《現(xiàn)代通信技術(shù)》課件第六章 同步系統(tǒng)

第6章同步系統(tǒng)6.1載波同步6.2位同步6.3幀同步6.4網(wǎng)同步第6章同步系統(tǒng)6.1載波同步載波同步一般有兩類方法：一類是插入導(dǎo)頻法（外同步法），它是在發(fā)端發(fā)送信息碼元的同時(shí)，再發(fā)送一個(gè)（或多個(gè)）包含載波信息的導(dǎo)頻信號(hào)，并且要求這個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)不隨傳播的信息變化，在接收端根據(jù)導(dǎo)頻提取出載波；另一類是直接提取法（自同步法），它是從接收到的有用信號(hào)中直接（或經(jīng)變換）提取相干載波，而不需要另外傳送載波或其他導(dǎo)頻信號(hào)。6.1載波同步1.插入導(dǎo)頻法在抑制載波的傳輸系統(tǒng)（如DSB雙邊帶信號(hào)、SSB單邊帶信號(hào)等）中，信號(hào)中沒(méi)有載波成分，接收端無(wú)法從接收到的信號(hào)中直接提取載波；而有的信號(hào)（如VSB殘留邊帶信號(hào)）雖然含有載波但不易取出；為了獲取載波同步信息，就要采用插入導(dǎo)頻的方法。插入導(dǎo)頻的方法就是發(fā)送端除了發(fā)送有用的信號(hào)外，還在適當(dāng)?shù)奈恢蒙喜迦胍粋€(gè)供接收端恢復(fù)相干載波之用的正弦波信號(hào)（這個(gè)信號(hào)通常稱為導(dǎo)頻信號(hào)）。插入導(dǎo)頻信號(hào)的方法可分為兩種：一種是在頻域插入導(dǎo)頻，另一種是在時(shí)域插入導(dǎo)頻。7.1載波同步(1)頻域插入導(dǎo)頻法頻域插入導(dǎo)頻法是指在已調(diào)信號(hào)的頻譜中加入一個(gè)低功率的線譜，該線譜對(duì)應(yīng)的正弦波即稱為導(dǎo)頻信號(hào)。以DSB信號(hào)(抑制載波雙邊帶信號(hào))為例，導(dǎo)頻的插入位置應(yīng)該在信號(hào)頻譜為零處，否則導(dǎo)頻與信號(hào)頻譜成分重疊，接收時(shí)不易取出。6.1載波同步

載波頻率點(diǎn)fC處信號(hào)的能量為零，因而可在此點(diǎn)插入導(dǎo)頻。導(dǎo)頻的頻率為fc，這一頻率與加入調(diào)制器的載波頻率是一致的，但它的相位一般與被調(diào)載波正交（即相差90o），稱為“正交載波”。6.1載波同步

在接收端，只要用濾波器提取這一導(dǎo)頻信號(hào)，再移相90o就可作為本地相干載波輸出，進(jìn)行相干解調(diào)。這個(gè)過(guò)程如圖7-2所示。6.1載波同步(2)時(shí)域插入導(dǎo)頻法時(shí)域插入導(dǎo)頻法在時(shí)分多址通信衛(wèi)星中應(yīng)用較多，在一般數(shù)字通信中也有應(yīng)用，插入導(dǎo)頻信號(hào)與傳輸?shù)男畔⒃跁r(shí)間上加以區(qū)別。其原理如圖7-3所示。6.1載波同步2.直接提取法有些接收信號(hào)（如DSB信號(hào)、PSK信號(hào)等）本身就含有載波分量或載波的諧波分量，如果對(duì)這些信號(hào)在接收端經(jīng)過(guò)適當(dāng)處理，就可以從中提取出所需要的相干載波。直接提取法就是據(jù)此而提出的。直接提取法的常用方式有：平方變換法、反調(diào)制環(huán)法、同相正交環(huán)法和判決反饋法。6.1載波同步(1)平方變換法平方變換法對(duì)2PSK信號(hào)的載波提取原理如圖7-4所示。由圖7-4可見(jiàn)，載波提取是通過(guò)倍頻—分頻來(lái)實(shí)現(xiàn)（若為4PSK信號(hào)，則采用四倍頻—四分頻方式）。6.1載波同步

設(shè)輸入信號(hào)為

SPSK(t)=S(t)Cos

ct（7-1）式中，S(t)

