第7章 通信系统中的同步
第七章同步数字体系(SDH)
AUPTR还可用于频率调整．以便实现网络各支路同步工作。
这10个比特就是指针值。指针值是用二进制来表示的。亦即用 l0个比特的0、1码构成的二进制数值，来表示十进制的0～782 个编号。再深一步说，就是用上面所述的10比持来表示VC-4第 一个字节在o～782中的位置。
四、指针的频率调整作用
1、当VC帧速率＜AUG帧速率时: 图7—14中的5个I比持反转，通知接收端表示要作正码速调整(加
(C-4)十(VC-4POH)=VC-4 (VC-4) 十(AU-4PTR)＝AU-4 (AU-4)＝(AUG) 最后形成 STM-1
(1)下图画出了两帧，(一帧的时间是125μs，故两帧是250μs (2)对照帧结构图7－2可知，图中左侧第四行的位置就是指针区。 (3)图右侧是两帧STM—1的净负荷区，为了表明净负荷区中某点的 位置，根据行、列来画线打出格子。从第四行向右、向下进行位置 编号。每三格编一个号。例如的000，111，222，－－。
二、PDH的固有缺点
1、存在互为独立的三大数字系列，使国际间的互通存在 困难。
2、无统一的光接口，使各厂家的产品互不兼容。 3、 4、网管通信带宽严重不足，给建立集中式电信管理网带
5
三、SDH网的基本特点
优点： 1）SDH网络是由一系列SDH网元（NE）组成的，它是一个可在
光纤 或微波、卫星上进行同步信息传输、复用和交叉连接的网络。 2）具有全世界SDH)传输网中的信号是以同步传输模块(STM)
通信原理课后答案第七章
7．5 设一个5位巴克码序列的前后都是+1码元，试画出其自相关函数曲线。
解：
7．6 设用一个7位巴克码作为群同步码，接收误码率为410−。
试分别求出容许错码数为0和1时的漏同步概率。
解：
0m =471(1)1(110) 6.9979e-004n e P P −=−−=−−=1m = 111(1)(1)n n e n P P C P P −=−−−−
474461(110)710(110) 2.0993e-007−−−=−−−××−=
7.8 设一个二进制通信系统传输信息的速率为100，信息码元的先验概率相等，要求假同步每年至多发生一次。
试问群同步码组的长度最小应设计为多少？若信道误码率为10，试问此系统的漏同步概率等于多少？
/b s 5−
解：设码组长度为n
① 每年收到的码元长度有 100365243600N =××× ， 连续n 位的码组有 个， 1N n −+即此 中至多只有1钟和同步码组相同， 1N n −+对于n 位码组来说共有 2个组合。
n 所以，21
n N n ≥−+27n ⇒=
② 5271(110) 2.6996e-004e P −=−−=。
通信技术基础习题答案
第一章习题1、试举出假设干个模拟信号与数字信号的例子。
答：模拟信号：语音信号等数字信号：计算机处理数据等。
2、请说明有线电视、市内、调频播送、移动、校园网等通信系统各使用哪些信道。
答：有线电视：同轴电缆市内：双绞线调频播送：无线信道移动：无线信道校园网：双绞线、同轴电缆或光纤3、试述通信系统的组成。
答：通信系统包括五个组成局部：1〕信源；2〕发送设备；3〕接收设备；4〕信宿；5〕信道。
4、一个有10个终端的通信网络，如果采用网型网需要用到多少条通信链路？如果采用星型网需要有多少条通信链路？答：网状网：45条；星状网：10条5、试述传码率，传信率，误码率，误信率的定义，单位。
并说明二进制和多进制时码元速率和信息速率的相互关系。
答：1〕传码率是指单位时间内通信系统传送的码元数目，单位为"波特〞或"B〞。
2〕传信率也称为比特率〔bit rate〕，是指单位时间内通信系统所传送的信息量，单位为"bit/s〞或"bps〞。
3〕误码率就是码元在传输系统中被传错的概率，Pe=传输中的误码/所传输的总码数。
4〕误信率是指发生过失的信息量在信息传输总量中所占的比例，Peb=系统传输中出错的比特数/系统传输的总比特数。
r=Rmlog2m〔bit/s〕式中，r为传信率，Rm为m进制的传码率。
6、描述点对点通信的几种方式。
答：对于点对点之间的通信，按消息传送的方向与时间，通信方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信三种。
