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第5章 数字通信系统的同步5.1 载波同步5.2 位同步5.3 群同步5.4 网同步

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5.1 5.1 载波同步载波同步 5.1.1 5.1.1 载波的直接提取与恢复载波的直接提取与恢复 5.1.2 5.1.2 载波的间接提取与恢复载波的间接提取与恢复 5.1.3 5.1.3 载波同步系统的性能指标载波同步系统的性能指标

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按实现同步的方法:外同步——由发送端额外发送同步信息,接收端根据该信息提取同步信号自同步——发送端不单独另发信号、由接收端设法从收到的信号中获得同步信息 同频同相指接收端本地载波与收到信号中的调制载波信号同频率同相位,绝非与发送端用于调制的载频信号同频同相

5.1.1 载波的直接提取与恢复一 . 二进制调相信号的载波提取与恢复平方变换及平方环法;同相正交环法,即科斯塔斯( Costas )环法

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同相正交环提取载波解调存在相位模糊,必须对输入信息序列进行差分编码调制,接收端相干解调后通过差分译码,则可以避免反相工作的可能,正确恢复原始信息。

低通

低通

压控振荡器 环路滤波器90- ° 移相

X

X

X输入已调信号)(tSm

1

2

vo vd1 vd 3

v3(t)

v4(t)

v5(t)

v6(t)

v1(t)

v2(t)

同相正交环利用锁相环 PLL 提取载波,相位跟踪能力强,提取的载波质量较好,是目前常用的载波提取方式。但其移相电路对每个载频都产生 -90º 的相移,不宜于载频变换频繁的场合。

二相科斯塔斯环

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二.多进制信号的直接载波提取与恢复二.多进制信号的直接载波提取与恢复11 .四元调相信号的载波提取.四元调相信号的载波提取————四次方变换、科斯塔斯环四次方变换、科斯塔斯环 四次方变换器件将收到的四相信号进行四次方变换后,滤出其中的四次方变换器件将收到的四相信号进行四次方变换后,滤出其中的 4ωc4ωc 成分,再将其四分成分,再将其四分

频,就能得到载频频,就能得到载频 ωcωc 。。 2次方 2次方

4相信号入4ω c窄带滤波 ÷ 4

e(t) e2(t) ω载频 c出

4次方

四次方变换法四分频后存在相位模糊现象。对 π/2 相位体制,有四种可能的相位选择: 0 , π/2, π, 3π/2 ;对 π/4 相位体制,同样有四种可能选择: π/4, 3π/4 , 5π/4, 7π/4 。 因此,四次方变换法的输入信号必须首先进行相对移相调制。将四次方变换法中的窄带滤波器用锁相环代替,变成了四次方环法,如下图示 . 四次方环也有相位模糊,但其输出载波信号稳定性远好于四次方变换。

4次方 鉴相器4相信号入

环路滤波 ÷ 4ω载频 c出压控振荡

锁相环

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四相科斯塔斯环 四相科斯塔斯环原理与二相科斯塔斯环类似,只是二相环中的一个 90º 移相器由 π/4、 π/2和 3π/4 三个移相器替代,如下图示。

vd输入已调信号

135°

90°

VCO

LPF低通滤波

LPF低通滤波

LPF低通滤波

LPF45°

LPF低通滤波

)(4 ts PSKv1(t)

v2(t)

v1(t)

v3(t)

v4(t)

v5(t)

v7(t)

v6(t)

v8(t)

v9(t)

v10(t)

v11(t)

v12(t)

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多相调相信号多相调相信号 MPSKMPSK 的直接载波提取与恢复的直接载波提取与恢复

