第6章数字通信系统同步技术课件.ppt

1、本章节教学说明本章节教学说明本章重点学习同步技术的相关原理及分本章重点学习同步技术的相关原理及分类类本章主要介绍各种同步技术的方法、特本章主要介绍各种同步技术的方法、特点及应用点及应用本章节内容概述本章节内容概述同步技术的相关基本概念及分类同步技术的相关基本概念及分类位同步的目的、方法及特点位同步的目的、方法及特点帧同步的目的、方法及特点帧同步的目的、方法及特点网同步的目的、方法及特点网同步的目的、方法及特点本章节学习重点、难点本章节学习重点、难点同步技术的种类及目的同步技术的种类及目的各种同步技术的实现方法及原理各种同步技术的实现方法及原理本章节学习目标本章节学习目标熟悉同步技术的概念、分类

2、及目的熟悉同步技术的概念、分类及目的熟悉各类同步技术的目的熟悉各类同步技术的目的理解各种同步技术实现的方法理解各种同步技术实现的方法本章节实做要求本章节实做要求观察各种同步技术与信号传输之间的联观察各种同步技术与信号传输之间的联系系找到每种同步技术在前面章节中的应用找到每种同步技术在前面章节中的应用本章节学习能力要素及基础要求本章节学习能力要素及基础要求预习同步技术相关内容预习同步技术相关内容熟悉信号调制与解调原理熟悉信号调制与解调原理学习了解各种同步技术的优缺点学习了解各种同步技术的优缺点本章节学习方法建议本章节学习方法建议预习复习结合预习复习结合课外学习与课堂学习结合课外学习与课堂学习结合

3、自学与探讨结合自学与探讨结合课后作业与章节个人总结结合课后作业与章节个人总结结合寻求教师答疑与学习反馈结合寻求教师答疑与学习反馈结合同步是指通信系统的收、发双方在时间上同步是指通信系统的收、发双方在时间上步调一致，又称定时。步调一致，又称定时。整个通信系统工作正常的前提就是同步系整个通信系统工作正常的前提就是同步系统正常，同步质量的好坏对通信系统的性统正常，同步质量的好坏对通信系统的性能指标起着至关重要的作用。能指标起着至关重要的作用。 在数字通信系统中，常见的同步有码在数字通信系统中，常见的同步有码元（位）同步、帧同步和网同步等。元（位）同步、帧同步和网同步等。（1）码元同步）码元同步（2）

4、帧同步）帧同步（3）网同步）网同步 位同步是数字通信系统所特有的，是位同步是数字通信系统所特有的，是正确取样判决的基础。正确取样判决的基础。 位同步的实现方法有插入导频法（外位同步的实现方法有插入导频法（外同步法）和自同步法（即直接提取法）两同步法）和自同步法（即直接提取法）两种。种。 6.2.1 插入导频法插入导频法 位同步的插入导频法分为插入位定时位同步的插入导频法分为插入位定时导频法和包络调制法两种。导频法和包络调制法两种。1插入位定时导频法插入位定时导频法 插入的位定时导频必须选在基带信号插入的位定时导频必须选在基带信号频谱的零点插入，以免调制信号和导频信频谱的零点插入，以免调制信号和

5、导频信号相互干扰，影响接收端提取的导频信号号相互干扰，影响接收端提取的导频信号准确度。准确度。 图图6-1 6-1 插入位定时导频信号的频率选择插入位定时导频信号的频率选择图图6-2 6-2 插入位定时导频法系统框图插入位定时导频法系统框图2包络调制法包络调制法 使用包络调制法提取位同步信号主要使用包络调制法提取位同步信号主要用于移相键控用于移相键控2PSK、移频键控、移频键控2FSK等恒等恒包络（即调制后的载波信号幅度不变）数包络（即调制后的载波信号幅度不变）数字调制系统的解调图字调制系统的解调图8-3所示的就是其原理所示的就是其原理框图。框图。图图6-3 6-3 包络调制原理框图包络调制原

6、理框图6.2.2 自同步法自同步法 直接法在位同步系统中应用最广，属直接法在位同步系统中应用最广，属于同步中的自同步法一类。于同步中的自同步法一类。 它不在发信端单独发送导频信号或进它不在发信端单独发送导频信号或进行附加调制，仅在接收端通过适当的措施行附加调制，仅在接收端通过适当的措施来提取位同步信息。来提取位同步信息。 通常使用的位同步自同步法有滤波法、通常使用的位同步自同步法有滤波法、包络包络“陷落陷落”法和锁相法等。法和锁相法等。1滤波法滤波法图图6-4 6-4 滤波法原理框图滤波法原理框图图图6-5 6-5 滤波法各点波形图滤波法各点波形图2包络包络“陷落陷落”法法图图6-6 6-6