7、线路交换与分组交换的区别在哪里？各有哪些优点？答：线路交换：网上的交换设备根据用户的拨号建立一条确定的路径，并且在通信期间保持这条路径，从被呼用户摘机建立通话开场到一方挂机为止，这条线路一直为该用户所占用。
线路交换的很大一个优点是实时性好。
分组交换：分组交换是一种存储与转发的交换方式，很适合于数据通信。
它将信息分成一系列有限长的数据包，并且每个数据包都有地址，而且序号相连。
通信原理考试
通信原理考试第一章 绪论 1、信号是消息的载体。
2、模拟通信系统传输质量的度量准则主要是信噪比；数字通信系统传输质量的度量准则主要是错误判决的概率。
3、在数字通信系统中，可以采用纠错编码等差错控制技术，从而大大提高系统的抗干扰性。
4、5、衡量一个通信系统性能优劣的基本因素是有效性和可靠性。
有效性是指信道传输信息的速度快慢，可靠性则是指信道传输信息的准确程度。
6、模拟通信系统中用带宽衡量系统性能的有效性，用信噪比衡量系统性能的可靠性；数字通信系统的有效性用传输传输速率(或码元传输速率或者信息传输速率)衡量，可靠性用差错率(或误码率及误信率)衡量7.香农公式：)/1(log 2N S B C +=8.噪声按照来源分人为噪声和自然噪声两大类，其中自然噪声中的热噪声来自一切电阻性元器件中电子的热运动，热噪声无处不在，不可避免地存在于一切电子设备中。
9.噪声按性质分为脉冲噪声、窄带噪声和起伏噪声。
10.由于在一般的通信系统的工作频率范围内热噪声的频谱是均匀分布的，好像白光的频谱在可见的频谱范围内均匀分布那样，所以热噪声又常称为白噪声。
11.公式概率与信息量关系:)(log x p I a -= 二进制信息量:)(log 2x p I -=M MI M 22log /11log :-=-=进制每一码元信息量 离散独立非等概率的信息量: (1)平均信息量----信源熵)(log )()(21i Mi i x p x p x H ∑=-=比特/符号(2)总的信息量)(log )()(21i Mi i x p x p m x mH I ∑=-==(3)平均信息速率非等概率（也适用于等概率）()()b B R H x R = =⨯平均信息速率信源熵码元速率等概率2log b B R R M =【例1】已知彩色电视图象由1000000个象素组成。
设每个象素有64种彩色度。
每种彩色有16个亮度等级。
如果所有彩色度和亮度等级的组合机会均等，并统计独立，（1）试计算每秒传送100个画面所需的信息量；（2）如果接收机信噪比为30dB ，为了传送彩色图象所需信道带宽为多少？ ［正确答案］1）bit 109)1664(log 1010026=⨯⨯⨯2log ;()b B b B R R M R R ==⨯【评注】等概率信息速率非等概率也适用于等概率平均信息量2）B=C/(log2(1+S/N)=109/log2(1000)=108(Hz)2log (1/)C B S N =+【评注】香农公式：信道容量(即信道最大信息速率)【例2】 设某信息源的输出由A,B,C,D,E 五个符号组成，出现的概率分别为1/3, 1/4, 1/4, 1/12, 1/12。
《通信原理》各章节重点知识考点
第一章1、通信系统的模型（了解 图1-1 1-4 1-5）2、数字通信的特点（掌握）①抗干扰能力强，且噪声不积累②传输差错可控③便于用现代数字信号处理技术对数字信息进行处理、变换、存储④易于集成，使通信设备微型化，重量轻⑤易于加密处理，且保密性好⑥需要较大的传输带宽 3、平均信息量的简单计算（选、填）221log log ()()()I P x bit P x ==- 21()()log ()(/ni i i H x P x P x bit ==-∑符号）当信息源的每个符号等概率出现时，信息源具有最大熵：2()log n(/H x bit =符号）4、码长、码元速率、信息速率、频带利用率定义、单位、计算码元速率RB ：每秒传输码元的数目，单位B 二进制与N 进制码元速率转换关系：RB2=RBNlog2N(B) 信息速率：每秒钟传递的信息量，单位bit/s 在N 进制下Rb=RBNlog2N(bit/s)第二章1、随机过程的概念、分布函数、概率密度函数的定义（理解 P36-37） 均值：1[()](,)()E t xf x t dx a t ∞-∞ξ==⎰方差：2222[()]{()()}[()][()]()D