同步技术概述

4.4.1　同步技术概述

所谓同步是指收、发双方在时间上步调一致。

在模拟通信中，同步是指交换传输系统各个频率之间的同步，它要求收、发双方的频率和相位保持一致。

在数字通信中，按照同步的功用可以将同步技术分为载波同步、位同步、帧同步和网同步。

1.载波同步

载波同步是指在解调时，接收端需要提供一个与接收信号中的调制载波同频同相的载波。这个载波的获取称为载波提取或载波同步。以二进制移相键控为例，可使用平方环法实现载波同步。

若接收到的二进制移相键控信号为

s_2PSK＝b（t）cos 2πft

其中，b（t）为双极性不归零码序列。将接收信号进行平方，可得

借助窄带滤波器可将2f频率分量滤出，然后利用锁相环、二分频、移相器，即可得到所需的载波，如图4-18所示。

图4-18　平方环提取载波

2.位同步

位同步又称为码元同步。在数字通信系统中，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间，以便在恰当的时刻进行取样判决。这就要求接收端必须提供一个定时脉冲序列，该序列的重复频率要与码元速率相同，相位与最佳取样判决时刻一致。提取这种定时脉冲序列的过程称为位同步。以码分多址信号为例，可借助地址码实现位同步，即伪码同步。

伪码同步可以分为粗同步和细同步，粗同步又称为捕获，细同步又称为跟踪。粗同步是使接收伪随机码与本地伪随机码相位差Δτ小于一个码元宽度；细同步是使相位差进一步虽小，甚至趋近于0。

粗同步可以利用伪随机码的自相关特性，借助并行相关检测法实现，如图4-19所示。通过检测比较各路输出，选择最大者对应的时延即可作为检测的时延估值。并行相关检测法在理论上只需一个周期即可完成捕获。

图4-19　并行相关检验

细同步同样利用伪随机码的自相关特性，可以按照如图4-20所示的方式实现。图4-21为检验误差特性。

图4-20　伪码延时锁定电路

图4-21　检验误差特性

3.帧同步

在数字通信系统中，信息流使用若干码元组成一个帧。帧同步的任务就是在位同步的基础上识别出这些数字信息帧的起止时刻，使接收设备的帧定时与接收到的信号中的帧定时处于同步状态。

实现帧同步的方法通常有两种：起止式同步法和插入特殊同步码组法。其中，起止同步法很简单，一般是在数据码元的开始和结束位置加入特定的起始和停止脉冲来表示数据帧的开始和结束；插入同步码组法又可分为连贯式插入法和间隔式插入法。

（1）连贯式插入法

连贯式插入法又称集中插入法。它是在每一个信息帧的开头处插入作为帧同步码组的特殊码组，该码组在信息码中很少出现，即使偶尔出现，也不可能符合帧的规律周期。接收端按照帧的周期连续数次进行检测，即可获得帧同步信息。A律PCM基群、二次群、三次群、四次群都采用连贯插入式同步。其中，基群帧中T_s0为帧同步码。T_s0帧同步码为0011011，占偶数帧T_s0时隙的后7位，第一位暂定为1，留国际通信用；奇数帧的T_s0各位分配为：第一位暂定为1，留国际通信用；第二位固定为1，表示是奇数帧；第三位失步告警，正常为0，第4～8位暂定为1，留国际通信用。

（2）间隔式插入法

间隔式插入法是将n比特帧同步码分散地插入到n个帧内，每帧插入1比特，μ律PCM基群采用间隔式插入法。

4.网同步

在数字通信系统中，如果数字交换设备之间的时钟频率不一致，就会导致传输节点中出现滑码，如图4-22所示。

图4-22　时钟频率偏差引起的滑动现象

从图4-22可以得出，当发端时钟速率f_发大于接收端时钟速率f_收时，将会导致码元丢失；当发端时钟速率f_发小于接收端时钟速率f_收时，将会导致码元重复。这两种情况都会使传输发生畸变。当滑动较大时，使一帧或更多的信号丢失或重复，将会产生“滑码”，从而影响通信质量。

在语音通信中，滑码现象的出现会导致“喀刺”声；在视频通信中，滑码现象则会导致画面定格的现象。为降低滑码率，必须使通信网络中各个单元使用共同的基准时钟频率。实现数字通信网络中数字设备内的时钟频率与相位达到相互同步的过程称为网同步。以下将着重介绍数字通信网同步问题。