计算机网络通信原理同步技术.ppt

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1、第七章第七章 同步技术同步技术龚小红龚小红福建工程学院福建工程学院计算机网络通信原理同步技术第七章第七章同步技术同步技术1.同步的基本概念同步的基本概念2.载波同步技术载波同步技术3.位同步技术位同步技术4.群同步群同步(帧同步帧同步)技术技术5.网同步技术网同步技术2计算机网络通信原理同步技术同步的基本概念同步的基本概念所谓同步是指收发双方所谓同步是指收发双方在时间上步调一致在时间上步调一致，故又称，故又称定时定时。在计算机通信系统中，同步技术是保证通信系统正常工作的在计算机通信系统中，同步技术是保证通信系统正常工作的关键技术。关键技术。在数字通信系统中，按照传输数据的速率是否恒定分为在数字

2、通信系统中，按照传输数据的速率是否恒定分为异步异步传输传输和和同步传输同步传输。按照同步的功用分为：按照同步的功用分为：载波同步载波同步、位同步位同步、群同步群同步和和网同步网同步。按照获取和传输同步信息方式的不同，又可分为按照获取和传输同步信息方式的不同，又可分为外同步外同步法和法和自同步自同步法。法。3计算机网络通信原理同步技术同步传输与异步传输同步传输与异步传输在数字通信系统中，按照传输数据的速率是在数字通信系统中，按照传输数据的速率是否恒定分为：否恒定分为：1.异步传输方式异步传输方式收发双方独立产生同步时钟，但定期进行校收发双方独立产生同步时钟，但定期进行校准。准。2.同步传输方式同

3、步传输方式接收方的时钟完全由发送方控制。接收方的时钟完全由发送方控制。4计算机网络通信原理同步技术异步传输异步传输 异步传输异步传输异步传输异步传输采用字符同步方式进行传输时，由于字符短，采用字符同步方式进行传输时，由于字符短，采用字符同步方式进行传输时，由于字符短，采用字符同步方式进行传输时，由于字符短，时钟的漂移不会影响脉冲信号的正确接收，收发双方不时钟的漂移不会影响脉冲信号的正确接收，收发双方不时钟的漂移不会影响脉冲信号的正确接收，收发双方不时钟的漂移不会影响脉冲信号的正确接收，收发双方不需要严格的时间标准。需要严格的时间标准。需要严格的时间标准。需要严格的时间标准。字符内部的每一位采用

4、固定的时间模式，字符之间间隔字符内部的每一位采用固定的时间模式，字符之间间隔字符内部的每一位采用固定的时间模式，字符之间间隔字符内部的每一位采用固定的时间模式，字符之间间隔可以任意。因此，传输数据的速率不是恒定的。可以任意。因此，传输数据的速率不是恒定的。可以任意。因此，传输数据的速率不是恒定的。可以任意。因此，传输数据的速率不是恒定的。异步传输异步传输异步传输异步传输又称又称又称又称起止式传输起止式传输起止式传输起止式传输，它采用独特的起始信号（起，它采用独特的起始信号（起，它采用独特的起始信号（起，它采用独特的起始信号（起始位）和终止信号（结束位）来限定每个字符，按位逐始位）和终止信号（结

5、束位）来限定每个字符，按位逐始位）和终止信号（结束位）来限定每个字符，按位逐始位）和终止信号（结束位）来限定每个字符，按位逐次地传输，因此其传输效率较低。次地传输，因此其传输效率较低。次地传输，因此其传输效率较低。次地传输，因此其传输效率较低。5计算机网络通信原理同步技术同步传输同步传输 在在在在同步传输同步传输同步传输同步传输中以数据块为单位发送比特流。数据块加上前中以数据块为单位发送比特流。数据块加上前中以数据块为单位发送比特流。数据块加上前中以数据块为单位发送比特流。数据块加上前缀、后缀和控制信息形成了帧。缀、后缀和控制信息形成了帧。缀、后缀和控制信息形成了帧。缀、后缀和控制信息形成了帧

6、。为了防止时钟漂移，保证接收端接收的每一位数据都和发为了防止时钟漂移，保证接收端接收的每一位数据都和发为了防止时钟漂移，保证接收端接收的每一位数据都和发为了防止时钟漂移，保证接收端接收的每一位数据都和发送端准确地保持同步，常用的方式有内同步和外同步。送端准确地保持同步，常用的方式有内同步和外同步。送端准确地保持同步，常用的方式有内同步和外同步。送端准确地保持同步，常用的方式有内同步和外同步。内同步内同步内同步内同步：在传输的信号中嵌入时钟信息，使接收端能从接收的信号在传输的信号中嵌入时钟信息，使接收端能从接收的信号在传输的信号中嵌入时钟信息，使接收端能从接收的信号在传输的信号中嵌入时钟信息，使