基于基于 CostasCostas 环的推广方法实现复杂,一般实际中都不采用环的推广方法实现复杂,一般实际中都不采用

基于平方变换法或平方环法的基于平方变换法或平方环法的 MM 次方变换法或次方变换法或 MM 方环法方环法M相信号入 ω载频 c出Mω c窄带滤波M次方 ÷ M

M 次方变换法

M次方 鉴相器M相信号入

环路滤波 ÷ Mω载频 c出压控振荡

锁相环

MM 方环法方环法

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5.1.2 5.1.2 载波的间接提取与恢复载波的间接提取与恢复 一.插入导频法一.插入导频法 在发送端插入一个或几个携带载频信息的导频信号,接收端将它与调制信号在发送端插入一个或几个携带载频信息的导频信号,接收端将它与调制信号分离,从中获得载波信号,属于外同步法范畴。分离,从中获得载波信号,属于外同步法范畴。 插入导频插入导频 33 条规则:条规则: 1 1 选择导频在调制信号的零频谱位置插入选择导频在调制信号的零频谱位置插入 2 2 一般采用正交方式插入一般采用正交方式插入 3 3 尽量使导频频率和尽量使导频频率和 ωcωc 之的数学关系简单之的数学关系简单 分频域插入和时域插入两种,频域插入又分为频域正交插入和双导频插入,分频域插入和时域插入两种,频域插入又分为频域正交插入和双导频插入,以正交插入为主。以正交插入为主。

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相关编码后进行相位调制的信号在载频相关编码后进行相位调制的信号在载频 ωcωc 附近的频谱分量为附近的频谱分量为 00 或很小,可或很小,可直接插入载频直接插入载频 ωcωc 作为导频信号。作为导频信号。s(t)基带信号

相关编码

信号发生器

- 90° 移相器

带通滤波 s1(t)cosω ct +Asinω ct

Asinω ct

s1(t)cosω cts1(t)

cosω ct

去信道

ω c窄带滤波器 90° 移相器

带通滤波器带通滤波器 低通滤波器 相关译码器

s1(t)cosω ct+Asinω ct

Asinω ctKcosω ct

Ks1(t)/2 Ks(t)/2

插入导频发信机框图

插入导频接收机框图

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2 2 时域插入导频时域插入导频 按照一定的时间顺序,在固定的时隙内发送载波信息,多用于时分多按照一定的时间顺序,在固定的时隙内发送载波信息,多用于时分多址方式的卫星通信系统中。址方式的卫星通信系统中。 频域插入的导频在时间上连续;时域插入的导频在时间上断续,只在频域插入的导频在时间上连续;时域插入的导频在时间上断续,只在一帧内某些固定时隙出现。一帧内某些固定时隙出现。

位同步信号

帧同步信号

导频

信号

信息

信号

位同步信号

帧同步信号

导频

信号

信息

信号

t1 t2 t3 t4 t1 t2 t3 t4

1第 帧 2第 帧

时域插入时,一般都选择 ωc 为导频频率。因为导频非连续传送,接收端不能直接用 ωc 窄带滤波器提取,常使用锁相环实现。

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5.1.3 5.1.3 载波同步系统的性能载波同步系统的性能 一 主要指标一 主要指标 效率效率 ηη 、精度、精度 ΔΦΔΦ 、同步建立时间、同步建立时间 tsts 和同步保持时间和同步保持时间 tctc 它们都和提取载波的电路、接收端输入信号质量及噪声性质有关。它们都和提取载波的电路、接收端输入信号质量及噪声性质有关。

1 效率 η: η =(提取载波所用的发送功率) /(总信号功率) 外同步法 η 低,自同步法效率较高。2 精度 Δφ 提取的载波信号与接收的标准载波信号的相位差 ΔΦ ,含稳态相差和随机相差两部分。

3 同步建立时间 ts 系统从开机到实现同步或从失步恢复到同步状态所经历的时间。当采用锁相环提取载波时,就是锁相环的捕捉时间。4 同步保持时间 tc 同步时,若同步信号消失,系统还能维持同步的时间。采用锁相环提取载波时,同步保持时间 tc 就是锁相环的同步保持时间。

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5.2 5.2 位同步位同步 5.2.1 5.2.1 外同步法外同步法 5.2.2 5.2.2 直接法直接法 5.2.3 5.2.3 位同步系统的性能位同步系统的性能

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5.2.1 5.2.1 外同步法外同步法一 一 插入位定时导频法插入位定时导频法

