载波同步技术
同步载波实验报告
一、实验目的1. 理解同步载波在通信系统中的作用和重要性。
2. 掌握同步载波同步原理和实现方法。
3. 通过实验验证同步载波同步方法的有效性和可行性。
二、实验原理1. 同步载波的定义：同步载波是指接收端与发射端的载波相位保持一致，从而实现信号的正确接收和解调。
2. 同步载波同步原理：同步载波同步是通过调整接收端载波与发射端载波的相位差，使两者保持一致，从而实现信号的正确接收。
3. 同步载波同步方法：主要有插入导频法、相位锁定环法、频率锁定环法等。
三、实验设备与仪器1. 发射端：正弦波发生器、调制器、放大器、天线；2. 接收端：低通滤波器、解调器、示波器、频谱分析仪；3. 实验平台：通信实验箱、计算机。
四、实验步骤1. 设置发射端参数：正弦波发生器输出载波信号，频率为10MHz，幅度为1V。
2. 设置接收端参数：低通滤波器截止频率为10MHz，解调器为相干解调器。
3. 插入导频法同步载波实验：（1）将正弦波发生器输出信号作为导频信号，通过放大器放大后，与发射端载波信号叠加，形成导频信号。
（2）将导频信号传输到接收端，经过低通滤波器、解调器后，得到同步载波信号。
（3）使用示波器观察接收端同步载波信号的波形，并与发射端载波信号进行比较，验证同步效果。
4. 相位锁定环法同步载波实验：（1）将发射端载波信号作为相位参考信号，通过解调器解调后，得到相位信号。
（2）将相位信号与接收端载波信号进行比较，通过相位锁定环调整接收端载波相位，使其与发射端载波相位保持一致。
（3）使用示波器观察接收端同步载波信号的波形，并与发射端载波信号进行比较，验证同步效果。
5. 频率锁定环法同步载波实验：（1）将发射端载波信号作为频率参考信号，通过解调器解调后，得到频率信号。
（2）将频率信号与接收端载波信号进行比较，通过频率锁定环调整接收端载波频率，使其与发射端载波频率保持一致。
（3）使用示波器观察接收端同步载波信号的波形，并与发射端载波信号进行比较，验证同步效果。
同步原理(载波同步与位同步)
载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
实际中，伴随信号一起进入接收机的还有加性高斯白噪声，为了改善平方变换法的性能，使恢复的相干载波更为纯净，常用锁相环代替窄带滤波器。如下图： 平方环法提取载波框图 锁相环具有良好的跟踪，窄带滤波和记忆功能。
等价于：中心频率可调的窄带滤波器
载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
载波同步：是指在相干解调时，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。 载波同步是实现相干解调的先决条件。 提取相干载波的方法：直接法（自同步法）
插入导频法
载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
直接法：有些信号（DSB-SC,PSK），虽然本身不含有载波分量，但经过某种非线性变化后，将具有载波的谐波分量，因此可以从中提取。下面介绍几种常用的方法：
载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
一：在抑制载波的双边带信号中插入导频法 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出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： 输出信号为：
载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
1
插入导频系统的接收端框图：
平方变换法和平方环法 设调制信号 ，则抑制载波的双边带信号为： 平方变换法提取载波框图： 窄带滤波器输出为：
载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
二分频器输出，可得载波信号： 注意：载波提取的方框图中用了一个二分频电路，由于分频起点的不确定性，使输出的载波相对于接收信号的相位有180度的相位模糊。 相位模糊对模拟通信关系不大（人耳听不出相位变化） 对数字通信影响很大，有可能使2PSK相干解调后出 现“反向工作”的问题。 解决办法：对调制器输入的信息序列进行差分编码。（2DPSK）
载波同步的方法1插入导频法
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
4.5 载波同步
双边带信号 平方后
sm (t ) m(t ) cosct
e(t ) m(t ) cos ct
(4.5 - 1)
2
1 2 1 2 m (t ) m (t ) cos 2 ct (4.5 - 2) 2 2 若用一窄带滤波器将2ωc频率分量滤出，再进行二分 频，就可获得所需的相干载波。
2.
