复用和同步技术.课件.ppt

1、4 4 复用和同步技术复用和同步技术本章要点本章要点频分复用频分复用(FDM)(FDM)时分复用时分复用(TDM(TDM） 码分复用码分复用(CDM)(CDM)多址通信方式多址通信方式位、载波、帧的同步位、载波、帧的同步 4.1 4.1 概述概述 一、概述一、概述2多址方式多址方式:多个地球站通过共同的卫星同时建立各多个地球站通过共同的卫星同时建立各 自的信道，从而实现各地球站通信的一种方式。自的信道，从而实现各地球站通信的一种方式。 方法：方法：频分频分多址多址、时分多址时分多址和和码分多址码分多址1信道复用信道复用:就是利用一条信道同时传输多路信号的一就是利用一条信道同时传输多路信号的一

2、种技术种技术, 目的是为了提高通信系统的有效性。目的是为了提高通信系统的有效性。 方法：方法：频分复用、频分复用、时分复用时分复用和和码分复用码分复用* * 相同：相同： 过程信号的复合、传输、信号的分离过程信号的复合、传输、信号的分离3信道复用与多址方式的比较信道复用与多址方式的比较* * 不同：不同：动态动态站址站址多址方式多址方式固定固定话路话路信道复用信道复用网络资源分配网络资源分配信号来源信号来源4.2 频分复用频分复用(FDM) 频率复用频率复用: :是指多路信号在频率位置上分开，但同是指多路信号在频率位置上分开，但同时在一个信道内传输。因此，频率复用信号在时在一个信道内传输。因此

3、，频率复用信号在频谱上不会重叠，但在时间上是重叠的。频谱上不会重叠，但在时间上是重叠的。 一、频分多路复用一、频分多路复用频分多路复用的原理如下fF1(f)fFSSB1(f)fFSSB2(f)fmfF2(f)fm其频谱结构(以SSB为例)如图图7.27.2所示。图 7.2 频率复用的频谱组成fF1(f)fF2(f)带宽的计算 为了防止邻路信号之间相互干扰，相邻信道之间需加防护频带fg，因此，总的复用信号的带宽为gmfNfNB) 1(SSB思考：若采用AM调制方式，其总带宽是多少? 合并后的复用信号可直接通过信道传输，也可以经过再次合并后的复用信号可直接通过信道传输，也可以经过再次调制后进行传输

4、。调制后进行传输。 在接收端，可利用相应的带通滤波器来分离出各路信号，在接收端，可利用相应的带通滤波器来分离出各路信号，并通过各自的解调器和低通滤波器恢复出各路的调制信号。并通过各自的解调器和低通滤波器恢复出各路的调制信号。频分复用系统的最大优点频分复用系统的最大优点: :是信道利用率高，容许复用的路是信道利用率高，容许复用的路数多，同时分路也很方便，它是目前模拟通信系统中采用的数多，同时分路也很方便，它是目前模拟通信系统中采用的最主要的一种复用方式，例如，无线电广播、电视广播、有最主要的一种复用方式，例如，无线电广播、电视广播、有线和微波通信都广泛采用频分复用方法。线和微波通信都广泛采用频分

5、复用方法。频分复用的缺点频分复用的缺点: :是设备复杂；若信道存在非线性时，会产是设备复杂；若信道存在非线性时，会产生路间干扰。生路间干扰。 二、复合调制二、复合调制 在复用系统中采用两种或两种以上的调制方式的系统为在复用系统中采用两种或两种以上的调制方式的系统为复合调制系统。复合调制通常分为两类，一类用于频分复用，复合调制系统。复合调制通常分为两类，一类用于频分复用，属于连续波连续波复合调制系统，例如属于连续波连续波复合调制系统，例如SSB/FMSSB/FM。另一类用。另一类用于时分复用，属于脉冲连续波调制，例如于时分复用，属于脉冲连续波调制，例如PAM/AMPAM/AM，PCM/FMPCM

6、/FM等等等等。 )(5 .445 . 09410KHz)(5345 .4462) 1( 2KHzBBSSBFMFM例7.1 10路话音信号采用SSB/FM复合调制，话音信号的最高频率为4KHz，防护频带为0.5KHz，调频指数FM = 5，其复合调制的总带宽是多少?解：若采用AM/FM复合调制，其调制的总带宽是多少?gmfNfNB) 1(SSB4.3 4.3 时分复用（时分复用（TDMTDM）一、时分复用一、时分复用(TDM)(TDM) ：按照一定的时序依次循环传输各路消息，按照一定的时序依次循环传输各路消息， 以实现信道复用的方法。以实现信道复用的方法。1.1.时分复用原理时分复用原理*