消除插入导频影响:载波同步——正交插入;位同步——反相抵消

位定时导频

波形反

变换

微分半

波整流

同步载

波提取 移

低通

移相 整形

窄带

滤波

取样

判决

放大

限幅

信道

fB

s(t)

cos2π fct

2π f c

fB

fB

fB

-fB

fB

输出

插入位定时导频法系统框图

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5.2.2 5.2.2 直接法直接法 不在发信端单独发送导频信号。常用有滤波法、包络不在发信端单独发送导频信号。常用有滤波法、包络“陷落”法和数字锁相法。“陷落”法和数字锁相法。一 滤波法 一 滤波法 适于频谱中含有适于频谱中含有 fBfB或或 nfBnfB 成分的信号,它首先形成含成分的信号,它首先形成含有位同步信息的信号,再用滤波器将其取出。有位同步信息的信号,再用滤波器将其取出。

微分 全波整流 窄带滤波a输入 cb d

移相 脉冲形成e

二 包络“陷落”法 主要用于频带受限信号,如二元数字调相信号等。带通滤波 包络检波 fB窄带滤波

2PSK信号入

a cb d

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0 1 0 0 1 1 1 0 1 1

t

t

t

t

(a)

(b)

(c)

(d)

包络“陷落”法各点波形 带通输出在相邻码元的相位反转处产生幅度陷落,经包络检波后,输出波形的归零点就是码元相位反转处,它必然含有位同步分量。 幅度陷落的原因在于带通的带宽B< 2fB 。带宽不同,波形陷落的形状和深度也不同,B 越小,陷落的程度越深。

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三.数字锁相法三.数字锁相法 利用锁相环的窄带滤波特性提取位同步信号,通过鉴相器比较相位差,输出相应利用锁相环的窄带滤波特性提取位同步信号,通过鉴相器比较相位差,输出相应误差信号调整本地位同步信号相位。误差信号调整本地位同步信号相位。

位同步信号相位超前:比相器输出超前脉冲,扣除位同步信号相位超前:比相器输出超前脉冲,扣除 11 个个 QQ 脉冲,分频器输出延时脉冲,分频器输出延时1/(nfB)1/(nfB) ,输出位同步相位滞后,输出位同步相位滞后 2π/n2π/n 。。

位同步信号相位滞后:比相器输出滞后脉冲,位同步信号相位滞后:比相器输出滞后脉冲, QQ 端插入一个脉冲,分频器提前端插入一个脉冲,分频器提前1/(nfB)1/(nfB) 输出,位同步信号相位提前输出,位同步信号相位提前 2π/n2π/n 。。

÷n波形

变换 整

位同步信号出

常开门

相位比较器

Q

Q

a路

b路

接收码元入

超前脉冲

滞后脉冲

常闭门

(nfB)

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5.2.3 5.2.3 位同步系统的性能位同步系统的性能 一.位同步系统的性能指标一.位同步系统的性能指标 相位误差相位误差 ΔΦΔΦ 、同步建立时间、同步建立时间 tsts 、同步保持时间、同步保持时间 tctc 及同步带宽及同步带宽 BB 11 .相位误差.相位误差 ΔΦΔΦ 用锁相法提取位同步信号时,相位每次调整用锁相法提取位同步信号时,相位每次调整 2π/n2π/n ,系统可能产生的最大相,系统可能产生的最大相位误差为 。其中,位误差为 。其中, nn 是分频器分频次数,是分频器分频次数, TT 是位同步信号周期。是位同步信号周期。n360

2 .同步建立时间 ts 开机或失步以后重新建立同步所需的最长时间。锁相环的最大位同步建立时间如下, TB 为一个码元周期 , N为抗干扰滤波器中计数器的计数次数。 3 .同步保持时间 tc 系统由同步到失步所需要的时间。收、发两端振荡器的频稳度越高, tc越大。 4. 同步带宽 B 系统允许收、发振荡器输出信号之间存在的最大频率差 Δf 。数字锁相环的同步带宽为:

nfB 20

Bs nNTt max

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二.二.数字锁相环对抗干扰性能的改善数字锁相环对抗干扰性能的改善 噪声干扰噪声干扰————导致相位抖动导致相位抖动

