载波同步的方法1插入导频法
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24
8.3 群（帧）同步技术 群同步的方法 群同步的性能
25
一、群同步的方法
1. 连贯式插入法
连贯式插入法又称集中插入法，是指在每一信
息群的开头集中插入作为群同步码组的特殊码组
，该码组应在信息码中很少出现，即使偶尔出现
，也不可能依照群的规律周期出现。 连贯插入法的关键是寻找实现群同步的特殊码组。
=
LPF
轾A 犏 臌2
f
(t) +
A 2
f
(t) cos 2w0t
+
A 2
sin
2w0t
=
A 2
f
(t)
11
一、载波同步的方法
2. 直接法 ① 平方变换法
输入已调 信号
. e(t)
( )2
2c
BPF
二分频 载波输出
sm(t) = m(t) coswct
e(t)
= [m(t) coswct]2
=
1 m2 2
A. 位同步
B. 载波同步
C. 网同步
D. 群同步
C. 网同步
D. 群同步
4 ． PCM30/32 的 E1 帧结构中， 第 0 时隙通常用于
同步， 属于 ( ) 。
A. 位同步
B. 载波同步
C. 网同步
D. 群同步
第 8 章 同步原理
5 ．在无线局域网中， 无线信号在帧头部分插入 11 位
巴克码进行同步， 这种同步方法属于 ( ) 。
0 (t)
带通
相乘器
m f(t)
低通
0
窄带 滤波
/2
相移
10
一、载波同步的方法
1. 插入导频法 ----DSB 系统
③ 收端解调信号。
0 (t)
带通
0
窄带 滤波
相乘器
/2
相移
m f(t)
低通
f (t) = LPF [j0 (t) �cosw0t] + LPF {[Af (t) cosw0t Asin w0t] cosw0t}
设相移键控的表达式为 s1(t) = cos[wct + f(t)]
式中 W = 2p /T，
含有位同步信号的升余弦波形
m(t)
=
1 2
(1
+
cos Wt)
T
为码元宽度
幅度调制后的信号为
s2 (t) =
1 2
(1
+
cos
Wt
)
cos[wc
t
+ f(t)]
接收端对 s2 (t)进行包络检波，包络检波器的输出为 (1 + cos Wt，)
载波同步中的一个重要问题是相位模糊，对 2PSK 又称倒 π
现象，为克服这个问题，应采用 DPSK 。
33
3 ．位同步
位同步是要找到与接收码元位置相对应的一系列脉冲。 从抽样判决要求看，位同步脉冲（用作抽样脉冲）应出现于 接收码元波形的最大值瞬间。此外，位同步还用于码反变换 、帧同步等单元中。与载波同步一样，位同步的方法也可分 为插入导频法和直接法两类。不同之处在于：载波同步是在 已调信号层面上进行，而位同步是在基带信号层面上进行， 例如：位同步的导频信号应在基带信号频谱零点处插入；而 载波导频则应在已调信号频谱零点处插入。
27
一、群同步的方法
巴克码识别器 只有当 7 位寄存器内的 数据正好为巴克码时， 输出端都输出 +1 ，相 加后得最大输出 +7 ， 其余情况相加结果均小 于 +7
28
一、群同步的方法
2. 起止同步法
在每个字开头发一个起脉冲，字的末尾是止脉冲。
图 8.3.1 起止同步的信号波形
29
二、群同步的性能
1. 漏同步概率：将正确同步位置漏过的概率。
由于噪声的影响，把正确的同步码元变成 错误的码元。
2. 假同步概率：把错误的同步位置当作正确的同
步位置捕捉到。 把信息码元错当成同步码元。
3. 同步平均建立时间：越快越好
30
小结
同步的分类
同步是使接收信号与发射信号保持正确节拍，从而能正确 地提取信息的一种技术；是通信系统中重要的、不可缺少的 部分。同步方法可分为外同步和自同步两类。同步内容包括 载波同步、位同步、群（帧）同步。
34
4 ．帧同步
帧同步又称群同频，在接收端位同步之后出现。其功 能是对接收端已解调、并抽样判决整形后的一系列串行码 元（比特）流进行群组识别，即分清哪些码元组成某一个群 组，或者说识别每个群组的起、止点。帧同步的方法也可分 为自同步和外同步两类。在外同步法中，起止式同步法用 于电传报，间隔式插入法用于 T1 PCM 系统等，连贯式插入 法的应用最为广泛。