為數(shù)字基帶信號(hào)，

c

為載波角頻率，對(duì)應(yīng)的頻率為（fc=

c/2π）則SPSK(t)經(jīng)過(guò)平方電路（平方電路由平方律器件或全波整流器件組成）后為：

e（t）=S2(t)Cos2

ct=

ct（7-2）由式（7-2）可見(jiàn)，產(chǎn)生出來(lái)的信號(hào)e（t）中含有原載波的二次諧波分量。這樣，信號(hào)e（t）通過(guò)中心頻率為2fc的窄帶濾波器，就可分離出載頻的倍頻分量2fc。限幅器用來(lái)消除信號(hào)在幅度上的波動(dòng)，然后經(jīng)過(guò)二分頻器，即可恢復(fù)出頻率為fc的本地相干載波。這就是平方變換法。6.1載波同步(2)逆調(diào)制環(huán)法SPSK（t）延時(shí)τ0逆調(diào)制器鎖相環(huán)解調(diào)器限幅器相干載波S（t）SPSK（t）fc（t）逆調(diào)制環(huán)法常用于對(duì)PSK（相移鍵控）信號(hào)的載波提取，它采用在接收端對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行逆調(diào)制的方法來(lái)消除接收信號(hào)的調(diào)制信息。其原理如圖7-6（a）所示。

6.1載波同步

由解調(diào)器恢復(fù)出來(lái)的數(shù)字信號(hào)S（t）對(duì)延時(shí)τo后的接收信號(hào)SPSK（t）進(jìn)行逆調(diào)制。這樣，在原抑制載波的雙邊帶信號(hào)中，載波相位因調(diào)制而引起的變化就被解除。以2PSK信號(hào)為例，參見(jiàn)圖7-6（b）6.1載波同步

經(jīng)基帶信號(hào)S（t）調(diào)制后，載波相位保持不變的那些碼元（即1），再用原基帶信號(hào)S（t）調(diào)制一次，載波相位仍應(yīng)保持不變；而經(jīng)基帶信號(hào)調(diào)制后，載波相位反相的那些碼元（即0），再用原基帶信號(hào)調(diào)制一次（即再反相一次），就恢復(fù)了載波的原始相位。由此可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)逆調(diào)制器的作用，消除了載波信號(hào)的相位變化，得到的是單一頻率的載波，用它作為鎖相環(huán)的基準(zhǔn)信號(hào)，則鎖相環(huán)的輸出就是所需的參考相干載波fc（t）。圖7-6中延時(shí)τo的作用在于補(bǔ)償解調(diào)器通路中低通濾波器延時(shí)的影響，使逆調(diào)制器的兩個(gè)輸入信號(hào)在時(shí)間上相符，從而確保環(huán)路正常工作。6.1載波同步(3)同相正交環(huán)法6.1載波同步

以上介紹的電路是工作在載波頻率fc或2fc上的載波提取環(huán)路。載波頻率往往很高，提取環(huán)路工作在高頻率上有一定困難。若能讓載波提取環(huán)路工作在基帶頻率上，就會(huì)給處理信號(hào)帶來(lái)方便。同相正交環(huán)——又叫科斯塔斯環(huán)（Castas），就是這樣的一種電路，其原理如圖7-7所示。6.1載波同步

接收到的輸入信號(hào)S（t）Cos（ωct+

i）經(jīng)過(guò)兩個(gè)乘法器相干解調(diào)后分別輸出uQ和uI（其中uI是經(jīng)過(guò)本地相干載波相移90o后解調(diào)得到的）。uQ和uI再通過(guò)低通濾波器后得到基帶信號(hào)uDQ和uDI。這兩個(gè)基帶信號(hào)經(jīng)乘法器得壓控振蕩的控制電壓，使之輸出本地相干載波。信號(hào)的具體處理過(guò)程如下：6.1載波同步設(shè)輸入信號(hào)的相位為

i，而壓控振蕩器產(chǎn)生的相干載波的相位為

o，則：

u1=Cos（ωct+

O）（7-3）

u2=Sin（ωct+

O）（7-4）乘法器相干解調(diào)后得到：

uI=S（t）Cos（ωct+

i）·Cos（ωct+

O）

=S（t）[Cos（

i-

O）+Cos（2ωct+

i+

O）]（7-5）

uQ=S（t）Cos（ωct+

i）·Sin（ωct+

O）

=-S（t）[Sin（

i-

O）-Sin（2ωct+

i+

O）]（7-6）在通過(guò)低通濾波器后，可濾出前一項(xiàng)，即：

uDQ=S（t）cos（

i－

o）（7-7）

uDI=Sisin（

i－

o）二者相乘，經(jīng)環(huán)路濾波后得到控制電壓：

ud=Si2sin2（

i－

o）（7-9）6.1載波同步3.載波同步性能及其比較判斷一個(gè)載波同步系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)主要有如下兩個(gè)：(1)效率：所謂提高效率是指在能夠獲得載波的情況下，盡量減少發(fā)送載波的功率。(2)精度：所謂提高精度是指提取到的相干載波與發(fā)送端載波之間的相位誤差要越小越好?？梢钥闯?，載波同步系統(tǒng)的精度越高，則傳輸系統(tǒng)誤碼率就越小。這是影響傳輸系統(tǒng)誤碼率的主要因素。6.2位同步