÷ N

÷ N

÷ M

超前脉冲入 减脉冲至扣除门

0复位置

0复位置

加脉冲至附加门滞后脉冲入

N<M<2N

2N可逆计数

2N可逆计数

超前脉冲加计数

滞后脉冲减计数

2N

0

复位

减脉冲至扣除门

加脉冲至附加门

N置

N先于 M 滤波器 随机徘徊滤波器

滤波器使超前 /滞后脉冲个数达到 N个才进行 1 次相位调整,锁相环的相位调整速率下降为 1/N ,提高了环路抗干扰能力 ,但环路同步建立时间加长 。

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5.3 5.3 群同步群同步 5.3.1 5.3.1 连贯插入法连贯插入法 5.3.2 5.3.2 间隔式插入法间隔式插入法 5.3.3 5.3.3 群同步系统的性能群同步系统的性能

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55 .. 3 3 群同步群同步 在发送信息流中插入一些特殊码组作为群起、止标记,接收端据此确定各在发送信息流中插入一些特殊码组作为群起、止标记,接收端据此确定各字、句以及帧的开始和结束时刻,分为连贯插入法和分散插入法。字、句以及帧的开始和结束时刻,分为连贯插入法和分散插入法。 3.3.1 连贯插入法 也叫集中插入法,在每一个信息群的开头集中插入群同步码码组。 一.巴克码 一种长度有限的非周期性序列,自相关性较好。常见巴克码码组如下 如下 码组中的码元位数 巴克码组 2对应的 进制码

2

3

4

5

7

11

13

(++),(-+)

(++-)

(+++-),(++-+)

(+++-+)

(+++--+-)

(+++---+--+-)

(+++++--++-+-+)

1 1 0 1( ),( )

1 1 0( )

1 1 1 0 1 1 0 1( ),( )

1 1 1 0 1( )

1 1 1 0 0 1 0( )

1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 0( )

1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1( )

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j

R( j )

1 3 5 71-3-5-7-

7

0

R(j )

5

1 3 51-3-5- j

7位巴克码的局部自相关函数曲线 5位巴克码的局部自相关函数曲线

巴克码的局部自相关函数曲巴克码的局部自相关函数曲线线

相 加

判 决

Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q Q

高位 7 6 5 4 3 2 1 低位

所有巴克码的自相关函数都具所有巴克码的自相关函数都具有单峰特性,其自相关性随着巴有单峰特性,其自相关性随着巴克码的位数增加而增强克码的位数增加而增强

只有当群同步码组全部只有当群同步码组全部进入识别器时,其输出进入识别器时,其输出才达到最大。一旦错开才达到最大。一旦错开一位,输出立刻下降许一位,输出立刻下降许多。同步码的自相关特多。同步码的自相关特性越好,识别同步码组性越好,识别同步码组越容易,同步码误判的越容易,同步码误判的概率越小。概率越小。7 位巴克码识别器

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5.3.2 5.3.2 间隔式插入法间隔式插入法

进入同步态

位脉冲进一位

M计数器清零

开始

该位脉冲是否符合群同步码规律?

M 1计数器加

M计数器计满?N

N

Y

Y

传输效率较连贯插入式系统高,但同步捕获时间长。常采用滑动同步检测法完成同步捕获,以软件实现为主。其实现流程图下。

同步码分散在信息码同步码分散在信息码中发送,接收端多次中发送,接收端多次捕获、检测及验证,捕获、检测及验证,方实现群同步。方实现群同步。

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5.3.3 5.3.3 群同步系统的性能群同步系统的性能一 主要指标一 主要指标 同步的可靠性(漏同步概率同步的可靠性(漏同步概率 P1P1 和假同步概率和假同步概率 P2P2 )、同步建立时间)、同步建立时间 ttss11 .漏同步概率.漏同步概率 PP11 干扰使识别器不能识别同步码的情况就是漏同步,其出现概率即干扰使识别器不能识别同步码的情况就是漏同步,其出现概率即 PP11 。。 连贯式插入群同步系统的漏同步概率: 分散式插入群同步系统的漏同步概率: P1=P 22 .假同步概率.假同步概率 PP22 识别器误判信息码为同步码,输出假同步信号就是假同步,其发生概率即识别器误判信息码为同步码,输出假同步信号就是假同步,其发生概率即 PP22 。。 连贯式插入系统的假同步概率 分散式插入系统的假同步概率