同相正交环法又叫科斯塔斯(Costas)环。在此环路 中，压控振荡器 (VCO) 提供两路互为正交的载波，与 输入接收信号分别在同相和正交两个鉴相器中进行鉴 相，经低通滤波之后的输出均含调制信号，两者相乘 后可以消除调制信号的影响，经环路滤波器得到仅与 相位差有关的控制压控，从而准确地对压控振荡器进 行调整。 VCO输出
S
m(t ) cos t sin t
解调原理图：
[m(t ).cos c t sin c t ].cos c t m(t ) cos 2 c t sin c t cos c t 1 1 m(t )(1 cos 2c t ) sin 2c t 2 2
2
VCO输出
v0 (t ) Asin(2ct 2 )
(4.5 - 6) (4.5 - 6)
鉴相器误差输出 vd Kd sin 2
输 入 已调 信 号
平 方 律 部 件
鉴相器
环路 滤波器
压控 振荡器
二分频
载 波 输出
锁 相 环
图4.5-2 平方环法提取载波
式中，Kd为鉴相灵敏度，是一个常数。vd仅与相 位差有关，它通过环路滤波器去控制压控振荡器的相 位和频率，环路锁定之后， θ 是一个很小的量。因此， VCO的输出经过二分频后，就是所需的相干载波。
输 入 已调 信 号 平 方 律 部 件 鉴相器 环路 滤波器 压控 振荡器 二分频 载 波 输出
pwm载波同步 can -回复
pwm载波同步can -回复PWM（脉宽调制）载波同步CAN（Controller Area Network）是一种常见的通信协议和技术，常用于汽车和工业领域中。
在本文中，我们将一步一步回答有关PWM载波同步CAN的问题，包括其基本概念、工作原理以及应用领域。
第一部分：PWM载波同步PWM是一种通过调整脉冲的宽度来控制信号的技术。
它通常被用于模拟信号的数字化和电源管理等领域。
PWM载波同步是一种通过同步PWM信号的周期和频率来实现同步通信的技术。
第二部分：CAN通信协议CAN是一种多主机、多节点的串行通信协议。
它广泛应用于汽车和工业领域，具有高可靠性和高带宽的特点。
CAN协议使用差分信号来进行通信，可以有效地抵抗干扰。
它使用基于帧的通信结构，包括数据帧和远程帧两种类型。
第三部分：PWM载波同步CAN的工作原理PWM载波同步CAN是通过在PWM信号中嵌入CAN通信信息来实现的。
首先，需要同步PWM载波和CAN通信的时钟。
然后，将CAN 通信的数据嵌入到PWM信号中。
接收方在接收到PWM信号后，可以从中提取CAN通信的数据。
通过这种方式，可以实现PWM载波和CAN 通信的同步和互操作。
第四部分：PWM载波同步CAN的应用领域PWM载波同步CAN广泛应用于汽车和工业领域中的数据通信和控制系统。
在汽车领域中，PWM载波同步CAN可以用于车辆的数据传输和控制，包括引擎控制模块、仪表盘和多媒体系统等。
在工业领域中，PWM 载波同步CAN可以用于工厂自动化和机器控制，例如PLC（可编程逻辑控制器）和传感器等。
第五部分：PWM载波同步CAN的优势与挑战PWM载波同步CAN具有一些优势，例如高可靠性、高带宽、抗干扰能力强等。
它可以在复杂的环境中工作，并且具有良好的实时性能。
然而，PWM载波同步CAN也面临一些挑战，如复杂的系统设计和集成、系统误差等。
因此，在实际应用中，需要仔细评估其适用性和可靠性。
总结：PWM载波同步CAN是一种结合了PWM技术和CAN通信的技术。
一种变流器的无互连线载波同步方法及装置
一种变流器的无互连线载波同步方法及装置全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：随着电力系统的不断发展，变流器在电能传输中起着越来越重要的作用。
变流器的无互连线载波同步方法及装置是一种新型技术，能够有效提高电能传输的效率和稳定性。
本文将详细介绍这种技术的原理、特点和应用。
一、技术原理在电能传输中，变流器通常用于将交流电转换为直流电或者将直流电转换为交流电。
而无互连线载波同步方法及装置则是指在变流器之间进行无需传统的互连线而可以实现载波信号同步的一种新技术。
该技术主要基于数字信号处理技术，通过将变流器之间的载波信号处理和同步。
通常情况下，传统的互连线载波同步方法需要使用复杂的物理连接，无法灵活调整和控制。
而无互连线载波同步方法通过数字信号处理技术，可以实现变流器之间的同步控制，大大提高了电能传输的效率和稳定性。
二、技术特点1. 灵活性高：无互连线载波同步方法及装置可以根据实际需要灵活调整和控制，不受传统互连线的限制。
2. 稳定性强：利用数字信号处理技术，能够实现变流器之间的高精度同步控制，提高了电能传输的稳定性。
3. 效率高：无互连线载波同步方法可以减少传统互连线的损耗和成本，提高了电能传输的效率。
4. 适用性强：无互连线载波同步方法及装置适用于各种类型的变流器，能够满足不同电能传输场景的需求。
三、技术应用1. 无互连线载波同步方法及装置可以广泛应用于电力系统中，在电能传输和分配中发挥重要作用。
2. 该技术还可以应用于清洁能源领域，如太阳能发电和风能发电系统中，提高了清洁能源的利用效率。
第二篇示例：一、无互连线载波同步方法1.传统载波同步方法存在的问题传统的载波同步方法主要通过互连线进行通信，即各个变流器之间通过互连线进行信号传输，实现同步操作。
这种方法存在着以下几个问题：一是互连线布线较为繁琐，容易出现接触不良、线路干扰等问题；二是系统稳定性较低，一旦出现互连线问题就会导致整个系统失去同步；三是互连线不利于系统的扩展和升级，增加了维护和管理的难度。
载波同步原理
载波同步原理
载波同步原理是指在通信系统中，为了保证信号的稳定性和可靠性，需要对信号的载波进行同步。