t E t a t E t a t t σξ=ξ-=ξ-=自相关函数：1212(,)[()()]R t t E t t =ξξ 协方差函数：121122(,){[()()][{()()]}B t t E t a t E t a t =ξ-ξ- 2、高斯过程的一维概率密度函数（掌握 P46-47）22()f ())2x a x -=-σ 误差函数：2()2)1xz erf x e dz ϕ-==- 互补误差函数：2()1()22)z xerfc x erf x e dz ϕ∞-=-==-3、高斯白噪声及带限噪声的定义、平均功率的计算（掌握 P57-60） 白噪声：0()()(/z)2n n P f f W H =-∞<<∞ 自相关函数：0()()2nR ξτ=δτ 低通白噪声：020()H n f f n P f ||≤={其他自相关函数：0sin 2()=n 2H HH f R f f ππτττ带通白噪声：0f f 2220()c c n B Bf n P f -≤ ||≤ +={其他自相关函数：0sin ()=n cos 2c B R Bf B πππττττ平均功率：N= 0n B4、噪声的功率谱密度与相关函数的关系 线性系统输出/输入功率谱密度的关系计算（掌握 P42-44 P48-49） 平稳过程的功率谱密度()P f ξ与其自身相关函数()R τ是一对傅里叶变换关系，即()()j P f R e d ∞-ωτξ-∞=ττ⎰()=()j R P f e df ∞ωτξ-∞τ⎰或()()j P R e d ∞-ωτξ-∞ω=ττ⎰ 1()=()2j R P e d π∞ωτξ-∞τωω⎰平稳过程的总功率：(0)=()R P f df ∞ξ-∞⎰输出过程0()t ξ的均值：0()]()(0)t a h d H ∞-∞E[ξ=⋅ττ=α⋅⎰输出过程0()t ξ的自相关函数：0120()()R t t R ,+τ=τ输出过程0()t ξ的功率谱密度：2()()o i P f f P f =⎪H()⎪ 输出过程0()t ξ的概率分布：0()()()i t h t d ∞-∞ξ=τξ-ττ⎰第四章1、恒参、随参信道的定义及特点（填选 P72）2、频率选择性衰落的原因（简答 P75-76）第五章1、调制解调的概念（了解 P86），调制的目的（掌握 P86）①提高天线通信时的天线辐射效率②实现信道的多路复用，提高信道利用率③扩展信号带宽，提高系统抗干扰、抗衰落能力，还可实现传输带宽与信噪比之间的互换2、双/单边带调制系统的带宽、抗噪性能的分析、计算（掌握 P98-101）双边带：()()cos DSB c s t m t t =ω 带宽：2DSB H B f = H f 为调制信号的带宽 o n 为单边功率谱密度经低通后输出信号为：1()()2o m t m t =所以解调器输出的有用信号功率为：221()()4o o S m t m t == 经低通后，解调器最终的输出噪声为：1()()2o c n t n t =所以输出噪声功率为：22111()()444o o i i o N n t n t N n B ====解调器输入信号平均功率：221()()2i m S s t m t == ⇒解调器输入信噪比：21()2i i o m t S N n B = 输出信噪比：221()()414o o o i m t S m t N n B N ==⇒制度增益：/2/o o DSB i i S N G S N ==单边带：11()()cos ()sin 22SSB c c s t m t t m t t ∧=ω+ω 带宽：SSB H B f = H f 为调制信号的带宽经低通后输出信号为：1()()4o m t m t =所以解调器输出的有用信号功率为：221()()16o o S m t m t ==1144o i o N N n B == ⇒输出信噪比： 221()()16144o o o o m t S m t N n B n B ==输入信号平均功率：221()()4i m S s t m t == ⇒ 221()()44i i o o m t S m t N n B n B == ⇒ 制度增益：/1/oo SSB i i S N G S N == 3、卡森公式（P110）、门限的概念（P104）（了解 