数字通信系统原理第8章-定时与同步课件.ppt

1、8.1 8.1 数字通信系统中同步的作用数字通信系统中同步的作用8.2 8.2 载波同步载波同步8.4 8.4 帧同步帧同步8.5 8.5 网同步网同步8.3 8.3 位同步位同步本章内容小结本章内容小结 定时与同步的基本概念定时与同步的基本概念 同步在通信系统的位置同步在通信系统的位置 载波同步的概念、特点及工作原理载波同步的概念、特点及工作原理 位同步的概念、特点及工作原理位同步的概念、特点及工作原理 帧同步的概念、特点及工作原理帧同步的概念、特点及工作原理 网同步的概念及方法网同步的概念及方法 定时与同步的概念定时与同步的概念 三种同步的相互关系三种同步的相互关系 载波同步的概念及工作原

2、理载波同步的概念及工作原理 位同步的概念及工作原理位同步的概念及工作原理 帧同步的概念及工作原理帧同步的概念及工作原理 网同步的概念及作用网同步的概念及作用 同步是通信系统中一个重要的技术问题。同步是通信系统中一个重要的技术问题。通信系统能否有效地、可靠地工作，在很大通信系统能否有效地、可靠地工作，在很大程度上依赖于良好的同步系统。程度上依赖于良好的同步系统。同步问题是进行数字通信的前提和基础，同步问题是进行数字通信的前提和基础，同步性能的好坏直接影响通信系统的性能。同步性能的好坏直接影响通信系统的性能。本章主要讨论同步的基本原理、实现方本章主要讨论同步的基本原理、实现方法及其相关的性能指标。

3、法及其相关的性能指标。数字通信系统中的数字信号，不论是二数字通信系统中的数字信号，不论是二进制信号还是多进制信号，都是由一串码元进制信号还是多进制信号，都是由一串码元构成的序列。构成的序列。这些码元在时间上按一定的顺序排列，这些码元在时间上按一定的顺序排列，代表不同的信息。代表不同的信息。要使数字信号在通信过程中能保持完整要使数字信号在通信过程中能保持完整的信息，必须保持这些码元时间位置的准确的信息，必须保持这些码元时间位置的准确性，也就是发送端与接收端都要有稳定而准性，也就是发送端与接收端都要有稳定而准确的定时脉冲，以保证各种电路始终处于定确的定时脉冲，以保证各种电路始终处于定时状态，确保数

4、字信息的可靠传输。时状态，确保数字信息的可靠传输。为了使整个通信系统有序、准确、可靠为了使整个通信系统有序、准确、可靠地工作，收、发双方必须有一个统一的时间地工作，收、发双方必须有一个统一的时间标准。标准。这个时间标准就是靠定时系统完成收、这个时间标准就是靠定时系统完成收、发双方时间的一致性，即同步。发双方时间的一致性，即同步。同步的种类很多，按照同步的功用来分，同步的种类很多，按照同步的功用来分，数字通信系统中的同步可以分为载波同步、数字通信系统中的同步可以分为载波同步、位同步（码元同步）、群同步（帧同步）和位同步（码元同步）、群同步（帧同步）和网同步（数字通信网中用）四种，下面分别网同步（

5、数字通信网中用）四种，下面分别加以说明。加以说明。当采用同步解调或相干检测时，接收端当采用同步解调或相干检测时，接收端需要提供一个与发射端调制载波同频同相的需要提供一个与发射端调制载波同频同相的相干载波，而这个相干载波的获取就称为载相干载波，而这个相干载波的获取就称为载波同步（或载波提取）。波同步（或载波提取）。位同步又称为码元同步。位同步又称为码元同步。不论是基带传输，还是频带传输，都需不论是基带传输，还是频带传输，都需要位同步。要位同步。因为在数字通信系统中，信息是一串相因为在数字通信系统中，信息是一串相继的信号码元的序列，解调时常需要知道每继的信号码元的序列，解调时常需要知道每个码元的起

6、止时刻，以便判决。个码元的起止时刻，以便判决。例如用取样判决器对信号进行取样判决例如用取样判决器对信号进行取样判决时，均应对准每个码元最大值的位置。时，均应对准每个码元最大值的位置。因此，需要在接收端产生一个因此，需要在接收端产生一个“码元定码元定时脉冲序列时脉冲序列”，这个定时脉冲序列的重复频，这个定时脉冲序列的重复频率要与发送端的码元速率相同，相位（位置）率要与发送端的码元速率相同，相位（位置）要对准最佳取样判决位置（时刻）。要对准最佳取样判决位置（时刻）。这样的一个码元定时脉冲序列就被称为这样的一个码元定时脉冲序列就被称为“位同步脉冲位同步脉冲”（或（或“码元同步脉冲码元同步脉冲”），）

