幀同步,幀同步是什么意思

1、幀同步，幀同步是什么意思幀同步，幀同步是什么意思在數(shù)字通信時(shí)，一般總是以一定數(shù)目的碼元組成一個(gè)個(gè)的“字”或“句”，即組成一個(gè)個(gè)的“群”進(jìn)行傳輸?shù)?。因此，群同步信?hào)的頻率很容易由位同步信號(hào)經(jīng)分頻而得出。但是，每個(gè)群的開頭和末尾時(shí)刻卻無法由分頻器的輸出決定。群同步的任務(wù)就是在位同步信息的基礎(chǔ)上，識(shí)別出數(shù)字信息群（“字”或“句”）的起止時(shí)刻，或者說給出每個(gè)群的“開頭”和“末尾”時(shí)刻。群同步有時(shí)也稱為幀同步。為了實(shí)現(xiàn)群同步，可以在數(shù)字信息流中插入一些特殊碼字作為每個(gè)群的頭尾標(biāo)記，這些特殊的碼字應(yīng)該在信息碼元序列中不會(huì)出現(xiàn)，或者是偶然可能出現(xiàn)，但不會(huì)重復(fù)出現(xiàn)，此時(shí)只要將這個(gè)特殊碼字連發(fā)幾次，收端就能識(shí)別

2、出來，接收端根據(jù)這些特殊碼字的位置就可以實(shí)現(xiàn)群同步。本節(jié)將主要講述插入特殊碼字實(shí)現(xiàn)群同步的方法。插入特殊碼字實(shí)現(xiàn)群同步的方法有兩種，即連貫式插入法和間隔式插入法。在介紹這兩種方法以前，先簡單介紹一種在電傳機(jī)中廣泛使用的起止式群同步法。起止同步法目前在電傳機(jī)中廣泛使用的同步方法，就是起止式群同步法，下面就以電傳機(jī)為例，簡要地介紹一下這種群同步方法的工作原理。電傳報(bào)文的一個(gè)字由7.5個(gè)碼元組成，假設(shè)電傳報(bào)文傳送的數(shù)字序列為10010,則其碼元結(jié)構(gòu)如圖1所示。從圖中可以看到，在每個(gè)字開頭，先發(fā)一個(gè)碼元的起脈沖（負(fù)值），中間5個(gè)碼元是信息，字的末尾是1.5碼元寬度的止脈沖（正值），收端根據(jù)正電平第一次

3、轉(zhuǎn)到負(fù)電平這一特殊規(guī)律，確定一個(gè)字的起始位置，因而就實(shí)現(xiàn)了群同步。由于這種同步方式中的止脈沖寬度與碼元寬度不一致，就會(huì)給同步數(shù)字傳輸帶來不便。另外，在這種同步方式中，7.5個(gè)碼元中只有5個(gè)碼元用于傳遞信息，因此編碼效率較低。但起止同步的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，易于實(shí)現(xiàn)，它特別適合于異步低速數(shù)字傳輸方式。IJ*I-S'fl就*|itM比-m_n_RLL元J圖L連貫式插入法連貫式插入法就是在每群的開頭集中插入群同步碼字的同步方法。作群同步碼字用的其次這個(gè)特殊碼字在信息碼元序列目前已經(jīng)找到的最常用的群同步碼特殊碼字首先應(yīng)該具有尖銳單峰特性的局部自相關(guān)特性，中不易出現(xiàn)以便識(shí)別，最后群同步識(shí)別器需要盡量

