当前课程知识点：通信原理 > 第九章 同步系统 > 9.6 群同步 > 视频
同学好
今天我们来学习群同步的基本原理
在本次课中
我们将给出群同步的概念
分析起止式
连贯式 间歇式
等群同步法实现的基本原理
其中巴克码和巴克码识别器是本次课的重点
首先我们来看一下什么是群同步
在通信中我们为什么要使用群同步
大家知道 在数字通信时
通常是一定数目的码元
组成“字”或者“句”进行传输
这些码元的“字”或者“句”
有时也称为“群”
这样看来
群同步信号的频率很容易由位同步
经过分频得到
但是 每个群的开头和结尾时刻
却无法由分频器得到
所以 群同步的任务就是在位同步分频的基础上
识别出数字信息群的起止时刻
或者每个群的 “开头”或者“末尾”时刻
而捕获这些时刻的过程就称之为群同步
群同步有时也称为帧同步
为了实现群同步
可以在数字通信系统当中
插入一些特殊码字
作为每个群的开头或者结尾
这些特殊的码字
应该在信息码元中出现的较少
或者根本不会出现
此时只要将这个特殊码字连发几次
接收端就能识别出来
之后 接收端根据这些特殊码字的位置
确定同步脉冲出现的位置
这样就实现了群同步
接下来我们就来分析一下
起止式
连贯式
间歇式等群同步法的基本原理
首先我们来看一下起止同步法
这种同步方法出现的较早
并在电传机中得以广泛的应用
具体来讲 它就是将每5的位信息码元
前面加1位起始码元
注意 用负电平表示
后面加1.5位终止码元
注意 用正电平表示
形成了1个长度为7.5个码元的群
或者1个数据帧
接收端则是根据上述特殊的规律
实现了群同步
实际上 这种起止同步法还是存在不少问题
一是由于这种同步方式中的终止脉冲宽度
与信息码元宽度不一致
因此 会影响位同步的获取
二是这种群同步法
7.5个码元中只有5个码元用于传递信息
因此 编码效率较低
但是由于这种群同步易于实现
目前还被广泛应用
接下来我们来介绍连贯式插入法
连贯式插入法就是在每帧的开头
集中地插入1个群同步码字
接收端通过识别该特殊码字
来确定帧的起始时刻
因此 该方法的关键
是要找出1个特殊的群同步码字
而这个群同步码字
需要有以下特征
我们来看下
这些同步码字要与信息码元要有较大的区别
也就是说
在信码字出现过程中出现的概率较小
其次 这个群同步码字
要容易产生和容易识别
最后 群同步的码字长度要合适
不能太长 也不能太短
如果太短 会导致假同步概率太大
如果太长 则会导致系统的效率变低
为了实现上述群同步码字要求
不仅需要从波形上进行合理的设计
更需要从内在统计特性
进行加以分析
例如 利用局部自相关特性
进行考虑设计这种码字
目前已经找到的最常用的群同步码字
被称之为巴克(Barker)码
巴克码是一种具有很强自相关特性二进制码字
具体来讲 可以定义为
这样一个形式
若1个n位的巴克码
每个码字只可能取值+1或-1
则它的局部自相关函数满足这个式子
从巴克码计算的局部自相关函数可以看到
它满足作为群同步码字的第一条和第二条要求
当然 我们可以根据实际工程需求
选择不同长度的巴克码
这也满足了群同步码字的第三条要求
下面我们基于巴克码特性
来了解一下巴克码识别器
根据不同巴克码
我们可以构建出不同的巴克码识别器
以7位巴克码识别器为例
通常它是由7位移位寄存器
相加器和判决器组成
具体结构如图所示
由于7位巴克码为1110010
则7级移位寄存器的1、0端输出
按照1110010的顺序
连接到相加器输入端
当输入数据的“1”存入移位寄存器时
“1”端的输出电平为+1
而“0”端的输出电平为-1
反之 存入数据“0”时
“0”端的输出电平为+1
“1”端的电平为-1
实际上 群同步码的前后都是有信息码的
具体情况如图所示
基于巴克码的局部自相关特性可以证明
当7位巴克码在图中的t1时刻
正好已全部进入了7级移位寄存器
这时7个移位寄存器输出端都输出+1
相加后得最大输出+7
假设判决门限为6
则超出判决门限
判决器有如图所示的输出波形
两个同步脉冲之间为数据信息
也称为一群数据或一帧数据
当群同步码字
不再是集中插入到信息码流中
而是将它分散地插入
即每隔一段时间插入一个码元
那么这种情况
我们叫做间歇式插入法
实际上 集中式插入法
和间歇式插入法
在实际系统中都有应用
例如在32路数字电话PCM系统中
实际上只有30路通电话
而在另外两路中
就有一路专门作为群同步码传输
而在24路PCM系统中
群同步则采用间歇式插入法
在这个系统中 1个抽样值
用8位二进制数码表示
此时24路电话共有192个信息码元
192个信息码元作为一帧
在这一帧插入1个群同步码元
这样一帧共193个码元
为了便于识别
这些群同步码通常选择全“1”码
“1”“0”交替码
以区别与信息码元
那么码位是如何进行搜索与检测的呢
实际上 接收端
通常采用逐码移位法进行串行检测
其基本原理和实现过程如下
由位同步脉冲
经过n分频以后得到的本地群码
注意此时频率是正确的
但相位不确定
然后 与接收到码元中间歇式插入的群同步码
进行逐码移位比较
使本地群码与发送来的群同步码同步
当然比较过程是逐码移位进行相位调整的
当本地群同步
与接收到的发送端群同步一致的时候
电路状态翻转
进而确立群同步
已经从捕获态转移到捕获成功状态
同学们
今天学习了群同步的基本原理
给出了群同步的概念
分析了起止式
连贯式
间歇式等
群同步法的基本原理和实现方法
其重点是巴克码和巴克码识别器的工作原理
好今天的内容就是这些 谢谢大家
-1.1 通信系统的基本概念
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--习题
-1.2 通信系统的组成
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-1.3 信息及其度量
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-1.4 通信系统的主要性能指标
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-讨论题：分析比较模拟通信和数字通信的各自有缺点和应用场景。
-课程思政
-课程使用教材
--教材介绍
-2.1 信道的基本概念
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-2.2 恒参信道分析
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-2.3 随参信道及其对所传信号的影响
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-2.4 随机过程基础
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-2.5 平稳随机过程
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-2.6 白噪声
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-2.7 高斯噪声
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-2.8 信号系统与噪声的关系
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-2.9 信道容量的概念
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-2.10 m序列的产生
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-2.11 m序列的性质
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-讨论题：结合实际生活或者工程实践，谈一下香农定理的意义所在。