7、时隙：一帧的相邻两脉冲间的间隔时隙：一帧的相邻两脉冲间的间隔T1* 帧：各个消息构成的单一抽样的一组脉冲帧：各个消息构成的单一抽样的一组脉冲Ts* T1=Ts/N= 抽样脉冲宽度抽样脉冲宽度防护时隙防护时隙 g1：1101110032：11000100位位时隙时隙帧帧 * 将将125us分给分给32路信号（时隙），即一帧包含路信号（时隙），即一帧包含32路路 每路：每路：125/32=3.9us * 一路信号的抽样速率一路信号的抽样速率8KHz，周期，周期T=125us，即帧长，即帧长125us * 每路编每路编8位（位（bit）PCM信号，信号，32路共路共32*8 = 256 bit 每位

8、的时间：每位的时间：0.49us 2.30/32路路PCM系统的帧结构系统的帧结构 * 数码率为：数码率为： 256* 8K=2.048Mbit/s（bps）,一路一路64kbpsTS1TS2TS15 TS16TS17TS31 TS032时隙，时隙，256bit，125us话路话路话路话路同步同步标志标志时隙：时隙：TS二、二、 时分复用所需的信道带宽时分复用所需的信道带宽 若每路基带信号的频率范围为若每路基带信号的频率范围为0 0 f fm m，则，则N N路时分复用的路时分复用的PAMPAM信号由每信号由每秒秒2N2Nf fm m个脉冲组成。由抽样定理可知，频带限制在个脉冲组成。由抽样定理

9、可知，频带限制在f fm m (Hz) (Hz)的连续信号可的连续信号可以由每秒以由每秒2 2 f fm m个抽样值来代替。因此每秒个抽样值来代替。因此每秒2N2Nf fm m个抽样值也就确定地对应着个抽样值也就确定地对应着一个频带宽度为一个频带宽度为N Nf fm m(Hz(Hz) )的连续信号。换句话说，可以认为这的连续信号。换句话说，可以认为这2N2Nf fm m个抽样个抽样值是由频带限制在值是由频带限制在0 0 N Nf fm m的连续信号经抽样得到。所以传输的连续信号经抽样得到。所以传输N N路时分复路时分复用用PAMPAM信号所需要的信道带宽信号所需要的信道带宽B B至少应该等于至

10、少应该等于N Nf fm m，即应满足下式，即应满足下式mfNB 一、一、 基本概念基本概念 码分复用（码分复用（CDMCDM）：）：是靠不同的编码来区分各路原始信号的一是靠不同的编码来区分各路原始信号的一种复用方式，种复用方式， 所谓码分复用是指发送端信号占用相同的频带所谓码分复用是指发送端信号占用相同的频带，在同一时间发送，不同的是各信号被分配不同的特征码（，在同一时间发送，不同的是各信号被分配不同的特征码（地址码），在接收端通过对其特征码的识别来区分不同的信地址码），在接收端通过对其特征码的识别来区分不同的信号。号。4.4 码分复用码分复用(CDM)正交：正交：任意两个码组的互相关系均伪

11、零任意两个码组的互相关系均伪零NiiiyxNyx11),(二、二、 伪随机码伪随机码1.概念：概念： CDM（码分复用）是基于扩频通信的一种应用，（码分复用）是基于扩频通信的一种应用，在扩频通信系统中需要采用高码率的正交码序列作为扩频码，在扩频通信系统中需要采用高码率的正交码序列作为扩频码，目前用的最多的是伪随机码。目前用的最多的是伪随机码。2.特点：特点：伪随机信号必须具有尖锐的自相关函数，而互相关函数应接近于零伪随机信号必须具有尖锐的自相关函数，而互相关函数应接近于零有足够长的码周期，以确保具有抗侦破，抗干扰的能力有足够长的码周期，以确保具有抗侦破，抗干扰的能力有足够多的独立地址数，以实现

12、码分多址的要求有足够多的独立地址数，以实现码分多址的要求工程上易于产生、加工、复制和控制工程上易于产生、加工、复制和控制4.5 4.5 多址通信方式多址通信方式一、一、 频分多址频分多址(FDMA)(FDMA) 频分多址频分多址(FDMA)(FDMA)是以传输信号的载波频率不同来区分信道建立多是以传输信号的载波频率不同来区分信道建立多址接入。它的基本原理是：将给定的频谱资源按频率划分，把传输频址接入。它的基本原理是：将给定的频谱资源按频率划分，把传输频带划分为若干个较窄的且互不重叠的子频带，每个用户分配到一个固带划分为若干个较窄的且互不重叠的子频带，每个用户分配到一个固定的子频带，按频带区分用