载波同步原理是通信系统中非常重要的一部分，它可以有效地提高通信系统的性能和可靠性。
在通信系统中，信号的传输需要通过载波来进行传输。
载波是一种特殊的信号，它可以携带信息信号进行传输。
在传输过程中，如果载波的频率和相位发生了变化，就会导致信号的失真和误码率的增加。
因此，为了保证信号的稳定性和可靠性，需要对载波进行同步。
载波同步的原理是通过接收端的反馈信号来调整本地载波的频率和相位，使其与发送端的载波保持同步。
具体来说，接收端会将接收到的信号与本地载波进行混频，得到中频信号。
然后，通过解调器将中频信号转换为基带信号，再通过解码器将基带信号转换为原始数据。
在这个过程中，如果接收到的信号与本地载波不同步，就会导致解调器和解码器无法正确地解码信号，从而导致误码率的增加。
为了解决这个问题，接收端会将解码器输出的数据与发送端发送的数据进行比较，如果发现误码率过高，就会通过反馈信号调整本地载波的频率和相位，使其与发送端的载波保持同步。
这样，就可以有效地降低误码率，提高通信系统的性能和可靠性。
载波同步原理是通信系统中非常重要的一部分，它可以有效地提高通信系统的性能和可靠性。
通过对载波进行同步，可以保证信号的
稳定性和可靠性，从而提高通信系统的传输效率和质量。
载波同步的工作原理
载波同步的工作原理
载波同步是一种在通信系统中用于确保发送和接收设备之间的频率和时钟同步的技术。
它的工作原理可以概括为以下几个步骤：
1. 发送端产生载波信号：发送端的载波信号由本地时钟产生，并根据设定的频率进行振荡。
这个载波信号是无用数据的基础，在其上进行数据调制。
2. 数据调制：发送端将要传输的数据与载波信号进行调制，通常使用调频调制或相位调制等技术。
这一步骤将数据信号转换为载波信号的特定变化形式，便于传输。
3. 发送信号传输：调制之后的信号通过传输介质（例如电缆、光纤或遥控信道）发送给接收端。
在传输中可能会失真、干扰或衰减。
4. 接收端信号采样：接收端对接收到的信号进行采样，得到一系列的信号样本。
5. 频率和时钟的估计：接收端使用一种频率和时钟估计算法来估计接收到的载波信号的频率和时钟偏差。
这些偏差可能由于传输中的失真和噪声引起。
6. 频率和时钟校正：根据估计的偏差，接收端对本地振荡器的频率和时钟进行校正。
这个校正过程旨在使接收端的信号与发送端的信号保持在相同的频率和时钟。
7. 数据解调：接收端使用和发送端相同的调制技术对采样的信号进行解调，还原出发送端传输的原始数据。
通过以上步骤，载波同步技术能够确保发送和接收设备之间的频率和时钟保持同步，从而有效地传输数据。
通信原理8-同步技术
数据交换，必须实现网同步 使得在整个通信网内有一个统一的时间节
拍标准
二. 同步信号的获取方式
外同步法
– 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
– 需要传输独立的同步信号，需付 出额外的功率和频带
三. 同பைடு நூலகம்的技术指标
同步误差小 相位抖动小 同步建立时间短 同步保持时间长
数字通信系统中，要求同步信息传输的可靠性 高于信号传输的可靠性
载波同步是相干解调的基础。
判断
只有数字调制系统存在载波同步
无论是模拟调制信号还是数字调制信 号，都必须有相干载波才能实现相干 解调。
1. 载波同步
载波同步产生的本地载波应该与接收到的信 号中的调制载波同频同相，而不是与发送端 调制载波同频同相
在接收信号中，发送端调制的载波成分可能 存在，也可能不存在。
– 只有定时脉冲正确，才谈得上正确地抽样判 决
– 位同步是正确抽样判决的基础
3. 群同步
包括字同步、句同步、帧同步 接收端为了正确恢复信息就必须识别
句或帧的起始时刻 接收端必须产生与字、句和帧起止时
间相一致的定时信号 群同步是正确译码和分路的基础 数字通信和模拟通信都存在群同步
4. 网同步
– 若接收信号中包含有载波，可用窄带滤波器直 接提取
– 若接收信号中不包含载波成分，则用载波同步 法提取
2. 位同步
是数字通信系统特有的一种同步
– 为了从接收波形中恢复出原始的基带信号， 须对它进行抽样判决，要求接收端提供“定 时脉冲序列”
– 定时脉冲序列的重复频率与码元速率相同， 相位与最佳抽样判决时刻一致
载波同步原理
载波同步原理
载波同步原理是指在通信系统中，发送端和接收端之间的载波频率要保持一致，以确保正确地传输信息。
载波频率是参与通信的无线信号的基础频率，通过在信道中传输的正弦波来携带信息。
为了实现载波同步，通常会采用两种主要方法：相位锁定环（PLL）和频率锁定环（FLL）。
相位锁定环是一种反馈系统，其中包含一个相位比较器、低通滤波器和一对VCO（电压控制振荡器）。
发送端的VCO产生的频率会与接收端的VCO进行比较。
相位比较器将比较结果
转换成电压信号，通过低通滤波器平滑输出信号，再根据输出信号调整发送端VCO的频率，使其与接收端VCO保持一致。
这样，发送和接收端的载波频率就可以同步。
频率锁定环是另一种实现载波同步的方法，其主要组成部分包括一个频率比较器、低通滤波器和一个VCO。
接收端的VCO
产生的频率与发送端的载波频率进行比较，比较器将比较结果转换为电压信号，然后通过低通滤波器平滑输出信号，最后调整接收端的VCO频率，使其与发送端的载波频率保持一致。
这种方法依赖于比较接收端和发送端之间的频率差异，然后根据差异调整接收端的VCO频率，从而实现同步。
通过相位锁定环和频率锁定环这两种方法，通信系统能够实现载波同步，保证发送端和接收端之间的载波频率保持一致。
这样可以有效地传输信息，提高通信系统的可靠性和性能。
pwm载波同步 can