位同步又稱為碼元同步，它是數(shù)字通信中最基本最重要的一種同步。6.2位同步1.外同步法外同步法是指在發(fā)送數(shù)字信息的同時(shí)，還發(fā)送位同步信號(hào)的一種同步方法。以下是兩種應(yīng)用較廣泛的實(shí)現(xiàn)方式。(1)插入位定時(shí)導(dǎo)頻法這種方法的原理與載波同步的插入導(dǎo)頻法相類似。在無(wú)線通信中，數(shù)字基帶信號(hào)一般都采用非歸零（NRZ碼）的矩形脈沖，并以此對(duì)高頻載波作各種調(diào)制。解調(diào)后得到的也是非歸零的矩形脈沖，碼元速率為fb。6.2位同步1)收端需注意消除或減弱定時(shí)導(dǎo)頻對(duì)原基帶信號(hào)的影響。因?yàn)槲欢〞r(shí)導(dǎo)頻分量不是原數(shù)字信號(hào)的成分，故在加入導(dǎo)頻后，收端解調(diào)得到的基帶信號(hào)與原來(lái)的不同。所以必須設(shè)法消除導(dǎo)頻分量，恢復(fù)原始數(shù)字信息，否則將引起判決錯(cuò)誤。解決這一問(wèn)題的辦法，一是在發(fā)端加入位定時(shí)導(dǎo)頻時(shí)，在相位上使信息序列的取樣判決時(shí)刻正好是位定時(shí)導(dǎo)頻信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)，這樣可不產(chǎn)生對(duì)原信號(hào)的干擾。但這樣安排，在信道群時(shí)延均衡不良時(shí)也會(huì)因接收信號(hào)的判決時(shí)刻與導(dǎo)頻信號(hào)的過(guò)零點(diǎn)不重合，而產(chǎn)生干擾。為此，另一個(gè)辦法是在接收端同時(shí)采取抵消導(dǎo)頻分量的措施，這也是圖7-10中設(shè)減法器的目的。2)導(dǎo)頻信號(hào)有可能反過(guò)來(lái)受到原數(shù)字信號(hào)的影響。圖7-10中鎖相環(huán)所起的作用就是進(jìn)一步利用其跟蹤和窄帶的特性來(lái)提取信號(hào)，而移相電路的目的是為了抵消提取出的導(dǎo)頻信號(hào)經(jīng)窄帶濾波器、限幅器和鎖相環(huán)引起的相移。6.2位同步(2)雙重調(diào)制導(dǎo)頻插入法在頻移鍵控、相移鍵控的數(shù)字通信系統(tǒng)中，PSK信號(hào)、FSK信號(hào)都是包絡(luò)不變的等幅波，所以導(dǎo)頻的傳送也可以采取淺調(diào)幅的方法。在發(fā)送端用位同步信號(hào)對(duì)已調(diào)信號(hào)再進(jìn)行附加調(diào)幅，實(shí)現(xiàn)雙重調(diào)制，在接收端進(jìn)行包絡(luò)檢波，也可以取出位同步信號(hào)。6.2位同步

設(shè)調(diào)相信號(hào)為：

SPSK（t）=S（t）COS[

0t+

（t）]（7-10）現(xiàn)在利用含有位同步信號(hào)的某種波形如升余弦波m（t）=（1+COSΩt）/2對(duì)調(diào)相載波進(jìn)行調(diào)幅，則有

=m（t）SPSK（t）=（1+COSΩt）S（t）COS[

0t+

（t）]（7-11）其中Ω=2

/T=2

f，T為碼元寬度，f為導(dǎo)頻信號(hào)的頻率。由式（7-11）知，是一個(gè)既調(diào)幅又調(diào)相的復(fù)合信號(hào)。由于二者差別大，便于接收端分離。在接收端對(duì)進(jìn)行包絡(luò)解調(diào)，輸出為（1+COSΩt）/2，經(jīng)濾除直流分量后，即得到位同步信號(hào)COSΩt。6.2位同步