7、包络包络“陷落陷落”法接收机框图法接收机框图图图6-7 6-7 包络包络“陷落陷落”法各点波形法各点波形3锁相法锁相法 位同步锁相法是利用锁相环的窄带滤位同步锁相法是利用锁相环的窄带滤波特性来提取位同步信号的。波特性来提取位同步信号的。 位同步锁相法分为模拟锁相和数字锁位同步锁相法分为模拟锁相和数字锁相法两类。相法两类。 通常就把这个在接收端获取与每一个通常就把这个在接收端获取与每一个字、句起止时刻相应的定时脉冲序列的过字、句起止时刻相应的定时脉冲序列的过程叫做帧同步，有时也称为群同步。程叫做帧同步，有时也称为群同步。 插入特殊码组实现帧同步的方法具体插入特殊码组实现帧同步的方法具体分为集中插

8、入法和分散插入法。分为集中插入法和分散插入法。6.3.1 集中插入同步集中插入同步 集中插入法也叫连贯插入法，它是在集中插入法也叫连贯插入法，它是在每一个信息群的开头集中插入作为帧同步每一个信息群的开头集中插入作为帧同步码的特殊码组，这个作为帧同步码插入的码的特殊码组，这个作为帧同步码插入的码组应当极少出现在信息码组中，即使偶码组应当极少出现在信息码组中，即使偶尔出现，也不具有该信息帧的周期性规律，尔出现，也不具有该信息帧的周期性规律，即不会按照信息帧的周期出现；接收端根即不会按照信息帧的周期出现；接收端根据这个帧的周期，连续数次检测该特殊码据这个帧的周期，连续数次检测该特殊码组，就可获得帧同

9、步信息，实现帧同步。组，就可获得帧同步信息，实现帧同步。 显然，选择适当的插入码组是实现连显然，选择适当的插入码组是实现连贯插入法的关键，它的选择应根据如下两贯插入法的关键，它的选择应根据如下两点要求：点要求：（1）具有明显的可识别特征，以便接收端）具有明显的可识别特征，以便接收端能够容易地将同步码和信息码区分开来；能够容易地将同步码和信息码区分开来；（2）这个码组的码长应当既能保证传输效）这个码组的码长应当既能保证传输效率高（不能太长），又能保证接收端识别率高（不能太长），又能保证接收端识别容易（不能太短）。容易（不能太短）。6.3.2 分散插入同步分散插入同步 集中插入法插入的同步码是一个

10、码组，集中插入法插入的同步码是一个码组，要使同步可靠，同步码组要有一定的长度，要使同步可靠，同步码组要有一定的长度，因而使传输效率降低。因而使传输效率降低。 图图6-10 6-10 分散插入示意图分散插入示意图 为了保证通信网各点之间可靠地进行为了保证通信网各点之间可靠地进行数字通信，必须在网内建立一个统一的时数字通信，必须在网内建立一个统一的时间标准，称为网同步。间标准，称为网同步。 实现网同步的方法主要有两大类：一实现网同步的方法主要有两大类：一类是全网同步系统，另一类是准同步系统。类是全网同步系统，另一类是准同步系统。6.4.1 全网同步全网同步 全网同步方式采用频率控制系统去控全网同步

11、方式采用频率控制系统去控制各交换站的时钟，使它们都达到同步，制各交换站的时钟，使它们都达到同步，使它们的频率和相位均保持一致，没有滑使它们的频率和相位均保持一致，没有滑动。动。 采用这种方法可用稳定度低而价廉的采用这种方法可用稳定度低而价廉的时钟，在经济上是有利的。时钟，在经济上是有利的。1主从同步法主从同步法 这种同步法的特点是：比较容易实现，这种同步法的特点是：比较容易实现，它依赖单一的时钟，设备比较简单。它依赖单一的时钟，设备比较简单。 此法的主要缺点是：若主时钟源发生此法的主要缺点是：若主时钟源发生故障，会使全网各站都因失去同步而不能故障，会使全网各站都因失去同步而不能工作；当某一中间