PWM载波同步CANPWM载波同步CAN（Pulse Width Modulation Carrier Phase Synchronization Controller Area Network）是一种用于在汽车电子系统中实现载波同步的通信技术。
PWM载波同步CAN通过调节脉冲宽度来控制载波的相位，从而实现多个节点之间的同步。
在汽车电子系统中，载波同步CAN主要用于实现汽车各模块之间的通信和控制，如发动机控制、制动控制、照明控制等。
PWM载波同步CAN的原理是基于CAN总线协议，它将数据和控制信息通过PWM信号传输到其他节点。
PWM信号的频率和占空比可以根据需要进行调整，以实现载波的相位同步。
通过比较PWM信号的相位差，节点可以判断自己的时钟是否与其他节点保持同步。
如果发现时钟存在偏差，节点会自动调整自己的时钟，以实现与总线上的其他节点保持同步。
PWM载波同步CAN的实现需要使用专门的硬件和软件。
硬件上，需要使用具有PWM 功能的CAN收发器和时钟同步电路。
软件上，需要实现CAN总线协议和PWM载波同步算法。
在实现PWM载波同步CAN时，需要注意以下几点：1. PWM信号的频率和占空比应根据系统需求进行合理设置。
频率过低会影响传输速度，占空比过大会导致系统功耗增加。
2. 时钟同步电路的精度和稳定性直接影响PWM载波同步CAN的性能。
应选择高精度、低漂移的时钟同步电路。
3. PWM载波同步算法的实现应考虑系统的实时性和稳定性。
应选择具有快速响应和稳定性的算法，并对其进行优化以提高系统性能。
总之，PWM载波同步CAN是一种有效的载波同步技术，适用于汽车电子系统等需要实现多节点通信和控制的场景。
在实现PWM载波同步CAN时，需要考虑信号。
载波同步技术
利用式（7-23），可以求出
（7-24）
通常令k= 1/e，此时可求得
（7-25）
从式（7-25）可以看到，要使建立时间变短，Q值需要减小；要延长保持时间，Q值要求增大，因此这两个参数对Q值的要求是矛盾的。
直接法的优缺点主要表现在以下几方面：
(1) 不占用导频功率．因此信噪功率比可以大一些；
为此可以在信号频谱之外插入两个导频 和 ，使它们在接收端经过某些变换后产生所需要的 。设两导频与信号频谱两端的间隔分别为 和 则：
（7-11）
式中的 是残留边带形成滤波器传输函数中滚降部分所占带宽的一半（见图7-6），而 是调制信号的带宽。
图7-6 残留边带信号形成滤波器的传输函数
对于式（7-11）定义的各个频率值，可以利用框图7-7实现载波提取。
数字通信中经常使用多相移相信号，这类信号同样可以利用多次方变换法从已调信号中提取载波信息。如以四相移相信号为例，图7-4就展示了从四相移相信号中提取同步载波的方法。
图7-4 四次方变换法提取载波
7.2.2插入导频法
在模拟通信系统中，抑制载波的双边带信号本身不含有载波；残留边带信号虽然一般都含有载波分量，但很难从已调信号的频谱中将它分离出来；单边带信号更是不存在载波分量。在数字通信系统中，2PSK信号中的载波分量为零。对这些信号的载波提取，都可以用插入导频法，特别是单边带调制信号，只能用插入导频法提取载波。在这一节中，将分别讨论抑制载波的双边带信号和残留边带信号的插入导频法。
图7-8 时域插入导频法
在接收端用相应的控制信号将载频标准取出以形成解调用的同步载波。但是由于发送端发送的载波标准是不连续的，在一帧内只有很少一部分时间存在，因此如果用窄带滤波器取出这个间断的载波是不能应用的。对于这种时域插入导频方式的载波提取往往采用锁相环路，其方框图如图7-8（b）所示。在锁相环中，压控振荡器的自由振荡频率应尽量和载波标准频率相等，而且要有足够的频率稳定度，鉴相器每隔一帧时间与由门控信号取出的载波标准比较一次，并通过它去控制压控振荡器。当载频标准消失后，压控振荡器具有足够的同步保持时间，直到下一帧载波标准出现时再进行比较和调整。适当地设计锁相环路，就可以使恢复的同步载波的频率和相位的变化控制在允许的范围以内。
载波同步的作用
载波同步的作用
载波同步是一种重要的电信技术，它可以被应用于多种不同的场景，并且有着极其重要的作用。
从简单的介绍载波同步技术开始。
载波同步主要用于控制信号中的频率，其特点是可以在发送和接收信号之间进行频率一致性的维持。
它的主要应用是用于调节高速数据传输中的时钟信号，从而使不同的语音和数据信号能够正确的接收和传输。
在电信系统中，载波同步可以应用于多种不同的场景，其中最常见的是在无线电网络中实现链路层和信道层之间的同步。
无线电网络中使用载波同步技术可以保证信号在整个网络中能够正确传输，同时也可以提高传播效率和改善网络的可靠性。
另外，载波同步还可以应用于传输多媒体数据，例如视频流、音频流和数据流，可以保证多媒体数据的顺利传输。
此外，载波同步还可以用于实现对数据的加密、压缩和解压缩的功能，可以有效的提高电信系统的安全性。
当通过电信系统传输重要的数据时，可以利用载波同步技术对数据进行加密和压缩，从而有效防止未经授权的访问和传输，保证电信系统的数据安全性。
最后，载波同步还可以用于实现深度学习和机器学习技术，可以更好地促进电信系统的智能化升级。
利用深度学习和机器学习技术，可以极大提高电信系统的处理能力，更好地满足不同的用户的需求，也有助于提升电信系统的性能和稳定性。
总而言之，载波同步技术有着重要的作用，它可以用于多种不同的应用场景，可以改善电信系统的处理效率，同时也可以有效的提升
电信系统的安全性。
同时，载波同步还可以用于实现深度学习和机器学习技术，为电信系统的智能化升级和优化提供了可靠的保障。
因此，载波同步技术在电信系统中发挥着至关重要的作用，是千篇一律电信系统的重要基础技术之一。
数字通信系统的载波同步技术研究与实现