对该码组的基本要求是：具有尖锐单峰特性的自
相关函数；便于与信息码区别；码长适当，以保
证传输效率。
目前常用的群同步码组是巴克码。
26
巴克码
一、群同步的方法
n- j
n, j = 0
R( j) = xi xi+ j = 0或 �1, 0 < j n
i =1
0, j n
以 7 位巴克码组 { ＋＋＋－－＋－ } 为例 :
7
当 j=0 时，R( j) = xi2 = 1 + 1 + 1 +1 +1 + 1 + 1 = 7
i =1
7
当 j=1 时，R( j) = xi xi+1 = 1 + 1 -1 + 1 -1 -1 = 0 i =1
同样可求出 j =3 ， 5 ， 7 时R，( j) = 0
j =2 ， 4 ， 6 时R，( j) = -1
35
第 8 章 同步原理
习题
一、 选择题
1. 由发送端发送专门的同步信息， 接收端把这个专
门的同步信息检测出来作为同步信号的方法， 被称为 ( ) 。
A. 外同步法
B. 自同步法
C. 位同步法
D. 群同步法
2. 下列信号中同步可以采用直接法的是 ( ) 。
A. DSB
信
源
编编 码码
编 码
制
道
调
解 解解 码 码码
宿
信源编码
噪声 同步 信源解码
发送端
接收端
数字通信系统模型
4
一、同步的基本概念
同步又称定时，是指收发双方在时间上步调 一致
只有收发设备之间建立了同步后才能开始传 送信息
同步系统应具有比信息传输系统更高的可靠 性和更好的质量指标
5
二、同步的分类
载波同步 数字信号同步
第8章 同步原理
1
目标要求
掌握同步的概念和原理 理解载波同步技术原理 理解位同步技术原理 了解群同步和帧同步 了解同步技术的性能指标
2
主要内容
同步及其分类 载波同步方法及其性能 位同步方法及其性能 群同步和帧同步技术 同步技术的性能指标
3
概述
信
压保 缩密
信调 信 解 道
信 保压 道 密缩
位同步 群同步（字同步） 网同步
6
§8.1 载波同步技术 载波同步的方法 载波同步的性能指标
7
一、载波同步的方法
插入导频法：在发送端的发送信号中插入一个
专门的导频用于载波同步；
直接提取法：在接收端设法从有用信号中直接
提取载波。
8
一、载波同步的方法
1. 插入导频法 ----DSB 系统
① 发端插入 “正交载波”
B. AM
C. PM
D. FM
第 8 章 同步原理
3 ． 在相干解调中， 要求接收端信号与发送端实现 (
) ， 解调后的脉冲信号对准最佳取样判决位置的过程叫 ( )
， 把各组数据区别开来则需要 ( ) ， 为了保证各用户建立
可靠的通信， 还必须实现 ( ) 。
A. 位同步
B. 载波同步
同步带宽——同步带宽是指位同步频率与码元速率之差。如果 这个频差超过一定的范围，就无法使接收端位同步脉冲的相位
23
与输入信号的相位同步。 因此，要求同步带宽越小越好。
三、位同步的性能对解调的影响
位同步的相位误差主要是造成位定时 脉冲的位移，使抽样判决时刻偏离最 佳位置。
当位同步存在相位误差时，必然使误码 率增大。
13
二、载波同步的性能指标
载波同步追求的是高效率、高精度、同步建立时间快，保 持时间长。
高效率指为了获得载波信号而尽量少消耗发送功率。直接 法优于插入导频法。直接法不需要专门发送导频，因而效 率高。
高精度指接收端提取的载波与需要的载波标准比较，应该 有尽量小的相位误差。
同步建立时间是指从开机或失步到同步所需要的时间。 同步保持时间是指同步建立后，系统能维持同步的时间。
滞后了的同步信号
滞后后添加一个 b 脉
冲 超前了的同步信号
22
二、位同步性能
相位误差——位同步信号的平均相位和最佳取样点的相位之间 的偏差称为静态相差。静态相差越小，误码率越低
同步建立时间——同步建立时间即为失去同步后重建同步所需 的最长时间。通常要求同步建立的时间要短。
