通信原理 同步原理
现代通信原理与技术第10章同步原理
导频信号插入点示意图
提取导频信号原理框图
插入导频法的另一种形式
在PSK或FSK通信系统中，通过对已调信号进 行附加的幅度调制，接收端只要进行包络检 波，就可以形成位同步信号。
如；设PSK信号的表达式:
s1(t)=cos[ωct+ φ(t)] 可对其进行幅度调制:
s2(t)=1/2(1+cos Ωt) cos[ωct+ φ(t)] 式中的Ω=2π/T，T为码元宽度。接收端进行 包络检波后，除去直流分量，就可获得位同 步信号1/2·cosΩt。
第十一章 同步原理
所谓同步就是要求和建立系统的收发两 端（或多端）在时间上保持步调一致，又 称定时 。 11.2 载波同步 11.3 位同步 11.4 帧同步 11.5 网同步
在数字通信中，按照同步的功用分：载 波同步、位同步、群同步和网同步。
1、载波同步：指在相干解调时，接收端需 要提供一个与接收信号中的调制载波同频同 相的相干载波。这个载波的获取称为载波提 取或载波同步。
Pe Q(
2Eo cos )
no
最佳相干接收机
10.3 位同步
在数字通信中，信号的码元组成序列向 对方传送，接收端解码时必须知道各个 码元的起止时刻。产生与码元的频率和 相位一致的定时脉冲序列的过程称为位 同步。
为获得位同步信号，可以在基带信号中 插入位同步导频信号，也可以通过对基 带信号进行处理来提取。
通信原理第9章 同步原理
第9章同步原理
§9.1 引言
同步是系统正常工作的前提，同步系统性能的降低会直接导致通信系统性能的降低，甚至使通信系统不能工作。
在数字通信系统中，要求同步系统具有比信息信号传输更高的可靠性。
同步问题包括：
载波同步: 在相干检测中，接收端如何获得与发射端调制载波同频同相的相干载波。
位同步: 在接收端如何产生与接收码元同频同相的定时脉冲序列。
群同步或帧同步: 在接收端如何产生与“码字”、“句”起始时刻一致的定时脉冲序列。
网同步: 在多用户的条件下，如何使得整个通信网有一个统一的时间基准-----解决通信网的时钟同步问题。
§9.2 载波同步的方法
解决在接收端如何提取与发射端调制载波同频同相的载波信号问题。载波提取的方法：
1．插入导频法。应用场合：发送信号中不含有载波分量的情形。
2．直接法。应用场合：发送信号中含有载波分量的情形。
§9.2.1插入导频法
不含有载波分量的发送信号有：
1)抑制载波的双边带信号；
2)残留边带信号；虽含有载波分量，但很难从已调信号中提取。
3)当二进制数字取值概率2/1
p时，2PSK信号；
4)单边带信号。
对于上述信号的载波提取一般都采用插入导频法。
一、在抑制载波的双边带信号中插入导频
1
ω
导频的插入方法：
在抑制载波双边带信号的已调信号的载频处插入一个与该信号频谱正交的载波信号。
插入导频系统的发端框图
m
c
c
)t
输出信号为：t
a
t
t
m
a
t
u
c
c
c
c
ω
ωcos
sin
)
(
)
(
-
=。
插入导频系统的接收端框图
)
c
f
(
t
u
插入的导频为何要与载波正交？
因为接收端收到)
(
t
u后，利用窄带滤波器就可提取导频信号t
精品文档-数字通信原理(李白萍)-第8章
28
第 8 章 同步原理
图 8-7 (a) 发送端; (b) 接收端
29
第 8 章 同步原理
设基带信号为m(t)， 且无直流分量; 被调载波为acsinωct;
插入导频为被调载波移相90°形成的， 为－accosωct。 其中
ac为插入导频的振幅。 因此， 发送端的输出信号为
11
第 8 章 同步原理
平方变换法实现载波提取的原理方框图如图8-1所示。
图 8-1 平方变换法提取同步载波原理方框图
12
第 8 章 同步原理
如果基带信号m(t)=±1， 那么该抑制载波的双边带信号为 二进制相移键控信号(2PSK信号)， 这时已调信号sm(t)经过平方 律部件后得
sm2
(t)
1 2
8
第 8 章 同步原理
8.1.3 同步的技术指标 不论采用哪种同步方式， 对正常的信息传输， 都是必要的。
同步本身虽然不包含所要传送的信息， 但只有在收、 发双方建 立了同步后才可以开始传输信息。 因此， 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。 同步技术的优劣， 主要由四项指标来衡量， 即同步误差、 相位抖动、 同步建立 时间和同步保持时间。
Bn
πf0 2Q
(8-17)
式中， Q是回路的品质因素； f0是窄带滤波器的中心频率。
通信原理同步原理
低通
压控 振荡器 低通
v5
环路 vd 滤波器
v6
图9-3 Costas 环法提取载波
信号m(t) cosωct分别与v1、 v2