数字通信系统的载波同步技术研究与实现数字通信系统的载波同步技术研究与实现摘要：数字通信系统的载波同步技术是保证通信系统正常运行的重要环节。
本文将介绍载波同步技术的基本原理和常见方法，并通过实验仿真的方式进行验证，展示了载波同步技术的实际应用效果。
一、引言在数字通信系统中，载波同步技术是一项基础而重要的技术之一。
载波同步技术的任务是保证发送端和接收端的载波信号在频率、相位和时间上保持一致，从而保证信息的可靠传输。
本文将重点介绍数字通信系统中的载波同步技术研究与实现。
二、载波同步技术的基本原理1. 频率同步频率同步是指在数字通信系统中实现发送端和接收端载波信号频率的一致性。
频率同步的主要目标是使接收端能够正确地解调出发送端传输的数字信号。
常见的频率同步方法包括：（1）基于周期和滤波器的频率同步方法：通过对接收信号进行周期测量，并利用滤波器对测量值进行平滑处理，从而得到准确的频率估计值。
（2）基于导频信号的频率同步方法：发送端在发送信号的头部添加导频信号，接收端通过检测导频信号的相位偏移来进行频率同步。
（3）基于相位锁定环的频率同步方法：利用相位锁定环对接收信号进行相位差测量，并通过反馈控制来实现频率同步。
2. 相位同步相位同步是指在数字通信系统中实现发送端和接收端载波信号相位的一致性。
相位同步的主要目标是在频率同步的基础上，使接收端能够正确地解调出发送端传输的数字信号。
常见的相位同步方法包括：（1）基于动态符号定时的相位同步方法：利用接收信号中的信号能量进行符号定时，从而得到准确的相位估计值。
（2）基于导频信号的相位同步方法：发送端在发送信号的头部添加导频信号，接收端通过检测导频信号的相位偏移来进行相位同步。
（3）基于相位锁定环的相位同步方法：利用相位锁定环对接收信号进行相位差测量，并通过反馈控制来实现相位同步。
三、载波同步技术的实现方法在实际的数字通信系统中，为了实现载波同步，通常会采用组合多种同步方法的方式。
载波同步技术
通信信号处理
42ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
数据辅助的频偏估计器
将rc(k)经过长度为L的延时得到rc(k-L) 将rc(k)与rc(k-L)共轭相乘，并在长度L内求和 将求和的结果取复角，即可得载波频偏估计值
通信信号处理
43
数据辅助的频偏估计器
具体推导
L −1
L −1
rc* (k )rc (k − L) = xP*N (k )e− j(ΔωkTs +Δϕ ) ⋅ xPN (k )e j[Δω(k −L)Ts +Δϕ ]
接收端直接从接收信号中提取载波信号18通信信号处理18外同步法19通信信号处理插入导频法用于已调制的数字信号中没有载波分量以及虽有载波分量但难以实现载波分离的情况可在适当的频率位置上插入一个低功率的线谱此线谱对应的时域正弦波称为导频信号接收端用窄带滤波器将导频取出经过适当处理得到相干载波插入导频的方法包括时域插入导频法20通信信号处理频域插入导频在载波中心频率f的位置插入导频信号插入的导频必须是正交导频导频与调制载波相差90度21通信信号处理频域插入导频22通信信号处理频域插入导频发射信号接收端sincossincossinsincossin23通信信号处理时域插入导频在时域中插入导频以传送和提取同步载波的方法时域插入法中对被传输数据信号和导频信号在时间上加以区别把一定数目的数字信号分作一组称为一帧在每一帧中除有一定数目的数字信号外在特定的时隙位置插入同步信号24通信信号处理时域插入导频信号帧结构图25通信信号处理时域插入导频接收机提取相干载波26通信信号处理26自同步法27通信信号处理自同步法直接从接收信号中提取同步载波的方法数据辅助的频偏估计器28通信信号处理非线性变换法适用于无载频分量的信号和抑制载频的双边带信号经过非线性变换后可以得到载频的倍频分量再用窄带滤波器或等效锁相环提取经过分频可得相干载波两种常用的方法平方环法29通信信号处理平方变换法平方律部件二分频2f30通信信号处理平方变换法经过平方变换之后的信号为t经过非线性变换平方律部件后得31通信信号处理平方变换法经过2f窄带滤波器可得到2倍频的载波信号经过2分频之后可以得到cost也可能是cost称为相位模糊32通信信号处理平方环法为了改善平方变换法的性能使恢复的相干载波更为纯净图中的窄带滤波器常用锁相环代替称为平方环法提取载波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具有更好的性能
通信中的同步技术概述
(3) 群同步
群同步包含字同步、句同步、分路同步，它有时也称帧 同步。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”。在接收这些数字信息时，必 须知道这些“字”、“句”的起止时刻，否则接收端无法正 确恢复信息。 对于数字时分多路通信系统，如PCM30/32电话 系统， 各路信码都安排在指定的时隙内传送，形成一定的帧 结构。 为了使接收端能正确分离各路信号，在发送端必须提 供每帧的起止标记，在接收端检测并获取这一标志的过程， 称为帧同步。因此，在接收端产生与“字”、“句”及“帧” 起止时刻相一致的定时脉冲序列的过程统称为群同步。
(2) 位同步
位同步又称码元同步。在数字通信系统中，任何消息都 是通过一连串码元序列传送的，所以接收时需要知道每个码 元的起止时刻，以便在恰当的时刻进行取样判决。例如在最 佳接收机结构中，需要对积分器或匹配滤波器的输出进行抽 样判决，判决时刻应对准每个接收码元的终止时刻。这就要 求接收端必须提供一个位定时脉冲序列，该序列的重复频率 与码元速率相同，相位与最佳取样判决时刻一致。我们把提 取这种定时脉冲序列的过程称为位同步。