3 .平均同步建立时间 ts

二 群同步保护 根据不同状态规定不同的识别器门限,既减小漏同步概率 P1 又降低假同步发生

m

r

rnrrn PPCP

01 )1(1

nm

r

rnCP 2)(

02

)2()1(2MNNP

连贯插入法: ts=( 1+ P1 ) N2TB 分散插入法: ts=( 2N2 - N- 1 ) TB

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5.4 5.4 网同步网同步 5.4.1 5.4.1 网同步的发展和必要性网同步的发展和必要性 5.4.2 5.4.2 数字同步网原理数字同步网原理 5.4.3 GPS5.4.3 GPS 时钟在数字同步网中的应用时钟在数字同步网中的应用

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5.4.1 5.4.1 网同步的发展和必要性网同步的发展和必要性 一.数字同步网的发展一.数字同步网的发展 事实上,网同步的发展经历了最初的混合型同步系统到现事实上,网同步的发展经历了最初的混合型同步系统到现在独立的同步网两个阶段。通信网发展初期,由于数据业在独立的同步网两个阶段。通信网发展初期,由于数据业务量以及业务种类都较少,对同步的要求不高,同步系统务量以及业务种类都较少,对同步的要求不高,同步系统并没有独立出来形成一个单独的网络,这就是通常意义的并没有独立出来形成一个单独的网络,这就是通常意义的网同步系统。随着通信网的不断发展扩大,需要同步的业网同步系统。随着通信网的不断发展扩大,需要同步的业务网日益增多,尤其是高速数据业务和务网日益增多,尤其是高速数据业务和 SDHSDH 传输系统在传输系统在网上的大量使用,上述传统的同步方式已无法保证同步的网上的大量使用,上述传统的同步方式已无法保证同步的质量及可靠性,这就导致一个独立于业务网之外的真正意质量及可靠性,这就导致一个独立于业务网之外的真正意义的数字同步网的出现。义的数字同步网的出现。

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二 同步的必要性二 同步的必要性 由于数字传输系统和交换设备构成的综合数字网内传由于数字传输系统和交换设备构成的综合数字网内传递的是离散脉冲信号,当通信双方由于位定时偏差使递的是离散脉冲信号,当通信双方由于位定时偏差使两个数字交换设备之间的时钟频率或相位不一致,或两个数字交换设备之间的时钟频率或相位不一致,或由数字比特流在传输中受到干扰而出现相位飘移和抖由数字比特流在传输中受到干扰而出现相位飘移和抖动时,数字交换系统的缓存器中就会产生码元的丢失动时,数字交换系统的缓存器中就会产生码元的丢失或者重复,从而导致码流在交换节点中出现滑动,即或者重复,从而导致码流在交换节点中出现滑动,即所谓的滑码。滑码与误码作为数字网的同步损伤,对所谓的滑码。滑码与误码作为数字网的同步损伤,对网络应用造成多种负面影响,如使通信网难以定位等。网络应用造成多种负面影响,如使通信网难以定位等。 随着各种新业务的引入,数据传输速率越来越高,信随着各种新业务的引入,数据传输速率越来越高,信号的编码冗余也越来越小,这都要求数字网具有一个号的编码冗余也越来越小,这都要求数字网具有一个高稳定度、高精度、高安全可靠的网络同步环境。因高稳定度、高精度、高安全可靠的网络同步环境。因此,必须建立一个独立于业务网之外的同步网来支撑此,必须建立一个独立于业务网之外的同步网来支撑整个通信网的服务质量。整个通信网的服务质量。

