第6章-数据信号的同步.ppt课件.ppt
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1、第6章 数据信号的同步 数据信号的同步数据信号的同步是指在数据信号系统收发两端的信号间建立起时间上确定的关系。本章将对数据信号中同步的基本概念,基本原理以及技术进行讨论,使读者对位同步,群同步和网同步的原理与技术有基本的了解。6.1 概述概述 6.1 同步的概念同步的概念 在信息交互的通信中,各种数据信号的处 理和传输都是在规定的时隙内进行的.为 了使整个数据通信系统有序,准确,可靠地工作,收,发双方必须要有一个统一的时间标准.这个时间标准就是靠定时系统去完成收,发双方时间的一致性,即同步同步. 同步同步是实现信息传输的关键.同步性能的好坏将直接影响通信质量的好坏,甚至会影响通信能否正常进行.
2、因此,在数据通信系统中,为了保证信息的可靠处理和传输,要求同步系统应该有更高的可靠性. 6.1.2 不同功用的同步不同功用的同步 按照同步的功用来区分:通信中有载波通信,位同步,群同步和网同步等4种. 1载波同步载波同步 在频带传输系统中,接收方若采用相干解调的方法,从接受的一条信号中恢复原发送信号,则需获取与发送法同频同向的载波,这个过程为载波同步.可以说,载波同步是现实相干解调的先决条件 .2 位同步位同步 位同步又称比特同步,码元同步等.在数据通信系统中,数据信号最基本单元是位,或码元,他们通常均具有同向的持续时间.发送端发送的一定数率的数据信号,经信道传输到达接收端后,必然是混有噪声和
3、干扰的失真了的波形,为了从该勃兴中恢复出原始的数据信号,就必须对他进行取样判决 。 因此要在接受段产生一个”码元定时脉冲序列”其频率和相位要与接受码元一致我们把接受端产生与接受码元的重复频率和相位一致的定时脉冲序列的过程称为位同步,定时脉冲序列被称为位同步脉冲。 3. 群同步群同步 群同步又称为桢同步,在数据传输系统中,为了有效地传输数据报文,通常还要对传输码元序列按一定长度进行分住,分桢或打信息包.这样,接受段要准确地恢复这些数据报文,就需要知道这些住,桢,包的起止时刻,接收端获得这些定时序列成为群同步。 4. 网同步网同步 在数据通信网中,传送,和交换的时一定传输输率的比特流,着就需要网内
4、各种设备具有相同频率,以相同的时标来处理比特流.这就是网同步的概念,所谓网同步就是网中各设备的时钟同步. 本章中,我们主要介绍位同步,群同步和网同步。6.2 位同步位同步 由前面讨论可知 ,位同步需要在接受端产生一个码元定时脉冲序列,这个码元定时序列的重复频率和相位(位置)要与接受码元一致.具体来说,对位同步信号的要求有两点: (1) 码元的重复频率要求与发送端码元速率相同; (2) 码元的相位要求对准最佳接收时刻,也即最佳抽样判决时刻。 位同步的方法有插入导频法(外同步法)和自同步法,还可以用专门传递时钟的信道传输同步信号。 6.2.1 插入导频法插入导频法 如果信道中传输的是不归零码 ,则
5、在信号的频谱中是不含有离散定时频率分量或其谐波的,也就无法直接从信号中提取位定时信号。解决的办法之一是插入导频法。 插入导频法的基本思想是在被传输的数据信号频谱中插入位同步导频,接收端将其提取出来作为收端的定时信号。 例如双极性码的功率谱密度如图6-1(a)所示。此时可以在f b(码元的重复频率)处插入定时导频。如果信号经过相关编码,其频率的第一个零点在fb/2处,插入导频也应在fb/2处,如图6-1(b)所示。F(w)F(w)(a)(b)图6-1 插入导频的功率谱密度0WW0图6-2为位定时导频接收方框图。从这个方框图中可以直接提取图6-1(a)所示频谱中的位同步信号。对于图6-1(b)所示
6、频谱,接收端提取出插入导频fb/2后,再进行二倍频即得位同步信号。相相 加加 器器抽抽 样样 判判 决决 输输入入基基带带信信号号窄窄波波滤滤波波器器倒倒 相相移移 相相定定时时形形成成 基基带带信信号号 图图6 6- -2 2 位位定定时时导导频频接接收收方方框框图图 为了避免导频对信号判决的影响,要求导频插入法的输入端对导频相位的安排有如下关系;当信号为正,负最大值(即取样判决时刻)时,导频正好为零点,输出端提取位定时信号时,通过图6-2中的倒相和相加器消除导频对信号判决的影响。 在一些数据通信系统中,也常采用时域插入位同步的方法来实现系统地位同步。位同步信号和数据信号分别被配置在不同的时