7、，而把位同步脉冲的取得称为位同步提取。而把位同步脉冲的取得称为位同步提取。数字通信中的信息数字流，总是用若干数字通信中的信息数字流，总是用若干码元组成一个码元组成一个“字字”，又用若干，又用若干“字字”组成组成一一“句句”。因此，在接收这些数字流时，同样也必因此，在接收这些数字流时，同样也必须知道这些须知道这些“字字”、“句句”的起止时刻。的起止时刻。而在接收端产生与而在接收端产生与“字字”、“句句”起止起止时刻相一致的定时脉冲序列，就被称为时刻相一致的定时脉冲序列，就被称为“字字”同步和同步和“句句”同步，统称为帧同步（或群同同步，统称为帧同步（或群同步）。步）。现代通信需要在多点之间相互连

8、接构成现代通信需要在多点之间相互连接构成通信网。通信网。在一个通信网中，往往需要把各个方向在一个通信网中，往往需要把各个方向传来的信息，按不同目的进行分路、合路和传来的信息，按不同目的进行分路、合路和交换。交换。为了有效地完成这些功能，必须实现网为了有效地完成这些功能，必须实现网同步。同步。随着数字通信的发展，特别是计算机通随着数字通信的发展，特别是计算机通信的发展，多点（或多用户）之间的通信和信的发展，多点（或多用户）之间的通信和数据交换构成了数字通信网。数据交换构成了数字通信网。为了保证数字通信网稳定可靠地进行通为了保证数字通信网稳定可靠地进行通信和交换，整个数字通信网内交换必须有一信和交

9、换，整个数字通信网内交换必须有一个统一的时间标准，即整个网络必须同步地个统一的时间标准，即整个网络必须同步地工作，这就是网同步需要讨论的问题。工作，这就是网同步需要讨论的问题。除了按照功用来区分同步外，还可以按除了按照功用来区分同步外，还可以按照传输同步信息方式的不同，把同步分为外照传输同步信息方式的不同，把同步分为外同步法（插入导频法）和自同步法（直接法）同步法（插入导频法）和自同步法（直接法）两种。两种。外同步法是指发送端发送专门的同步信外同步法是指发送端发送专门的同步信息，接收端把这个专门的同步信息检测出来息，接收端把这个专门的同步信息检测出来作为同步信号的方法；自同步法是指发送端作为同

10、步信号的方法；自同步法是指发送端不发送专门的同步信息，而在接收端设法从不发送专门的同步信息，而在接收端设法从收到的信号中提取同步信息的方法。收到的信号中提取同步信息的方法。当通信在点对点之间完成了载波同步、当通信在点对点之间完成了载波同步、位同步和帧同步之后，就可以进行可靠的通位同步和帧同步之后，就可以进行可靠的通信了。信了。为了较深刻地认识这三种同步在数字通为了较深刻地认识这三种同步在数字通信系统中的位置，图信系统中的位置，图8-18-1所示给出了两路数字所示给出了两路数字电话通信系统框图，图电话通信系统框图，图8-18-1（a a）所示为发送）所示为发送部分，图部分，图8-18-1（b b

11、）所示为接收部分。）所示为接收部分。在发送部分，假设时钟为在发送部分，假设时钟为192kHz192kHz，两路，两路抽样（图中的抽样（图中的SLSL1 1，SLSL2 2）频率均为）频率均为8kHz8kHz，每个，每个抽样信号编码为抽样信号编码为8bit8bit（D D1 1，D D2 2），各占），各占1 1个时个时隙（隙（TSTS1 1，TSTS2 2）。）。为了保证帧同步，采用连贯式插入法在为了保证帧同步，采用连贯式插入法在时隙时隙TSTS0 0处插入帧同步码（处插入帧同步码（FSFS）：）：11100101110010。经过复接后的经过复接后的A An n为一个时分复用基带为一个时分复

12、用基带PCMPCM信号，码元速率为信号，码元速率为192kbit/s192kbit/s，帧长为，帧长为125125 s s，然后，再经过差分编码、然后，再经过差分编码、2PSK2PSK调制，就可以调制，就可以得到得到2DPSK2DPSK信号，由信号，由BPFBPF进入传输信道。进入传输信道。提取载波的方法一般分为两类：一类是提取载波的方法一般分为两类：一类是不专门发送导频，而在接收端直接从发送信不专门发送导频，而在接收端直接从发送信号中提取载波，这类方法称为直接法（或自号中提取载波，这类方法称为直接法（或自同步法）；另一类是在发送有用信号的同时，同步法）；另一类是在发送有用信号的同时，在适当的