概述
所谓同步是指收发双方在时间上步调一致，故又称定时。 在数字通信中，按照同步的功用分为：载波同步、位同步、群 同步和网同步。
(1) 载波同步
载波同步是指在相干解调时，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。在模拟调制以及数字调制学习过程中， 我们了解到要想实现相干解调，必须有相干载波。因此，载波 同步是实现相干解调的先决条件。
同步也是一种信息，按照获取和传输同步信息方式的不 同，又可分为外同步法和自同步法。
(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。
锁相环及载波同步
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锁相环可用于实现相位测量，如测量两个信号的相位差或相位延 迟。
波形合成与整形
锁相环可用于实现波形的合成与整形，如生成特定波形或滤除信 号中的谐波成分。
06
未来发展趋势与挑战
数字化、集成化和智能化发展方向
01
数字化
随着数字技术的不断发展，锁相环及载波同步技术将越来越数字化，采
用数字信号处理技术可以提高系统性能，降低成本和功耗。
锁相环分类及特点
01
02
03
04
分类
根据应用需求和结构特点，锁 相环可分为模拟锁相环、数字
锁相环和混合锁相环等。
模拟锁相环
具有结构简单、响应速度快等 优点，但易受温度和器件老化
等因素影响。
数字锁相环
采用数字技术实现，具有较高 的精度和稳定性，但实现复杂
且成本较高。
混合锁相环
结合模拟和数字技术的优点， 具有高性能和灵活性，但设计
相位跟踪
一旦锁相环捕获到输入信号的相位，它将进入相位跟踪状 态。在此状态下，锁相环不断调整本地振荡器的频率和相 位，以保持与输入信号的相位差恒定。
失锁重捕
如果由于某种原因（如噪声、干扰等）导致锁相环失去对 输入信号的锁定，它将重新进入捕获状态，尝试重新锁定 输入信号。
锁相环性能对载波同步影响
锁定时间
难度较大。
02
载波同步技术概述
载波同步定义及意义
定义
载波同步是指在通信系统中，接收端 能够准确地提取和恢复出与发送端同 频同相的载波信号的过程。
意义
载波同步是实现可靠通信的关键技术 之一，它对于确保信号的准确传输、 降低误码率、提高通信质量具有重要 意义。
pwm载波同步 can -回复
pwm载波同步can -回复PWM（Pulse Width Modulation）是一种在电子领域中常用的调制技术，可以通过改变信号的占空比来控制输出电平的矩形波形信号。
而载波同步则是一种使PWM波形与某个参考信号同步的方法。
在本文中，我们将详细介绍PWM载波同步技术，并探讨其在CAN（Controller Area Network）通信中的应用。
第一部分：PWM调制原理在PWM调制中，信号的占空比决定了输出电平的变化。
占空比越高，输出电平越接近高电平；占空比越低，输出电平越接近低电平。
通过调节占空比，可以实现对输出信号的精确控制。
第二部分：PWM载波同步原理在PWM载波同步中，我们引入了一个参考信号，该信号可以是一个正弦波、方波或其他周期性信号。
通过将PWM波形与参考信号进行相位比较，并根据比较结果调整PWM波形的相位，使得PWM波形始终与参考信号保持同步。
具体而言，我们可以将PWM波形看作是一个由高电平和低电平组成的周期性信号。
当参考信号与PWM波形的高电平部分相位一致时，PWM 波形的输出为高电平；当相位不一致时，PWM波形的输出为低电平。
通过调整PWM波形的相位，使得其始终与参考信号保持同步，即可实现PWM载波同步。
第三部分：PWM载波同步在CAN通信中的应用CAN通信是一种用于实时控制和通信的串行通信协议，广泛应用于汽车电子、工业控制等领域。
在CAN通信中，PWM载波同步技术可以起到提高通信可靠性和抗干扰能力的作用。
在CAN通信中，数据的传输是通过CAN帧来实现的。
通常情况下，CAN帧的识别是通过位定时来实现的，即根据不同的位时间（bit time）来识别不同的CAN帧。
通过引入PWM载波同步技术，我们可以将参考信号与CAN帧的位定时进行同步。
具体而言，我们可以通过将PWM载波同步的参考信号作为CAN帧的位定时时钟，以确保CAN帧的传输在正确的时间轴上进行，从而提高通信的可靠性和抗干扰能力。
pwm载波同步 can -回复
pwm载波同步can -回复PWM（脉冲宽度调制）载波同步CAN（控制器局域网）是一种在汽车电子系统中常用的通信协议和传输方式。
它结合了PWM技术和CAN 总线通信技术，可以实现高效可靠的数据传输和实时控制。
本文将详细介绍PWM载波同步CAN的原理、应用和优势。
第一步：了解PWM载波同步CAN的基本概念PWM载波同步CAN是一种多层次、多通道的通信协议，通过在CAN 总线上叠加PWM载波信号，实现数据传输和控制。
这种方式可以提高数据传输速率和抗干扰能力，广泛应用于汽车电子系统中。
第二步：深入了解PWM调制技术PWM调制技术是一种通过控制信号的脉冲宽度来实现模拟信号的数字化传输方式。
它通过调节脉冲的高电平和低电平持续时间比例，来表达模拟信号的幅值。
PWM调制技术可以实现高效传输和准确控制，因此在汽车电子系统中得到了广泛应用。
第三步：理解CAN总线通信技术CAN总线通信技术是一种高效可靠的多节点通信协议，广泛应用于汽车电子系统中。
它采用差分信号传输方式，具有抗干扰能力强、传输速率高、可靠性好等优势。
CAN总线通信技术可分为两种模式：CAN 2.0A和CAN 2.0B。