7、接收端能从接收的信号波形中提取时钟信息。波形中提取时钟信息。波形中提取时钟信息。波形中提取时钟信息。外同步外同步外同步外同步：在发送端和接收端之间提供单独的时钟线路，或发送端在在发送端和接收端之间提供单独的时钟线路，或发送端在在发送端和接收端之间提供单独的时钟线路，或发送端在在发送端和接收端之间提供单独的时钟线路，或发送端在发送数据前先发一串同步时钟脉冲（同步字符串），接收发送数据前先发一串同步时钟脉冲（同步字符串），接收发送数据前先发一串同步时钟脉冲（同步字符串），接收发送数据前先发一串同步时钟脉冲（同步字符串），接收端按这个时钟频率调整采样频率。端按这个时钟频率调整采样频率。端按这个时钟频

8、率调整采样频率。端按这个时钟频率调整采样频率。6计算机网络通信原理同步技术不同功用的同步：不同功用的同步：载波载波同步同步在数字频带传输系统中，采用相干解调时，接收在数字频带传输系统中，采用相干解调时，接收端需要产生一个与接收信号中的调制载波同频同端需要产生一个与接收信号中的调制载波同频同相的相干载波。这个载波的获取称为相的相干载波。这个载波的获取称为载波提取载波提取或或载波同步载波同步。在学习数字调制技术过程中，我们了解到要想实在学习数字调制技术过程中，我们了解到要想实现相干解调，必须有相干载波。因此，载波同步现相干解调，必须有相干载波。因此，载波同步是实现相干解调的先决条件。是实现相干解调

9、的先决条件。7计算机网络通信原理同步技术不同功用的同步：不同功用的同步：位位同步同步位同步又称码元同步。在数字通信系统中，位同步又称码元同步。在数字通信系统中，不管采用基带不管采用基带传输，还是频带传输，都需要位同步。传输，还是频带传输，都需要位同步。任何消息都是通过一连串码元序列传送的，所以接收时需任何消息都是通过一连串码元序列传送的，所以接收时需要知道每个码元的起止时刻，以便在恰当的时刻进行采样要知道每个码元的起止时刻，以便在恰当的时刻进行采样判决。判决。接收端必须提供一个位同步脉冲序列，该序列的重复频率接收端必须提供一个位同步脉冲序列，该序列的重复频率与码元速率相同，相位与最佳取样判决时

10、刻一致。我们把与码元速率相同，相位与最佳取样判决时刻一致。我们把提取这种定时脉冲序列的过程称为提取这种定时脉冲序列的过程称为位同步位同步。8计算机网络通信原理同步技术不同功用的同步：不同功用的同步：群群同步同步在数字通信中，信息流是用若干码元组成一个个在数字通信中，信息流是用若干码元组成一个个“字字”，又用若干个又用若干个“字字”组成组成“句句”。在接收这些数字信息时，必。在接收这些数字信息时，必须知道这些须知道这些“字字”、“句句”的起止时刻，否则接收端无法正的起止时刻，否则接收端无法正确恢复信息。确恢复信息。在数字时分多路通信系统中，各路信码都安排在指定的时隙在数字时分多路通信系统中，各路

11、信码都安排在指定的时隙内传送，形成一定的帧结构。在接收端为了正确地分离各路内传送，形成一定的帧结构。在接收端为了正确地分离各路信号，首先要识别出每帧的起始时刻，从而找出各路时隙的信号，首先要识别出每帧的起始时刻，从而找出各路时隙的位置。位置。接收端必须产生与字、句和帧起止时间相一致的定时信号。接收端必须产生与字、句和帧起止时间相一致的定时信号。我们称获得这些定时序列的过程为群我们称获得这些定时序列的过程为群(字、字、句、帧句、帧)同步。同步。9计算机网络通信原理同步技术不同功用的同步：不同功用的同步：网网同步同步上述的载波同步、位同步、群同步技术可以保证上述的载波同步、位同步、群同步技术可以保

12、证两点间的数字通信有序、准确、可靠地进行。两点间的数字通信有序、准确、可靠地进行。随着数字通信的发展，尤其是计算机通信的发展，随着数字通信的发展，尤其是计算机通信的发展，多个用户之间的通信和数据交换，构成了数字通多个用户之间的通信和数据交换，构成了数字通信网。信网。为了保证通信网内各用户之间可靠地通信和交换为了保证通信网内各用户之间可靠地通信和交换数据，全网必须有一个统一的时间标准时钟，这数据，全网必须有一个统一的时间标准时钟，这就是网同步的问题。就是网同步的问题。10计算机网络通信原理同步技术同步信号的获取方式同步信号的获取方式同步也是一种信息，按照获取和传输同步信息方同步也是一种信息，按照