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5.4.2 5.4.2 数字同步网原理数字同步网原理一.数字同步网的基本原理和结构一.数字同步网的基本原理和结构 数字同步网是一个由节点时钟设备和定时链路组数字同步网是一个由节点时钟设备和定时链路组成的实体网,它通过网同步技术为各种业务网的成的实体网,它通过网同步技术为各种业务网的所有网元或节点分配定时频率或者时间信号,以所有网元或节点分配定时频率或者时间信号,以实现各种业务网的同步。实现各种业务网的同步。 数字同步网的结构主要取决于同步网的规模、网数字同步网的结构主要取决于同步网的规模、网络中的定时分配方式和时钟的同步方法,而这些络中的定时分配方式和时钟的同步方法,而这些又取决于业务网的规模、结构和对同步的要求。又取决于业务网的规模、结构和对同步的要求。同步网的工作方式一般可分为准同步方式和同步同步网的工作方式一般可分为准同步方式和同步方式方式 22 类。类。

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二 同步时钟等级二 同步时钟等级 同步网由各节点时钟和传递同步信息的链路组成,为了减少同同步网由各节点时钟和传递同步信息的链路组成,为了减少同步网中节点时钟的复杂性和成本,将网中节点的时钟进行分级为步网中节点时钟的复杂性和成本,将网中节点的时钟进行分级为 11级基准时钟、级基准时钟、 22 级节点时钟和级节点时钟和 33 级节点时钟。常见的时钟源包括铯级节点时钟。常见的时钟源包括铯钟、铷钟、晶体钟以及钟、铷钟、晶体钟以及 GPSGPS 等。等。

1级基准时钟

节点时钟等级 应 用 指 标

全网基准时钟网络中心NPRC和区域基准时钟LPRC

长期精度优于1X10-11,与UTC比对的时间精度=300 ns,符合ITU-T G.811规定

2级节点时钟 同步网中一般汇接点有保持功能的高稳定性时钟

1准确度优于 .6 X10±-8,其他指标应符合ITU-TG.812标准(以基准时钟为参考标准,在连续同步工作30天、保持一年时间的情况下)

3级节点时钟 SDH传输系统中的单元网时钟4准确度优于 .6X10±-6,其他指标符合ITU-T标

准(以基准时钟为参考标准,在连续同步工作30天、保持一年时间的情况下)

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三.同步网的组网原则三.同步网的组网原则 同步网应保证安全可靠、高起点和高质量,网络监控管理同步网应保证安全可靠、高起点和高质量,网络监控管理软件应功能完备且方便维护;软件应功能完备且方便维护; 在同步网内不形成环路,以将同步定时环路中所有时钟与在同步网内不形成环路,以将同步定时环路中所有时钟与基准时钟隔离开来,且避免由于具有定时参考反馈而出现基准时钟隔离开来,且避免由于具有定时参考反馈而出现频率不稳现象;频率不稳现象; 同步网内各节点时钟应从不同路由获得主用和备用基准时同步网内各节点时钟应从不同路由获得主用和备用基准时钟信号;钟信号; 同步网内各节点时钟可以从其它同一级或高一级设备获得同步网内各节点时钟可以从其它同一级或高一级设备获得基准时钟信号;基准时钟信号; 从基准时钟到末端局站的基准传输之间介入的时钟数量应从基准时钟到末端局站的基准传输之间介入的时钟数量应尽可能的少,一般二级时钟不多于尽可能的少,一般二级时钟不多于 22 ~~ 33 个,三级时钟不个,三级时钟不多于多于 33 ~~ 44 个;个; 选择可用性最高的传输系统传送同步基准时钟,并尽量缩选择可用性最高的传输系统传送同步基准时钟,并尽量缩短链路长度来提高可靠性。短链路长度来提高可靠性。