4、簡單。字，就是“巴克”碼。n位的巴克碼1 .巴克碼巴克碼是一種具有特殊規(guī)律的二進(jìn)制碼字。它的特殊規(guī)律是：若一個(gè)X1,X2,X3,Xn,每個(gè)碼元只可能取值+1或-1,則它必然滿足條式(1)中，R(j)稱為局部自相關(guān)函數(shù)。從巴克碼計(jì)算的局部自相關(guān)函數(shù)可以看到，它滿足作為群同步碼字的第一條特性，也就是說巴克碼的局部自相關(guān)函數(shù)具有尖銳單峰特性,從后面的分析同樣可以看出，它的識(shí)別器結(jié)構(gòu)非常簡單。目前人們已找到了多個(gè)巴克碼字，具體情況如表1所不。表中+表布+1,-表布-1。表1巴克酹事一位數(shù)A巴克碼字2+i-+3-h+-d+-+5+i十十7十十十1-11+-13+T+4+-4-+以n=7的巴克碼為例，它的

5、局部自相關(guān)函數(shù)計(jì)算結(jié)果如下je（0）=E±1+1+1+1+1.1+1=7E畤/7=1-1-1-1+!="）j«1同樣可以求出j=3、4、5、6、7,以及j=-1、-2、-3、-4、-5、-6、-7時(shí)R(j)的值1=0砧)=?<2)7土?MM和-T根據(jù)式(2)計(jì)算出來的這些值，可以作出7位巴克碼關(guān)于R(j)與j的關(guān)系曲線，如圖2。由圖2可以看出，自相關(guān)函數(shù)在j=0時(shí)具有尖銳的單峰特性。局部自相關(guān)函數(shù)具有尖銳的單峰特性正是連貫式插入群同步碼字的主要要求之一。加G07-15七位巴克碣的自相美麗政2 .巴克碼識(shí)別器巴克碼識(shí)別器是比較容易實(shí)現(xiàn)的，這里以七位巴克碼為例，

6、用7級(jí)移位寄存器、相加器和判決器就可以組成一識(shí)別器，具體結(jié)構(gòu)如圖7-16所示。7級(jí)移位寄存器的1、0端輸出按照1110010的順序連接到相加器輸入，接法與巴克碼的規(guī)律一致。當(dāng)輸入數(shù)據(jù)的“1”存入移位寄存器時(shí)，“1”端的輸出電平為+1,而“0”端的輸出電平為-1;反之，存入數(shù)據(jù)“0”時(shí)，“0”端的輸出電平為+1,“1”端的電平為-1。當(dāng)發(fā)送端送來的碼元自右向左進(jìn)入時(shí)，首先考慮一個(gè)簡單的情況：假設(shè)只計(jì)算巴克碼(1110010)進(jìn)入的幾個(gè)移位寄存器的輸出，此時(shí)將有巴克碼進(jìn)入一位，二位,七位全部進(jìn)入，第一位移出尚留六位,前六位移出只留一位等13種情況。經(jīng)過計(jì)算可得相加器的輸出就是自相關(guān)函數(shù)，設(shè)碼元進(jìn)入

7、移位寄存器數(shù)目為a,碼元尚留在移位寄存器的數(shù)目是b,這是就可以得到a、b和j之間的關(guān)系式1圖3T位巴克圈識(shí)別露JE7(3)根據(jù)上述關(guān)系可以得到表2,它反映了相加器輸出與a、b之間的關(guān)系。實(shí)際上述群同步碼的前后都是有信息碼的，具體情況如圖4(a)所示，在這種情況下巴克碼識(shí)別器的輸出波形如圖4(b)所示?？说K巴一碼聞才【”訂訂司司ho1底思鳥訂口n_b搟-|面HmTL國4識(shí)斛器輸入和輸出波跨當(dāng)七位巴克碼在圖4中的t1時(shí)刻，正好已全部進(jìn)入了7級(jí)移位寄存器，這時(shí)7個(gè)移位寄存器輸出端都輸出+1,相加后得最大輸出+7,如圖4(b)所示，而判決器輸出的兩個(gè)脈沖之間的數(shù)據(jù)，稱為一群數(shù)據(jù)或稱為一幀數(shù)據(jù)。當(dāng)然，對(duì)