2.自同步法自同步法也稱作直接提取位同步法，是指發(fā)端不傳送專門(mén)的位同步信息，而直接從接收信號(hào)或解調(diào)后的數(shù)字基帶信號(hào)中提取位同步信號(hào)。這種方法在數(shù)字通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，具體實(shí)現(xiàn)直接提取位同步的方法有三種：濾波法、脈沖鎖相法和數(shù)字鎖相法。6.2位同步(1)濾波法6.2位同步(2)包絡(luò)檢波法在數(shù)字微波的中繼通信中，常用包絡(luò)檢波的方法從PSK信號(hào)中提取位同步信號(hào)。雖然PSK信號(hào)是包絡(luò)不變的等幅波，具有極寬的頻帶，但由于信道頻帶寬度有限，所以在信道中傳輸后，會(huì)在相鄰碼元相位突變點(diǎn)附近產(chǎn)生幅度凹陷的失真，也稱平滑陷落。因此在解調(diào)PSK信號(hào)時(shí)，用包絡(luò)檢波器檢出這種幅度“平滑陷落”的包絡(luò)（a），去掉其中的直流分量（b）后，即可得到歸零的脈沖序列（c），最后用窄帶濾波器提取包含于其中的位同步頻譜分量，經(jīng)脈沖整形即可得到位同步信號(hào)，如圖7-12所示。6.2位同步6.2位同步3.重要的位同步鎖相環(huán)為克服濾波法在提取位同步時(shí)存在的缺點(diǎn)，可用鎖相環(huán)來(lái)代替濾波器。這種方法稱為鎖相法，有脈沖鎖相法和數(shù)字鎖相法兩種。(1)脈沖鎖相法6.2位同步(2)數(shù)字鎖相法數(shù)字鎖相法在現(xiàn)代數(shù)字通信的位同步系統(tǒng)中得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。它的基本原理是：接收端通過(guò)一個(gè)高穩(wěn)定度振蕩器分頻得到本地位定時(shí)脈沖序列，然后輸入數(shù)字信號(hào)與本地位定時(shí)脈沖在鑒相器中進(jìn)行相位比較。若兩者相位不一致，鑒相器輸出誤差信息，去控制調(diào)整可變分頻器的輸出脈沖相位，直到輸出的位定時(shí)脈沖和輸入信號(hào)在頻率和相位上都保持一致時(shí)，才停止調(diào)整，從而達(dá)到獲得同步信號(hào)的目的。6.2位同步6.2位同步1）振蕩器：它產(chǎn)生的高穩(wěn)定振蕩頻率f0是接收信號(hào)頻率fC（即碼元速率，fC=1/T，T為碼元周期）的2n倍，即f0=2nfC，這也就是本地輸出脈沖序列的頻率，它再經(jīng)過(guò)二分頻后，形成相位差為

的兩路脈沖序列a和b，它們的頻率為f0/2=2n-1/T，而時(shí)間差為半個(gè)周期，即T/2n秒。2）數(shù)字鑒相器：它由與門(mén)和單穩(wěn)電路組成，有兩種形式：積分型和微分型。本地定時(shí)脈沖序列和接收定時(shí)脈沖通過(guò)鑒相器后可產(chǎn)生超前或滯后脈沖，由此控制可變分頻器去調(diào)節(jié)本地定時(shí)的相位，使本地相位與接收相位一致。6.2位同步3）可變分頻器：它由2n-1分頻器，兩個(gè)與門(mén)和一個(gè)或門(mén)組成，其中兩個(gè)與門(mén)又可根據(jù)其作用分為扣除門(mén)和附加門(mén)。在定時(shí)信號(hào)處于鎖定狀態(tài)（即電路工作正常時(shí)）時(shí)，附加門(mén)是常閉的，此時(shí)送往2n-1分頻器的信號(hào)是由常開(kāi)的扣除門(mén)提供的。當(dāng)超前脈沖到來(lái)時(shí)，扣除門(mén)扣除一個(gè)脈沖，使本地定時(shí)相位推后；附加門(mén)只有當(dāng)滯后脈沖到來(lái)時(shí)才打開(kāi)，它的作用是附加一個(gè)脈沖，使本地定時(shí)相位提前。分頻器輸出再送回鑒相器不斷地進(jìn)行相位比較和調(diào)整，最后達(dá)到收發(fā)定時(shí)信號(hào)一致。6.2位同步4.位同步的主要性能指標(biāo)衡量數(shù)字通信設(shè)備的位同步性能，通常有以下幾項(xiàng)指標(biāo)：