同步保持时间——当同步建立后，一旦输入信号中断，由于收 发双方的固有位定时重复频率之间总存在频差 ，接收端同步信 号的相位就会逐渐发生漂移，漂移量达到某一准许的最大值， 就算失步了。从含有位同步信息的接收信号消失开始，到输出 的正常位同步信号中断为止的这段时间，称为位同步保持时间 ，同步保持时间越长越好。
31
载波同步——插入导频法
载波同步其实就是载波提取，即在接收端恢复载波，以用于相干 解调。 插入导频法是载波同步的一类方法，有频域插入和时域插入两种。 频域插入时，导频就是指专门设置的、含有载波信息的单频信号。 工作时应把它插入到信号频谱零点位置上，以使得相互影响尽可 能小；在接收端以窄带 BPF 析出，再用于相干解调。由于导频 分量不大，因而不会引起明显的功率损耗，这是它与 AM 信号不 同之处。也可以载波频率的倍频作为插入导频；在接收端，只需 相应地分频即可得到恢复载波。不论采用什么方法，导频的插入 都不应越出信号频谱范围，以免增大带宽。
14
8.2 位同步技术 位同步的方法 位同步的性能指标
15
一、位同步的方法
插入导频法：也是在基带信号频谱的零点处插
入所需的位定时导频信号 ；
直接提取法：接收端可直接从接收到的数字信
号中提取位同步信号。
16
一、位同步的方法
1. 插入导频法 —— 窄带滤波法
双极性不归零基带信号 的功率谱
提取的导频就是所需的 位同步脉冲。
(t)
+
1 2
m2
(t) cos 2wct
用进一行窄二带分滤频波，器就将可获2w得c频所率需分的量相滤干出载，波再
。
12
一、载波同步的方法
2. 直接法 ② 平方环法
输入已调 信号
.( )2
锁相环
二分频 载波输出
在平方变换法的基础上，把窄带滤波器改 为锁相环。由于锁相环具有良好的跟踪、 窄带滤波和记忆功能，平方环法比一般的 平方变换法的性能更好。
f(t)
相乘调制 调制信号
带通
0 (t)
相加 输出
～
AHale Waihona Puke cos 0t2相移输出信号为：j0 (t) = A f (t) cosw0t + Asinw0t
9
一、载波同步的方法
1. 插入导频法 ----DSB 系统
② 收端用窄带滤波器提取sin w0t
，
再将其移相 π/2 ，就可以得到与调制载
波同频同相的相干载波。
32
载波同步——直接法
直接法就是直接从接收信号中来提取恢复载波的方法，包括非线 性变换—滤波法和特殊锁相环法。对于象 DSB-SC 那样的接收信 号，并不存在载波分量，因而需采用非线性变换来产生载频分量 ，后再以窄带 BPF 滤出，这就是非线性变换—滤波法。平方变换 法就是一种非线性变换，它产生倍频分量，再二分频即可得到载 频分量。平方环法是以锁相环取代平方变换法中的 BPF ，性能更 佳。特殊锁相环的典型是科斯塔斯环，又称同相正交环。它除了 可提取载波外，还有解调功能，且工作频率为，比平方变换法低。 平方变换法和同相正交环可用于 DSB 、 2PSK 信号。对 4PSK 信号，可采用四次方器件或四相科斯塔斯环，以此类推。
某种波形的功率谱 提取的导频需经倍
频后，才能获得所 需的位同步脉冲。 17
一、位同步的方法
1. 插入导频法 —— 包络调制法
包络调制法：用位同步信号的某种波形对相移键控或频移键控这
样的恒包络数字已调信号进行附加的幅度调制，使其包络随着位
同步信号波形变化。在接收端只要进行包络检波，就可以形成
位同步信号。
除去直流分量后，就可获得位同步信号 cos Wt
18
一、位同步的方法
2. 直接法 —— 滤波法
19
一、位同步的方法
2. 直接法 —— 包络检波法
20
一、位同步的方法
2. 直接法 —— 数字锁相法
21
一、位同步的方法
1. 直接法 —— 数字锁相法
两列脉冲序列
本地位同步信号
超前后扣除一个 a 脉 冲
8.3 群（帧）同步技术 群同步的方法 群同步的性能
25
一、群同步的方法
1. 连贯式插入法
连贯式插入法又称集中插入法，是指在每一信
息群的开头集中插入作为群同步码组的特殊码组
，该码组应在信息码中很少出现，即使偶尔出现
，也不可能依照群的规律周期出现。 连贯插入法的关键是寻找实现群同步的特殊码组。
=
LPF
轾A 犏 臌2
f
(t) +
A 2
f
(t) cos 2w0t
