《電子技術(shù)應(yīng)用》
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數(shù)字通信中的同步技術(shù):幀同步、載波同步、位同步

2021-07-16
來源:微波射頻網(wǎng)
關(guān)鍵詞: 幀同步 載波同步 位同步

  同步的概念

  同步技術(shù)是數(shù)字通信系統(tǒng)中非常重要的技術(shù)。一般來說數(shù)字通信系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)多種同步功能才能實(shí)現(xiàn)正確的數(shù)據(jù)通信任務(wù)。其技術(shù)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)不同地域收發(fā)雙方的同步通信互聯(lián),實(shí)現(xiàn)一致的信息數(shù)據(jù)交換,因此,通信系統(tǒng)是否能夠完全的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的同步交換成為了衡量通信質(zhì)量的重要因素,如果通信系統(tǒng)沒有實(shí)現(xiàn)同步,將會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)的癱瘓,影響通信的效果。

  同步問題在手機(jī)、雷達(dá)、WLAN、HDTV等都是很重要的。發(fā)送信號(hào)和接受信號(hào)是通信的最基本的兩個(gè)環(huán)節(jié),接受信號(hào)實(shí)際上就是從噪聲、干擾與畸變中提取信號(hào),獲取發(fā)送的信息。提取信號(hào)就是估計(jì)信號(hào)的某個(gè)或數(shù)個(gè)特征參數(shù),如振幅、頻率、相位與時(shí)間等。同步中的主要過程就是信號(hào)參數(shù)的估值過程。

  通信系統(tǒng)中的同步又可分為載波同步、位同步、幀同步和網(wǎng)同步幾大類。

  網(wǎng)同步

  在數(shù)字通信網(wǎng)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中各站點(diǎn)為了進(jìn)行分路和并路,必須調(diào)整各個(gè)方向送來的信碼的速率和相位,使之步調(diào)一致,這種調(diào)整過程稱為網(wǎng)同步。

  如果沒有組網(wǎng),只是一般的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信,則不存在網(wǎng)同步的問題。

  幀同步

  在數(shù)字通信系統(tǒng)中,信息流是由最基本的“字”和“句”組成。對(duì)于時(shí)分多路信號(hào),要想在接收端能夠正確的分辯各路信號(hào),作為發(fā)送端首先應(yīng)該在信息流的頭部或尾部加入一些特殊的代碼進(jìn)行區(qū)分標(biāo)記,以便接收方能夠正確分辨信息,那么,在接收端獲取并分辨這些信息流的過程我們稱之為幀同步或群同步 。

  幀同步是為了發(fā)現(xiàn)一個(gè)幀的到來,或說是找到一個(gè)幀的開頭。用于將不同的幀分開。

  載波同步

  在短距離的通信中我們一般采用基帶傳輸模式,長(zhǎng)距離的通信采用頻帶傳輸模式,兩種模式在發(fā)送端首先都要進(jìn)行調(diào)制,在接收端進(jìn)行解調(diào),他們大部分都是通過相干解調(diào)進(jìn)行,只有幅度調(diào)制是通過非相干解調(diào)的,相干解調(diào)需要相干載波,即需要一個(gè)與所接收到信號(hào)中的調(diào)制載波完全同頻同相的本地載波信號(hào),這個(gè)本地載波的獲取稱為載波同步,載波同步是實(shí)現(xiàn)相干解調(diào)的基礎(chǔ)。

  載波同步有兩種方法,一個(gè)是插入輔助同步信息,即在時(shí)域或頻域插入同步信號(hào)。(注意:若在時(shí)域插入,就是訓(xùn)練序列。若在頻域插入,就是導(dǎo)頻序列。)另一個(gè)方法是直接從接收信號(hào)中提取同步信息:多次方變換+鎖相環(huán)。

  位同步

  位同步也稱碼元同步。

  位同步是數(shù)字信號(hào)碼元時(shí)間對(duì)齊的過程。指數(shù)字傳輸中,從信息碼流中提取時(shí)鐘信號(hào),并借助于時(shí)鐘信號(hào)來識(shí)別信息碼元的定時(shí)提取過程。

  位同步是正確取樣判決的基礎(chǔ),只有數(shù)字通信才需要,所提取的位同步信息是頻率等于碼速率的定時(shí)脈沖,相位則根據(jù)判決時(shí)信號(hào)波形決定,可能在碼元中間,也可能在碼元終止時(shí)刻或其他時(shí)刻。

  實(shí)現(xiàn)位同步的方法主要有外同步法和自同步法兩種。

  外同步法。外同步的方法是,發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)之前先發(fā)送同步時(shí)鐘信號(hào),接收方用這一同步信號(hào)來鎖定自己的時(shí)鐘脈沖頻率,以此來達(dá)到收發(fā)雙方位同步的目的。

  自同步法。接收方利用包含有同步信號(hào)的特殊編碼(如曼徹斯特編碼)從信號(hào)自身提取同步信號(hào)來鎖定自己的時(shí)鐘脈沖頻率,達(dá)到同步目的。

  另一種描述

  位同步模塊的主要作用是產(chǎn)生一個(gè)與輸入數(shù)據(jù)頻率一致的時(shí)鐘信號(hào),保證每一位數(shù)據(jù)判決一次,且最好在信噪比最大的時(shí)刻進(jìn)行判決。目前常用的位同步技術(shù)有插入導(dǎo)頻法、非線性變換濾波法、鎖相環(huán)法和Gardner定時(shí)恢復(fù)算法。

  幾項(xiàng)同步的順序

  先是載波同步,再是位同步(碼元同步),然后是群同步(幀同步)。最后是網(wǎng)同步(如果存在通信網(wǎng)絡(luò)的話)。




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