(1)相位誤差正如本節(jié)開(kāi)始所提到的，位同步的性能好壞對(duì)整個(gè)傳輸系統(tǒng)的性能密切相關(guān)。而衡量位同步性能最重要的指標(biāo)就是相位誤差。從本節(jié)序言我們知道，通信系統(tǒng)接收端的抽樣判決時(shí)刻總是選取在接收信碼的中央位置，因?yàn)樵谶@一位置的信號(hào)能量是最大的，它可以保證當(dāng)信號(hào)受到信道噪聲干擾時(shí)也不至于造成判決錯(cuò)誤。但如果相位誤差過(guò)大致使判決時(shí)刻偏離信碼中央過(guò)多，信道干擾的存在就很容易就引起誤判。圖7-8很清楚地說(shuō)明了這個(gè)問(wèn)題。可見(jiàn)，當(dāng)同步信號(hào)的相位誤差增大時(shí)，必然引起傳輸系統(tǒng)誤碼率Pe的增高。6.2位同步(2)同步建立時(shí)間ts

同步建立時(shí)間為失去同步后重建同步所需的最長(zhǎng)時(shí)間。在最差情況是位同步脈沖與輸入信號(hào)相位相差T/2，數(shù)字鎖相環(huán)每調(diào)整一步僅能移T/N秒，故最大調(diào)整次數(shù)為N/2。在隨機(jī)信號(hào)中，“0”、“1”近似等概率，所以過(guò)零點(diǎn)的情況占一半。平均起來(lái)，相當(dāng)于兩個(gè)周期可調(diào)整一次相位，故同步建立時(shí)間為ts=NT。(3)同步保持時(shí)間t0

除了相位誤差外，同步保持時(shí)間也是同步系統(tǒng)的一個(gè)重要指標(biāo)。從接收信號(hào)消失或接收信號(hào)中的位同步信息消失開(kāi)始，到位同步電路輸出的位同步信號(hào)中斷為止，這段時(shí)間稱為位同步的保持時(shí)間。同步保持時(shí)間越長(zhǎng)，就越有利于位同步，這首先需要收、發(fā)兩端振蕩器的振蕩頻率有較高的穩(wěn)定度。6.2位同步(4)同步門(mén)限信噪比在保證一定的位同步質(zhì)量的前提下，接收機(jī)輸入端所允許的最小信噪比，稱為同步門(mén)限信噪比。這個(gè)指標(biāo)規(guī)定了位同步對(duì)深衰落信道的適應(yīng)能力。與這項(xiàng)指標(biāo)對(duì)應(yīng)的是接收機(jī)的同步門(mén)限電平，它是保證位同步門(mén)限信噪比所需的最小收信電平。6.3幀同步

1.幀同步碼的插入方法為實(shí)現(xiàn)幀同步，一般采用插入同步碼法，即在發(fā)送端的數(shù)字信息中插入約定好的特殊碼組，在接收端如能檢測(cè)到這些碼組即為同步。具體插入的方法分為集中插入和間隔插入兩種。(1)集中插入同步碼法集中插入是指把事先約定的幀同步碼組集中插入在一幀的特定位置，一般插在幀的開(kāi)始，接收端一旦檢測(cè)到這個(gè)特定的碼組，就確定了幀的起始位置，從而獲得幀同步。根據(jù)對(duì)幀同步系統(tǒng)的要求，為了可靠穩(wěn)定地檢測(cè)幀同步而不受干擾，這個(gè)具有一定長(zhǎng)度的特定同步碼組必須具有與傳送的信息流不同的規(guī)律，使得同步識(shí)別是將信息碼誤判為同步碼的可能盡量小。另外，識(shí)別器也要盡量地簡(jiǎn)單。6.3幀同步

(2)間隔插入同步碼法間隔插入同步碼法是指將幀同步碼分散穿插在一幀或幾幀數(shù)字信號(hào)中進(jìn)行傳送。這里的幀同步碼一般選用比較簡(jiǎn)單的碼型，如24路PCM系統(tǒng)和30/32增量編碼系統(tǒng)一般都采用“1”、“0”交替碼。即一幀插入“1”作同步碼，另一幀插入“0”作同步碼。在接收端為了確定這些同步碼的位置，就需要對(duì)接收到的所有信碼逐位進(jìn)行檢測(cè)，故這種檢測(cè)方法稱為逐碼移位法。6.3幀同步