13、获取和传输同步信息方式的不同可分为：式的不同可分为：1.外同步法外同步法由发送端发送专门的同步信息（常被称为导频），接由发送端发送专门的同步信息（常被称为导频），接收端把这个专门的同步信息检测出来作为同步信号的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，方法，称为外同步法。称为外同步法。2.自同步法自同步法发送端不发送专门的同步信息，接收端设法从收到的发送端不发送专门的同步信息，接收端设法从收到的信号中提取同步信息的方法，称为自同步法。信号中提取同步信息的方法，称为自同步法。11计算机网络通信原理同步技术不同场合的同步方式不同场合的同步方式由于外同步法需要传输独立的同步信号，因此，由于

14、外同步法需要传输独立的同步信号，因此，要付出额外功率和频带，而自同步法是人们最希要付出额外功率和频带，而自同步法是人们最希望的同步方法，因为可以把全部功率和带宽分配望的同步方法，因为可以把全部功率和带宽分配给信号传输。给信号传输。在载波同步和位同步中，二者都有采用，而自同在载波同步和位同步中，二者都有采用，而自同步法用得较多；在群同步中，一般都采用外同步步法用得较多；在群同步中，一般都采用外同步法。法。12计算机网络通信原理同步技术同步技术的重要性同步技术的重要性同步本身虽然不包含所要传送的信息，但只有收同步本身虽然不包含所要传送的信息，但只有收发设备之间建立了同步后才能开始传送信息，所发设备

15、之间建立了同步后才能开始传送信息，所以同步是进行信息传输的必要和前提。以同步是进行信息传输的必要和前提。同步性能的好坏将直接影响着通信系统的性能。同步性能的好坏将直接影响着通信系统的性能。如果出现同步误差或失去同步就会直接导致通信如果出现同步误差或失去同步就会直接导致通信质量下降，降低通信系统性能，甚至使通信中断。质量下降，降低通信系统性能，甚至使通信中断。13计算机网络通信原理同步技术同步的技术指标同步的技术指标同步系统应具有比信息传输系统更高的可同步系统应具有比信息传输系统更高的可靠性和更好的质量指标，如：靠性和更好的质量指标，如：同步误差小同步误差小相位抖动小相位抖动小同步建立时间短同步

16、建立时间短同步保持时间长同步保持时间长14计算机网络通信原理同步技术第七章第七章同步技术同步技术1.同步的基本概念同步的基本概念2.载波同步技术载波同步技术3.位同步技术位同步技术4.群同步群同步(帧同步帧同步)技术技术5.网同步技术网同步技术15计算机网络通信原理同步技术载波同步技术载波同步技术载波同步的方法通常有以下两种：载波同步的方法通常有以下两种：1.插入导频法（外同步法）插入导频法（外同步法）所谓插入导频，就是在已调信号频谱中额外插入一个所谓插入导频，就是在已调信号频谱中额外插入一个低功率的线谱，以便接收端作为载波同步信号加以恢低功率的线谱，以便接收端作为载波同步信号加以恢复，此线谱

17、对应的正弦波称为导频信号。复，此线谱对应的正弦波称为导频信号。2.直接法（自同步法）直接法（自同步法）这种方法是设法从接收信号中提取同步载波。这种方法是设法从接收信号中提取同步载波。16计算机网络通信原理同步技术（1 1）插入导频法（外同步法）插入导频法（外同步法）插入导频法也可以分为两种：插入导频法也可以分为两种：1.一种是在一种是在频域频域插入，即在发送信息的频谱中或插入，即在发送信息的频谱中或频带外插入相关的导频；频带外插入相关的导频；2.另一种是在另一种是在时域时域插入，插入，即在一定的时段上传即在一定的时段上传送载波信息。送载波信息。对载波同步的要求是：对载波同步的要求是：发送载波同

18、步信息所占的发送载波同步信息所占的功率尽量小，频带尽量窄。功率尽量小，频带尽量窄。17计算机网络通信原理同步技术插入导频法的使用场合插入导频法的使用场合抑制载波的双边带信号（如抑制载波的双边带信号（如DSB、等概的、等概的2PSK）本身不含有载波，残留边带（）本身不含有载波，残留边带（VSB）信号）信号虽含有载波分量，但很难从已调信号的频谱中把虽含有载波分量，但很难从已调信号的频谱中把它分离出来。对这些信号的载波提取，可以用插它分离出来。对这些信号的载波提取，可以用插入导频法（外同步法）。入导频法（外同步法）。尤其是单边带（尤其是单边带（SSB）信号，）信号，它既没有载波分量它既没有载波分量又

19、不能用直接法提取载波，只能用插入导频法。又不能用直接法提取载波，只能用插入导频法。18计算机网络通信原理同步技术SSB、DSB信号简介信号简介假设无线电音频信号频率为假设无线电音频信号频率为500Hz，载波频率为，载波频率为10MHz，那么调制后信号将产生的主要频率：那么调制后信号将产生的主要频率：10MHz+500Hz=10.0005MHz上边带（上边带（USB）10MHz-500Hz=9.9995MHz下边带（下边带（LSB）若在调幅波频谱中的上下两个边带都含有相同的信息，只若在调幅波频谱中的上下两个边带都含有相同的信息，只传送一个边带也就可以完成信息的传送传送一个边带也就可以完成信息的传