1
v3=m(t)cosωct·cos(ωct+θ)= m2 (1t)［cosθ+ cos (2ωct+θ)］ v4=m(t)cosωct· sin(ωct+θ)= m(2 t)［sinθ+sin(2ωct+θ)］经低通 滤波后分别为
计的很窄，只有m(t)中的直流分量可以通过，因此vd
vd=Kd sin2θ
(9.1 - 15)
如果我们把图 9 - 3 中除环路滤波器（LF）和压控振荡器 （VCO）以外的部分看成一个等效鉴相器（PD），其输出vd正 是我们所需要的误差电压。
它通过环路滤波器滤波后去控制VCO的相位和频率，最 终使稳态相位误差减小到很小的数值，而没有剩余频差（即
3. 多相移相信号（MPSK）的载波提取
当数字信息通过载波的M相调制发送时，可将上述方法推 广，以获取同步载波。 一种基于平方变换法或平方环法的推 广，是M次方变换法或M方环法，如图 9 - 5 所示。例如从 4PSK信号中提取同步载波的四次方环，其鉴相器输出的误差
vd=Kd sin4θ
(9.1 - 16)
sm(t)=m(t) cosωct
通信原理第11章同步原理
（2）包络检波—滤波法 这是一种从频带受限的中频PSK信号中提取位同 步信息的方法，其波形图如图11-14所示。 经包络检波后得到图11-14(b)所示的波形，它可 看成是一直流与图11-14(c)所示的波形相减.而图 (c)波形是具有一定脉冲形状的归零脉冲序列， 含有位同步的线谱分量，可用窄带滤波器取出。
tc
1 （11.10）
F K
（4）同步带宽定义为能够调整到同步状态所允许的收、
发振荡器的最大频差。即
fs F0 （/ 2n11.11）
46
2. 位同步相位误差对系统性能的影响
位同步的相位误差θe （对应时差Te）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，导致误码率增大。 设 解调器输出的基带数字信号如图11-16（a）所 示，然后对基带信号进行积分、取样和判决。若 位同步脉冲有误差Te[图11-16（b）]，则脉冲的 取样时刻就会偏离信号能量的最大点。
率为fc的窄带滤波器提取导频-acosωct，再将它经90° 移相后得到与调制载波同频同相的相干载波 sinωct，收 端的解调方框图如图 11 - 10 所示。
22
时域插入导频
时域插入导频法是按照一定的时间顺序，在 指定的时间内发送载波标准，即把载波标准 插到每帧的数字序列中，如图11-11（a）所 示。。
29
同步建立时间 指从开机或失步到同步所需 要的时间。
简述并行、串行、异步、同步通信原理
标题：并行、串行、异步、同步通信原理解析
一、介绍并行、串行、异步、同步通信的概念
1. 并行通信：指多个数据信号在同一时刻通过不同的传输路径传输，在数据传输过程中，多个信号可以同时进行传输，从而提高数据传输效率。
2. 串行通信：指数据信号按照顺序一个接一个地通过同一传输路径传输，在数据传输过程中，数据信号只能依次进行传输，适用于长距离传输和节约传输线路资源。
3. 异步通信：指数据传输时没有固定的时钟信号，数据在发送方和接收方之间按照不规则的时间间隔传输，需要通过起始位和停止位来标识数据的起始和结束。
4. 同步通信：指数据传输时需要有固定的时钟信号，数据在发送方和接收方之间按照固定的时间间隔传输，需要通过时钟信号进行同步。
二、并行通信的原理及特点
1. 原理：多个数据信号同时通过不同的传输路径传输。
2. 特点：
1) 传输速度快：由于多个数据信号同时进行传输，因此传输速度相对较快。
2) 传输距离有限：由于多条传输路径之间的信号相互干扰，因此传输距离相对较短。
3) 成本较高：需要多条传输路径和大量的接口，成本相对较高。
三、串行通信的原理及特点
1. 原理：数据信号按照顺序一个接一个地通过同一传输路径传输。
2. 特点：
1) 传输速度慢：由于数据信号只能依次进行传输，因此传输速度相对较慢。
2) 传输距离远：适用于长距离传输，可以节约传输线路资源。
3) 成本较低：只需要一条传输路径和少量的接口，成本相对较低。
四、异步通信的原理及特点
1. 原理：数据传输时没有固定的时钟信号，数据在发送方和接收方之间按照不规则的时间间隔传输。
数字通信原理第9章同步原理
➢也称帧同步，包含字同步、句同步等。 ➢ 在数字通信中，信息流是用若干码元组成一个 “字”，又用若干个“字”组成“句”。 ➢确定这些“字”、“句”的起止时刻，就称为群 同步。
5
9.1 概述
2、按照获取和传输同步信息方式分为：
❖ 外同步法 ❖ 自同步法
6
9.1 概述
(1) 外同步法
➢由发送端发送专门的同步信息（常被称 为导频）。接收端把这个导频提取出来 作为同步信号的方法，称为外同步法。 ➢群同步一般都采用外同步法。