13、频率位置上，插入一个（或多个）在适当的频率位置上，插入一个（或多个）称做导频（专门设置的含有载波信息的单频称做导频（专门设置的含有载波信息的单频信号）的正弦波，在接收端就可以利用导频信号）的正弦波，在接收端就可以利用导频提取出载波，这类方法称为插入导频法（或提取出载波，这类方法称为插入导频法（或外同步法）。外同步法）。载波同步的实现方案与采用的数字调制载波同步的实现方案与采用的数字调制方式有一定的关系。方式有一定的关系。插入导频法分为两种：一种是在发送信插入导频法分为两种：一种是在发送信息的频谱中或频带外插入相关的导频信号，息的频谱中或频带外插入相关的导频信号，称为频域插入导频法；另一种是在一

14、定的时称为频域插入导频法；另一种是在一定的时段上传送载波信息，称为时域导频法。段上传送载波信息，称为时域导频法。抑制载波的通信系统无法从接收信号直抑制载波的通信系统无法从接收信号直接提取载波，例如接提取载波，例如DSBDSB信号、信号、2PSK2PSK信号、信号、VSBVSB信号和信号和SSBSSB信号等。信号等。这些信号本身不含载频或含有载频不易这些信号本身不含载频或含有载频不易取出，对于这些信号可以用插入导频法。取出，对于这些信号可以用插入导频法。插入导频是在已调信号的频谱中再加入插入导频是在已调信号的频谱中再加入一个低功率的频谱（其对应的正弦波即为导一个低功率的频谱（其对应的正弦波即为导

15、频信号）。频信号）。在接收端可以利用窄带滤波器把它提取在接收端可以利用窄带滤波器把它提取出来，经过适当的处理形成接收端的相干载出来，经过适当的处理形成接收端的相干载波。波。插入导频的方法很多，但基本原理都是插入导频的方法很多，但基本原理都是相似的。相似的。插入导频的位置应该在信号频谱为零，插入导频的位置应该在信号频谱为零，否则导频与信号频谱成分重叠，接收时不易否则导频与信号频谱成分重叠，接收时不易取出。取出。下面分两种情况讨论。下面分两种情况讨论。除了在频域插入导频的方法以外，还可除了在频域插入导频的方法以外，还可以在时域插入导频以传送和提取同步载波。以在时域插入导频以传送和提取同步载波。时域

16、插入导频法中对被传输的数据信号时域插入导频法中对被传输的数据信号和导频信号在时间上加以区别，具体分配情和导频信号在时间上加以区别，具体分配情况如图况如图8-48-4（a a）所示。）所示。在每一帧中，除了包含一定数目的数字在每一帧中，除了包含一定数目的数字信息外，在信息外，在t t0 0t t1 1的时隙中传送位同步信号，的时隙中传送位同步信号，在在t t1 1t t2 2的时隙内传送帧同步信号，在的时隙内传送帧同步信号，在t t2 2t t3 3的时隙内传送载波同步信号，而在的时隙内传送载波同步信号，而在t t3 3t t4 4时间时间内才传送数字信息。内才传送数字信息。这种时域插入导频方式

17、，只是在每帧的这种时域插入导频方式，只是在每帧的一小段时间内才作为载频标准，其余时间是一小段时间内才作为载频标准，其余时间是没有载频标准的。没有载频标准的。有些信号（如抑制载波的双边带信号等）有些信号（如抑制载波的双边带信号等）虽然本身不包含载波分量，但对该信号进行虽然本身不包含载波分量，但对该信号进行某些非线性变换以后，就可以直接从中提取某些非线性变换以后，就可以直接从中提取出载波分量来，这就是直接法提取同步载波出载波分量来，这就是直接法提取同步载波的方法。的方法。下面介绍几种直接提取载波的方法。下面介绍几种直接提取载波的方法。由式（由式（8-28-2）可以看出，虽然前面假设）可以看出，虽然

18、前面假设x x(t t)中无直流分量，但中无直流分量，但x x2 2(t t)却一定有直流分却一定有直流分量，这是因为量，这是因为x x2 2(t t)必为大于等于必为大于等于0 0的数，因的数，因此，此，x x2 2(t t)的均值必大于的均值必大于0 0，而这个均值就是，而这个均值就是x x2 2(t t)的直流分量，这样的直流分量，这样r r(t t)的第二项中就包的第二项中就包含含2 2f fc c频率的分量。频率的分量。为了改善平方变换的性能，可以在平方为了改善平方变换的性能，可以在平方变换法的基础上，把窄带滤波器用锁相环替变换法的基础上，把窄带滤波器用锁相环替代，构成如图代，构成如

19、图8-68-6所示的框图，这样就实现了所示的框图，这样就实现了平方环法提取载波。平方环法提取载波。由于锁相环具有良好的跟踪、窄带滤波由于锁相环具有良好的跟踪、窄带滤波和记忆性能，因此平方环法比一般的平方变和记忆性能，因此平方环法比一般的平方变换法具有更好的性能，因而得到广泛的应用。换法具有更好的性能，因而得到广泛的应用。载波同步系统的主要性能主要包括：效载波同步系统的主要性能主要包括：效率、精度（相位误差）、同步建立时间和同率、精度（相位误差）、同步建立时间和同步保持时间。步保持时间。为获得同步，载波信号应尽量少消耗发为获得同步，载波信号应尽量少消耗发送功率，在这方面直接法由于不需要专门发送功