20、送,为了提高发射功为了提高发射功率的效率率的效率,而把其中一个边带和载波都消除掉。这个过程而把其中一个边带和载波都消除掉。这个过程就叫做单边带调制，而最终输出的无线电信号就叫做单边就叫做单边带调制，而最终输出的无线电信号就叫做单边带信号（带信号（SSB）。）。若在调制时上下两个边带含有不同的信息，称为双边带调若在调制时上下两个边带含有不同的信息，称为双边带调制，输出的信号就叫做双边带信号（制，输出的信号就叫做双边带信号（DSB）。）。19计算机网络通信原理同步技术频域插入导频频域插入导频在在DSB信号中插入导频：信号中插入导频：插入导频的位置应该在信号频谱为零的位置，否则导频与插入导频的位置应

21、该在信号频谱为零的位置，否则导频与信号频谱成分重叠在一起，接收时不易取出。信号频谱成分重叠在一起，接收时不易取出。对对于于2PSK和和2DPSK等等数数字字调调制制的的信信号号，在在载载波波fc附附近近的的频频谱谱不不但但有有，而而且且比比较较大大，因因此此对对于于这这样样的的数数字字信信号号，在在调调制以前先对基带信号制以前先对基带信号x(t)进行相关编码。进行相关编码。相相关关编编码码的的作作用用是是把把如如图图(a)所所示示的的基基带带信信号号频频谱谱函函数数变变为为如如图图(b)所所示示的的频频谱谱函函数数，这这样样经经过过双双边边带带调调制制以以后后可可以以得得到到图图(c)所所示示

22、的的频频谱谱函函数数，在在fc附附近近频频谱谱函函数数很很小小，且且没没有有离离散散谱谱，这这样样可可以以在在fc处处插插入入频频率率为为fc的的导导频频(这这里里仅仅画出正频域画出正频域)。20计算机网络通信原理同步技术2PSK的正频域频谱图的正频域频谱图从下图所示的频谱图可以看出，在载频处，已调信号的频从下图所示的频谱图可以看出，在载频处，已调信号的频谱分量为零，载频附近的频谱分量也很小且没有离散谱，谱分量为零，载频附近的频谱分量也很小且没有离散谱，这样就便于插入导频以及解调时易于滤出它。这样就便于插入导频以及解调时易于滤出它。（a）基带信号）基带信号x(t)频谱函数频谱函数（b）对）对x

23、(t)进行相关编码得到的频谱函数进行相关编码得到的频谱函数（c）双边带调制后得到的频谱函数）双边带调制后得到的频谱函数插入导频插入导频21计算机网络通信原理同步技术双边带调制系统发送端电路框图双边带调制系统发送端电路框图码变换器将码变换器将Sd(t)频谱中的直流和相邻的低频信号滤掉或衰减。频谱中的直流和相邻的低频信号滤掉或衰减。经低通滤波器加给环行调制器，由带通滤波器取出上、下边带经低通滤波器加给环行调制器，由带通滤波器取出上、下边带送给加法器。送给加法器。同时送给加法器的还有载波移相同时送给加法器的还有载波移相90的的Acsinct。（发送端必须。（发送端必须正交插入导频，不能加入正交插入导

24、频，不能加入Acost导频信号，否则接收端解调后导频信号，否则接收端解调后会出现直流分量，这个直流分量无法用低通滤波器滤除，将对会出现直流分量，这个直流分量无法用低通滤波器滤除，将对基带信号的提取产生影响。）基带信号的提取产生影响。）22计算机网络通信原理同步技术在残留边带信号中插入导频在残留边带信号中插入导频残留边带频谱的特点：残留边带频谱的特点：以取下边带为例，以取下边带为例，fc为载波频率，从为载波频率，从(fc-fm)到到fc的下边带频谱的下边带频谱绝大部分可以通过，而上边带信号的频谱绝大部分可以通过，而上边带信号的频谱fc到到(fc+fr)只有小部只有小部分通过。这样，当基带信号为数

25、字信号时，分通过。这样，当基带信号为数字信号时，残留边带信号的频残留边带信号的频谱中包含有载频分量谱中包含有载频分量fc，而且，而且fc附近都有频谱，因此插入导频不附近都有频谱，因此插入导频不能位于能位于fc。23计算机网络通信原理同步技术在残留边带信号中插入导频在残留边带信号中插入导频插入导频插入导频f1、f2的选择：的选择：可以在残留边带频谱的两侧插入可以在残留边带频谱的两侧插入f1和和f2；f1和和f2不能与（不能与（fc-fm）和（和（fc+fr）靠得太近，太近不易滤出靠得太近，太近不易滤出f1和和f2，但也不能太远但也不能太远，太远占用过多频带。，太远占用过多频带。24计算机网络通信