+
A 2
sin
2w0t
=
A 2
f
(t)
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一、载波同步的方法
2. 直接法 ① 平方变换法
输入已调 信号
. e(t)
( )2
2c
BPF
二分频 载波输出
sm(t) = m(t) coswct
e(t)
= [m(t) coswct]2
=
1 m2 2
A. 位同步
B. 载波同步
C. 网同步
D. 群同步
C. 网同步
D. 群同步
4 ． PCM30/32 的 E1 帧结构中， 第 0 时隙通常用于
同步， 属于 ( ) 。
A. 位同步
B. 载波同步
C. 网同步
D. 群同步
第 8 章 同步原理
5 ．在无线局域网中， 无线信号在帧头部分插入 11 位
巴克码进行同步， 这种同步方法属于 ( ) 。
0 (t)
带通
相乘器
m f(t)
低通
0
窄带 滤波
/2
相移
10
一、载波同步的方法
1. 插入导频法 ----DSB 系统
③ 收端解调信号。
0 (t)
带通
0
窄带 滤波
相乘器
/2
相移
m f(t)
低通
f (t) = LPF [j0 (t) �cosw0t] + LPF {[Af (t) cosw0t Asin w0t] cosw0t}
设相移键控的表达式为 s1(t) = cos[wct + f(t)]
式中 W = 2p /T，
含有位同步信号的升余弦波形
m(t)
=
1 2
(1
+
cos Wt)
T
为码元宽度
幅度调制后的信号为
s2 (t) =
1 2
(1
+
cos
Wt
)
cos[wc
t
+ f(t)]
接收端对 s2 (t)进行包络检波，包络检波器的输出为 (1 + cos Wt，)
载波同步中的一个重要问题是相位模糊，对 2PSK 又称倒 π
现象，为克服这个问题，应采用 DPSK 。
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3 ．位同步
位同步是要找到与接收码元位置相对应的一系列脉冲。 从抽样判决要求看，位同步脉冲（用作抽样脉冲）应出现于 接收码元波形的最大值瞬间。此外，位同步还用于码反变换 、帧同步等单元中。与载波同步一样，位同步的方法也可分 为插入导频法和直接法两类。不同之处在于：载波同步是在 已调信号层面上进行，而位同步是在基带信号层面上进行， 例如：位同步的导频信号应在基带信号频谱零点处插入；而 载波导频则应在已调信号频谱零点处插入。
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一、群同步的方法
巴克码识别器 只有当 7 位寄存器内的 数据正好为巴克码时， 输出端都输出 +1 ，相 加后得最大输出 +7 ， 其余情况相加结果均小 于 +7
28
一、群同步的方法
2. 起止同步法
在每个字开头发一个起脉冲，字的末尾是止脉冲。
图 8.3.1 起止同步的信号波形
29
二、群同步的性能
1. 漏同步概率：将正确同步位置漏过的概率。
由于噪声的影响，把正确的同步码元变成 错误的码元。
2. 假同步概率：把错误的同步位置当作正确的同
步位置捕捉到。 把信息码元错当成同步码元。
3. 同步平均建立时间：越快越好
30
小结
同步的分类
同步是使接收信号与发射信号保持正确节拍，从而能正确 地提取信息的一种技术；是通信系统中重要的、不可缺少的 部分。同步方法可分为外同步和自同步两类。同步内容包括 载波同步、位同步、群（帧）同步。
34
4 ．帧同步
帧同步又称群同频，在接收端位同步之后出现。其功 能是对接收端已解调、并抽样判决整形后的一系列串行码 元（比特）流进行群组识别，即分清哪些码元组成某一个群 组，或者说识别每个群组的起、止点。帧同步的方法也可分 为自同步和外同步两类。在外同步法中，起止式同步法用 于电传报，间隔式插入法用于 T1 PCM 系统等，连贯式插入 法的应用最为广泛。
对该码组的基本要求是：具有尖锐单峰特性的自
相关函数；便于与信息码区别；码长适当，以保
证传输效率。