20、率，在这方面直接法由于不需要专门发送导频，因此是高效率的，而插入导频法由送导频，因此是高效率的，而插入导频法由于插入导频要消耗一部分发送功率，因此效于插入导频要消耗一部分发送功率，因此效率要低一些。率要低一些。精度是指提取的同步载波与载波标准比精度是指提取的同步载波与载波标准比较，它们之间的相位误差大小。较，它们之间的相位误差大小。例如需要的同步载波为例如需要的同步载波为coscos c ct t，提取的，提取的同步载波为同步载波为cos(cos(c ct t+)，就是相位误差，就是相位误差，应尽量小。应尽量小。通常习惯地将这种误差分为稳态相位误通常习惯地将这种误差分为稳态相位误差和随机相位误

21、差。差和随机相位误差。对对t ts s的要求是越短越好，这样同步建立的要求是越短越好，这样同步建立得快。得快。对对t tc c的要求是越短越好，这样一旦建立的要求是越短越好，这样一旦建立同步以后可以保持较长的时间。同步以后可以保持较长的时间。（1 1）不占用导频功率，信噪功率比可以）不占用导频功率，信噪功率比可以大一些。大一些。（2 2）可以防止插入导频法中导频和信号）可以防止插入导频法中导频和信号间由于滤波不好而引起的互相干扰，也可以间由于滤波不好而引起的互相干扰，也可以防止信道不理想引起导频相位的误差。防止信道不理想引起导频相位的误差。（3 3）有的调制系统不能用直接法（如）有的调制系统不

22、能用直接法（如SSBSSB系统）。系统）。（1 1）有单独的导频信号，一方面可以提）有单独的导频信号，一方面可以提取同步载波，另一方面可以利用它作为自动取同步载波，另一方面可以利用它作为自动增益控制。增益控制。（2 2）有些不能用直接法提取同步载波的）有些不能用直接法提取同步载波的调制系统只能用插入导频法。调制系统只能用插入导频法。（3 3）插入导频法要多消耗一部分不带信）插入导频法要多消耗一部分不带信息的功率。息的功率。与直接法比较，在总功率相同条件下实与直接法比较，在总功率相同条件下实际信噪功率比要小一些。际信噪功率比要小一些。在数字通信系统中，发端按照确定的时在数字通信系统中，发端按照确

23、定的时间顺序，逐个传输数码脉冲序列中的每个码间顺序，逐个传输数码脉冲序列中的每个码元。元。而在接收端必须有准确的抽样判决时刻而在接收端必须有准确的抽样判决时刻才能正确判决所发送的码元，因此，接收端才能正确判决所发送的码元，因此，接收端必须提供一个确定抽样判决时刻的定时脉冲必须提供一个确定抽样判决时刻的定时脉冲序列。序列。这个定时脉冲序列的重复频率必须与发这个定时脉冲序列的重复频率必须与发送的数码脉冲序列一致，同时在最佳判决时送的数码脉冲序列一致，同时在最佳判决时刻（或称为最佳相位时刻）对接收码元进行刻（或称为最佳相位时刻）对接收码元进行抽样判决。抽样判决。可以把在接收端产生这样的定时脉冲序可以

24、把在接收端产生这样的定时脉冲序列称为码元同步，或称位同步。列称为码元同步，或称位同步。实现位同步的方法和载波同步类似，也实现位同步的方法和载波同步类似，也有直接法（自同步法）和插入导频法（外同有直接法（自同步法）和插入导频法（外同步法）两种，而在直接法中也分为滤波法和步法）两种，而在直接法中也分为滤波法和锁相法。锁相法。为了得到码元同步的定时信号，首先要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包含有位定确定接收到的信息数据流中是否包含有位定时的频率分量。时的频率分量。如果存在此分量，就可以利用滤波器从如果存在此分量，就可以利用滤波器从信息数据流中把位定时信息提取出来。信息

25、数据流中把位定时信息提取出来。若基带信号为随机的二进制不归零码序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步获得位同步信号需在基带信号中插入位同步的导频信号，或者对该基带信号进行某种码的导频信号，或者对该基带信号进行某种码型变换以得到位同步信息。型变换以得到位同步信息。插入导频法与载波同步时的插入导频法插入导频法与载波同步时的插入导频法类似，它也是在基带信号频谱的零点插入所类似，它也是在基带信号频谱的零点插入所需的导频信号，如图需的导频信号，如图8-88-8（a a）所示。）所示。若经某种相