2
2
19
9.2.1 直接法
Costas环与平方环法比较： ❖都是利用锁相环（PLL）提取载波的常用方法， 都有180°相位模糊问题。 ❖Costas环与平方环相比，在电路上要复杂一些，但 它的工作频率即为载波频率。
❖而平方环的工作频率是载波频率的两倍，显然当 载波频率很高时，工作频率较低的Costas环易于实 现
14
9.2.1 直接法
2
x(t)cos ωct ni(t)
带通
×
平方 律 部件
fc 二分 频
e(t) 2fc
2fc
窄带 滤波
代替
输入已调 平方律
信号
部件
鉴相器
环路 滤波器
压控 振荡器
低通
x(t)
二 分 频 载波输出
通信系统原理：同步原理
u(t )
BPF
2
a0 cos w0t
*插入的导频不是原载波，而是将其移相 900的正交载波。而且f(t)无直流成分。
接收机框图如下：
u(t )
BPF f0窄带滤波器
2
LPF
a0 cos w0t
二、非线性变换－－滤波法（自同步法） 有些信号本身不含载波信息，但对 信号进行适当的非线性变换，然后通过 窄带滤波，便可从中提取载波的频率和 相位信息，从而恢复相干载波。以DSB 信号为例。
在接收端，经中心频率f=1/T的滤波 器就可以从基带信号中提取位同步信号。 对于插入在f=1/2T处的导频，则要由 f=1/2T的窄带滤波器取出导频，并进行 二倍频，可得到同步脉冲。
*注意消除或减弱定时导频对原基带信号 的影响。
下图位插入定时导频接收方框图：
输入基带信号 相加器 抽样判决
窄带滤波器
KU U (1 e
w0 ts 2Q
)
2Q 1 ts ln w0 1 K
保持时间tc 若在t=0时，将接入回路的信号断开，则表 示回路输出信号保持过程的电压表达式为
u(t ) Ue
w0 t 2Q
cos w0t
设t=tc时输出电压达到KU时，认为此时同 步信号已消失，将u(tc)＝ KU代入上式得
2Q 1 tc ln w0 K
同步通信原理
同步通信原理
同步通信原理是指在通信过程中，发送方和接收方通过协调和配合的方式进行交互，以确保信息的准确和完整传输。在同步通信中，发送方在发送数据之前必须等待接收方发送确认信号，确认接收方已经准备好接收数据，并且在接收数据之后发送确认信号给发送方，表示数据已经成功接收。
同步通信原理的基本步骤如下：
1. 发送方发起数据传输请求：发送方向接收方发送数据传输请求信号，告知接收方即将开始数据传输。
2. 接收方确认准备就绪：接收方接收到数据传输请求后，发送确认信号给发送方，表示已经准备好接收数据。
3. 发送方发送数据：接收到接收方的确认信号后，发送方开始发送数据。
4. 接收方确认接收：接收方在接收完数据后，发送确认信号给发送方，表示数据已经成功接收。
同步通信原理的优点包括：
1. 数据可靠性高：通过等待接收方的确认信号，可以确保数据在传输过程中不会丢失或损坏。
2. 同步性强：发送方和接收方通过协调和配合的方式进行交互，
使得数据的传输速度更加稳定和可控。
3. 适用于实时性要求高的应用：同步通信原理可以在通信过程中实时地确认数据传输的状态，使得在实时性要求高的应用中得到更好的表现。
然而，同步通信原理也存在一些缺点：
1. 通信效率相对较低：由于发送方需要等待接收方发送确认信号，因此在数据传输过程中会产生一定的延迟，导致通信效率相对较低。
2. 对于网络传输不稳定：如果网络传输不稳定或延迟较大，同步通信原理可能导致传输失败或延迟过高。
3. 对硬件资源要求较高：同步通信原理需要发送方和接收方通过协调和配合的方式进行交互，因此需要较高的硬件资源支持。
通信原理教学课件同步原理
物联网
同步原理在物联网中的应用 将越来越重要，确保各种设 备之间的数据同步和协调。
实时通信
同步原理在实现实时通信和 多媒体传输方面的研究和应 用将继续深入发展。
通信原理教学课件PPT同 步原理
本课程将深入探讨通信原理中的同步原理，包括定义、重要性、基本概念、 应用领域、实际案例、教学方法以及未来发展趋势等内容。
同步原理的定义
同步原理指的是在通信领域中，为了保证数据的准确传输和接收，需要在发 送端和接收端之间建立一种同步机制。这种机制确保了数据的顺序、时序和 一致性。
位同步
通过位同步信号，确保每一位数据在正确的时间点传输和接收。
同步原理的应用领域
1
通信网络
百度文库
同步原理在各种通信网络中广泛应用，包括有线和无线网络，确保数据的可靠传输。
2
数字信号处理
同步原理在数字信号处理中用于确保各个处理单元之间的数据同步，提高信号处理的 精度。
3
多媒体传输
在多媒体传输中，同步原理保证音频和视频数据的同步播放，避免了声音和图像不同 步的问题。
同步原理的实际案例