12、站发生故障时不仅该站工作；当某一中间站发生故障时不仅该站不能工作，其后的各站都因失步而不能工不能工作，其后的各站都因失步而不能工作。作。图图6-11 6-11 主从同步法的时钟传送主从同步法的时钟传送 图图6-12 6-12 等级主从同步方式等级主从同步方式2互控同步法互控同步法 这种方法的特点是：这是一个相互控这种方法的特点是：这是一个相互控制的过程，当网中某一站发生故障时，网制的过程，当网中某一站发生故障时，网频频率将平滑地过渡到一个新的值。频频率将平滑地过渡到一个新的值。 这样，除发生故障的站外，其余各站这样，除发生故障的站外，其余各站仍能正常工作，因此提高了通信网工作的仍能正常工作，因

13、此提高了通信网工作的可靠性。可靠性。 这种方法的缺点是每站的设备都比较这种方法的缺点是每站的设备都比较复杂。复杂。6.4.2 准同步系统准同步系统 准同步系统各站各自采用高稳定时钟，准同步系统各站各自采用高稳定时钟，不受其他站的控制，它们之间的钟频允许不受其他站的控制，它们之间的钟频允许有一定的容差。有一定的容差。 1同步是通信系统中一个十分重要的问题，同步是通信系统中一个十分重要的问题，常见的同步有位同步、帧同步和网同步等。常见的同步有位同步、帧同步和网同步等。2位同步的目的是使接收到的每个码元都位同步的目的是使接收到的每个码元都能得到最佳的解调和判决。能得到最佳的解调和判决。 码元同步可以

14、分为外同步法和自同步码元同步可以分为外同步法和自同步法两大类。法两大类。 一般而言，自同步法应用较多，外同一般而言，自同步法应用较多，外同步法需要另外专门传输码元同步信息。步法需要另外专门传输码元同步信息。 外同步法有插入位定时导频法和包络外同步法有插入位定时导频法和包络调制法两种，自同步法有滤波法、包络调制法两种，自同步法有滤波法、包络“陷落陷落”法和锁相法等。法和锁相法等。 位同步不准确将引起误码率增大。位同步不准确将引起误码率增大。3帧同步的目的是能够正确地将接收码元帧同步的目的是能够正确地将接收码元分组，使接收信息能够被正确理解。分组，使接收信息能够被正确理解。 帧同步方法分为两类：第

15、一类是在发帧同步方法分为两类：第一类是在发送端利用特殊的编码方法使码组本身自带送端利用特殊的编码方法使码组本身自带分组信息；第二类是在发送码元序列中插分组信息；第二类是在发送码元序列中插入用于帧同步的帧同步码。入用于帧同步的帧同步码。 一般而言，大多采用第二类方法。一般而言，大多采用第二类方法。 帧同步码的插入方法又有两种：一种是帧同步码的插入方法又有两种：一种是集中插入帧同步码组；另一种是分散插入帧集中插入帧同步码组；另一种是分散插入帧同步序列。同步序列。 前者集中插入巴克码一类专门作帧同步前者集中插入巴克码一类专门作帧同步用的码组，它适用于要求快速建立同步的地用的码组，它适用于要求快速建立

16、同步的地方，或间断传输信息并且每次传输时间很短方，或间断传输信息并且每次传输时间很短的场合。的场合。 后者分散插入简单的周期性序列作为后者分散插入简单的周期性序列作为帧同步码，它需要较长的同步建立时间，帧同步码，它需要较长的同步建立时间，适用于连续传输信号之处，例如数字电话适用于连续传输信号之处，例如数字电话系统中。系统中。4网同步的目的是解决通信网的时钟同步网同步的目的是解决通信网的时钟同步问题。问题。 这个问题关系着网中各站的载波同步、这个问题关系着网中各站的载波同步、位同步和群同步。位同步和群同步。 从网同步原理看，通信网可以分为同从网同步原理看，通信网可以分为同步网和异步网或准同步网两

17、大类。步网和异步网或准同步网两大类。 在同步网中，单向通信网，例如广播在同步网中，单向通信网，例如广播网，以及端对端的单条通信链路，一般由网，以及端对端的单条通信链路，一般由接收机承担网同步的任务。接收机承担网同步的任务。 对于多用户接入系统，例如卫星通信对于多用户接入系统，例如卫星通信系统，网同步则是整个终端站的事，即各系统，网同步则是整个终端站的事，即各终端站的发射机参数也要参与调整。终端站的发射机参数也要参与调整。 在准同步网中，主要采用码速调整法在准同步网中，主要采用码速调整法解决网同步问题，码速调整法包括正码速解决网同步问题，码速调整法包括正码速调整法、负码速调整法和正调整法、负码速调整法和正/负码速调整法。负码速调整法。