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5.4.3 GPS5.4.3 GPS 时钟在数字同步网中的应时钟在数字同步网中的应用用一.一. GPSGPS 授时原理授时原理 GPSGPS 由美国国防部研制的导航卫星测距与授时、定位和导航系统,由美国国防部研制的导航卫星测距与授时、定位和导航系统,由由 2121颗工作卫星和颗工作卫星和 33 颗在轨备用卫星组成。这颗在轨备用卫星组成。这 2424颗卫星等间颗卫星等间隔分布在隔分布在 66 个互成个互成 60°60° 的轨道面上,基本上保证了地球任何位的轨道面上,基本上保证了地球任何位置均能同时观测到至少置均能同时观测到至少 44 颗颗 GPSGPS 卫星。卫星。

一个完整的一个完整的 GPSGPS 授时系统可以划分为授时系统可以划分为 33 个基本组成部分,分别个基本组成部分,分别是空间部分是空间部分———— GPSGPS 卫星、地面监控部分卫星、地面监控部分————地面支撑系统、地面支撑系统、用户部分用户部分———— GPSGPS 接收机。接收机。 GPSGPS 向全球范围内提供定时和定位功能,全球任何地点的向全球范围内提供定时和定位功能,全球任何地点的 GPSGPS用户通过低成本的用户通过低成本的 GPSGPS 接收机接受卫星发出的信号,即可获取接收机接受卫星发出的信号,即可获取准确的空间位置信息、同步时标及标准时间。准确的空间位置信息、同步时标及标准时间。 要实时对一个要实时对一个 GPSGPS 用户的定位和授时,用户的定位和授时, GPSGPS 系统需要系统需要 44 个参数:个参数:经度、纬度、高度、用户时钟与经度、纬度、高度、用户时钟与 GPSGPS 主钟标准时间的偏差。主钟标准时间的偏差。

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二.二. GPSGPS 时钟的实现方法时钟的实现方法 常规的时钟频率产生方法可以是晶体、原子钟等。但晶体会老化,常规的时钟频率产生方法可以是晶体、原子钟等。但晶体会老化,易受外界环境变化的影响,长期精度漂移较大;原子钟长期使用易受外界环境变化的影响,长期精度漂移较大;原子钟长期使用后也会产生频率偏差,必须要定时进行校准。后也会产生频率偏差,必须要定时进行校准。 GPSGPS 系统由于其工作特性的需要,可定期对自身时钟系统进行修系统由于其工作特性的需要,可定期对自身时钟系统进行修正,所以其自身时钟系统长期稳定,具有对外界物理因素变化不正,所以其自身时钟系统长期稳定,具有对外界物理因素变化不敏感的特性。敏感的特性。 在网络正常工作状态下,在网络正常工作状态下, GPSGPS 时钟具有与时钟具有与 GPSGPS 主钟相同的频率主钟相同的频率准确度;为防止在某些情况下准确度;为防止在某些情况下 GPSGPS 时钟信号不正常或无法获取时钟信号不正常或无法获取而造成的错误,基于而造成的错误,基于 GPSGPS 的时钟模块一般都备有另一个外部时的时钟模块一般都备有另一个外部时钟以防万一,并预留有外接时钟的时基和频标信号如钟以防万一,并预留有外接时钟的时基和频标信号如 GLONASSGLONASS 、、铷原子钟等接口。铷原子钟等接口。 另外,另外, GPSGPS 时钟的频率准确度还具有自身保持性能。 时钟的频率准确度还具有自身保持性能。

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外部核心网

定时时钟入

控制端口

功能选择 液晶显示 RS232接口 状态指示

驱动电路时钟锁相环

1PPS基准脉冲

频率合成

基准选择

1PPS

GPS接收机

基准形成

CPU

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三 三 GPSGPS 的应用的应用 根据根据《《中华人民共和国通信行业标准数字同步中华人民共和国通信行业标准数字同步网工程设计规范网工程设计规范》》,数字同步网按照分布式、多个,数字同步网按照分布式、多个基准时钟同时运行的规则组网。以基准钟的同步范基准时钟同时运行的规则组网。以基准钟的同步范围划分同步区,各个同步区内采用主从同步方法。围划分同步区,各个同步区内采用主从同步方法。区域基准钟区域基准钟 LPRLPR 的主用基准为的主用基准为 GPSGPS ,备用基准来自全,备用基准来自全网基准钟网基准钟 PRCPRC。。 LPRLPR 平时以接收平时以接收 GPSGPS 信号为主用信信号为主用信号,以接收号,以接收 PRCPRC 信号为备用。当信号为备用。当 GPSGPS 信号不可用时,信号不可用时,区域基准区域基准 LPRLPR转而同步于全网基准钟转而同步于全网基准钟 PRCPRC 。。