同步通信
同步通信是一种实现同步原理 的方式，确保数据的按序传输 和接收，可应用于各种通信协 议。
同步传输
同步传输通过时钟信号和固定 的数据帧结构，确保数据的同 步性和高效性。
同步数据传输
通信原理第13章-同步原理全章课件
m
Pl 1 Cnr pr (1 p)nr
r0
当 m =0 （不允许出错）时 Pl 1 (1 p)n
Cnr ——n中取r
的组合数
Cn0 1
Cn1 n
假同步概率 Pf
群同步性能
指信息码元中出现与同步码组一样的码组， 而被识别器 错当成 同步码。
设 n ——同步码组的长度，则所有可能出现的信息码组数： 2n
vg Kd sin 2( )
是压控振荡器输出电压 与接收载波之间的相位误差
svg 正是所需要的控制电压，它控制调整压控振荡器（VCO)的相位和
振荡频率，最终使相位误差( - )尽可能地小。
即有 ≈ 。因此，VCO的输出 va 就是Costas环提取出的载波：
ve 就是解调输出：
比较：
当 j= 4 时, R（4）= 1
自相关函数是偶函数！
自相关函数 在 j=0时 具有尖锐 的单峰特性 ——这一特性正是 集中插入群同步码组的主要要 求之一； 也是接收端寻找同步 头的线索。
集中插入法群同步码检测流程：
群同步
13.4.3 分散插入法 （间隔式插入法）
群同步
插入原理：将某种具有短周期性的同步码组间隔插入。
位同步 “异曲同工”
延迟相乘法 c
a
b
c
延迟时间等于码元时间一半时，码
元速率分量最强。
通信原理--同步原理
上图中的波形变换，采用微分和全波整流电路，微分的作用是把不归零脉冲变为归零脉冲，全波整流电路的作用是把双极性信号变为单极性信号，保证频谱中有fB分量。
滤波法原理图
基带信号微分、整流波形
经微分、整流后的基带信号波形如图,
另一种波形变换方法应用对象是频带受限的二相PSK 信号，波形如下页图a。因频带受限，在相邻码元的相位突变点附近会产生幅度平滑的“陷落”。经包络检波后，可以认为它是一直流和下页图b所示波形相减而组成的，因此包络检波后的波形中包含有如下页图c所示波形，而这个波形中已含有位同步信号分量。因此，将它经滤波器后就可提取出位同步信号。
第三节 位同步
对于全占空的随机二进制序列，不论是单极性还是双极性的，当P（1）=P（0）=0.5时，都没有fB ，2fB等线谱的，因而不能直接从其中滤出位同步信号。但是，若对该信号进行某种变换，例如，变成归零脉冲后，则该序列中就有fB=1/TB的位同步信号分量。
一、自同步法
抑制载波双边带信号的导频插入
插入导频法发端方框图
设调制信号为m(t)，m(t)中无直流分量，被调载波为acsin2pfct，调制器假设为一相乘器，插入导频是被调载波移相90°形成的，为-accos2pfct，其中，ac是插入导频的振幅。于是输出信号为
插入导频法收端方框图
设u0(t)无失真地传到收端，则收端用一个中心频率为fc的窄带滤波器就可取得导频-accos2pfct ，再将它移相p/2，就可得到与调制载波同频同相的信号sin2pfct 。
通信原理同步
通信原理同步
在通信领域中，同步是一个非常重要的概念，它指的是发送端
和接收端在数据传输过程中保持一致的时钟信号和数据格式，以确
保数据的准确传输和解析。在通信原理中，同步技术是至关重要的，它可以分为外部同步和内部同步两种方式，下面我们将详细介绍这
两种同步方式及其应用。
首先，外部同步是指通过外部时钟信号来实现发送端和接收端
的同步。在数字通信中，常用的外部同步方式包括同步字、同步码
和同步信号等。同步字是一种特殊的数据序列，它被插入到数据流中，用来帮助接收端找到正确的数据起始点。同步码则是一种特殊
的编码方式，它可以在数据流中识别出同步位置，从而实现数据的
同步解析。而同步信号则是通过特定的时钟信号来指示数据传输的
开始和结束，以确保发送端和接收端的同步传输。
其次，内部同步是指在数据传输过程中，发送端和接收端通过
自身的时钟信号来实现同步。在数字通信中，常用的内部同步方式
包括时分复用和频分复用等。时分复用是指将不同的数据流分配到
不同的时间片中进行传输，接收端根据时钟信号来解析数据。而频
分复用则是将不同的数据流分配到不同的频率带宽中进行传输，接
收端根据频率信号来解析数据。
在实际应用中，外部同步和内部同步常常结合使用，以确保数
据传输的稳定和可靠。例如，在无线通信系统中，发送端通过外部
时钟信号将数据流分配到不同的时间片和频率带宽中进行传输，接
收端则通过内部时钟信号来解析数据，从而实现同步传输。而在有
线通信系统中，发送端和接收端通常通过外部时钟信号来保持同步，以确保数据的准确传输和解析。
总之，同步技术在通信原理中起着至关重要的作用，它可以确
通信原理-课件-第13章.