26、原理同步技术插入导频法接收端电路框图插入导频法接收端电路框图25计算机网络通信原理同步技术2PSK载波信号的提取载波信号的提取假定接受端收到的信号与发送端完全相同假定接受端收到的信号与发送端完全相同 e(t)=ASc(t)cosct+Acsinct接受信号中含有频率接受信号中含有频率fc，移相，移相90得到得到Accosct相乘器完成相乘器完成（ASc(t)cosct+Acsinct）Accosct =AAcSc(t)/2+AAcSc(t)/2+cos2cosct+Ac2sin2ct通过低通滤波器得到通过低通滤波器得到 AAcSc(t)/2如果用如果用Accosct时，得到时，得到 AcSc(

27、t)/2+Ac/2 注意：直流分量注意：直流分量Ac/2对抽样判决有干扰。对抽样判决有干扰。26计算机网络通信原理同步技术时域插入导频法时域插入导频法时域插入法中对被传输数据信号和导频信号在时间上加以区别。时域插入法中对被传输数据信号和导频信号在时间上加以区别。把一定数目的数字信号分作一组，称为一帧。把一定数目的数字信号分作一组，称为一帧。t0t1 的时隙中传送位同步信号；的时隙中传送位同步信号；t1t2 的时隙内传送帧同步信号；的时隙内传送帧同步信号；t2t3 的时隙内传送载波同步信号；的时隙内传送载波同步信号；t3t4 的时间内传送数字信息。的时间内传送数字信息。27计算机网络通信原理同步

28、技术时域插入导频法接收端电路框图时域插入导频法接收端电路框图28计算机网络通信原理同步技术（2）直接法（自同步法）直接法（自同步法）直接法可分为直接法可分为:非线性变换（滤波法）非线性变换（滤波法）和和特殊锁特殊锁相环法相环法。有些信号，如有些信号，如DSB-SC、PSK等，它们虽然本身等，它们虽然本身不直接含有载波分量，但经过某种非线性变换后，不直接含有载波分量，但经过某种非线性变换后，将具有载波的谐波分量，因而可从中提取出载波将具有载波的谐波分量，因而可从中提取出载波分量来。分量来。29计算机网络通信原理同步技术非线性变换非线性变换平方变换法平方变换法平方变换法广泛用于建立抑制载波的双边带

29、信号的载波同步。平方变换法广泛用于建立抑制载波的双边带信号的载波同步。已调信号已调信号x(t)cosct,其中其中x(t)为为2PSK信号，双极性矩形脉冲。信号，双极性矩形脉冲。30计算机网络通信原理同步技术平方变换法平方变换法已调信号已调信号x(t)cosct为为2PSK信号，双极性矩形脉冲。信号，双极性矩形脉冲。接收端经过平方律部件后得到接收端经过平方律部件后得到 e(t)=x(t)cosct2 =x2(t)/2+x2(t)cos2ct/2 x(t)=1 e(t)=(1+cos2ct)/2由此，通过窄带滤波器取出由此，通过窄带滤波器取出2fc，经过二分频得到的频率就，经过二分频得到的频率就

30、是所需要的载波频率。是所需要的载波频率。31计算机网络通信原理同步技术平方环法平方环法为了改善平方变换的性能，使恢复的相干载波更为纯净，为了改善平方变换的性能，使恢复的相干载波更为纯净，常常常在非线性处理之后加入锁相环。具体做法是在平方变换法常在非线性处理之后加入锁相环。具体做法是在平方变换法的基础上，把窄带滤波器改为锁相环。的基础上，把窄带滤波器改为锁相环。由于锁相环具有良好的跟踪、窄带滤波和记忆功能，平方环由于锁相环具有良好的跟踪、窄带滤波和记忆功能，平方环法比一般的平方变换法的性能更好，因此得到了广泛应用。法比一般的平方变换法的性能更好，因此得到了广泛应用。32计算机网络通信原理同步技术

31、特殊锁相环特殊锁相环路法路法通常采用的特殊环路有：同相通常采用的特殊环路有：同相正交环、逆调制正交环、逆调制环、判决反馈环和基带数字处理载波跟踪环等。环、判决反馈环和基带数字处理载波跟踪环等。特点：特殊锁相环具有从已调信号中消除调制和特点：特殊锁相环具有从已调信号中消除调制和滤除噪声的功能，所以能鉴别接收已调信号中被滤除噪声的功能，所以能鉴别接收已调信号中被抑制了的载波分量与本地压控振荡器抑制了的载波分量与本地压控振荡器VCO输出输出信号之间的相位误差，从而恢复出相应的相干载信号之间的相位误差，从而恢复出相应的相干载波。波。33计算机网络通信原理同步技术第七章第七章同步技术同步技术1.同步的基

