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数字通信中的同步技术:帧同步、载波同步、位同步 [复制链接]

同步的概念
同步技术是数字通信系统中非常重要的技术。一般来说数字通信系统要实现多种同步功能才能实现正确的数据通信任务。其技术目标是实现不同地域收发双方的同步通信互联,实现一致的信息数据交换,因此,通信系统是否能够完全的实现数据的同步交换成为了衡量通信质量的重要因素,如果通信系统没有实现同步,将会导致系统的瘫痪,影响通信的效果。
同步问题在手机、雷达、WLAN、HDTV等都是很重要的。发送信号和接受信号是通信的最基本的两个环节,接受信号实际上就是从噪声、干扰与畸变中提取信号,获取发送的信息。提取信号就是估计信号的某个或数个特征参数,如振幅、频率、相位与时间等。同步中的主要过程就是信号参数的估值过程。
通信系统中的同步又可分为载波同步、位同步、帧同步和网同步几大类。
网同步
在数字通信网和计算机网络中各站点为了进行分路和并路,必须调整各个方向送来的信码的速率和相位,使之步调一致,这种调整过程称为网同步。
如果没有组网,只是一般的点对点通信,则不存在网同步的问题。
帧同步
在数字通信系统中,信息流是由最基本的“字”和“句”组成。对于时分多路信号,要想在接收端能够正确的分辩各路信号,作为发送端首先应该在信息流的头部或尾部加入一些特殊的代码进行区分标记,以便接收方能够正确分辨信息,那么,在接收端获取并分辨这些信息流的过程我们称之为帧同步或群同步 。
帧同步是为了发现一个帧的到来,或说是找到一个帧的开头。用于将不同的帧分开。
载波同步
在短距离的通信中我们一般采用基带传输模式,长距离的通信采用频带传输模式,两种模式在发送端首先都要进行调制,在接收端进行解调,他们大部分都是通过相干解调进行,只有幅度调制是通过非相干解调的,相干解调需要相干载波,即需要一个与所接收到信号中的调制载波完全同频同相的本地载波信号,这个本地载波的获取称为载波同步,载波同步是实现相干解调的基础。
载波同步有两种方法,一个是插入辅助同步信息,即在时域或频域插入同步信号。(注意:若在时域插入,就是训练序列。若在频域插入,就是导频序列。)另一个方法是直接从接收信号中提取同步信息:多次方变换+锁相环。
位同步
位同步也称码元同步。
位同步是数字信号码元时间对齐的过程。指数字传输中,从信息码流中提取时钟信号,并借助于时钟信号来识别信息码元的定时提取过程。
位同步是正确取样判决的基础,只有数字通信才需要,所提取的位同步信息是频率等于码速率的定时脉冲,相位则根据判决时信号波形决定,可能在码元中间,也可能在码元终止时刻或其他时刻。
实现位同步的方法主要有外同步法和自同步法两种。
外同步法。外同步的方法是,发送端发送数据之前先发送同步时钟信号,接收方用这一同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率,以此来达到收发双方位同步的目的。
自同步法。接收方利用包含有同步信号的特殊编码(如曼彻斯特编码)从信号自身提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率,达到同步目的。
另一种描述
位同步模块的主要作用是产生一个与输入数据频率一致的时钟信号,保证每一位数据判决一次,且最好在信噪比最大的时刻进行判决。目前常用的位同步技术有插入导频法、非线性变换滤波法、锁相环法和Gardner定时恢复算法。
几项同步的顺序
先是载波同步,再是位同步(码元同步),然后是群同步(帧同步)。最后是网同步(如果存在通信网络的话)。
作者:溪云无心
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