26、关编码处理后的基带信号，若经某种相关编码处理后的基带信号，其频谱的第一个零点在其频谱的第一个零点在f f=1/2=1/2T Tb b处时，插入处时，插入导频信号就应在导频信号就应在1/21/2T Tb b处，如图处，如图8-88-8（b b）所示。）所示。当系统的位同步采用自同步方法时，发当系统的位同步采用自同步方法时，发端不需要专门发送导频信号，而直接从数字端不需要专门发送导频信号，而直接从数字信号中提取位同步信号，这种方法在数字通信号中提取位同步信号，这种方法在数字通信中经常采用，而自同步法具体又可分为滤信中经常采用，而自同步法具体又可分为滤波法和锁相法。波法和锁相法。根据基带信号的谱分析

27、可知，对于不归根据基带信号的谱分析可知，对于不归零的随机二进制序列，不能直接从其中滤出零的随机二进制序列，不能直接从其中滤出位同步信号。位同步信号。但是，若对该信号进行某种变换，例如但是，若对该信号进行某种变换，例如变成单极性归零脉冲后，则该序列中就有变成单极性归零脉冲后，则该序列中就有f f=1/=1/T Tb b的位同步信号分量，经一个窄带滤的位同步信号分量，经一个窄带滤波器，可滤出此信号分量，再将它通过一移波器，可滤出此信号分量，再将它通过一移相器调整相位后，就可以形成位同步脉冲，相器调整相位后，就可以形成位同步脉冲，这种方法的方框图如图这种方法的方框图如图8-108-10所示。所示。与

28、载波同步的提取类似，把采用锁相环与载波同步的提取类似，把采用锁相环来提取位同步信号的方法称为锁相法。来提取位同步信号的方法称为锁相法。在数字通信中，这种锁相电路常采用数在数字通信中，这种锁相电路常采用数字锁相环来实现。字锁相环来实现。采用锁相法提取位同步原理方框图如图采用锁相法提取位同步原理方框图如图8-128-12所示，它由高稳定度振荡器（晶振）、所示，它由高稳定度振荡器（晶振）、分频器、相位比较器和控制电路组成。分频器、相位比较器和控制电路组成。其中，控制电路包括图中的扣除门、附其中，控制电路包括图中的扣除门、附加门和加门和“或门或门”。高稳定度振荡器产生的信号经整形电路高稳定度振荡器产生

29、的信号经整形电路变成周期性脉冲，然后经控制器再送入分频变成周期性脉冲，然后经控制器再送入分频器，输出位同步脉冲序列。器，输出位同步脉冲序列。输入相位基准与由高稳定振荡器产生的输入相位基准与由高稳定振荡器产生的经过整形的经过整形的n n次分频后的相位脉冲进行比较，次分频后的相位脉冲进行比较，由两者相位的超前或滞后，来确定扣除或附由两者相位的超前或滞后，来确定扣除或附加一个脉冲，以调整位同步脉冲的相位。加一个脉冲，以调整位同步脉冲的相位。位同步系统的性能指标除了效率以外，位同步系统的性能指标除了效率以外，主要有相位误差（精度）、同步建立时间主要有相位误差（精度）、同步建立时间t ts s、同步保持

30、时间同步保持时间t tc c、同步带宽、同步带宽 f fs s。下面将对数。下面将对数字锁相法位同步系统的性能指标进行分析。字锁相法位同步系统的性能指标进行分析。位同步信号的平均相位和最佳取样点的位同步信号的平均相位和最佳取样点的相位之间的偏差称为相位误差。相位之间的偏差称为相位误差。相位误差越小，误码率越低。相位误差越小，误码率越低。同步建立时间即为失去同步后重建同步最同步建立时间即为失去同步后重建同步最所需的长时间。所需的长时间。通常要求同步建立的时间要短。通常要求同步建立的时间要短。同步建立后，一旦输入信号中断，或者同步建立后，一旦输入信号中断，或者遇到长连遇到长连0 0码、长连码、长连

31、1 1码时，由于接收的码元码时，由于接收的码元没有过零脉冲，锁相系统就因为没有输入相没有过零脉冲，锁相系统就因为没有输入相位基准而不起作用，另外收发双方的固有位位基准而不起作用，另外收发双方的固有位定时重复频率之间总存在频差定时重复频率之间总存在频差F F，收端位同，收端位同步信号的相位就会逐渐发生漂移，时间越长，步信号的相位就会逐渐发生漂移，时间越长，相位漂移量越大，直至漂移量达到某一准许相位漂移量越大，直至漂移量达到某一准许的最大值，就算失步了。的最大值，就算失步了。这个从含有位同步信息的接收信号消失这个从含有位同步信息的接收信号消失开始，到位同步提取电路输出的正常位同步开始，到位同步提取