13、户。将信号调制到该子频带内，各用户信定的子频带，按频带区分用户。将信号调制到该子频带内，各用户信号同时传送。接收时分别按频带提取，从而实现多址通信。号同时传送。接收时分别按频带提取，从而实现多址通信。 4.5.24.5.2 时分多址时分多址(TDMA)(TDMA) TDMA方式是指以传输信号存在的时间不同来区分信号建立多址接入。它在给定传输频带的条件下,把传送时间划分为若干时间时隙。用户的收发各使用一个指定的时隙，经过数字化的用户信号被安插到指定的时隙中，多个用户依次分别占用各自的时隙，经过传输，各用户接收并解调后分别提取相应时隙的信息，按时间区分用户，从而实现多址通信。如图7.11所示。 代

14、码 信道 N 频率 信道 2 信道 1 时间图4.11 TDMA示意图在在TDMATDMA系统中，每帧中的时隙结构的设计通常要考虑三个主要系统中，每帧中的时隙结构的设计通常要考虑三个主要问题：一是控制和信令信息的传输；二是信道多径的影响；三是问题：一是控制和信令信息的传输；二是信道多径的影响；三是系统的同步。系统的同步。为了解决上述问题，采取如下措施：为了解决上述问题，采取如下措施：（1 1）在每个时隙中，专门划出部分比特用于控制和信令信息）在每个时隙中，专门划出部分比特用于控制和信令信息的传输。的传输。（2 2）为了方便接收端利用均衡器来克服多径等原因引起的码）为了方便接收端利用均衡器来克服

15、多径等原因引起的码间串扰，在时隙中要插入自适应均衡器所需的训练序列。训练序间串扰，在时隙中要插入自适应均衡器所需的训练序列。训练序列对均衡器来说是确知的，接收端根据训练序列的解调结果就可列对均衡器来说是确知的，接收端根据训练序列的解调结果就可以估计出信道的冲激响应，根据该响应就可以预置均衡器的抽头以估计出信道的冲激响应，根据该响应就可以预置均衡器的抽头系数。系数。（3 3）各时隙间应留有保护时隙，以减少码间串扰的影响。）各时隙间应留有保护时隙，以减少码间串扰的影响。 (4) (4) 整个系统要有精确的同步，由基准站统一系统内各站的整个系统要有精确的同步，由基准站统一系统内各站的时钟，才能保证各

16、用户准确的按时隙提取各自所需的信号。为了时钟，才能保证各用户准确的按时隙提取各自所需的信号。为了便于接收端达到同步的要求，在每个时隙中还要传输同步序列。便于接收端达到同步的要求，在每个时隙中还要传输同步序列。同步序列和训练序列可以分开传输，也可以合二为一。同步序列和训练序列可以分开传输，也可以合二为一。 TDMATDMA系统具有如下特性：系统具有如下特性： (1) (1) 每个载频可传多路信息。在每一频率上产生多个时隙，每个时隙可分每个载频可传多路信息。在每一频率上产生多个时隙，每个时隙可分配一个信道，在基站控制分配下，每个信道可为任意一移动客户提供电话或非话配一个信道，在基站控制分配下，每个

17、信道可为任意一移动客户提供电话或非话业务。业务。 (2) (2) 突发脉冲序列传输。移动台信号功率的发射是不连续的，只需在规定突发脉冲序列传输。移动台信号功率的发射是不连续的，只需在规定的时隙内发射脉冲序列。的时隙内发射脉冲序列。 (3) (3) 容易采用新技术。例如当话音编码算法的改进而降低比特速率时，容易采用新技术。例如当话音编码算法的改进而降低比特速率时，TDMATDMA系统的信道很容易重新配置以接纳新技术。系统的信道很容易重新配置以接纳新技术。 (4) (4) 设备共享成本低。由于每一载频可为许多客户提供业务，设备共享成本低。由于每一载频可为许多客户提供业务， TDMATDMA系统设系

18、统设备可共享，每客户平均的成本与备可共享，每客户平均的成本与FDMAFDMA系统相比大大降低了系统相比大大降低了(5) (5) 传输速率高，需采用自适应均衡。每载频含有多个时隙，则频率间隔宽，传输速率高，需采用自适应均衡。每载频含有多个时隙，则频率间隔宽，传输速率高，但数字传输会带来时间色散，使时延加大，则务必采用自适应均衡传输速率高，但数字传输会带来时间色散，使时延加大，则务必采用自适应均衡技术。技术。(6) (6) 传输开销大。由于传输开销大。由于TDMATDMA分成时隙传输，使得收信机在每一突发脉冲序列上分成时隙传输，使得收信机在每一突发脉冲序列上都得重新获得同步。为了把一个时隙和另一个

19、时隙分开，保护时间也是必须的。都得重新获得同步。为了把一个时隙和另一个时隙分开，保护时间也是必须的。因此，因此，TDMATDMA系统通常比系统通常比FDMAFDMA系统需要更多的开销。系统需要更多的开销。 (7) (7) 移动台较复杂。它比移动台较复杂。它比FDMAFDMA系统移动台完成更多的功能，需要复杂的数字信系统移动台完成更多的功能，需要复杂的数字信号处理，设备较复杂。号处理，设备较复杂。 4.5.3 4.5.3 码分多址码分多址(CDMA)(CDMA) CDMA是一种以扩频信号为基础利用扩频技术形成的实现不同码序列的多址方式。近年来，有限的频谱资源与移动用户电话日益增长的矛盾变得越来越