选填）用相干解调解调各种线性调制信号时不存在门限 AM 包络检波小信噪比时会出现门限效应 FM 小信噪比时也会出现门限效应调频波的有效带宽为：2(1)2()FM f m m B m f f f =+=∆+ m f 时调制信号的最高频率，f m 是最大频偏f ∆与m f 的比值4、FM 优于AM 的原因（P118-119）在大信噪比情况下，AM 包络检波的输出信噪比为：2()o o o S m t N n B=设AM 信号100%调制，且m(t)为单频余弦波，则22()2A m t =因而2/22o o o m S A N n f = FM ：2232o f o o mS A m N n f =所以2(/)3(/)o o FM f i i AM S N m S N = 宽带调频（WBFM ）信号的传输带宽FM B 与AM 信号的传输带宽AM B 之间关系为：2(1)(1)FM f m f AM B m f m B =+=+ ⇒2(/)3()(/)o o FM FM i i AM AMS N BS N B =在大信噪比情况下，调频系统的抗噪声性能将比调幅系统优越，且其优越程度将随传输带宽的增加而提高5、频分复用的目的（了解 P123）为了充分利用信道的频带或时间资源，提高信道的利用率 6、AM 包络检波的性能222()()22o i mA m t S s t ==+ 2()i i o N n t n B == ⇒ 22()2i o i o S A m t N n B+=大信噪比时：2()o S m t = 2()o i o N n t n B == ⇒2()o o o S m t N n B = ⇒ 222/2()/()o o AM i i o S N m t G S N A m t ==+ 7、FM 非相干解调性能()cos[()]FM c f s t A t K m d =ω+ττ⎰22i A S =i o FMN n B =22i i o FMS A N n B =大信噪比：222()()()o od f S m t K K m t == 223283d o mo K n f N Aπ= ⇒ 23(1)FM f f G m m =+ 第六章1、基带信号的波形及其功率谱（了解 P133-138） s(t)=u(t)+v(t)22u 1212()()()(1))))(1))]()s v s s s s s m P f P f P f f P P f f f mf P mf f mf ∞=-∞=+=-⎪(-(⎪+⎪(+-(⎪δ-∑G G [PG G平均功率：1()()2s s S P d P f df π∞∞-∞-∞=ωω=⎰⎰单极性基带信号功率谱密度为22()(1))(1))]()s s sssm P f f P P f f P mf f mf ∞=-∞=-⎪(⎪+⎪-(⎪δ-∑G G双极性基带信号功率谱密度为22()4(1))(21))]()s s sssm P f f P P f f P mf f mf ∞=-∞=-⎪(⎪+⎪-(⎪δ-∑G G2、码间串扰的概念、传码率与系统带宽（掌握 P146）由于系统传输总特性不理想，导致前后码元的波形畸变、展宽，并使前面波形出现很长的拖尾，蔓延到当前码元的抽样时刻上，从而对当前码元的判决造成干扰。
通信原理 第07章 多路复用
式中，B1 fm f g 为一路信号占用的带宽。
图7-4 FDM的频谱结构
合并后的复用信号，原则上可以在信 道中传输，但有时为了更好地利用信道的传 输特性，还可以再进行一次调制。 解复用过程是复用过程的逆过程。在 接收端，可利用相应的带通滤波器（BPF） 来区分开各路信号的频谱。然后，再通过各 自的相干解调器便可恢复各路调制信号。解 复用器采用滤波器将复合信号分解成各个独 立信号。然后，每个信号再被送往解调器将 它们与载波信号分离。最后将传输信号送给 接收方处理。图7-5显示了解复用过程。
TDM是按照时间片的பைடு நூலகம்转来共同 使用一个公共信道，所以在对TDM系统 进行分析的时候，通常考查如下几个基 本概念。 1.帧 TDM传送信号时，将通信时间分成 一定长度的帧。每一帧又被分成若干时 间片。即一帧由若干个时间片组成。帧 中的每个时间片是预先分配给某个数据 源的，且这种关系固定不变。不论有无 数据需要发送，所有数据源的时间片都 会被占有 .