6.3幀同步(3)兩種幀同步方法的性能比較在目前的通信系統(tǒng)中，普遍采用集中插入幀同步碼法來(lái)實(shí)現(xiàn)幀同步。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是一旦失步后即能迅速恢復(fù)，即只要收到下一幀同步碼組就能恢復(fù)同步；而間隔插入法的缺點(diǎn)也恰在于此：失步后它必須逐位調(diào)整本地幀同步碼相位，也就是說(shuō)，同步恢復(fù)時(shí)間較長(zhǎng)，這一點(diǎn)不符合現(xiàn)代通信的要求。集中插入法也有缺點(diǎn)，由于幀同步碼需要一定的長(zhǎng)度，故而占用了信道資源，降低了傳輸效率；另外，設(shè)備相對(duì)比較復(fù)雜。間隔插入法占用碼位少，且設(shè)備簡(jiǎn)單，在一些對(duì)同步性能要求不高的場(chǎng)合可以采用。6.3幀同步2.幀同步系統(tǒng)前后方保護(hù)時(shí)間在上面講到集中插入同步碼法時(shí)，讀者自然而然會(huì)問(wèn)這樣一個(gè)問(wèn)題：在通道中傳輸?shù)男盘?hào)中有可能存在一小段恰好與幀同步碼相同的碼組，在同步?jīng)]有建立之前，如果接收端檢測(cè)到這個(gè)碼組，它會(huì)不會(huì)誤判為同步？同樣，既然信道噪聲是不可避免的，那么在信道中傳輸?shù)乃袛?shù)字信號(hào)都可能受到干擾而發(fā)生誤碼，幀同步碼當(dāng)然也不例外。那么當(dāng)幀同步碼因?yàn)檎５男诺涝肼暥l(fā)生誤碼時(shí)，接收端會(huì)不會(huì)立即判定系統(tǒng)失步？在通信系統(tǒng)中，稱前者為偽同步，稱后者為假失步。很顯然，這都是不希望看到的。為了達(dá)到這一目的，在幀同步系統(tǒng)中普遍都采取了相應(yīng)措施，將它稱為幀同步的保護(hù)。具體來(lái)講，解決偽同步的叫做后方保護(hù)，而解決假失步的叫做前方保護(hù)。6.3幀同步(1)誤差累積積分保護(hù)電路誤差累積積分保護(hù)電路的原理框圖6.3幀同步

具體工作過(guò)程是：當(dāng)某幀的同步碼出現(xiàn)誤碼時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)誤差脈沖。誤差脈沖一方面經(jīng)過(guò)展寬電路送入積分器，另一方面經(jīng)過(guò)延時(shí)送入與門(mén)。積分器的時(shí)間常數(shù)應(yīng)當(dāng)選取適當(dāng)，一般選為稍大于一幀的長(zhǎng)度。當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)真失步時(shí)，同步電路每幀輸出一個(gè)誤差信號(hào)；由于積分器時(shí)間常數(shù)大于一幀，則其輸出到鑒幅器的直流電壓不斷累積，直至超過(guò)其門(mén)限值時(shí)，鑒幅器輸出高電平，與門(mén)被打開(kāi)，此時(shí)才產(chǎn)生移位脈沖進(jìn)入捕捉同步狀態(tài)。6.3幀同步6.3幀同步

鑒幅器門(mén)限電平的選擇應(yīng)當(dāng)考慮兩方面的因素：一方面不能太小，如果只需一、兩個(gè)誤差信號(hào)就使得鑒幅器輸出高電平，則達(dá)不到前方保護(hù)的目的；而如果這個(gè)門(mén)限值取得太大，又會(huì)使前方保護(hù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，容易造成信息丟失。一般來(lái)說(shuō)，鑒幅器門(mén)限電平的選擇以3-5個(gè)誤差信號(hào)電壓累積使其翻轉(zhuǎn)為準(zhǔn)。在同步搜索狀態(tài)下，輸入鑒幅器的累積電壓繼續(xù)增大，當(dāng)同步電路重新檢測(cè)到幀同步碼時(shí)，此時(shí)無(wú)誤差信號(hào)輸入，積分電路開(kāi)始放電，當(dāng)鑒幅器輸入電壓降低到門(mén)限電平以下時(shí)，鑒幅器輸出低電平，與門(mén)被封死，此時(shí)移位脈沖消失，系統(tǒng)重新恢復(fù)同步。鑒幅器輸入電壓從最高點(diǎn)開(kāi)始下降至門(mén)限電平這段時(shí)間就稱為后方保護(hù)時(shí)間，它的選取和前方保護(hù)時(shí)間的選取相類似，應(yīng)考慮到減少同步捕捉時(shí)間和避免假同步兩方面因素。6.3幀同步(2)脈沖復(fù)選電路6.3幀同步3.幀同步碼的選擇幀同步碼的選擇應(yīng)滿足：①能快速準(zhǔn)確地識(shí)別；②假同步和假失步的概率越小越好；③幀同步碼的長(zhǎng)度應(yīng)盡量短。所以，幀同步碼應(yīng)有良好的相位鑒別能力，即具有尖銳的自相關(guān)函數(shù)特性。巴克碼（Barker）就是一種能夠滿足這些要求的特殊碼組，它具有的典型規(guī)律叫做自相關(guān)特性。目前，根據(jù)自相關(guān)函數(shù)的定義，只找到了7種長(zhǎng)度不同的巴克碼：如7位碼“1110010”，11位碼“11100010010”等，考慮到信息傳輸效率和設(shè)備復(fù)雜程度等因素，目前應(yīng)用最廣的是7位巴克碼。其同步的識(shí)別常利用移位寄存器來(lái)進(jìn)行6.3幀同步