20、严重，用缩小信道带宽和把服务小区分裂成微小区、微微小区的办法不能有效的解决这个矛盾，而利用频率扩展技术进行码分多址以及利用扩频信号的低功率谱密度实现多系统共享频谱资源是解决频谱资源不足的一个好办法。图图7.147.14所示为码分多址收、发系统示意图，设发送端有个所示为码分多址收、发系统示意图，设发送端有个用户，它们发送的信息数据和其对应的用户，它们发送的信息数据和其对应的地址码相乘地址码相乘( (即模即模2 2加加) )后，对载波进行调制后，对载波进行调制( (调幅、调频、或调相调幅、调频、或调相) )；然后经过功率；然后经过功率放大后进行传输。接收端首先将频带调制的信号解调，恢复放大后进行传

21、输。接收端首先将频带调制的信号解调，恢复出地址码加信息的基带数字信号。当本地产生的地址码与该出地址码加信息的基带数字信号。当本地产生的地址码与该用户的地址码相同时，将此地址码与解调出的数字基带信号用户的地址码相同时，将此地址码与解调出的数字基带信号相乘，而后送入积分电路，再经过抽样判决即可得到发送的相乘，而后送入积分电路，再经过抽样判决即可得到发送的信息数据信息数据. . 同步可分为同步可分为(1)(1)载波同步载波同步,(2),(2)位同步位同步,(3),(3)帧同步帧同步,(4),(4)网同网同步几大类。步几大类。一、载波同步一、载波同步定义：定义： 在采用相干解调系统中在采用相干解调系统

22、中, ,接收端必须提供一个与发送载波接收端必须提供一个与发送载波同频同相的相干载波同频同相的相干载波, ,这就是载波同步。这就是载波同步。 相干载波信息通常是从接收到的信号中提取。相干载波信息通常是从接收到的信号中提取。 4.6 载波同步载波同步 若已调信号中存在载波分若已调信号中存在载波分量，即可以从接收信号中直量，即可以从接收信号中直接提取载波同步信息；接提取载波同步信息； 若已调信号中不存在载波若已调信号中不存在载波分量，就需要采用在发端插分量，就需要采用在发端插入导频的方法，或者在接收入导频的方法，或者在接收端对信号进行适当的波形变端对信号进行适当的波形变换，以取得载波同步信息。换，以

23、取得载波同步信息。 前者称为前者称为插入导频法插入导频法，又，又称外同步法；后者称为称外同步法；后者称为自同自同步法步法，又称内同步法。，又称内同步法。1 1 插入导频法插入导频法 在抑制载波系统中无法从接收信号中直接提取载波。在抑制载波系统中无法从接收信号中直接提取载波。 例如：例如：DSBDSB、VSBVSB、SSBSSB和和2PSK2PSK本身都不含有载波分量，或即本身都不含有载波分量，或即使含有一定的载波分量，也很难从已调信号中分离出来使含有一定的载波分量，也很难从已调信号中分离出来 为了获取载波同步信息，可以采取插入导频的方法。为了获取载波同步信息，可以采取插入导频的方法。 插入导频

24、是在已调信号频谱中加入一个低功率的线状谱插入导频是在已调信号频谱中加入一个低功率的线状谱( (其其对应的正弦波形即称为导频信号对应的正弦波形即称为导频信号) )。 在接收端可以利用窄带滤波器较容易地把它提取出来。经在接收端可以利用窄带滤波器较容易地把它提取出来。经过适当的处理形成接收端的相干载波。过适当的处理形成接收端的相干载波。 插入导频的频率应当与原载频有关或者就是载频。插入导频的频率应当与原载频有关或者就是载频。 这里仅介绍抑制载波的双边带信号中插入导频法。这里仅介绍抑制载波的双边带信号中插入导频法。 在在DSBDSB信号中插入导频时，导频的插入位置应该在信号信号中插入导频时，导频的插入

25、位置应该在信号频谱为零的位置，否则导频与已调信号频谱成分重叠，接频谱为零的位置，否则导频与已调信号频谱成分重叠，接收时不易提取。如图所示为插入导频的一种方法。收时不易提取。如图所示为插入导频的一种方法。插入导频插入导频 插入的导频并不是加入调制器的载波，而是将该载插入的导频并不是加入调制器的载波，而是将该载波移相波移相/2/2的的“正交载波正交载波”。其发端方框图如图所示。其发端方框图如图所示。 设调制信号为设调制信号为f(t) f(t) ， f(t)f(t)无直流分量。无直流分量。 载波为载波为AcosAcos0 0t t，则发端输出的信号为，则发端输出的信号为 接收端的方框图：接收端的方框