7、间内传送。接收端用锁相环路提取定时信号并保持它,就可以对随即而来的数据信号进行处理。 6.2.2 直接法直接法 直接法是发送端不用专门发送同步导频信号,接收端直接从接收到的数据信号中提取位同步信号的同步法。它有滤波法和数字锁相环法。 1. 滤波法滤波法 如果传输的数据信号频谱中含有离散定时频谱分量或其谐波,就可直接通过窄带滤波器提取。如果信号中无定时频率分量或其谐波,除用插入导频法提取窄波外,还可对这类信号进行适当的非线性变形,使其出现离散位同步分量,然后用窄波滤波器或锁相环提取,得到位同步信号。 ( 1 ) 微分整流法 一般归零码中含有离散定时频率分量或 其谐波,因此微分整流法的目的是要把
8、不归零码通过非线性交换为归零码,在通过窄波滤波器或锁相环提取同步信息。 图6-3时微分整流法的同步提取方框图及波形图。当二进制不归零码的脉冲序号通过微分和全波整后,就可得到顶尖脉冲的归零码序号,然后劲滤波,移项和脉冲形成电路,滤波干扰,提取纯净稳定的位同步分量并形成位同步脉冲。(2) 包络检波法 包络检波法的目的是把已调信号(如PSK信号)经非线性交换后,变成归零码,从而提取位同步信号。图6-4是包络检波法的同步提取方框图及波形图。频带受限的PSK信号如图6-4(b)的第一波形所示。频带受限,在相邻码元的相位交换点附近会产生幅度的平滑”陷落“。经包络检波后,可得图6-4(b)第二波形。如果用一
9、直留与这第二个波形相减就得到图6-4(b)的第四个波形,它是个归零码,含有位同步信号,经滤波,脉冲形成后得到位同步脉冲序列。(3)延迟相干法)延迟相干法 延迟相干法的目的是经延迟工的两路PSK相乘后,通过基带提取得到归零码,从而获得位同步脉冲序号。图6-5是延迟相干法的原理方框图和波形图。其中要求Tb(Tb=1/fb ).。2 数字锁相法数字锁相法数字锁相法提取位同步信号的基本思想是在接收端产生一个频率,再用接收到的码元对他进行校准,最后得出位同步位号。 数字锁相法原理方框图如图6-6所示。信号时钟一般由晶振产生,它产生nfb频率。鉴相器起到一个位同步相位比较的作用,加入鉴相器的两路信号分别来
10、自于n分频器和输入数字信号,输入数字信号是经类似图6-3所示波形图加以说明。 每当控制器输出n个脉冲时 ,分频器就输出一个脉冲加到鉴相器并作为位同步信号输出。如果位同步相位与输入数字信号的相位在误差范围内,就认为此时分频器输出的就是位同步信号;如果鉴相器相位比较结果是分频器输出序列相位滞后输入数字信号相位,则控制电路会在信号时钟输出脉冲序列之间加入一个脉冲,是通过n分频后输出前移; 若鉴相器比较结果是超前,则控制电路会把信号时钟脉冲减去一个,是n分频输出后移。前移或后移的调整可能要进行多次,直到鉴相器输出在相位误差范围内。图6-6中的数字滤波器的作用是虑出噪声对环路工作的影响,提高环路的抗干扰
11、能力,是相位校正的准确性更高。 6.2.3 位同步的性能指标位同步的性能指标为同步信号的性能指标有相位误差,同步建立时间,同步保持时间和同步带宽。对位同步信号的要求是相位误差尽量小,同步建立时间尽量短,同步保持时间尽量长和同步带宽满足一定范围。 6.3 群同步群同步 6.3.1 群同步的桢格式群同步的桢格式 位同步是对接收信号码元到达时刻进行估计的问题,是群同步和网同步的基础。群同步是对接收的数据信号进行正确的分组,也即要知道一群(或一桢,一组)信号头尾位置。他一般是通过数据格式的特殊设计来完成的。前面提到的同步传输方式和异步传输方式都是群同步。 在采用同步通信方式的数据通信系统中,群同步是采
12、用插入一些特殊字符或比特组合来区分一群数据信号的,其主要方法有利用规定的字符建立群同步和利用规定的比特组合建立群同步。利用规定的字符建立群同步与第一章所讲同步传输方式相同。利用规定的比特组合建立群同步的群结构与HDLC的桢结构相同,一个特殊的比特组合标志着一个群的开始和结束,数据字段长度不定,通常是8比特的整数倍。在HDLC中标志序列为01111110。 6.3.2 群同步的工作过程群同步的工作过程 群同步的工作过程包括同步建立和同步保持,同步建立又称同步搜捕。传统的 同步搜捕方法有逐位调整法和预置启动法。逐步调整法的工作过程如下: (1) 接收短的本地桢状态停顿一个节拍,是本地桢相对接收桢迟
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