7.2 频分多路复用
频分多路复用FDM（Frequency Division Multiplexing），指的是按照 频率参量的差别来分割信号的复用方式。 FDM的基本原理是若干通信信道共用一 条传输线路的频谱。在物理信道的可用 带宽超过单个原始信号所需带宽情况下, 可将该物理信道的总带宽分割成若干个 与传输单个信号带宽相同(或略宽)的子 信道,每个子信道传输一路信号。FDM将 传输频带分成N部分后，每一个部分均 可作为一个独立的传输信道使用。
3.码组交错法 码组交错法按某一码字长度（若干 比特）为单位进行复用，即每个时间片 包含某个数据源的一个码字（可能是一 个比特，一个字符或更多比特），每个 时间片传输一个码字/子帧，与比特交错 技术相比误码率较低。
第7章串口通信
收）。特点：传输线少，长距离传送时成本低，且可以利用电话网等现成的设备，
但数据的传送控制比并行通信复杂。
第7章串口通信
7.1.1 串行通信的基本概念
一、异步通信与同步通信
1、异步通信 异步通信是指通信的发送与接收设备使用各自的时钟
控制数据的发送和接收过程。 以帧作为传送单位，每一 帧由起始位、数据位、校验位和停止位组成，结构如图。
第7章串口通信
三、方式2和方式3
方式2或方式3时为11位数据的异步通信口。TXD为数据发
送引脚，RXD为数据接收引脚 。
方式2和方式3时起始位1位，数据9位（含1位附加的第9位， 发送时为SCON中的TB8，接收时为RB8），停止位1位，一 帧数据为11位。方式2的波特率固定为晶振频率的1/64或1/32， 方式3的波特率由定时器T1的溢出率决定。
第7章串口通信
二、方式1 ：8位异步通信接口
方式1是10位数据的异步通信口。TXD为数据发送引脚， RXD为数据接收引脚，传送一帧数据的格式如图所示。其中1 位起始位，8位数据位（低位在前），1位停止位。
1、方式1输出
第7章串口通信
2、方式1输入
第7章串口通信
（1）发送： CPU向发送缓冲器SBUF写入一个数据后，便启动串行 口在TXD端输出帧信息，先发送起始位“0”，接着从低位开始 依次输出8位数据，最后输出停止位。发送完一帧信息后，发 送中断标志TI置“1”，向CPU请求中断。
•（1）发送：当CPU向发送缓冲器SBUF写入一个数据后，便立即启动发送器发送。先发
送起始位“0”，接着从低位开始依次输出8位数据，再发送SCON中的TB8，最后输出停止 位。发送完一帧信息后，发送中断标志TI置“1”，向CPU请求中断。
嵌入式操作系统_第7章 ucOS-II - 任务的同步互斥通信
IO)N；SO当就T_函8SE任绪USV数e务状EmON等P态S的TeS待n。e*返dmp的允如ePv回o时许果esnt间用值t参(/超参数/为信过数ti号已mttii量emmo创eeu的ootu被u建指tt时设设针的可置置信以一为结个0号，束等量则等待表的待时明状间指任态的针务而限。的进制入，等
待时间为无限长。 调用函数成功后，函数返回值为OS_ON_ERR，否则会根据具体 错误返回OS_ERR_EVENT_TYPE、OS_SEM_OVF。
函块以8 位IO)表数，N；至函vOS赋o明TO把S_占数i8低号号优_EdS这以U成EMVO用O８ 先为值V是ESu员pOS这ENtMre无位级（M一SiNOTxo个uMTuCS个t效和（反该*te资uEre*pxet互xvpee）高转值Pa欲源Pevxete斥enevePn的，８现为(提ntneodT型dnts()y其t高位象0t从升,)p/信(/x的e他(/互/空８两而F赋互的号原任F斥事位部要斥以量时优型务型件型常用分提，为，先释信控信数然：来：升放信号级制号后O了存低的量号别S块量再该指_放８优为链指E）把信针V为位先有针表成，E号N了用级获效员量低T取避来别O_，。8TS一免存pY否位ErPv个i出放则oeE赋n。事_t现信M信C以件nUt常控的TE制数高X
通信原理第7版第7章PPT课件(樊昌信版)
实验二：数字调制与解调实验
实验目的
掌握数字调制与解调的基本原理和实现方法。
实验内容
设计并实现一个数字调制与解调系统，包括调制器、解调器和信道等部分。
实验二：数字调制与解调实验
01
实验步骤
02
1. 选择合适的数字调制方式，如2ASK、2FSK、2PSK等。
03
2. 设计并实现调制器，将数字基带信号转换为已调信号。
循环码
编码原理
01
循环码是一种具有循环特性的线性分组码，其任意码字的循环
移位仍然是该码的码字。
生成多项式与校验多项式
02
生成多项式用于描述循环码的编码规则，而校验多项式则用于