其中，CAN 2.0A使用11位标识符，适用于节点数量较多的应用场景，而CAN 2.0B使用29位标识符，适用于节点数量较少的应用场景。
第四步：探讨PWM载波同步CAN的工作原理在PWM载波同步CAN中，PWM载波信号是在CAN总线上传输的数据信号的载体。
在发送端，数据通过PWM调制技术转换成PWM载波信号，并通过CAN总线传输到接收端。
在接收端，PWM载波同步CAN 解调器将接收到的PWM载波信号解调为原始数据，并进行处理。
通过这种方式，可以实现高效可靠的数据传输和实时控制。
第五步：分析PWM载波同步CAN的应用领域PWM载波同步CAN广泛应用于汽车电子领域，包括发动机控制、电子稳定系统、车载娱乐系统、驾驶辅助系统等。
例如，在发动机控制中，PWM载波同步CAN可以用于控制油门、点火、喷油等操作，提高发动机的运行效率和燃油经济性。
载波同步技术位同步技术群同步帧同步技术网同步技术
3 群同步（帧同步）技术
• 在计算机数据通信系统中，接收端为了正确 恢复所传输的内容，必须知道每个码元序列 的起始与结束位置。由于数据的信号结构是 遵照通信协议事先规定好的，因此在接收端 很容易得到一帧信息。为了实现群同步，要 在数据序列中插入特殊的同步码或同步字符 。
2020/3/16
群同步系统的要求
2020/3/16
基带信号微分、整流波形
2020/3/16
锁相法
• 位同步锁相法的基本原理和载波同步的类似 。在接收端利用鉴相器比较接收码元和本地 产生的位同步信号的相位，若两者相位不一 致（超前或滞后），鉴相器就产生误差信号 去调整位同步信号的相位，直至获得准确的 位同步信号为止。
2020/3/16
必须正交插入导频，不能加入Acosωt导频信号，否则接收端 解调后会出现直流分量，这个直流分量无法用低通滤波器滤 除，将对基带信号的提取产生影响。 ）
2020/3/16
在残留边带信号中插入导频
• 插入导频f1、f2的选择。可以在残留边带频谱的两侧 插入f1和f2；f1和f2不能与（fc-fm）和（fc+fr）靠得太近 ，太近不易滤出f1和f2，但也不能太远，太远占用过 多频带。
• 为了解决主从同步方式的不足，提出互同步 方式，这种方式是在没有主时钟的情况下， 使互相联接的数字网高度地同步。它所采用 的同步方式是相互的，没有上述的主从关系 ，网内各交换点（站）都有自己的时钟，但 它们相互联结，相互影响，最后统一到同一 时钟频率（平均值）上。
2020/3/16
（3）码速调整法
2020/3/16
（1）插入导频法（外同步法）
• 在无线通信中，数字基带信号一般都采用不归 零的矩形脉冲，并以此对高频载波作各种调制 。解调后得到的也是不归零的矩形脉冲，码元 速率为fs，码元宽度为Ts，这种信号的功率谱在 fs处为零，例如双极性码的功率谱密度如下图所 示。
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通信信号处理
38
同相正交环法
传统Costas环的鉴相算法 QPSK
2 2 ud (t ) = I (t )Q(t ) Q ( t ) I (t ) −
= A4 cos ( Δωt + Δϕ + θi ) sin ( Δωt + Δϕ + θ i )
2 2 Δ + Δ + − ω ϕ θ sin t cos ( ) ( Δωt + Δϕ + θi ) i A4 A4 sin 4 ( Δωt + Δϕ ) + 4θ i sin 4 ( Δωt + Δϕ ) =− = 4 4
进一步可表示为
j 2πΔft I (t ) + jQ(t ) = a ( t ) ja ( t ) e + Q I
时变的相位旋转
通信信号处理
15
载波偏差的影响—频率偏差
(t) +
Scatter plot 3 4 3 2 1 Quadrature Quadrature 1 0 -1 -2 -2 -3 -4 -3 -2 -1 0 In-Phase 1 2 3 -4 -2 0 In-Phase 2 4
2
对于2PSK信号，x(t)是双极性矩形脉冲，设x(t)=±1， 则x2(t)=1，这样已调信号x(t)cosωct经过非线性变换— 平方律部件后得
1 1 e(t ) = + cos 2ω ct 2 2
通信信号处理
30
平方变换法
经过2fc窄带滤波器可得到2倍频的载波信号 经过2分频之后可以得到cosωct或者cos(ωct+π) 由于分频起点的不确定性得到的可能是cosωct也可能 是cos(ωct+π)，称为相位模糊
Q(t ) = A sin ( Δωt + Δϕ + θi )
通信信号处理
I (t ) = A cos ( Δωt + Δϕ + θ i )
37
同相正交环法
传统Costas环的鉴相算法 BPSK
ud (t ) = I (t )Q(t ) = A2 sin ( Δωt + Δϕ + θi ) cos ( Δωt + Δϕ + θ i ) A2 A2 = sin 2 ( Δωt + Δϕ ) + 2θi = sin 2 ( Δωt + Δϕ ) 2 2
= aI (t ) cos ( 2πΔft + Δϕ ) − aQ (t ) sin ( 2πΔft + Δϕ )
Q(t ) = −2r (t ) sin(2π f 0 t + ϕ0 ) = aI (t ) sin ( 2πΔft + Δϕ ) + aQ (t ) cos ( 2πΔft + Δϕ )
通信信号处理
7
载波同步
载波频率估计：接收机本振信号必须与接收到的调 制信号的载波频率相同 载波相位估计：接收机本振信号的相位也要和接收 信号的载波相位一致
通信信号处理
8
9
载波同步系统模型
结构和定时环路一致:
– 误差提取(估计出载波频率偏差) – 环路滤波 – 差值恢复(使用相乘器)