32、电路输出的正常位同步信号中断为止的这段时间，称为位同步保持信号中断为止的这段时间，称为位同步保持时间。时间。同步带宽是指位同步频率与码元速率之同步带宽是指位同步频率与码元速率之差。差。若这个频差超过一定的范围，就无法使若这个频差超过一定的范围，就无法使接收端位同步脉冲的相位与输入信号的相位接收端位同步脉冲的相位与输入信号的相位同步，从对系统性能要求来说，同步带宽越同步，从对系统性能要求来说，同步带宽越小越好。小越好。8.4.1 起止式同步法起止式同步法8.4.2 集中式插入法（连贯式集中式插入法（连贯式插入法）插入法）8.4.3 群同步系统的性能指标群同步系统的性能指标 载波同步解决了同步解调

33、（相干解调）载波同步解决了同步解调（相干解调）问题，位同步确定了数字通信中各个码元的问题，位同步确定了数字通信中各个码元的抽样判决时刻，即把每个码元加以区别，使抽样判决时刻，即把每个码元加以区别，使接收端得到一连串的码元序列，这一连串的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。码元序列代表一定的信息。通常由若干个码元代表一个字母（或符通常由若干个码元代表一个字母（或符号、数字），而由若干个字母组成一个字，号、数字），而由若干个字母组成一个字，若干个字组成一个句。若干个字组成一个句。在时分多路传输系统中，信号是以群在时分多路传输系统中，信号是以群（帧）的方式传送的。（帧）的方

34、式传送的。每一群（帧）包括许多路（或字）。每一群（帧）包括许多路（或字）。为了把各路信号（或各个字）区分开来，为了把各路信号（或各个字）区分开来，需要知道各路（字）出现的时刻。需要知道各路（字）出现的时刻。为此，需要在每一帧中加入一个特殊的为此，需要在每一帧中加入一个特殊的标志，这就是群（帧）同步信号。标志，这就是群（帧）同步信号。群同步的任务就是在位同步信息的基础群同步的任务就是在位同步信息的基础上，识别出数字信息群（字、句和帧）的起上，识别出数字信息群（字、句和帧）的起止时刻，或者说给出每个群的止时刻，或者说给出每个群的“开头开头”和和“末尾末尾”时刻。时刻。为了实现群同步，可以在数字信息

35、流中为了实现群同步，可以在数字信息流中插入一些特殊码字作为每个群的头尾标记，插入一些特殊码字作为每个群的头尾标记，这些特殊的码字应该在信息码元序列中不会这些特殊的码字应该在信息码元序列中不会出现，或者是偶然可能出现，但不会重复出出现，或者是偶然可能出现，但不会重复出现，此时只要将这个特殊码字连发几次，收现，此时只要将这个特殊码字连发几次，收端就能识别出来，接收端根据这些特殊码字端就能识别出来，接收端根据这些特殊码字的位置就可以实现群同步。的位置就可以实现群同步。实现群同步有两种方法：集中插入法和实现群同步有两种方法：集中插入法和间歇式插入法。间歇式插入法。这里只介绍起止式同步法和集中式插入这里

36、只介绍起止式同步法和集中式插入法。法。起止式群同步法在早期的数字通信中广起止式群同步法在早期的数字通信中广泛地应用在电传机中。电传报文的一个字由泛地应用在电传机中。电传报文的一个字由7 7.5 5个码元组成，假设电传报文传送的数字序个码元组成，假设电传报文传送的数字序列为列为1001010010，则其码元结构如图，则其码元结构如图8-158-15所示。所示。从图中可以看到，在每个字开头，先发从图中可以看到，在每个字开头，先发一个码元的起脉冲（负值），中间一个码元的起脉冲（负值），中间5 5个码元是个码元是信息，字的末尾是信息，字的末尾是1.51.5码元宽度的止脉冲（正码元宽度的止脉冲（正值），

37、收端根据正电平第一次转到负电平这值），收端根据正电平第一次转到负电平这一特殊规律，确定一个字的起始位置，因而一特殊规律，确定一个字的起始位置，因而就实现了群同步。就实现了群同步。由于这种同步方式中的止脉冲宽度与码由于这种同步方式中的止脉冲宽度与码元宽度不一致，就会给同步数字传输带来不元宽度不一致，就会给同步数字传输带来不便。便。另外，在这种同步方式中，另外，在这种同步方式中，7 7.5 5个码元中个码元中只有只有5 5个码元用于传递信息，因此编码效率较个码元用于传递信息，因此编码效率较低。低。但起止同步的优点是结构简单，易于实但起止同步的优点是结构简单，易于实现，它特别适合于异步低速数字传输方

38、式。现，它特别适合于异步低速数字传输方式。集中式插入法又称为连贯式插入法，是集中式插入法又称为连贯式插入法，是将帧同步码以集中的形式插入信息码流中，将帧同步码以集中的形式插入信息码流中，帧同步码集中插入在一帧的开始，此方法的帧同步码集中插入在一帧的开始，此方法的关键是要找出作为群同步码组的特殊码组。关键是要找出作为群同步码组的特殊码组。这个特殊码组一方面在信息码元序列中这个特殊码组一方面在信息码元序列中不易出现以便识别，另一方面识别器要尽量不易出现以便识别，另一方面识别器要尽量简单。目前最常用的群同步码组有巴克码等。简单。目前最常用的群同步码组有巴克码等。对于我国和欧洲等国家采用对于我国和欧洲