8、于信息而言，由于其具有的隨機(jī)特性，可以考察一種最不利的情況：即當(dāng)巴克碼只有部分碼在移位寄存器時(shí)，信息碼占有的其它移位寄存器的輸出全部是+1,在這樣一種對(duì)于群同步最不利的情況下，相加器的輸出將如表3所示。由此可得到相加器的輸出波形如圖5所示。圖中橫坐標(biāo)用a表示，由a、b和j之間的關(guān)系可知，a=14-b。2i6ZW12后5佛根梟歸出看逑由圖5可以看出，如果判決電平選擇為6,就可以根據(jù)a=7時(shí)相加器輸出的7,大于判決電平6而判定巴克碼全部進(jìn)入移位寄存器的位置。此時(shí)識(shí)別器輸出一個(gè)群同步脈沖，表示群的開頭。一般情況下，信息碼不會(huì)正好都使移位寄存器的輸出均為+1,因此實(shí)際上更容易判定巴克碼全部進(jìn)入移位寄存

9、器的位置。后面還要講到如果巴克碼中有誤碼時(shí)，只要錯(cuò)一個(gè)碼，當(dāng)a=7時(shí)相加器輸出將由7變?yōu)?,低于判決器的判決電平。因此，為了提高群同步的抗干擾性能，防止漏同步，判決電平可以改為4。但改為4以后容易發(fā)生假同步，這些問題在性能分析時(shí)要進(jìn)一步討論。間歇式插入法在某些情況下，群同步碼字不再是集中插入在信息碼流中，而是將它分散地插入，即每隔一定數(shù)量的信息碼元，插入一個(gè)群同步碼字。這種群同步碼字的插入方式被稱為間歇式插入法。當(dāng)然集中式插入法和間歇式插入法在實(shí)際系統(tǒng)當(dāng)中都有應(yīng)用，例如在32路數(shù)字電話PCM系統(tǒng)中，實(shí)際上只有30路通電話，另外兩路中的一路專門作為群同步碼傳輸，而另一路作為其它標(biāo)志信號(hào)用，這就是

10、連貫式插入法的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。而在24路PCM系統(tǒng)中，群同步則采用間歇式插入法。在這個(gè)系統(tǒng)中，一個(gè)抽樣值用8位碼表示，此時(shí)24路電話都抽樣一次共有24個(gè)抽樣值，192(24X8=192)個(gè)信息碼元。192個(gè)信息碼元作為一幀，在這一幀插入一個(gè)群同步碼元，這樣一幀共193個(gè)碼元。24路PCM系統(tǒng)如圖7-19所示：由于間歇式插入法，是將群同步碼元分散的插入倒信息流中，因此，群同步碼碼型選擇有一定的要求，其主要原則是：首先要便于收端識(shí)別，即要求群同步碼具有特定的規(guī)律性，這種碼型可以是全“1”碼、“1”“0”交替碼等；其次，要使群同步碼的碼型盡量和信息碼相區(qū)別。例如在某些PCM多路數(shù)字電話系統(tǒng)中，用全“0

11、”碼代表“振鈴”，用全“1”碼代表“不振鈴”，這時(shí)，為了使群同步碼字與振鈴相區(qū)別，群同步碼就不能使用全“1”或全“0”。收端要確定群同步碼的位置，就必須對(duì)接收的碼進(jìn)行搜索檢測(cè)。一種常用檢測(cè)方法為逐碼移位法，它是一種串行的檢測(cè)方法；另一種方法是RAM幀碼檢測(cè)法，它是利用RAM構(gòu)成幀碼提取電路的一種并行檢測(cè)方法。這里將介紹逐碼移位法的基本原理和實(shí)現(xiàn)同步的過程。毛如_丁一亞一%+!三購一*圖6逐碼移位法的基本原理就是，由位同步脈沖（位同步碼）經(jīng)過n次分頻以后的本地群碼（頻率是正確的，但相位不確定）與接收到碼元中間歇式插入的群同步碼進(jìn)行遠(yuǎn)碼移位比較，使本地群碼與發(fā)送來的群同步碼同步。其原理結(jié)構(gòu)框圖如圖