检测接收码字中的错误。
编码效率与纠错能力
03
循环码的编码效率与线性分组码相当，但纠错能力更强，可以
纠正多个错误。
卷积码
编码原理
06
同步原理与技术
载波同步技术
载波同步的定义
在通信系统中，使本地产生的载波频率和相位与接收到的信号载波保持一致的过程。
载波同步的方法
包括直接法、插入导频法和同步法。直接法利用接收信号中的载波分量进行同步；插入导频法在发送端插入一个导频 信号，接收端利用导频信号进行同步；同步法则是通过特定的同步信号或同步头来实现同步。
归零码（RZ）
在码元间隔内电平回归到零，有利于时钟提取。
差分码（Differential Cod…
利用相邻码元电平的相对变化来表示信息，抗干扰能力强。
眼图与误码率分析
眼图概念
通过示波器观察到的数字基带信号的一种图形表示，可以 直观地反映信号的质量和传输性能。
眼图参数
包括眼睛张开度、眼睛高度、眼睛宽度和交叉点位置等， 用于评估信号的定时误差、幅度失真和噪声影响等。
第7章协同通信信号处理2014
• 协同分集：利用系统内多个用户天线组成分布式系统，处于不同位
置的用户向目的节点转发的信号经历相互独立的信道衰落，以获得
分集增益。从信息论角度看，协同分集把MIMO技术应用到多天线
受限的移动终端上，完成空间分集 • 协同中继：通过网络中不同用户节点中继接力传输，在扩展覆盖区 域、消除盲区或弱区、降低组网成本、提高系统容量、改善小区边 缘频谱效率以及灵活部署等方面具有显著优势
一种利用网络节点将接收信息编码后再转发的多点传输技术，其核心
思想是网络的中间节点不再是简单的存储转发，而是需要对接收信号
编码再转发，以提高整个网络的容量和鲁棒性
• 早期的网络编码主要用于有线网络，但无线信道的广播特性为网络编 码的应用提供了新的舞台。无线网络节点之间的信息交互也可以利用 网络编码实现，网络编码与协同通信结合能提高无线通信系统的性能
网络编码协同
• 网络编码协同方式按照中继节点采用的网络编码方式不同分为线性网络
编码和非线性网络编码两类；根据中继节点采用的通信方式不同分为固
第七章 协同通信信号处理
• MIMO系统：无需占用额外带宽，就宽带业务需求对无线通信系统提 出了更高的要求，在新一代移动通信系统(LTE、4G)中，均采用了 MIMO技术 • 能增加传输速率，并提高可靠性，但是
① MIMO系统的性能提升是以增加收发信机射频链路数为代价的
② 宽带通信系统必然工作在更高频段，这意味着电波传播的路径损耗变
• 在快衰落信道环境，编码协同会牺牲上行信道传输特性较好
的终端用户的性能
空时编码协同
• 空时编码协同 (STCC) ：将空时编码思想应用于编码协作，其特点 是每个用户能在自己和协同伙伴的多址信道上同时发送信号(在一
同步 原理
图7－1 平方变换法提取载波原理框图
第7章 同步原理
此方法广泛用于DSB信号的载波同步信号提取。设DSB 信号为SDSB=f(t)cosω0t,若 调制信号f(t)是不含直流的模拟基带 信号,则DSB信号里不含载波分量,利用平方律器件 将该信号 经过非线性变换后,得到
图7－6 插入导频法的接收端原理框图
第7章 同步原理
如果不考虑信道失真及噪声干扰,则接收端收到的信号 与发送端的完全相同。此信号 分为两路:一路通过带通滤波 器滤除带外噪声;另一路通过中心频率为ω0 的窄带滤波器, 获得导频Asinω0t,再 将 其 进 行 π/2 相 移,就 能 得 到 与 调 制 载 波 同 频 同 相 的 相 干 载 波 cosω0t。两路信号相乘后 再通过低通滤波器即可获得原始信号。
第7章 同步原理 2.平方环法 在实际中,由于存在信道噪声,进入接收机的信号并不是
单一的信号,因此利用平方 变换法提取出来的载波也不纯。 为了改善平方变换法的性能,可以将图7－1中的窄带滤波 器 用锁相环代替,构成平方环法,其基本原理框图如图7－2所示。
图7－2 平方环法提取载波原理框图
第7章 同步原理
第7章 同步原理
7.2.2 插入导频法 在某些载波系统中,已调信号中不含有载波分量或者含
有载波分量但很难分离出来, 如 DSB、VSB、SSB和2DPSK。 为了获取载波同步信息,也可以采用插入导频的方法。
DSB信号的插入导频频谱示意图如图7 4所示。为了便 于接收已调信号时提取导频 信息,应使插入的导频与已调信 号的频谱成分尽量分离。这时可以将导频的插入位置选取 在已调信号频谱为零的位置,而且插入的导频并不是加入调 制器的载波,而是将该载波移 π/2相的“正交载波”。
通信原理考试模拟题
第1章概论+信息论一、填空题（1）模拟信号是指信号的参量可取值的信号，数字信号是指信号的参量可取值的信号。