26、图：tattfAt000sincos)()( 如果不考虑信道失真及噪声干扰如果不考虑信道失真及噪声干扰, ,并设接收端收到的信号与发并设接收端收到的信号与发端的信号完全相同端的信号完全相同, ,则此信号通过中心频率为则此信号通过中心频率为0 0的窄带滤波器的窄带滤波器可取得导频可取得导频asinasin0 0t,t,再将其移相再将其移相/2,/2,就可以得到与调制载波就可以得到与调制载波同频同相的相干载波同频同相的相干载波coscos0 0t t。 接收端的解调过程为接收端的解调过程为 上式表示的信号通过截止角频率为上式表示的信号通过截止角频率为 m m的低通滤波器就可得到的低通滤波器就可得到

27、基带信号基带信号 tattfAtfAttattfAttt0000002sin22cos22cos.sincoscos.)()()()()(m)(tfA2 如果在发端导频不是正交插入，而是同相插入，则接收端如果在发端导频不是正交插入，而是同相插入，则接收端解调信号为解调信号为 从上式看出，从上式看出，虽然同样可以解调出虽然同样可以解调出 项，但却增加项，但却增加了一个直流项。这个直流项通过低通滤波器后将对数字信号了一个直流项。这个直流项通过低通滤波器后将对数字信号产生不良影响。产生不良影响。 这就是发端导频应采用正交插入的原因。这就是发端导频应采用正交插入的原因。taattfAtfAttattf

28、A000002cos222cos22cos.coscos)()()()(tfA2 2 2 非线性变换非线性变换滤波法滤波法 有些信号有些信号( (如如DSBDSB信号信号) )虽然本身不包含载波分量虽然本身不包含载波分量, ,只要对接收只要对接收波形进行适当的非线性变换波形进行适当的非线性变换, ,然后通过窄带滤波器然后通过窄带滤波器, ,就可以从中提就可以从中提取载波的频率和相位信息取载波的频率和相位信息, ,即可使接收端恢复相干载波。即可使接收端恢复相干载波。它是自它是自同步法的一种。同步法的一种。 下图为下图为DSBDSB信号采用平方变换法恢复载波的框图信号采用平方变换法恢复载波的框图,

29、(a),(a)平方变平方变换法换法,(b),(b)平方环法。平方环法。 3 3 同相正交法同相正交法( (科斯塔斯环科斯塔斯环) ) 利用锁相环提取载波的另一种常用的方法是采用同相正交利用锁相环提取载波的另一种常用的方法是采用同相正交环环, ,也称科斯塔斯环也称科斯塔斯环(Castas(Castas) )，其方框图如图所示，其方框图如图所示。 它包括两个相干解调器，它们的输入信号相同，分别使用它包括两个相干解调器，它们的输入信号相同，分别使用二个在相位上正交的本地载波信号，上支路叫做同相相干解调二个在相位上正交的本地载波信号，上支路叫做同相相干解调器，下支路叫做正交相干解调器。器，下支路叫做正

30、交相干解调器。 两个相干解调器的输出同时送入乘法器，并通过低通滤波两个相干解调器的输出同时送入乘法器，并通过低通滤波器形成闭环系统，去控制压控振荡器器形成闭环系统，去控制压控振荡器(VCO)(VCO)，使本地载波自动，使本地载波自动跟踪发射载波的相位。在同步时，同相支路的输出即为所需的跟踪发射载波的相位。在同步时，同相支路的输出即为所需的解调信号，这时正交支路的输出为解调信号，这时正交支路的输出为0 0。 因此，这种方法叫做同相正交法。因此，这种方法叫做同相正交法。 设设VCDVCD的输出为的输出为cos(cos(0 0t+)t+)， 故：故：)(cos01tU)(sin02tU)2(sin)

31、(sin)(21)(sin).(cos)()2(cos)(cos)(21)(cos).(cos)(0000040000003ttftttfUttfttfU经过带宽为经过带宽为WmWm的的LPFLPF后得后得将将U U5 5和和U U6 6加入相乘器后，得加入相乘器后，得 如果如果( ( 0 0 ) )很小，则很小，则sin2(sin2( 0 0 ) ) 2(2( 0 0 ) )。因此，乘。因此，乘法器的输出近似为法器的输出近似为 如果如果U U7 7经过一个相对于经过一个相对于WmWm很窄的低通滤波器，此滤波器很窄的低通滤波器，此滤波器的作用相当于用时间平均的作用相当于用时间平均 代替代替f