相位误差对于2PSK信号误码率的影响：
由科斯塔斯环的输出电压 1
ve
m(t) cos( 2
)
可知，其中( - )为相位误差，ve即解调输出电压，而 cos( - )就是由于相位误差引起的解调信号电压下降。因 此信号噪声功率比r下降至cos2( - )倍。将它代入误码率 公式，得到相位误差为( - )时的误码率等于
) 1 m(t) cos( 2
) cos(2 ct
)
它经过低通滤波后，在d 点的电压为
vd
1 m(t) cos( 2
)
vd 实际上就是解调电压，它受b点的振荡电压在相乘 器中再调制后，得出的e 点电压等于
1
1
ve
m(t ) cos( 2
)sin( ct
)
m(t) sin( 4
ct
) sin( ct 2
)
电压vg 通过环路滤波器，控制压控振荡器的振荡频率。
这个电压控制压控振荡器的输出电压相位，使( - )尽可能
地小。当 ＝ 时，vg = 0 。
压控振荡器的输出电压va 就是科斯塔斯环提取出的载波。
9
第13章 同步原理
1
ve
m(t) cos( 2
)
由上式可见，当( - )很小时，除了差一个常数因子外，电
自同步法，它不需要辅助同步信息，直接从信息码元 中提取出码元定时信息。显然，这种方法要求在信息 码元序列中含有码元定时信息。
通信原理第11章同步原理
第11章 同步原理终
下面以 DSB 为例来说明插入导频法实现载波同步的基 本方法。图 11.2. 5 ( a )是基带信号的频谱,(b )是其 DSB 信号 的频谱及插入导频的位置(虚线所示)。导频插在 DSB 信号 频谱为 0 的地方,即导频的频率为 f c ,且与调制用的载波信号 正交。插入导频法发送端及接收端的方框图如图 11.2. 6 所 示。
2. 位同步建立时间 从位同步系统提取到含有位同步信息的数字信号起,到 系统同步建立为止所需要的时间称为位同步建立时间或捕捉 时间。位同步脉冲与接收到的码元之间的误差最大值为 T s / 2 ,这时所需要的位同步建立时间最长。因为数字锁相环 每调整一次(一步),仅能纠正T s / n 的时间差,所以要消除 T s / 2 的时间差,需要调整的步数为
第11章 同步原理终
图 11.3. 3 位同步脉冲与基带信号的相对位置
第11章 同步原理终
由此可见,在分频器的输入端采用增加或扣除脉冲的办 法,就可以改变其输出脉冲序列的相位。因此,只要接收到的 码元序列的相位与分频器输出的脉冲序列的相位不一致即 不同步,就可以采用上述方法来改变后者的相位,直到同步为 止。由于相位的改变是一步一步进行的,或者说是离散式(即 数字式)进行的,故称这种锁相环法为数字锁相环法。
(1 )当初始相位为 -90°< θ <90° 时,锁相环经调整后最 终锁定在 θ =0 处,此时输出同步载波 v 1 = A cos2π f ct ,解调 输出
通信原理第9章 同步原理
第9章同步原理
§9.1 引言
同步是系统正常工作的前提，同步系统性能的降低会直接导致通信系统性能的降低，甚至使通信系统不能工作。
在数字通信系统中，要求同步系统具有比信息信号传输更高的可靠性。
同步问题包括：
载波同步: 在相干检测中，接收端如何获得与发射端调制载波同频同相的相干载波。
位同步: 在接收端如何产生与接收码元同频同相的定时脉冲序列。
群同步或帧同步: 在接收端如何产生与“码字”、“句”起始时刻一致的定时脉冲序列。
网同步: 在多用户的条件下，如何使得整个通信网有一个统一的时间基准-----解决通信网的时钟同步问题。
§9.2 载波同步的方法
解决在接收端如何提取与发射端调制载波同频同相的载波信号问题。载波提取的方法：
1．插入导频法。应用场合：发送信号中不含有载波分量的情形。
2．直接法。应用场合：发送信号中含有载波分量的情形。
§9.2.1插入导频法
不含有载波分量的发送信号有：
1)抑制载波的双边带信号；
2)残留边带信号；虽含有载波分量，但很难从已调信号中提取。
3)当二进制数字取值概率2/1
p时，2PSK信号；
4)单边带信号。
对于上述信号的载波提取一般都采用插入导频法。
一、在抑制载波的双边带信号中插入导频
1
ω
导频的插入方法：
在抑制载波双边带信号的已调信号的载频处插入一个与该信号频谱正交的载波信号。