32、本概念同步的基本概念2.载波同步技术载波同步技术3.位同步技术位同步技术4.群同步群同步(帧同步帧同步)技术技术5.网同步技术网同步技术34计算机网络通信原理同步技术位同步技术位同步技术位同步是数字通信中非常重要的一种同步技术。位同步与载位同步是数字通信中非常重要的一种同步技术。位同步与载波同步是截然不同的两种同步方式。波同步是截然不同的两种同步方式。在模拟通信中，没有位同步的问题，只有载波同步的问题，在模拟通信中，没有位同步的问题，只有载波同步的问题，而且只有接收机采用同步解调时才有载波同步的问题。但在而且只有接收机采用同步解调时才有载波同步的问题。但在数字通信中，一般都有位同步的问题。数字

33、通信中，一般都有位同步的问题。对位同步信号的要求有两点：对位同步信号的要求有两点：一是使收信端的位同步脉冲频一是使收信端的位同步脉冲频率和发送端的码元速率相同；二是使收信端在最佳接收时刻率和发送端的码元速率相同；二是使收信端在最佳接收时刻对接收码元进行抽样判决。对接收码元进行抽样判决。35计算机网络通信原理同步技术（1）外同步法（插入导频法）外同步法（插入导频法）在无线通信中，数字基带信号一般都采用不归零的矩形脉冲，并在无线通信中，数字基带信号一般都采用不归零的矩形脉冲，并以此对高频载波作各种调制。解调后得到的也是不归零的矩形脉以此对高频载波作各种调制。解调后得到的也是不归零的矩形脉冲，码元速

34、率为冲，码元速率为fs，码元宽度为码元宽度为Ts，这种信号的功率谱在这种信号的功率谱在fs处为零，处为零，例如双极性码的功率谱密度如下图例如双极性码的功率谱密度如下图(a)所示。所示。如果将基带信号先进行相关编码，经相关编码后的功率谱密度如如果将基带信号先进行相关编码，经相关编码后的功率谱密度如图图(b)所示，此时可在所示，此时可在fs/2处插入位定时导频，处插入位定时导频，接收端取出接收端取出fs/2以后，经过二倍频得到以后，经过二倍频得到fs。36计算机网络通信原理同步技术插入导频法的另一种形式是使数字信号的包络按插入导频法的另一种形式是使数字信号的包络按位同步信号的某种波形变化。在移相键

35、控或移频位同步信号的某种波形变化。在移相键控或移频键控的通信系统中，对已调信号进行附加的幅度键控的通信系统中，对已调信号进行附加的幅度调制后，接收端只要进行包络检波，就可以形成调制后，接收端只要进行包络检波，就可以形成位同步信号。位同步信号。包络调制法包络调制法37计算机网络通信原理同步技术包络调制法包络调制法设移相信号的表示式为设移相信号的表示式为 s1（t）=cosct+（t）现在用某种波形的位同步信号对现在用某种波形的位同步信号对s1（t）进行幅度调制，若这进行幅度调制，若这种波形为升余弦波形，则其表示式为种波形为升余弦波形，则其表示式为m（t）=（1+cost）/2 式中式中=2/Ts

36、，Ts为码元宽度。幅度调制后的信号为为码元宽度。幅度调制后的信号为s2（t）=1/2（1+cost）cosct+（t）s2（t）可称为调幅调相波。可称为调幅调相波。接收端对接收端对s2（t）进行包络检波，包络检波器的输出为进行包络检波，包络检波器的输出为（1+cost）/2，除去直流分量后，就可获得位同步信号，除去直流分量后，就可获得位同步信号cost/2。38计算机网络通信原理同步技术时域插入法时域插入法事实上，同步信号也可以在时域内插入，这时载事实上，同步信号也可以在时域内插入，这时载波同步信号、位同步信号和数据信号分别被配置波同步信号、位同步信号和数据信号分别被配置在不同的时间内传送。在

37、不同的时间内传送。39计算机网络通信原理同步技术（2）自同步法）自同步法自同步法是发端不专门发送导频信号，而直接从接收的数字信自同步法是发端不专门发送导频信号，而直接从接收的数字信号中提取位同步信号。这种方法在数字通信中得到了最广泛的号中提取位同步信号。这种方法在数字通信中得到了最广泛的应用。应用。自同步法又分为滤波法和数字锁相法。自同步法又分为滤波法和数字锁相法。从功能上讲，接收端位同步提取电路，一般都由两部分组成：从功能上讲，接收端位同步提取电路，一般都由两部分组成：第一部分是非线性变换处理电路，它的作用是使接收信号或解第一部分是非线性变换处理电路，它的作用是使接收信号或解调后的数字基带信

38、号经过非线性变换处理后含有位同步频率分调后的数字基带信号经过非线性变换处理后含有位同步频率分量或位同步信息；量或位同步信息；第二部分是窄带滤波器或锁相环路，它的作用是滤除噪声和其第二部分是窄带滤波器或锁相环路，它的作用是滤除噪声和其他频谱分量，提取纯净的位同步信号。他频谱分量，提取纯净的位同步信号。40计算机网络通信原理同步技术滤波法滤波法对于不归零的随机二进制序列，不能直接从其中滤出位同对于不归零的随机二进制序列，不能直接从其中滤出位同步信号。步信号。波形变换在实际应用中可以是微分、整流电路。波形变换在实际应用中可以是微分、整流电路。滤波法提取的定时信号不稳定、不可靠。滤波法提取的定时信号不