32、f2 2(t)(t)(即滤波器输出直即滤波器输出直流分量流分量) )。 )sin()(21)cos()(210605tfUtfU)()(41027tfU)(2tf 最后，由环路误差信号最后，由环路误差信号 自动控制振荡自动控制振荡器相位，使相位差器相位，使相位差(0 0-)-)趋于趋于0 0，在稳定条件下，在稳定条件下0 0。 科斯塔斯环的相位控制作用在调制信号消失时会中止。科斯塔斯环的相位控制作用在调制信号消失时会中止。当再出现调制信号时，必须重新锁定。由于一般入锁过程很当再出现调制信号时，必须重新锁定。由于一般入锁过程很短，对语言传输不致引起感觉到的失真。这样短，对语言传输不致引起感觉到的

33、失真。这样U U1 1就是所需提就是所需提取的载波取的载波，U U5 5作为解调信号的输出。作为解调信号的输出。)()(4102tf 4.7 4.7、位同步、位同步定义：定义： 在数字通信系统中，把在接收端产生与接收码元的重复频在数字通信系统中，把在接收端产生与接收码元的重复频率和相位一致的定时脉冲序列的过程称为码元同步，或称位同率和相位一致的定时脉冲序列的过程称为码元同步，或称位同步。步。 实现位同步的方法和载波同步类似，有插入导频法实现位同步的方法和载波同步类似，有插入导频法( (外同外同步法步法) )和直接法和直接法( (自同步法自同步法) )两类。两类。 1 1 插入导频法插入导频法

34、为了得到码元同步的定时信号，首先要确定接收到的信息为了得到码元同步的定时信号，首先要确定接收到的信息数据流中是否有位定时的频率分量。如果存在此分量，就可以数据流中是否有位定时的频率分量。如果存在此分量，就可以利用滤波器从信息数据流中把位定时时钟直接提取出来。利用滤波器从信息数据流中把位定时时钟直接提取出来。 若基带信号为随机的二进制不归零码序列，这种信号本身不若基带信号为随机的二进制不归零码序列，这种信号本身不包含位同步信号，为了获得位同步信号需在基带信号中插入位同包含位同步信号，为了获得位同步信号需在基带信号中插入位同步的导频信号，或者对基带信号进行某种码型变换以得到位同步步的导频信号，或者

35、对基带信号进行某种码型变换以得到位同步信息。信息。 位同步的导频插入方法与载波同步时的插入导频法类似，它位同步的导频插入方法与载波同步时的插入导频法类似，它也要插在基带信号频谱的零点处，以便提取，如图也要插在基带信号频谱的零点处，以便提取，如图(a)(a)所示。如所示。如果信号经过相关编码，其频谱的第一个零点在果信号经过相关编码，其频谱的第一个零点在f=1/2Tf=1/2T，插入导频，插入导频也应在也应在1/2T1/2T处，如图处，如图(b)(b)所示所示. . 下图为插入位定时导频的接收方框图。在接收端下图为插入位定时导频的接收方框图。在接收端, ,经中心频经中心频率为率为f=1/Tf=1/

36、T的窄带滤波器就可从基带信号中提取位同步信号。而的窄带滤波器就可从基带信号中提取位同步信号。而上图上图(b)(b)则需经过则需经过f=1/2Tf=1/2T的窄带滤波器将插入导频取出，再进行的窄带滤波器将插入导频取出，再进行二倍频，得到位同步脉冲。二倍频，得到位同步脉冲。 插入导频法的另一种形式是使某些恒包络的数字信号的包络插入导频法的另一种形式是使某些恒包络的数字信号的包络随位同步信号的某一波形而变化。例如随位同步信号的某一波形而变化。例如PSKPSK信号和信号和FSKFSK信号都是包信号都是包络不变的等幅波。因此，可将导频信号调制在它们的包络上，接络不变的等幅波。因此，可将导频信号调制在它们

37、的包络上，接收端只要用普通的包络检波器就可恢复导频信号作为位同步信号。收端只要用普通的包络检波器就可恢复导频信号作为位同步信号。且对数字信号本身的恢复不造成影响。且对数字信号本身的恢复不造成影响。 以以PSKPSK为例为例 若用若用coscos t t进行附加调幅后，得已调信号为进行附加调幅后，得已调信号为 其中其中 ，T T为码元宽度。为码元宽度。 接收端对它进行包络检波，得包络为接收端对它进行包络检波，得包络为(1+ cos(1+ cos t t) )，滤除直，滤除直流成分流成分, ,即可得到位同步分量即可得到位同步分量coscos t t。 插入导频法的优点是接收端提取位同步的电路简单。

38、但是，插入导频法的优点是接收端提取位同步的电路简单。但是，发送导频信号必然要占用部分发射功率，降低了传输的信噪比，发送导频信号必然要占用部分发射功率，降低了传输的信噪比，减弱了抗干扰能力。减弱了抗干扰能力。 )(cos)(0tttS)(cos)cos1 (0tttT22 2 自同步法自同步法 自同步方法是发端不用专门发送位同步导频信号自同步方法是发端不用专门发送位同步导频信号, ,而接收端而接收端可直接从接收到的数字信号中提取位同步信号。这是数字通信中可直接从接收到的数字信号中提取位同步信号。这是数字通信中经常采用的一种方法。经常采用的一种方法。 （一）非线性变换（一）非线性变换滤波法滤波法（