目前常用的群同步码组是巴克码。
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巴克码
一、群同步的方法
n- j
n, j = 0
R( j) = xi xi+ j = 0或 �1, 0 < j n
i =1
0, j n
以 7 位巴克码组 { ＋＋＋－－＋－ } 为例 :
7
当 j=0 时，R( j) = xi2 = 1 + 1 + 1 +1 +1 + 1 + 1 = 7
i =1
7
当 j=1 时，R( j) = xi xi+1 = 1 + 1 -1 + 1 -1 -1 = 0 i =1
同样可求出 j =3 ， 5 ， 7 时R，( j) = 0
j =2 ， 4 ， 6 时R，( j) = -1
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第 8 章 同步原理
习题
一、 选择题
1. 由发送端发送专门的同步信息， 接收端把这个专
门的同步信息检测出来作为同步信号的方法， 被称为 ( ) 。
A. 外同步法
B. 自同步法
C. 位同步法
D. 群同步法
2. 下列信号中同步可以采用直接法的是 ( ) 。
A. DSB
信
源
编编 码码
编 码
制
道
调
解 解解 码 码码
宿
信源编码
噪声 同步 信源解码
发送端
接收端
数字通信系统模型
4
一、同步的基本概念
同步又称定时，是指收发双方在时间上步调 一致
只有收发设备之间建立了同步后才能开始传 送信息
同步系统应具有比信息传输系统更高的可靠 性和更好的质量指标
5
二、同步的分类
载波同步 数字信号同步
第8章 同步原理
1
目标要求
掌握同步的概念和原理 理解载波同步技术原理 理解位同步技术原理 了解群同步和帧同步 了解同步技术的性能指标
2
主要内容
同步及其分类 载波同步方法及其性能 位同步方法及其性能 群同步和帧同步技术 同步技术的性能指标
3
概述
信
压保 缩密
信调 信 解 道
信 保压 道 密缩
位同步 群同步（字同步） 网同步
6
§8.1 载波同步技术 载波同步的方法 载波同步的性能指标
7
一、载波同步的方法
插入导频法：在发送端的发送信号中插入一个
专门的导频用于载波同步；
直接提取法：在接收端设法从有用信号中直接
提取载波。
8
一、载波同步的方法
1. 插入导频法 ----DSB 系统
① 发端插入 “正交载波”
B. AM
C. PM
D. FM
第 8 章 同步原理
3 ． 在相干解调中， 要求接收端信号与发送端实现 (
) ， 解调后的脉冲信号对准最佳取样判决位置的过程叫 ( )
， 把各组数据区别开来则需要 ( ) ， 为了保证各用户建立
可靠的通信， 还必须实现 ( ) 。
A. 位同步
B. 载波同步
同步带宽——同步带宽是指位同步频率与码元速率之差。如果 这个频差超过一定的范围，就无法使接收端位同步脉冲的相位
23
与输入信号的相位同步。 因此，要求同步带宽越小越好。
三、位同步的性能对解调的影响
位同步的相位误差主要是造成位定时 脉冲的位移，使抽样判决时刻偏离最 佳位置。
当位同步存在相位误差时，必然使误码 率增大。
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二、载波同步的性能指标
载波同步追求的是高效率、高精度、同步建立时间快，保 持时间长。
高效率指为了获得载波信号而尽量少消耗发送功率。直接 法优于插入导频法。直接法不需要专门发送导频，因而效 率高。
高精度指接收端提取的载波与需要的载波标准比较，应该 有尽量小的相位误差。
同步建立时间是指从开机或失步到同步所需要的时间。 同步保持时间是指同步建立后，系统能维持同步的时间。
滞后了的同步信号
滞后后添加一个 b 脉
冲 超前了的同步信号
22
二、位同步性能
相位误差——位同步信号的平均相位和最佳取样点的相位之间 的偏差称为静态相差。静态相差越小，误码率越低
同步建立时间——同步建立时间即为失去同步后重建同步所需 的最长时间。通常要求同步建立的时间要短。