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尽管尽管 GPSGPS 系统是目前造价低廉而精度很高的一种系统是目前造价低廉而精度很高的一种定位授时系统,但由于美国政府实施可选择性使定位授时系统,但由于美国政府实施可选择性使用用 SASA政策,使我国接收到的时间和频率精度大政策,使我国接收到的时间和频率精度大大下降。如果同步网完全依赖于它,则当大下降。如果同步网完全依赖于它,则当 GPSGPS丧丧失后整个网络将陷入瘫痪。失后整个网络将陷入瘫痪。

为此,人们提出了全球导航卫星定位系统为此,人们提出了全球导航卫星定位系统 GNSSGNSS(( Global Navigation Secondary planet Global Navigation Secondary planet SystemSystem )。)。

目前已经有目前已经有 GPS+GLONASSGPS+GLONASS 方式投入应用,它方式投入应用,它在接收在接收 GPSGPS 的同时又接收俄罗斯的同时又接收俄罗斯 GLONASSGLONASS 卫卫星的授时信号。星的授时信号。 由于有两种基准备选,当一种基准出现异常时就由于有两种基准备选,当一种基准出现异常时就能及时更换另一个高标基准,从而大大提高了定能及时更换另一个高标基准,从而大大提高了定位授时精度,保证了网络的可靠和安全。位授时精度,保证了网络的可靠和安全。

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小 结小 结 根据定时信号的不同,同步可具体指载波同步、位同步、根据定时信号的不同,同步可具体指载波同步、位同步、群同步和网同步。群同步和网同步。 载波同步是所有同步的基础,使接收端可以从高频调制载波同步是所有同步的基础,使接收端可以从高频调制信号中得到原发送端的数字编码信号;信号中得到原发送端的数字编码信号; 位同步指通信双方的定时脉冲信号频率相等且符合一定位同步指通信双方的定时脉冲信号频率相等且符合一定的相位关系,使接收端正确接收和判决发送端送来的每的相位关系,使接收端正确接收和判决发送端送来的每一个码元;一个码元; 群同步指通信双方的帧定时信号的频率相同且保持一定群同步指通信双方的帧定时信号的频率相同且保持一定的相位关系,保证收、发双方在各自对应的话路上保持的相位关系,保证收、发双方在各自对应的话路上保持时间一致,使接收端能正确接收发送端送来的每一个话时间一致,使接收端能正确接收发送端送来的每一个话路信号;路信号; 网同步指网络中各个节点的时钟信号频率相等,即多个网同步指网络中各个节点的时钟信号频率相等,即多个节点之间的时钟达到同步,保证各跨网传输信号、网内节点之间的时钟达到同步,保证各跨网传输信号、网内各节点之间的信号的正确接收。 各节点之间的信号的正确接收。

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同步系统虽然不是信息传输的通路,但它同步系统虽然不是信息传输的通路,但它却是通信系统必不可少的组成部分,是实却是通信系统必不可少的组成部分,是实现通信的必要前提,系统只有实现同步后现通信的必要前提,系统只有实现同步后才可能传输信息。才可能传输信息。 同步的质量在一定程度上决定了整个系统同步的质量在一定程度上决定了整个系统的通信质量。的通信质量。 本章讲述了载波同步、位同步、群同步和本章讲述了载波同步、位同步、群同步和网同步的基本原理和实现方法,并分析了网同步的基本原理和实现方法,并分析了它们的主要性能指标。它们的主要性能指标。 前三种基本同步实现方法较多,且各有特前三种基本同步实现方法较多,且各有特点。点。

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