（连续，离散）（2）信源编码的目的是信息冗余度，提高传输的性；信道编码是目的是信息冗余度，提高传输。
（降低，有效；增加，可靠）（3）在四进制系统中每秒传输1000个四进制符号，则此系统的码元速率R B 为，信息速率R b为。
(1000Bd，2000b/s)（4）出现概率越的消息，其所含信息量越大。
（小）（5）已知八进制信号的传输速率为1600波特，若信息速率保持不变，变换成二进制数字信号的传输速率为波特。
（4800）（6）某离散信源输出二进制符号，在条件下，每个二进制符号携带1比特信息量；在条件下，每个二进制符号携带的信息量小于1比特。
（等概，不等概）（7）四元信源的四个符号出现的概率分别为1/2，1/4，1/8，1/8，信源熵为；理论上，四元信源的最大熵为。
（1.75bit/符号，2bit/符号）（8）当无信号时，加性噪声是否还存在？。
乘性噪声是否还存在？。
(存在，不存在)（9）调制信道分为和，短波电离层反射信道属于信道。
（恒参信道、随参信道，随参信道）（10）广义信道按照它包含的功能，可以划分为和。
（调制信道，编码信道）。
（11）恒参信道的线性失真包括和。
（幅频失真，相频失真）（12）随参信道传输媒质的特点是，，。
（传输衰耗随时间而变，传输时延随时间而变，多径传播）（13）信号在随参信道中传输时，产生频率弥散的主要原因是。
（多径衰落）（14）设某随参信道的最大多径时延差为4us，为了避免发生选择性衰落，在该信道上传输的数字信号的码元脉冲宽度为。
（大于4us）（15）在数字通信中，当信号带宽超过多径传播随参信道的相关带宽时，会产生衰落。
（频率选择性）（16）电离层反射通信1000km时，最大时延差为2ms，那么传输媒质的相关带宽为Hz。
（500）（17)连续信道香农公式可表示为，当信道带宽趋于无穷大时，信道容量趋于。
通信原理 同步
通信原理同步
通信原理是指信号的传递和处理过程中所涉及的基本原理和方法。
其中，同步是通信原理中的一个重要概念。
在通信中，同步是指发送端和接收端之间的时钟信号保持一致，以确保数据的准确传输。
同步可以分为硬件同步和软件同步两种方式。
硬件同步通常通过传输中的特殊信号来实现，例如串口通信中的RTS（Request to Send）和CTS（Clear to Send）信号线，
以及以太网通信中的同步帧等。
接收端根据发送端发送的同步信号来确定数据的传输时机，以保证数据的正确接收。
软件同步则是通过通信协议或者算法来实现的。
发送端和接收端通过预先约定的规则来保持同步，例如在通信协议中规定每个数据帧的起始和结束标志位，接收端根据这些标志位来判断数据的边界，并进行相应的处理。
同步在通信中起到了关键的作用。
它能够确保数据的准确传输，并保证发送端和接收端之间的数据一致性。
在实际的通信系统中，同步技术得到了广泛的应用，例如在电话通信、数据传输、计算机网络等领域都有同步的应用。
总之，同步是通信原理中不可或缺的一部分，它通过时钟信号、特殊信号或者通信协议来确保数据的准确传输和接收端的同步，为通信系统的正常运行提供保障。
通信原理(第7版)复习教材
通信原理复习资料第一章 绪论1、模拟通信系统模型模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统 2、数字通信系统模型数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统 3、数字通信的特点 优点：（1）抗干扰能力强，且噪声不积累 （2）传输差错可控（3）便于处理、变换、存储（4）便于将来自不同信源的信号综合到一起传输 （5）易于集成，使通信设备微型化，重量轻 （6）易于加密处理，且保密性好 缺点：（1）需要较大的传输带宽 （2）对同步要求高4、通信系统的分类（1）按通信业务分类：电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统 （2）按调制方式分类：基带传输系统和带通（调制）传输系统 （3）按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统 （4）按传输媒介分类：有线通信系统和无线通信系统 （5）按工作波段分类：长波通信、中波通信、短波通信（6）按信号复用方式分类：频分复用、时分复用、码分复用 ★★5、通信系统的主要性能指标：有效性和可靠性有效性：指传输一定信息量时所占用的信道资源（频带宽度和时间间隔），是“速度”问题； 可靠性：指接收信息的准确程度，也就是传输的“质量”问题。