6.3幀同步4.幀同步系統(tǒng)的典型電路(1)PCM一次群幀結(jié)構(gòu)一次群又稱為基礎(chǔ)群，簡(jiǎn)稱基群。30/32路PCM基群的幀和復(fù)幀結(jié)構(gòu)如圖7-20所示。根據(jù)CCITT建議，這個(gè)幀結(jié)構(gòu)的構(gòu)成包含如下內(nèi)容：

1)每幀的路時(shí)隙數(shù)為32，編號(hào)為0—31，分別以TS0，TS1，TS2

TS31表示。

2)每個(gè)路時(shí)隙的比特?cái)?shù)為8，編號(hào)為1—8。

3)TS1—TS15和TS17—TS31共30個(gè)時(shí)隙供通話用，編號(hào)為1—30。

4)TS0的8個(gè)比特用作幀同步碼、監(jiān)視碼。

5)TS16用來(lái)傳送信令碼。6.3幀同步6.3幀同步(2)PCM一次群幀同步電路舉例根據(jù)CCITT建議，PCM基群幀結(jié)構(gòu)規(guī)定幀同步碼為奇偶幀兩種形式交替：偶幀TS0時(shí)隙的D2—D8為幀同步碼“0011011”，奇幀TS0時(shí)隙的D2固定為“1”，其他比特任意。所以，在幀失步以后，幀同步電路將按下面步驟恢復(fù)同步：

1)首先檢測(cè)到正確的幀同步碼“0011011”。

2)在下一幀TS0時(shí)隙中核實(shí)第二比特為“1”。

3)再下一幀檢測(cè)到正確的幀同步碼。之所以作這樣的規(guī)定，是兼顧了兩方面的因素，一方面考慮了幀同步的前后方保護(hù)功能，不會(huì)將假同步碼判為真同步碼；另一方面也考慮減小了系統(tǒng)的復(fù)雜程度，并節(jié)約了信道資源。6.3幀同步PCM基群的幀同步系統(tǒng)框圖6.3幀同步5.幀同步系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)(1)捕捉時(shí)間現(xiàn)代通信都采取多路復(fù)用的方式傳輸信息，所以每一幀中都包含有很多信息。一旦幀同步丟失，這些信息也會(huì)隨之丟失。為此，就要求幀同步系統(tǒng)在開(kāi)始工作或失步后，要能在很短的時(shí)間內(nèi)捕捉到同步碼組，建立同步。這一時(shí)間也稱為捕捉時(shí)間或同步建立時(shí)間。用通信術(shù)語(yǔ)來(lái)講，就是要求同步建立和同步恢復(fù)的時(shí)間都要盡量短。一般來(lái)講，對(duì)語(yǔ)言通信的時(shí)間要求不大于100ms，對(duì)數(shù)據(jù)通信的時(shí)間要求不大于2ms。顯然，集中插入同步方法比間隔插入方法的捕捉時(shí)間要短得多，因而在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。6.3幀同步(2)概率與假同步概率在傳輸過(guò)程中，由于信道干擾的存在而不可避免地會(huì)出現(xiàn)誤碼，如果只是偶然地一次同步丟失就重新開(kāi)始搜索同步（漏同步或假失步），或把信息碼誤判為同步碼（假同步或偽同步），勢(shì)必造成正常的通信經(jīng)常發(fā)生中斷，從而丟失掉很多信息。因此，對(duì)幀同步系統(tǒng)的另一個(gè)重要要求就是工作要穩(wěn)定可靠，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。(3)有效信息傳輸速率幀同步碼在每一幀中都占用了一定的信道資源，同步碼越長(zhǎng)，可以用于傳送信息的信道資源就越少。所以，在保證同步性能的前提下，幀同步碼應(yīng)該越短越好。但這一要求同上述同步恢復(fù)時(shí)間要短的要求相矛盾，需要折中考慮。6.4網(wǎng)同步

隨著通信技術(shù)的不斷發(fā)展，通信的目的越來(lái)越傾向于各種信息資源的共享。能夠?qū)崿F(xiàn)這種共享的通信網(wǎng)必須具備以下條件：