12、7：用第sirrm沖圖7逐次移位法群同步圖7中異或門、延遲一位電路和禁門是專門用來扣除位同步碼元以調(diào)整本地群碼相位的，具體過程可以通過圖8看到。設(shè)接收信碼（波形c）中的群同步碼位于畫斜線碼元的位置，后面依次安排各路信息碼1、2、3（為簡單起見，只包含三路信息碼）。如果系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了群同步，則位同步碼（波形a）經(jīng)四次分頻后，就可以使得本地群碼的相位與收信碼中的群同步碼的相位一致。現(xiàn)在假設(shè)開始日如波形d圖所示，本地群碼的位置與波形c收信碼中的群碼位置相差兩個(gè)碼元位。為了易于看出逐碼移位法的工作過程，假設(shè)群碼為全“1”碼，其余的信息碼均與群碼不同，為“0”。在第一碼元時(shí)間，波形c與d不一致，原理圖中

13、的異或門有輸出（波形e）,經(jīng)延遲一碼元后，得波形f加于禁門，扣掉位同步碼的第2個(gè)碼元（波形b的第2個(gè)碼元位置用加一叉號(hào)表示），這樣分頻器的狀態(tài)在第2碼元期間沒有變化，因而分頻器本地群碼的輸出仍保持和第1碼元時(shí)相同。這時(shí)，它的位置只與收信碼中的群碼位置相差一位了（見波形di）。I23437S910111314U16*JJWJLwuuwuuuuuwbjwmnjumnwuwmjwi，_TL，_TL，_fL_圖3逐次移位法群同步各點(diǎn)的波形輸出類似地在第2碼元時(shí)間，c又和di進(jìn)行比較，產(chǎn)生碼形el和fl,又在第3碼元位置扣掉一個(gè)位同步碼，使本地群碼的位置又往后移一位(波形d2)。至此以后，收信碼中的群碼

14、與本地群碼的位置就完全一致了，因而就實(shí)現(xiàn)了群同步。同時(shí)，也就提供了各路的定時(shí)信號(hào)。從圖8表示的群同步建立原理來看，如果信息碼中所有的碼都與群碼不同，那么最多只要連續(xù)經(jīng)過N次調(diào)整，經(jīng)過NTb的時(shí)間就可以建立同步了。但實(shí)際上信息碼中“I”、"0碼均會(huì)出現(xiàn)，當(dāng)出現(xiàn)“1”碼時(shí)，在上面群同步過程的例子中，第1個(gè)位同步碼對(duì)應(yīng)的時(shí)間內(nèi)信息碼為T,圖7-21中異或門輸出。d=°，e=0,f=0禁門不起作用，不扣除第位同步碼，因此本地群碼不會(huì)向右移展寬，這一幀調(diào)整不起作用，一直要到下一幀才有可能調(diào)整。假如下一幀本地群碼d還是與信碼中“1”碼相對(duì)應(yīng)，則調(diào)整又不起作用。當(dāng)信息碼中1、0碼等概出現(xiàn)

15、時(shí)，即P(1)=P(0)=0.5時(shí)，經(jīng)過計(jì)算，群同步平均建立的時(shí)間近似為(5)群同步系統(tǒng)的性能指標(biāo)對(duì)于群同步系統(tǒng)而言，希望其建立的時(shí)間要短、建立同步以后應(yīng)該具有較強(qiáng)的抗干擾能力。因此，在通常情況下，用以下三個(gè)性能指標(biāo)來表示群同步性能的好壞，它們是：(1漏同步概率P1;(2)假同步概率P2;(3)群同步平均建立時(shí)間ts。不同形式的同步系統(tǒng)，性能自然也不同。在此將主要分析集中插入方式的群同步系統(tǒng)的性能。1 .漏同步概率P1由于噪聲和干擾的影響，會(huì)引起群同步碼字中一些碼元發(fā)生錯(cuò)誤，從而使識(shí)別器漏識(shí)別已發(fā)出的群同步碼字，出現(xiàn)這種情況的概率稱為漏識(shí)概率，用符號(hào)來表示。以7位巴克碼識(shí)別器為例，設(shè)判決門限為