39、1 1）微分整流法）微分整流法 图图(a)(a)为微分整流滤波法提取位同步信息的电原理框图。图为微分整流滤波法提取位同步信息的电原理框图。图(b)(b)为该电路各点的波形图。为该电路各点的波形图。 当非归零的脉冲序列通过微分和全波整流后，就可得到尖顶当非归零的脉冲序列通过微分和全波整流后，就可得到尖顶脉冲的归零码序列，它含有离散的位同步分量。然后用窄带滤波脉冲的归零码序列，它含有离散的位同步分量。然后用窄带滤波器器( (或锁相环或锁相环) )滤除连续波和噪声干扰，取出纯净稳定的位同步频滤除连续波和噪声干扰，取出纯净稳定的位同步频率分量率分量, ,经脉冲形成电路产生位同步脉冲。经脉冲形成电路产生

40、位同步脉冲。 （2 2）包络检波法）包络检波法 如图所示为其原理框图及波形图如图所示为其原理框图及波形图。 （3 3）延迟相干）延迟相干法法 右图为延迟右图为延迟相干法的原理相干法的原理框图和波形图。框图和波形图。其工作过程与其工作过程与DPSKDPSK信号差分信号差分相干解调完全相干解调完全相同。相同。 （二）数字锁相法（二）数字锁相法 数字锁相法是采用高稳定频率的振荡器数字锁相法是采用高稳定频率的振荡器( (信号钟信号钟) )。从鉴相器。从鉴相器获得的与同步误差成比例的误差电压，不用于直接调整振荡器，获得的与同步误差成比例的误差电压，不用于直接调整振荡器，而是通过控制器在信号钟输出的脉冲序

41、列中附加或扣除一个或几而是通过控制器在信号钟输出的脉冲序列中附加或扣除一个或几个脉冲，调整加到鉴相器上的位同步脉冲序列的相位达到同步的个脉冲，调整加到鉴相器上的位同步脉冲序列的相位达到同步的目的。目的。 这种电路采用的是数字锁相环路。数字锁相环原理如图所示。这种电路采用的是数字锁相环路。数字锁相环原理如图所示。 4.84.8帧同步帧同步 位同步的目的是确定数字通信中的各个码元的抽样时刻，位同步的目的是确定数字通信中的各个码元的抽样时刻，即把每个码元加以区分，使接收端得到一连串的码元序列，这即把每个码元加以区分，使接收端得到一连串的码元序列，这一连串的码元序列代表一定的信息。一连串的码元序列代表

42、一定的信息。 通常通常由若干个码元代表一个字母（符号、数字）由若干个码元代表一个字母（符号、数字），而，而由若由若干个字母组成一个字干个字母组成一个字，若干个字组成一个句。在传输数据时则若干个字组成一个句。在传输数据时则把若干个码元组成一个个的码组，即一个个的把若干个码元组成一个个的码组，即一个个的“字字”或或“句句”，通常称之为群或帧。通常称之为群或帧。群同步又称帧同步。群同步又称帧同步。 帧同步的任务是把字、句和码组区分出来。在时分多路传帧同步的任务是把字、句和码组区分出来。在时分多路传输系统中，信号是以帧的方式传送的。每一帧中包括许多路。输系统中，信号是以帧的方式传送的。每一帧中包括许多

43、路。接收端为了把各路信号区分开来，也需要帧同步系统。接收端为了把各路信号区分开来，也需要帧同步系统。 为了解决帧同步中开头和结尾的时刻，即为了确定帧定时为了解决帧同步中开头和结尾的时刻，即为了确定帧定时脉冲的相位，通常有两类方法：脉冲的相位，通常有两类方法： 一类是在数字信息流中插入一些特殊码组作为每帧的头尾一类是在数字信息流中插入一些特殊码组作为每帧的头尾的标记，接收端根据这些特殊码组的位置就可以实现帧同步。的标记，接收端根据这些特殊码组的位置就可以实现帧同步。 另一类方法不需要外加特殊码组，用类似于载波同步和位另一类方法不需要外加特殊码组，用类似于载波同步和位同步中的自同步法，利用码组本身

44、之间彼此不同的特性来实现同步中的自同步法，利用码组本身之间彼此不同的特性来实现自同步。自同步。 我们主要讨论插入特殊码组实现帧同步。插入特殊码组实我们主要讨论插入特殊码组实现帧同步。插入特殊码组实现帧同步的方法有两种：现帧同步的方法有两种：集中插入方式和分散插入方式集中插入方式和分散插入方式。下面。下面分别予以介绍。分别予以介绍。 在此之前，首先简单介绍一种在电传机中广泛使用的起止在此之前，首先简单介绍一种在电传机中广泛使用的起止式帧同步法。式帧同步法。 （1 1）起止式同步法）起止式同步法 起止式同步法广泛应用于电传机中，如图所示。起止式同步法广泛应用于电传机中，如图所示。 （2 2）集中插