39、等国家采用PCM30/32PCM30/32路路系统来说，帧同步主要采用集中插入方式，系统来说，帧同步主要采用集中插入方式，它是在每偶帧它是在每偶帧TSTS0 0的第的第2 2位第位第8 8位插入位插入00110110011011帧同步码。帧同步码。集中插入法的优点是能够迅速地建立群集中插入法的优点是能够迅速地建立群同步。同步。系统同步时，前后方时间保护计数器处系统同步时，前后方时间保护计数器处于起始状态。于起始状态。对于群同步系统而言，希望其建立的时对于群同步系统而言，希望其建立的时间要短、建立同步以后应该具有较强的抗干间要短、建立同步以后应该具有较强的抗干扰能力。扰能力。因此，在通常情况下，

40、用以下三个性能因此，在通常情况下，用以下三个性能指标来表示群同步性能的好坏。指标来表示群同步性能的好坏。由于噪声和干扰的影响，会引起群同步由于噪声和干扰的影响，会引起群同步码字中一些码元发生错误，从而使识别器漏码字中一些码元发生错误，从而使识别器漏识别已发出的群同步码字，出现这种情况的识别已发出的群同步码字，出现这种情况的概率称为漏识概率。概率称为漏识概率。在信息码中也可能出现与所要识别的群在信息码中也可能出现与所要识别的群同步码字相同的码字，这时识别器会把它误同步码字相同的码字，这时识别器会把它误认为群同步码字而出现假同步。认为群同步码字而出现假同步。出现这种情况的概率就被称为假同步概出现这

41、种情况的概率就被称为假同步概率。率。对于连贯式插入的群同步而言，设漏同对于连贯式插入的群同步而言，设漏同步和假同步都不发生，也就是步和假同步都不发生，也就是P P1 1=0=0和和P P2 2=0=0。在最不利的情况下，实现群同步最多需要一在最不利的情况下，实现群同步最多需要一群的时间。群的时间。设每群的码元数为设每群的码元数为N N（其中（其中m m位为群同步位为群同步码），每码元时间为码），每码元时间为T Tb b，则一群码的时间为，则一群码的时间为NTNTb b。8.5.1 数字系统中的同步数字系统中的同步8.5.2 数字网的网同步方式数字网的网同步方式 现代通信需要在多点之间相互连接构

42、成现代通信需要在多点之间相互连接构成通信网。通信网。在一个通信网中，往往需要把各个方向在一个通信网中，往往需要把各个方向传来的信息，按不同目的进行分路、合路和传来的信息，按不同目的进行分路、合路和交换。交换。随着数字通信的发展，特别是计算机通随着数字通信的发展，特别是计算机通信的发展，多点（或多用户）之间的通信和信的发展，多点（或多用户）之间的通信和数据交换构成了数字通信网。数据交换构成了数字通信网。为了保证数字通信网稳定可靠地进行通为了保证数字通信网稳定可靠地进行通信和交换，整个数字通信网内交换必须有一信和交换，整个数字通信网内交换必须有一个统一的时间标准，即整个网络必须同步地个统一的时间标

43、准，即整个网络必须同步地工作。工作。数字同步网是电信网的三大支撑网（数数字同步网是电信网的三大支撑网（数字信令网、数字同步网和电信管理网）之一，字信令网、数字同步网和电信管理网）之一，它保证电信网中各个节点（数字交换机）的它保证电信网中各个节点（数字交换机）的同步运行。同步运行。数字程控交换机组成一个数字网，它们数字程控交换机组成一个数字网，它们通过数字传输系统互相连接。通过数字传输系统互相连接。为提高数字信号传输的完整性，必须对为提高数字信号传输的完整性，必须对这些数字设备中的时钟频率进行同步。这些数字设备中的时钟频率进行同步。对一个数字网则要求网同步。对一个数字网则要求网同步。所谓网同步是

44、指通过适当的措施使全网所谓网同步是指通过适当的措施使全网中的数字交换系统和数字传输系统工作于相中的数字交换系统和数字传输系统工作于相同的时钟速率。同的时钟速率。在数字网中有多台数字交换机相互连成在数字网中有多台数字交换机相互连成一个统一的网。一个统一的网。这时要求各个交换机的时钟频率和相位这时要求各个交换机的时钟频率和相位能够协调一致，最好是完全一致。能够协调一致，最好是完全一致。这就产生了网同步问题。这就产生了网同步问题。它要求网内所有交换机都具有相同的发它要求网内所有交换机都具有相同的发送时钟频率和接收时钟频率。送时钟频率和接收时钟频率。由于传输介质的影响和时钟频率的差异，由于传输介质的影