16、6,此時(shí)7位巴克碼中只要有一位碼發(fā)生錯(cuò)誤，當(dāng)7位巴克碼全部進(jìn)入識(shí)別器時(shí)，相加器輸出就由7變5,小于判決門限6,這時(shí)就出現(xiàn)了漏同步情況，因此，只有一位碼也不錯(cuò)才不會(huì)發(fā)生漏同步。若在這種情況下，將判決門限電平降為4,識(shí)別器就不會(huì)漏識(shí)別，這時(shí)判決器容許7位同步碼字中有一個(gè)錯(cuò)誤碼元。在信息碼中也可能出現(xiàn)與所要識(shí)別的群同步碼字相同的碼字，這時(shí)識(shí)別器會(huì)把它誤認(rèn)為群同步碼字而出現(xiàn)假同步。出現(xiàn)這種情況的概率就被稱為假同步概率，用符號(hào)P2表示。因此，計(jì)算假同步概率P2計(jì)算信息碼元中能被判為同步碼字的組合數(shù)與所有可能的碼字?jǐn)?shù)之比。設(shè)二進(jìn)制信息碼中1和0碼等概出現(xiàn)，也就是P(1)=P(0)=0.5,則由該二進(jìn)制碼元

17、組成n位碼字的所有可能的碼字?jǐn)?shù)為2n個(gè)，而其中能被判為同步碼字的組合數(shù)也與m有關(guān)，這里m表示判決器容許群同步碼字中最大錯(cuò)碼數(shù)，若m=0時(shí)，只有“個(gè)碼字能識(shí)別；若M=1,則有個(gè)碼字能識(shí)別。以此類推，就可求出信息碼元中可以被判為同步碼yCr字的組合數(shù)，這個(gè)數(shù)可以表示為7,由此可得假同步概率的表達(dá)式為凸丁“£喋(7)從式(6)和式(7)可以看到，隨著m的增大，也就是隨著判決門限電平降低，P1減小，但P2將增大，所以這兩項(xiàng)指標(biāo)是相互矛盾的。所以，判決門限的選取要兼顧漏同步概率和假同步概率。3 .群同步平均建立時(shí)間ts對(duì)于連貫式插入的群同步而言，設(shè)漏同步和假同步都不發(fā)生，也就是P1=0和P2=

18、0。在最不利的情況下，實(shí)現(xiàn)群同步最多需要一群的時(shí)間。設(shè)每群的碼元數(shù)為N(其中m位為群同步碼)，每碼元時(shí)間為Tb,則一群碼的時(shí)間為NTbo考慮到出現(xiàn)一次漏同步或一次假同步大致要多花費(fèi)的時(shí)間才能建立起群同步，故群同步的平均建立時(shí)間大致為：湘比,這!時(shí)間與利用式b-39）計(jì)算的間歇式插入法平均建立時(shí)間勺連貫式赳小得多,這就是連要越入法得到廣泛應(yīng)用的原因之一9群同步的保護(hù)1.連貫式插入法中的群同步保護(hù)連貫式插入法中的群同步保護(hù)電路如圖9。在群同步尚末建立時(shí)，系統(tǒng)處于捕捉態(tài)，狀態(tài)觸發(fā)器C的Q端為低電平，群同步碼字識(shí)別器的判決門限電平較高，因而就減小了假同步概率P2。這時(shí)在保護(hù)電路中，由于把判決門限電平調(diào)高，假同步的概率已很小，故保護(hù)電路中的n分頻器被置零，禁止位同步n分頻后輸出。這里的n表示一幀數(shù)據(jù)的長度，因此,在置零信號(hào)無效時(shí)，位同步n分頻后可以輸出一個(gè)與群同步同頻的信號(hào)，但脈沖位置不能保證與群同步脈沖位置相同，而