39、稳定、不可靠。41计算机网络通信原理同步技术基带信号微分、整流波形基带信号微分、整流波形42计算机网络通信原理同步技术锁相法锁相法位同步锁相法的基本原理和载波同步的类似。在位同步锁相法的基本原理和载波同步的类似。在接收端利用鉴相器比较接收码元和本地产生的位接收端利用鉴相器比较接收码元和本地产生的位同步信号的相位，若两者相位不一致（超前或滞同步信号的相位，若两者相位不一致（超前或滞后），鉴相器就产生误差信号去调整位同步信号后），鉴相器就产生误差信号去调整位同步信号的相位，直至获得准确的位同步信号为止。的相位，直至获得准确的位同步信号为止。43计算机网络通信原理同步技术位同步器方框图位同步器方框图

40、高稳定度振荡器高稳定度振荡器控控制制器器接收码元接收码元a位同步脉冲位同步脉冲微分微分整流整流单稳单稳4&A&B单稳单稳1非门非门单稳单稳扣除门扣除门&附加门附加门&或或门门N次分频次分频晶振晶振整形整形脉冲形成脉冲形成单稳单稳2常闭门常闭门&鉴相器鉴相器超前门超前门滞后门滞后门常开门常开门&ecd分频器分频器fg44计算机网络通信原理同步技术第七章第七章同步技术同步技术1.同步的基本概念同步的基本概念2.载波同步技术载波同步技术3.位同步技术位同步技术4.群同步群同步(帧同步帧同步)技术技术5.网同步技术网同步技术45计算机网络通信原理同步技术群同步（帧同步）技术群同步（帧同步）技术在计算机

41、数据通信系统中，接收端为了正确恢复在计算机数据通信系统中，接收端为了正确恢复所传输的内容，必须知道每个码元序列的起始与所传输的内容，必须知道每个码元序列的起始与结束位置。结束位置。为了实现群同步，要在数据序列中插入特殊的同为了实现群同步，要在数据序列中插入特殊的同步码或同步字符。步码或同步字符。由于数据的信号结构是遵照通信协议事先规定好由于数据的信号结构是遵照通信协议事先规定好的，因此在接收端很容易得到一帧信息。的，因此在接收端很容易得到一帧信息。46计算机网络通信原理同步技术群同步系统的要求群同步系统的要求正确建立同步的概率要大。正确建立同步的概率要大。初始捕获同步的时间要短。初始捕获同步的

42、时间要短。既能迅速发现失步，又能及时恢复同步并长时间既能迅速发现失步，又能及时恢复同步并长时间保持同步。保持同步。用于实现同步的冗余比特要少。用于实现同步的冗余比特要少。47计算机网络通信原理同步技术群同步的方法群同步的方法在计算机通信网络中主要的群同步方式分为：在计算机通信网络中主要的群同步方式分为：起止式同步法（用于异步通信系统）起止式同步法（用于异步通信系统）插入特殊同步码组插入特殊同步码组（用于同步通信系统）（用于同步通信系统）连贯式插入法连贯式插入法间歇式插入法间歇式插入法48计算机网络通信原理同步技术（1 1）起止式同步法）起止式同步法电传机中广泛使用这一方法。它用电传机中广泛使用

43、这一方法。它用5个码元代表一个码元代表一个字母（或符号等），在每个字母开始时，先发个字母（或符号等），在每个字母开始时，先发送一个码元宽度的负值脉冲，再传输送一个码元宽度的负值脉冲，再传输5个单元编码个单元编码信息，接着再发送一个宽度为信息，接着再发送一个宽度为1.5个码元的正值脉个码元的正值脉冲。冲。49计算机网络通信原理同步技术电传机编码波形电传机编码波形这种这种7.5单位码（码元的非整数倍）给数字通信的同步传单位码（码元的非整数倍）给数字通信的同步传输带来一定困难。输带来一定困难。另外，在这种同步方式中，另外，在这种同步方式中，7.5个码元中只有个码元中只有5个码元用于个码元用于传递消息

44、，因此传输效率较低。传递消息，因此传输效率较低。止 止 起7.5个码元5个码元信息50计算机网络通信原理同步技术计算机中的异步传输计算机中的异步传输 在在在在起止式传输方式起止式传输方式起止式传输方式起止式传输方式中，数据以中，数据以中，数据以中，数据以字符字符字符字符为单位发送。每个字符的为单位发送。每个字符的为单位发送。每个字符的为单位发送。每个字符的长度一般为长度一般为长度一般为长度一般为5 5 5 58 8 8 8位。位。位。位。在每个字符前设置在每个字符前设置在每个字符前设置在每个字符前设置1 1 1 1位起始位，在每个字符后设置位起始位，在每个字符后设置位起始位，在每个字符后设置位

