脉冲序列，该序列的重复频率 与码元速率相同，相位与最佳取样判决时刻一致。我们把 提取这种定时脉冲序列的过程称为位同步。
位 同 步
t0 t1
帧 同 步
t2
载 波 同 步
t3
信息
位 同 步
t4
帧 同 步
载 波 同 步 第二帧
信息
第一帧
(a )
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时域插入导频法接收端电路框图
接收信号
带通 门控信号 线性门
解调
锁相环 鉴相器 环 路 滤波器 压 控 振荡器
(b )
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同步的技术指标
• 同步系统应具有比信息传输系统更高的可 靠性和更好的质量指标，如：
– 同步误差小 – 相位抖动小 – 同步建立时间短
– 同步保持时间长
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第十一章 同步技术
1. 同步的基本概念
2. 载波同步技术 3. 位同步技术 4. 群同步(帧同步)技术 5. 网同步技术
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插入导频法的使用场合
• 抑制载波的双边带信号（如DSB、等概的2PSK） 本身不含有载波，残留边带（VSB）信号虽含有 载波分量，但很难从已调信号的频谱中把它分离 出来。对这些信号的载波提取，可以用插入导频 法（外同步法）。
• 尤其是单边带（SSB）信号， 它既没有载波分量 又不能用直接法提取载波，只能用插入导频法。
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在残留边带信号中插入导频
• 残留边带频谱的特点： • 以取下边带为例，fc为载波频率，从(fc -fm)到fc的下边带频谱绝 大部分可以通过，而上边带信号的频谱fc到(fc+fr)只有小部分通 过。这样，当基带信号为数字信号时， 残留边带信号的频谱 中包含有载频分量fc，而且fc附近都有频谱，因此插入导频不 能位于fc 。