45、入同步法）集中插入同步法 PCM30/32PCM30/32路数字传输时的帧同步通常采用集中插入方法。路数字传输时的帧同步通常采用集中插入方法。 下面以下面以PCM30/32PCM30/32路数字传输为例讨论另一种形式的集中插路数字传输为例讨论另一种形式的集中插入帧同步方法。入帧同步方法。 在两个相邻抽样值间隔中，分成在两个相邻抽样值间隔中，分成3232个时隙，其中个时隙，其中3030个时个时隙用来传送隙用来传送3030路电话，一个时隙用来传送帧同步码，另一路电话，一个时隙用来传送帧同步码，另一个时隙用来传送各话路的标志信号码。个时隙用来传送各话路的标志信号码。 第第1 1到第到第1515话路的

46、码组依次安排在时隙话路的码组依次安排在时隙TS1TS1到到TS15TS15中传送，中传送， 第第1616到第到第3030话路的码组依次在时隙话路的码组依次在时隙TS17TS17到到TS31TS31中传送。中传送。TS0TS0时隙传送帧同步码，时隙传送帧同步码，TS16TS16时隙传送标志信号码。时隙传送标志信号码。PCM30/32PCM30/32路时分多路时隙的分配图：路时分多路时隙的分配图： CCITT CCITT对对PCM30/32PCM30/32路设备的帧时隙分配建议见表所示。路设备的帧时隙分配建议见表所示。 为了使帧同步能较好的识别假失步和避免伪同步，帧同为了使帧同步能较好的识别假失步

47、和避免伪同步，帧同步码选为步码选为00110110011011。 表表 帧同步码的分配情况帧同步码的分配情况 从表看出，帧同步码占有第从表看出，帧同步码占有第2 2到第到第8 8码位，插入在偶帧码位，插入在偶帧TS0TS0时时隙。第隙。第1 1位码目前保留未用。位码目前保留未用。 奇帧奇帧TS0TS0时隙插入码的分配是：时隙插入码的分配是： 第第 1 1 位保留给国际用，暂定为位保留给国际用，暂定为1 1。 第第 2 2 位作监视码，用以检验帧定位码。位作监视码，用以检验帧定位码。 第第 3 3 位用作对告码，同步时为位用作对告码，同步时为0 0，一但出现失步，即变为，一但出现失步，即变为1

48、1。并告诉对方，出现对告指示。并告诉对方，出现对告指示。 第第 4 4 位到第位到第8 8位目前固定为位目前固定为1 1，留给国内今后开发使用。，留给国内今后开发使用。 PCM30/32PCM30/32路的帧同步码采用集中插入方式。路的帧同步码采用集中插入方式。 （3 3）分散插入同步法）分散插入同步法 另一种帧同步方法是将帧同步码分散地插入到信息码元中。另一种帧同步方法是将帧同步码分散地插入到信息码元中。即每隔一定数量的信息码元插入一个帧同步码元。这时为了便即每隔一定数量的信息码元插入一个帧同步码元。这时为了便于提取，帧同步码不宜太复杂。于提取，帧同步码不宜太复杂。 PCM24PCM24路数

49、字电话系统的帧同步码就是采用的分散插入方路数字电话系统的帧同步码就是采用的分散插入方式。下面以此为例进行讨论。式。下面以此为例进行讨论。 PCM24PCM24路的帧结构：路的帧结构： 如图所示为如图所示为PCM24PCM24路时分多路时隙的分配图。图中路时分多路时隙的分配图。图中b b为振铃为振铃码的位数，码的位数，n n为为PCMPCM编码位数，编码位数，F F为帧同步码的位数，为帧同步码的位数，K K为监视码为监视码的位数，的位数，N N为路数。其中为路数。其中n=7n=7，b=1b=1，F=1F=1，N=24N=24，K=0K=0。 PCM24 PCM24路基群设备以及一些简单的路基群设备以及一些简单的M M通过通信系统通常采通过通信系统通常采用等间隔分散插入方式。如图所示。用等间隔分散插入方式。如图所示。 同步码采用同步码采用1 1，0 0交替型，等距离地插入在每一帧的最后一交替型，等距离地插入在每一帧的最后一个码位之后，即个码位之后，即PCM24 PCM24 路设备是第路设备是第193193码位。码位。 这种插入方式的最大特点是同步码不占用信息时隙，同步这种插入方式的最大特点是同步码不占用信息时隙，同步系统结构较为简单，但是同步引入时间长。系统结构较为简单，但是同步引入时间长。