插入导频系统的发端框图
m
c
c
)t
输出信号为：t
a
t
t
m
a
t
u
c
c
c
c
ω
ωcos
sin
)
(
)
(
-
=。
插入导频系统的接收端框图
)
c
f
(
t
u
插入的导频为何要与载波正交？
因为接收端收到)
(
t
u后，利用窄带滤波器就可提取导频信号t
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采用包络检波法从报头中提取位同步 a）帧结构及对应的调幅波形
b）包络检波提取位同步信号的方框图
2. 锁相环法
数字锁相环
数字锁相环由数字电路构成，也可由软 件构成或某些部件由软件完成。常见的数字 锁相环位同步器原理方框图如下页图 (不包 括数字环路滤波器DLF)。
数字锁相环位同步器原理方框图
图中，c次分频器、或门、扣除门和附加门
三、载波同步系统的性能
载波同步系统的主要性能指标是效率和精度。 效率高就是为了获得载波信号而尽量少消耗发 送功率。用直接法提取载波时，发端不需发送导频， 因而效率高；而用插入导频法时，由于插入导频要 消耗一部分功率，显然系统的效率降低。 精度高就是提取出的载波应和标准载波同频同 相，但实际上很难实现，只能要求相位误差尽量小。 另外的性能指标有同步建立时间和同步保持时 间。
为了衡量一个数字通信设备的位同步性 能，通常提出以下几项指标：
相位误差θe 同步建立时间ts 同步保持时间t0
1．相位误差θe
衡量数字锁相环的一个重要指标是相位误 差，考虑到它对误码的影响，一般用时差来表 示相位误差。显然，为了减小位同步相位误差
的影响，分频次数N（N=2n-1)应越大越好，但
这与减小同步建立时间有矛盾。因为在同步建 立过程中，本地位定时脉冲是每比较一次向输 入信号过渡点靠近TB/2n-1秒，N越大，靠近的步 子就越小，同步建立的速度就越慢。所以N值 的选取要折中两者的要求。
1.相位误差
相位误差通常由稳态相差和随机相差组 成。
稳态相差主要是指载波信号通过同步信 号提取电路以后，在稳态下所引起的相差；随 机相差是由于随机噪声的影响而引起同步信号 的相位误差。
实际的同步系统中，由于同步信号提取 电路的不同，信号和噪声形式的不同，相位误 差也就不同。
假设所用的窄带滤波器为一个简单的单调 谐回路，其Q 值一定。那么，当回路的中心频 率f0与载波频率fc不相等时，就会使输出的载波 同步信号引起一稳态相差Δφ。若f0与fc之差为Δf， 且Δf较小时，可得
7
1 4
m 2 ( t )
v7的大小与相位误差θ成正比，它就相 当于一个鉴相器的输出。用v7去控制压控 振荡器输出信号的相位，最后使稳态相位 误差减小到很小。这时压控振荡器的输出 v7就是所需提取的载波。
这种方法初看没有二分频，似乎没有
相位模糊问题，但通过分析同样存在这个
问题，因为当v1=cos(2fct+θ+180°)时，
假定信号传输无失真，到接收端后，将该信号进 行平方变换，得
e(t )
m 2 (t ) cos
2
2f c t
m 2 (t) 2
1 2
m 2 (t ) cos
4f c t
显然，上式中E[s2(t)]≠0，所以e(t)表示式的第二 项中包含有2fc频率的分量。若用一窄带滤波器将 2fc频率分量滤出，再进行二分频，就获得所需的 载波fc。
对数字信号传输来说，有了载波同步和 位同步，发端的代码可以在收端解调出来， 但代码是一连串的“1”、“0”码，数字代码总 是用若干码元组成一个“字”，又用若干 “字”组成一“句”。因此，在接收这些数 字流时，同样也必须知道这些“字”、“句 “的起止时刻。在接收端产生与“字”、 “句”起止时刻相一致的定时脉冲序列，称 为“字”同步和“句“同步，统称为群同步 或帧同步。
cos
2f 0t
载波同步的建立与保持
当t=ts时，输出电压u(ts)达到ｋＵ，此时认为已建立
同步信号，将u(ts)的表示式代入式中，可求得
ts
2Q
2f 0
ln 1 1 k
就是单调谐电路的载波建立时间。
如果在t=0 时将接入电路的信号断开，由于回路储能 元件的作用，得回路电压表示式为
2f0 t
经过计算可得v7=1/8 m2(t)sin2θ,因此v1的相 位也是不确定的。