45、起始位，在每个字符后设置1 1 1 12 2 2 2位停止位停止位停止位停止位。位。位。位。同步仅在每个字符范围内维持，接收端在每个新字符的开头同步仅在每个字符范围内维持，接收端在每个新字符的开头同步仅在每个字符范围内维持，接收端在每个新字符的开头同步仅在每个字符范围内维持，接收端在每个新字符的开头都将开始重新进行时钟校准。都将开始重新进行时钟校准。都将开始重新进行时钟校准。都将开始重新进行时钟校准。51计算机网络通信原理同步技术（2 2）连贯式插入法）连贯式插入法连贯式插入法又称为集中插入法。这种方式就是连贯式插入法又称为集中插入法。这种方式就是将帧同步码以集中的形式插入信息码流中，一般将帧

46、同步码以集中的形式插入信息码流中，一般帧同步码集中插入到一帧的开始位置。帧同步码集中插入到一帧的开始位置。52计算机网络通信原理同步技术同步系统中的群同步方法同步系统中的群同步方法SYNSYNSYNSYN控制字符数据字符控制字符控制字符数据字符控制字符F FF F53计算机网络通信原理同步技术帧同步技术帧同步技术字节计数法字节计数法字节计数法字节计数法用一个特殊字符作为帧的开始定界符，后面用一个特殊字符作为帧的开始定界符，后面用一个特殊字符作为帧的开始定界符，后面用一个特殊字符作为帧的开始定界符，后面使用一个字段来表明帧的长度字节数。使用一个字段来表明帧的长度字节数。使用一个字段来表明帧的长度

47、字节数。使用一个字段来表明帧的长度字节数。首尾定界法首尾定界法首尾定界法首尾定界法使用若干个特定字符作为帧的首尾标志。使用若干个特定字符作为帧的首尾标志。使用若干个特定字符作为帧的首尾标志。使用若干个特定字符作为帧的首尾标志。使用特殊比特模式表示帧的首尾标志。使用特殊比特模式表示帧的首尾标志。使用特殊比特模式表示帧的首尾标志。使用特殊比特模式表示帧的首尾标志。使用违例编码作为帧的首尾标志。使用违例编码作为帧的首尾标志。使用违例编码作为帧的首尾标志。使用违例编码作为帧的首尾标志。54计算机网络通信原理同步技术群同步的特殊码组群同步的特殊码组对作为群同步码组的特殊码组有两个方面的要求：对作为群同步

48、码组的特殊码组有两个方面的要求：一方面要求同步码组在信息码元序列中不易出现一方面要求同步码组在信息码元序列中不易出现以便识别，即将信息码元误认为同步码组的概率以便识别，即将信息码元误认为同步码组的概率要小，同时当同步码组中有误码时，漏识别的概要小，同时当同步码组中有误码时，漏识别的概率也要小。率也要小。另一方面的要求是识别该特殊码组的识别器应该另一方面的要求是识别该特殊码组的识别器应该尽量简单。尽量简单。55计算机网络通信原理同步技术（3 3）间歇式插入法（分散插入法）间歇式插入法（分散插入法）群同步码组不是集中插入在信息码流中，而是将群同步码组不是集中插入在信息码流中，而是将它分散地插入，即

49、每隔一定数量的信息码元，插它分散地插入，即每隔一定数量的信息码元，插入一个群同步码元。入一个群同步码元。群同步码码型选择的主要原则是：一方面要便于群同步码码型选择的主要原则是：一方面要便于收端识别，即要求群同步码具有特定的规律性，收端识别，即要求群同步码具有特定的规律性，这种码型可以是全这种码型可以是全“1”码、码、“1”“0”交替码等；交替码等；另一方面，要使群同步码的码型尽量和信息码相另一方面，要使群同步码的码型尽量和信息码相区别。区别。56计算机网络通信原理同步技术第七章第七章同步技术同步技术1.同步的基本概念同步的基本概念2.载波同步技术载波同步技术3.位同步技术位同步技术4.群同步群

50、同步(帧同步帧同步)技术技术5.网同步技术网同步技术57计算机网络通信原理同步技术4 4 网同步技术网同步技术在数字通信网中，为了使数字信号能在各转接站在数字通信网中，为了使数字信号能在各转接站点进行有效的交换和转接，点进行有效的交换和转接，要求通信网中各转接要求通信网中各转接站点的时钟频率和相位站点的时钟频率和相位统一协调统一协调，需要采用网同，需要采用网同步技术。步技术。主从同步方式主从同步方式互同步方式互同步方式码速调整法码速调整法水库法水库法58计算机网络通信原理同步技术（1 1）主从同步方式）主从同步方式这种方法是在整个通信网中的某一站设置一个高稳定的这种方法是在整个通信网中的某一站