-课程思政
-3.1 常规双边带调幅
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-3.2 抑制载波的双边带调制
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-3.3 单边带调制
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-3.4 残留边带调制
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-3.5 线性系统的抗噪声性能
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-3.6 角度调制的基本概念
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-3.7 频率调制FM
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-4.1 数字基带信号的常用码型
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-4.2 数字基带信号的频谱特性
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-4.3 数字基带传输系统
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-4.4 无码间串扰的基本思想
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-4.5 无码间串扰的基带传输系统
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-4.6 数字基带传输系统的性能分析
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-4.7 眼图
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-5.1 2ASK的基本原理
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-5.2 2ASK的抗噪声性能分析
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-5.3 2FSK的基本原理
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-5.4 2FSK的抗噪声性能分析
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-5.5 2PSK的基本原理和抗噪声性能
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-5.6 2DPSK的基本原理和抗噪声性能
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-5.7 二进制数字调制系统的性能比较
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-讨论题：2FSK信号的频谱的波峰有什么特点，与什么因素有关？
-6.1 假设检验模型
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-6.2 错误概率最小准则
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-6.3 二元确知信号的最佳接收机结构
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-6.4 匹配滤波器原理
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-6.5 匹配滤波器性质及应用
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-7.1 低通抽样定理
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-7.2 量化的基本概念和均匀量化
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-7.3 非均匀量化
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-7.4 13折线法的码位安排
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-7.5 简单增量调制
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-7.6 改进型增量调制
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-7.7 时分复用和多路数字电话系统
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-7.8 哈夫曼编码
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-8.1 信道编码基础
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-8.2 分类和工作方式
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-8.3 常用简单分组码
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-8.4 线性分组码的基本概念
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-8.5 线性分组码的矩阵描述
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-8.6 循环码的基本概念
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-8.7 循环码的矩阵描述
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-8.8 循环码代数形式的编译码
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-9.1 同步的定义与分类
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-9.2 载波同步
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-9.3 载波同步的性能分析
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-9.4 位同步
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-9.5 位同步的性能分析
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-9.6 群同步
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-9.7 群同步的性能分析
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