二、插入导频法
插入导频法就是在发送端插入一个或数个导 频与信号一起传输，对于某些信号，比如单边带 调制信号，只能用插入导频法提取载波。下面以 在抑制载波的双边带信号中插入导频为例说明其 原理。
由于导频与信号一起传输，因此第一个要求 是在载频处已调信号的频谱分量为零，这样可避 免信号与导频的相互干扰，当采用某种相关编码 信号去进行抑制载波的双边带调制，载频附近的 频谱分量很小，易于插入导频以及解调时易于滤 出它。第二个要求是插入的导频和加于调制器的 那个载波是正交关系，目的是为了解调。
t))1212mm((tt))scinossicno(s4(4fcftct))
经低通后的输出分别为
5
1 2
m (t ) cos
6
1 2
m (t ) sin
将v5和v6加于相乘器得
7
5 6
1 m 2 (t ) sin 8
2
式中θ是压控振荡器输出信号与输入已调信号载波 之间的相位误差。当θ较小时
u (t ) Ue 2Q cos 2f0t
上式示于曲线的末尾部分，其包络逐渐衰减。当输出
电压u(tc)下降到ｋＵ时，认为同步信号已经消失。求得保
持时间为
2Q 1
t c 2f 0 ln k
第三节 位同步
位同步又称码元（或比特）定时。实现位同 步的方法基本上可以分为两大类，一类是外同步 法，另一类是自同步法。外同步法就是在发送端 除了发送有用的数字信息外，还专门传送位同步 信号，到了接收端用窄带滤波器或锁相环把滤波 出来的信号作为同步之用。自同步法是发送端不 专门向接收端传送位同步信号，收端所需要的位 同步信号是从解调后的数字基带信号中提取出来。
平方变换法提取载波
该方法采用二分频电路后，在相干PSK 解 调时，解调后的序列可能是正确的，也可能极性 正好相反，即“反向工作”。对移相信号而言， 解决这个问题的常用方法是采用相对调相。
为了改善平方变换法的性能，可以在平方变换 法的基础上，把2fc窄带滤波器用锁相环代替，就 称为平方环法提取载波。由于锁相环具有良好的 跟踪、窄带滤波和记忆性能，因此，平方环法比 一般的平方变换法具有更好的性能，应用更为广 泛。
谱中有fB分量。
经微分、整流后的基带信号波形如图, 基带信号微分、整流波形
另一种波形变换方法应用对象是频带受限的
二相PSK 信号，波形如下页图a。因频带受限，在
相邻码元的相位突变点附近会产生幅度平滑的
“陷落”。经包络检波后，可以认为它是一直流 和下页图b所示波形相减而组成的，因此包络检波 后的波形中包含有如下页图c所示波形，而这个波 形中已含有位同步信号分量。因此，将它经滤波 器后就可提取出位同步信号。
主要内容
• 第一节 • 第二节 • 第三节 • 第四节 • 第五节
同步的基本内容和要求 载波同步 位同步 帧同步 网同步的基本概念
第一节 同步的基本内容和要求
同步是通信系统中一个非常重要问题。 由于一般收、发双方有一定距离，要使它们 能很好地发送和接收信息，同步系统是必不 可少的。
当接收端采用同步解调时，需要提供一 个与发射端调制载波同频同相的相干载波。 这个相干载波的获取就称为载波同步。
插入导频法收端方框图
设u0(t)无失真地传到收端，则收端用一 个中心频率为fc的窄带滤波器就可取得导频-
accos2fct ，再将它移相/2，就可得到与调 制载波同频同相的信号sin2fct 。
插入导频法提取载波要使用窄带滤 波器。这个窄带滤波器也可以用锁相环 来代替，这是因为锁相环本身就是一个 性能良好的窄带滤波器，因而使用锁相 环后，载波提取的性能将有改善。
频带受限二相PSK信号的位同步信号提取 a）带限2PSK信号b）包络检波后的波形c）含有位同步信号的波形
比如在时分多址数字卫星通信系统中，各
地球站的信息都是按子帧传送的，每一子帧都 有一报头，用作为载波恢复时间和位定时恢复 时间等。通常地球站发射报头时功率大，发射 信息部分时功率小，分帧结构及对应的调幅波 形如下页图所示，由于报头的宽度是一个码元 宽度的整数倍，故可以用包络检波一滤波法来 提取位同步信号。为确保位同步恢复在报头内 实现，并一直保持到分帧结束，在滤波之前加 了一个冲激振荡器。