45、响和时钟频率的差异，一般很难做到。一般很难做到。这就产生了时钟频率的同步问题。这就产生了时钟频率的同步问题。除了上述的时钟频率的同步之外，还有除了上述的时钟频率的同步之外，还有一个相位的同步问题。一个相位的同步问题。所谓相位同步指的是发送信号和接收信所谓相位同步指的是发送信号和接收信号之间的相应比特要对齐，不能在第一比特号之间的相应比特要对齐，不能在第一比特发送的信号在第二比特接收。发送的信号在第二比特接收。这样，即使发送和接收的时钟频率一致，这样，即使发送和接收的时钟频率一致，也不能得到正确的接收。也不能得到正确的接收。数字网的网同步可以分为两类：准同步数字网的网同步可以分为两类：准同步和同

46、步。和同步。准同步方式又称为独立时钟法。各个交准同步方式又称为独立时钟法。各个交换局均设立互相独立、互不牵扯的标称速率换局均设立互相独立、互不牵扯的标称速率相同的高稳定度时钟。相同的高稳定度时钟。它们的频率并不完全相等，但十分接近。它们的频率并不完全相等，但十分接近。这就是准同步方式。这就是准同步方式。由于它们的频率并不完全相同，因此经由于它们的频率并不完全相同，因此经过时间上的积累可能导致信息丢失或增加假过时间上的积累可能导致信息丢失或增加假信息。信息。如果各个信息的码元是互相独立表示信如果各个信息的码元是互相独立表示信息的，这种码元的增加或丢失没有什么关系，息的，这种码元的增加或丢失没有什

47、么关系，无非是引入了一些噪声。无非是引入了一些噪声。但是对于多路信号来说，这种增加或丢但是对于多路信号来说，这种增加或丢失可能引起帧失步，从而造成信号分路、交失可能引起帧失步，从而造成信号分路、交换的混乱，产生不能容忍的大量信息丢失。换的混乱，产生不能容忍的大量信息丢失。因此，需要寻找一种方法，使信息不致因此，需要寻找一种方法，使信息不致损伤，或者损伤很小，不会导致信息混乱。损伤，或者损伤很小，不会导致信息混乱。塞入脉冲法是解决上述问题的一种方法。塞入脉冲法是解决上述问题的一种方法。在数字通信网中采用的同步方式有下列在数字通信网中采用的同步方式有下列几种。几种。网内有一个中心局，它设有一个高稳

48、定网内有一个中心局，它设有一个高稳定度的主时钟源，用以产生网内的标准频率被度的主时钟源，用以产生网内的标准频率被送到各交换局作为各局的时钟基准。送到各交换局作为各局的时钟基准。各个交换局设有从时钟，它们同步于主各个交换局设有从时钟，它们同步于主时钟。时钟。用锁相环法使主时钟和从时钟之间的相用锁相环法使主时钟和从时钟之间的相位差保持不变或为零。位差保持不变或为零。图图8-188-18（a a）所示为主从同步法示意图，）所示为主从同步法示意图，这种方法简单、经济，缺点是过分依赖于主这种方法简单、经济，缺点是过分依赖于主时钟，一旦主时钟发生故障，将使整个通信时钟，一旦主时钟发生故障，将使整个通信网的

49、工作陷于停顿。网的工作陷于停顿。网内各交换局都有自己的时钟，并且相网内各交换局都有自己的时钟，并且相互连接。互连接。它们无主从之分，互相控制，互相影响。它们无主从之分，互相控制，互相影响。最后各个交换局的时钟锁定在所有输入最后各个交换局的时钟锁定在所有输入时钟频率的平均值上，以同样的时钟频率工时钟频率的平均值上，以同样的时钟频率工作，图作，图8-188-18（b b）所示为相互同步法示意图。）所示为相互同步法示意图。相互同步法的优点是网内任何一个交换相互同步法的优点是网内任何一个交换局发生故障只停止本局工作，不影响其他部局发生故障只停止本局工作，不影响其他部分的工作，从而提高了通信网工作的可靠

50、性，分的工作，从而提高了通信网工作的可靠性，其缺点是同步系统较为复杂。其缺点是同步系统较为复杂。这是介于主从同步法和相互同步法之间这是介于主从同步法和相互同步法之间的等级主从系统。的等级主从系统。它把网内各交换局分为不同等级，级别它把网内各交换局分为不同等级，级别越高，振荡器的稳定度越高，图越高，振荡器的稳定度越高，图8-188-18（c c）所）所示为分级的主从同步法示意图。示为分级的主从同步法示意图。每个交换局只与附近的交换局有连线，每个交换局只与附近的交换局有连线，在连线上互送时钟信号，并送出时钟信号的在连线上互送时钟信号，并送出时钟信号的等级和转接次数。等级和转接次数。一个交换局收到附