e − jΩTS k
– 平方x (t )cos ωct n i (t ) x (t )
带通
× fc 平方律 部件 e (t ) 二分频 2fc
低通
2fc 窄带滤波
通信信号处理
29
平方变换法
经过平方变换之后的信号为
1 2 1 2 e(t ) = [ x(t ) cos ωc t ] = x (t ) + x (t ) cos ωc t 2 2
(
+
Scatter plot
( )
2
0
-1
-3
通信信号处理
16
载波恢复的实现方式
外同步法：在发送有用信号的同时，在适当的频率 位置插入一个或多个导频信号，接收端通过导频来 提取本地载波 自同步法：接收端直接从接收信号中提取载波信号
通信信号处理
17
18
a
外同步法
通信信号处理
18
插入导频法
清华大学
载波同步技术
王劲涛 戴凌龙 电子工程系
2
上讲回顾
OFDM同步概述 OFDM符号同步原理及算法 OFDM采样钟同步原理及算法
r f (t )
通信信号处理
2
本节内容
载波同步基本概念 单载波系统载波同步 OFDM载波同步方法
– – – – P. H. Moose算法 Schmidl & Cox算法 Van de Beek JJ算法 基于导频的频偏估计 – 外同步法 – 自同步法
通信信号处理
39
同相正交环法
数字Costas环（松尾环） BPSK QPSK
2 2 − ud (t ) = sgn [ I (t ) ] sgn [Q(t ) ] sgn Q ( t ) I (t )
ud (t ) = sgn [ I (t ) ] sgn [Q(t ) ]
通信信号处理
11
载波偏差的影响
接收机的所产生的本振信号的同向和正交分量表示 为2cos(2πf0t+φ0)和-2sin(2πf0t+φ0) 则经过数字下变频并低通滤波之后的基带信号为
载波频偏 载波相偏 Δf=f Δφ= φc-φ0 I (t ) = 2r (t ) cos(2 π c-f0 0 t + ϕ0 )
4
5
1
载波同步基本概念
通信信号处理
5
载波同步
当接收端采用相干解调时，接收端需要提供一个与 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 载波同步是实现相干解调的基础
通信信号处理
6
数字接收机中的载波频偏
发射机射频本振和接收机本振偏差 ADC采样时钟偏差等效数字中频载波偏差 相位噪声引起载波相位和频率偏差 运动中的物体进行通信时出现的多普勒效应
19
频域插入导频
在载波中心频率fc的位置插入导频信号 插入的导频必须是“正交导频”
导频与调制载 波相差90度
通信信号处理
20
频域插入导频
通信信号处理
21
频域插入导频
发射信号
s (t ) = a ⋅ m(t ) sin ωc t − a ⋅ cos ωc t
接收端
v(t ) = s (t ) ⋅ a ⋅ sin ωc t = [ a ⋅ m(t ) sin ωc t − a cos ωc t ] a sin ωc t = a 2 m(t ) sin 2 ωc t − a 2 cos ωc t sin ωc t 1 2 1 2 1 2 = a m(t ) − a m(t ) cos 2ωc t − a sin 2ωc t 2 2 2 低通 1 = a 2 m(t ) 2
通信信号处理
41
数据辅助的频偏估计器
发送信号连续传输2段相同的长度为L的序列xPN(k)
经过数字下变频之后的信号可表示为
j ( Δω kTs + Δϕ ) j ( Δω kTs +Δϕ ) + = rc (k ) = I (k ) + jQ(k ) = a ( k ) ja ( k ) e x ( k ) e Q I
ˆ
通信信号处理
9
10
2
单载波系统载波同步
通信信号处理
10
载波偏差的影响
设接收到的QAM正交调制信号（忽略噪声）为
r (t ) = aI (t ) cos(2π f c t + ϕc ) − aQ (t ) sin(2π f c t + ϕc )
其中，aI(t)、aQ(t)分别表示I、Q两路基带信号，fc和 φc分别为接收信号载波的中心频率和相位
通信信号处理
34
同相正交环法
Costas环的通用结构
通信信号处理
35
同相正交环法
传统Costas环、修正Costas环和数字Costas环之间的 区别主要在处理电路 处理电路的输入为同相和正交支路的基带信号I(t)和 Q(t)，输出ud(t)等效为鉴相器的输出
通信信号处理
36
同相正交环法
用于已调制的数字信号中没有载波分量以及虽有载 波分量但难以实现载波分离的情况
– 可在适当的频率位置上，插入一个低功率的线谱（此线谱 对应的时域正弦波称为导频信号） –接收端用窄带滤波器将导频取出，经过适当处理，得到相 干载波
插入导频的方法包括
– 频域插入导频法 – 时域插入导频法
通信信号处理
通信信号处理
40
同相正交环法
科斯塔斯环与平方环都是利用锁相环（PLL）提取载 波的常用方法 与平方环相比，科斯塔斯环虽然电路复杂一些，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，当载波频率很高时，工作频率 较低的科斯塔斯环易于实现 当环路锁定后，科斯塔斯环可直接获得解调输出， 而平方环则没有该功能
位 同 步
t0 t1
帧 同 步
t2
载 波 同 步
t3
信信
位 同 步
t4
帧 同 步
载 波 同 步
信信
第第帧
(a )
第第帧
通信信号处理
24
时域插入导频
接收机提取相干载波
接接信门 带带 线线线 锁鉴环 鉴鉴鉴 环 路 滤波鉴 压 控 振振鉴 解解
线控信门