因为数字通信中消息是一串相继的信号 码元的序列，解调时常需知道每个码元的起 止时刻。因此，接收端必须产生一个用作抽 样判决的定时脉冲序列，它和接收码元的终 止时刻应对齐。我们把在接收端产生与接收 码元的频率和相位一致的定时脉冲序列的过 程称为码元同步或位同步，称这个定时脉冲 序列为码元同步脉冲或位同步脉冲。
2Q f
f0
因此，Q 值越高，所引起的稳态相差越大。
同步系统使用锁相环时，当锁相环压控振荡 器与输入载波信号之间有频率差Δf 时，也会引起 一稳态相差。该稳态相差为
2f
K
式中，Kv为环路直流增益。
随机相差是由于随机的噪声叠加在载波信号
上而引起的。假设载波信号的初始相位为零，则 θn就是随机相差，经计算得相位误差的分布f(θn)。
平方环法提取载波
Leabharlann Baidu．同相正交环法
同相正交环法提取载波
设输入的抑制载波双边带信号为m(t)cos2fct ，在 压经号过控相位相振差移荡电器/2路锁，定后因后得此输v通2=出常si信n称(2号这f为c种t+v环1θ=)路c，o为s(由2同于f相ct这+正两θ交) 个，环信v，1
得
3 m(t) cos 2fct cos(2fc 4 m(t) cos2fct sin(2fct
一起构成数控振荡器(DCO)，此环路的基本原理
是：相位比较器(鉴相器)输出的两个信号通过控
制常开门和常闭门的状态，改变N0次分频器输
出信号的周期(一次改变2π/ 到锁定状态。
N0)，使环路逐步达
这种锁相环的同步建立时间比较长，当需
要快速建立同步信号时，可用快速捕捉数字锁 相环。
二、位同步系统的性能
一、自同步法
1．滤波法 对于全占空的随机二进制序列，不论
是单极性还是双极性的，当P（1）=P（0）
=0.5时，都没有fB ，2fB等线谱的，因而不
能直接从其中滤出位同步信号。但是，若 对该信号进行某种变换，例如，变成归零 脉信冲号分后量，。则该序列中就有fB=1/TB的位同步
滤波法原理图
上图中的波形变换，采用微分和全波整流电路， 微分的作用是把不归零脉冲变为归零脉冲，全波整流 电路的作用是把双极性信号变为单极性信号，保证频
抑制载波双边带信号的导频插入
插入导频法发端方框图
设调制信号为m(t)，m(t)中无直流分量，被调载波为 acsin2fct，调制器假设为一相乘器，插入导频是被调 载波移相90°形成的，为-accos2fct，其中，ac是插入
导频的振幅。于是输出信号为
u 0 (t ) a c m (t ) sin 2 f c (t ) a c cos 2 f c t
一、直接法
这种方法的思路是：有些信号虽 然不包含载波分量，但对该信号进行 某种非线性变换后，就可以直接从其 中提取出载波分量来。
1．平方变换法和平方环法
设调制信号为m(t), m(t)中无直流分量，当它 和载波相乘后，得到了抑制载波的双边带信号
s ( t ) m ( t ) cos 2 f c t
随着数字通信的发展，多个用户需相互 通信，从而组成了数字通信网。为了保证通 信网内各用户之间可靠地进行数据交换，在 整个通信网内必须有一个统一的时钟标准， 这就是网同步。
第二节 载波同步
提取载波的方法分两种：一种是直接 法，该方法不专门发送导频，而在接收端直 接从发送信号中提取载波。第二种是插入导 频法，即在发送有用信号的同时，在适当的 频率位置上，插入一个（或多个）称作导频 的正弦波，接收端就由导频提取出载波。
f ( n )
r e r n2 n
随机相差θn的方差与信噪比r有如下关系
所以随机相差θn的方n2 差与信21r噪比r是反比关系。
2.建立时间和保持时间
当用单调谐电路作为窄带滤波器时，设回路 的谐振频率f0与Q 值已经给定。如果在t=0 时刻将 信号接入电路，则输出电压为
u
U
1
2f0 t
e 2Q
第十章 同步原理
在数字通信系统中，为了使接收端能够正确 地从所收到的信号中恢复出原始信息，就必须保 证接收机能够从所收到数字序列中正确识别出一 个码元的起止时刻、一个码组或码字起止码元、 一帧的起止码字，能够保证接收机产生一个频率 和相位与所收到的频带信号载波的频率和相位一 致的本地载波，这种确保接收机与发送机能够协 调一致工作的技术就统称为同步技术。本章将分 别讨论载波同步、位同步、帧同步和网同步的原 理和性能。