1)網(wǎng)中傳送的信息形式以及信號(hào)格式必須是多種多樣的。

2)通信網(wǎng)的頻帶寬度必須滿足各種信息傳遞的要求。

3)通信網(wǎng)的終端設(shè)備類型必須多樣化。6.4網(wǎng)同步

網(wǎng)同步所要實(shí)現(xiàn)的功能是要使不同數(shù)碼率的信息碼在同一通信網(wǎng)中正確傳輸、交換和接收，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)的網(wǎng)路同步，防止信息丟失。網(wǎng)同步技術(shù)的著眼點(diǎn)是在于使通信網(wǎng)中各轉(zhuǎn)接點(diǎn)的時(shí)鐘頻率和相位保持協(xié)調(diào)一致。它有如下三種同步方式。

1.準(zhǔn)同步方式準(zhǔn)同步方式又稱為獨(dú)立時(shí)鐘同步方式，或稱異步復(fù)接。這種同步方式適用于準(zhǔn)同步數(shù)字通信系統(tǒng)。所謂準(zhǔn)同步系統(tǒng)，指各轉(zhuǎn)接點(diǎn)的時(shí)鐘是相互獨(dú)立的，它們都采用高穩(wěn)定度的時(shí)鐘源，基準(zhǔn)頻率相同，但其頻率并不完全一致，這就導(dǎo)致從各站送來(lái)的信息數(shù)碼率不是完全一致的。要使送來(lái)的信息頻率和本站鐘頻保持一致，可以采用正碼速調(diào)整法或水庫(kù)法來(lái)實(shí)現(xiàn)。6.4網(wǎng)同步

1)正碼速調(diào)整法正碼速調(diào)整法已第六章第四節(jié)《數(shù)字復(fù)接技術(shù)》中詳細(xì)介紹，在此從略。2)水庫(kù)法前面講過(guò)，準(zhǔn)同步系統(tǒng)中的各站點(diǎn)都采用高穩(wěn)定度的時(shí)鐘源，這使得站與站之間的頻率誤差是相當(dāng)小的。如果在極高穩(wěn)定度時(shí)鐘源的基礎(chǔ)上再在各轉(zhuǎn)接點(diǎn)設(shè)置足夠大容量的的緩沖存儲(chǔ)器，就能夠在很長(zhǎng)一端時(shí)間間隔內(nèi)既不會(huì)“取空”也不會(huì)“溢出”。大容量的緩沖存儲(chǔ)器就象水庫(kù)一樣，既不容易將水抽干，也不容易將水灌滿。“水庫(kù)法”因此而得名。6.4網(wǎng)同步

2.主從同步方式主從同步方式適用的條件與準(zhǔn)同步方式不同，后者適用于各轉(zhuǎn)接站使用獨(dú)立時(shí)鐘源的場(chǎng)合，而前者在整個(gè)通信網(wǎng)中只有一個(gè)時(shí)鐘源。該時(shí)鐘源一般是一個(gè)極高穩(wěn)定度的頻率振蕩器或原子鐘，備有該時(shí)鐘源的站點(diǎn)成為本通信網(wǎng)的主站。主站將本時(shí)鐘信號(hào)作為網(wǎng)內(nèi)唯一的標(biāo)準(zhǔn)頻率發(fā)往其它各站（稱為從站），各從站通過(guò)鎖相環(huán)來(lái)使本站頻率與主站頻率保持一致而獲得同步。主從同步方式又可分為簡(jiǎn)單主從式和等級(jí)主從式兩種6.4網(wǎng)同步

(1)簡(jiǎn)單主從方式6.4網(wǎng)同步

每一從站的時(shí)鐘直接由主站供給，并通過(guò)本站的鎖相環(huán)保持與主站一致。由于各從站到主站的時(shí)延不同，故而各站來(lái)的信號(hào)時(shí)延也不同，即存在一定的相位差。這一問(wèn)題可以通過(guò)在各從站設(shè)彈性存儲(chǔ)器來(lái)解決。圖7-23示出了一個(gè)從站的同步原理框圖。簡(jiǎn)單主從方式的主要優(yōu)點(diǎn)是時(shí)鐘穩(wěn)定度高，設(shè)備簡(jiǎn)單；主要缺點(diǎn)是當(dāng)主站時(shí)鐘出現(xiàn)故障時(shí)將導(dǎo)致全網(wǎng)中斷。6.4網(wǎng)同步

6.4網(wǎng)同步

(2)等級(jí)主從方式

6.4網(wǎng)同步

這種方式與簡(jiǎn)單主從方式相仿，但各從站并不單純依賴主站時(shí)鐘。具體的做法是在全網(wǎng)內(nèi)對(duì)所有的轉(zhuǎn)接站進(jìn)行等級(jí)分類，如圖7-22（b）中6個(gè)站點(diǎn)可分為A、B、C三個(gè)等級(jí)。在正常情況下，全網(wǎng)均由主站A提供時(shí)鐘；若A時(shí)鐘