同步保持时间——当同步建立后，一旦输入信号中断，由于收 发双方的固有位定时重复频率之间总存在频差 ，接收端同步信 号的相位就会逐渐发生漂移，漂移量达到某一准许的最大值， 就算失步了。从含有位同步信息的接收信号消失开始，到输出 的正常位同步信号中断为止的这段时间，称为位同步保持时间 ，同步保持时间越长越好。
31
载波同步——插入导频法
载波同步其实就是载波提取，即在接收端恢复载波，以用于相干 解调。 插入导频法是载波同步的一类方法，有频域插入和时域插入两种。 频域插入时，导频就是指专门设置的、含有载波信息的单频信号。 工作时应把它插入到信号频谱零点位置上，以使得相互影响尽可 能小；在接收端以窄带 BPF 析出，再用于相干解调。由于导频 分量不大，因而不会引起明显的功率损耗，这是它与 AM 信号不 同之处。也可以载波频率的倍频作为插入导频；在接收端，只需 相应地分频即可得到恢复载波。不论采用什么方法，导频的插入 都不应越出信号频谱范围，以免增大带宽。
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8.2 位同步技术 位同步的方法 位同步的性能指标
15
一、位同步的方法
插入导频法：也是在基带信号频谱的零点处插
入所需的位定时导频信号 ；
直接提取法：接收端可直接从接收到的数字信
号中提取位同步信号。
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一、位同步的方法
1. 插入导频法 —— 窄带滤波法
双极性不归零基带信号 的功率谱
提取的导频就是所需的 位同步脉冲。
(t)
+
1 2
m2
(t) cos 2wct
用进一行窄二带分滤频波，器就将可获2w得c频所率需分的量相滤干出载，波再
。
12
一、载波同步的方法
2. 直接法 ② 平方环法
输入已调 信号
.( )2
锁相环
二分频 载波输出
在平方变换法的基础上，把窄带滤波器改 为锁相环。由于锁相环具有良好的跟踪、 窄带滤波和记忆功能，平方环法比一般的 平方变换法的性能更好。
f(t)
相乘调制 调制信号
带通
0 (t)
相加 输出
～
AHale Waihona Puke cos 0t2相移输出信号为：j0 (t) = A f (t) cosw0t + Asinw0t
9
一、载波同步的方法
1. 插入导频法 ----DSB 系统
② 收端用窄带滤波器提取sin w0t
，
再将其移相 π/2 ，就可以得到与调制载
波同频同相的相干载波。
32
载波同步——直接法
直接法就是直接从接收信号中来提取恢复载波的方法，包括非线 性变换—滤波法和特殊锁相环法。对于象 DSB-SC 那样的接收信 号，并不存在载波分量，因而需采用非线性变换来产生载频分量 ，后再以窄带 BPF 滤出，这就是非线性变换—滤波法。平方变换 法就是一种非线性变换，它产生倍频分量，再二分频即可得到载 频分量。平方环法是以锁相环取代平方变换法中的 BPF ，性能更 佳。特殊锁相环的典型是科斯塔斯环，又称同相正交环。它除了 可提取载波外，还有解调功能，且工作频率为，比平方变换法低。 平方变换法和同相正交环可用于 DSB 、 2PSK 信号。对 4PSK 信号，可采用四次方器件或四相科斯塔斯环，以此类推。
某种波形的功率谱 提取的导频需经倍
频后，才能获得所 需的位同步脉冲。 17
一、位同步的方法
1. 插入导频法 —— 包络调制法
包络调制法：用位同步信号的某种波形对相移键控或频移键控这
样的恒包络数字已调信号进行附加的幅度调制，使其包络随着位
同步信号波形变化。在接收端只要进行包络检波，就可以形成
位同步信号。
除去直流分量后，就可获得位同步信号 cos Wt
18
一、位同步的方法
2. 直接法 —— 滤波法
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一、位同步的方法
2. 直接法 —— 包络检波法
20
一、位同步的方法
2. 直接法 —— 数字锁相法
21
一、位同步的方法
1. 直接法 —— 数字锁相法
两列脉冲序列
本地位同步信号
超前后扣除一个 a 脉 冲