模拟通信系统模型数字通信系统模型（1）模拟通信系统：有效性：可用有效传输频带来度量。
可靠性：可用接收端解调器输出信噪比来度量。
（2）数字通信系统：有效性：用传输速率和频带利用率来衡量。
可靠性：常用误码率和误信率表示。
码元传输速率R B ：定义为单位时间（每秒）传送码元的数目，单位为波特（Baud ）； 信息传输速率R b ：定义为单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位为比特/秒。
6、通信的目的：传递消息中所包含的信息。
7、通信方式可分为：单工、半双工和全双工通信★8、信息量是对信息发生的概率（不确定性）的度量。
一个二进制码元含1b 的信息量；一个M 进制码元含有log 2M 比特的信息量。
9、信息源的熵，即每个符号的平均信息量：)x (p log )x(p I i 2n1i i∑=-=结论：等概率发送时，信息源的熵有最大值。
各种同步的实现方法
通常把在接收端产生一个与发端的帧信号的起止时刻相同的脉冲序列叫帧同步。 帧同步 是在码元同步的基础上，通常是对位同步脉冲进行计数（分频）来获得的。在 PCM30/32 路 数字终端设备中通常把 16 帧又组成一个复帧。 4. 网同步(Net Synchronous) 一般有了载波同步、位同步和帧同步就可以保证点与点的数字通信系统的正常工作,但 对于通信容量更大的通信网络来说就不够了， 还必须有要有网同步， 使整个数字通信网内有 一个统一的时间节拍标准， 这就是网同步需要讨论的问题。 关于网同步本章限于篇幅就不在 介绍。 9.1.2 按同步的实现方式分类 通信系统中同步的实现方式是根据发送端是否直接传送同步信息来分类的， 通常分为外 同步法和自同步法。 1. 外同步法。所谓外同步法，是指在发送端一定要发送一个专门的同步信息，接收端 根据这个专门的同步信息来提取同步信号而实现其同步的一种方法，有时也称为插入同步 法，或插入导频法。 2. 自同步法。所谓自同步法，是指发送端不发送专门的同步信息，接收端则是设法从 收到的信号中提取同步信息的一种方法，通常也称为直接法。 通信系统只有在收、 两端之间建立了同步才能实现正确的信息传输， 因此同步信息传输 的可靠性应该高于信号传输的可靠性。另外，可以看出外同步法的有效性（效率）要低于自 同步法，因为同步信息占用了时间。 下面分别介绍载波同步、位同步和帧同步的基本工作原理和性能。
通过低通滤波器（LPF）的数学表达式为：
x， (t ) =
1 x (t ) cos （ [ ω 1 − ω 2 )t + （ θ 1－ θ 2） ] 2
（8 .1 .1）
显然可以得到，当 ω 1 出信号 x (t ) ；如果 ω 1
， = ω 2 , θ 1＝ θ 2 时， x (t ) = x(t ) 2 ，才可以不失真地恢复
通信原理第七章(同步原理)习题及其答案
第七章（同步原理）习题及其答案【题7－1】如下图所示的插入导频法发端方框图中，sin c c a t ω不经090相移，直接与已调信号相加输出，试证明接收端的解调输出中还有直流分量。
0()t c c【答案7－1】证明：接收端框图如下图所示0(u ()t由发送端框图（不经090相移），有[]0()()cos sin c c c u t a m t t t ωω=+在接收端解调后的输出[][][]20()()sin ()sin sin sin ()1sin 11()()1cos 2222c c c c c c c c c c c v t u t t a m t t t t a m t t a a a m t m t tωωωωωω==+=+=+-+经低通后，滤除高频分量cos2c t ω，输出为11()()22c cm t a a m t =+含有直流分量12c a ，证毕。
【题7－2】已知单边带信号的表达式为()()cos ()sin c c s t m t t m t t ωω=+，试证明不能用下图所示的平方变换法提取载波。
【答案7－2】证明：设平方律部件输出信号为()V t ，则222222222222()()()cos ()sin ()cos ()sin 2()()sin cos 11 ()(1cos 2)()(1cos 2)()()sin 22211 ()()()()22c c ccccc c c V t s t m t t m t t m t t m t t m t mt t t m t t m t t m t m t t m t m t m t m t ωωωωωωωωω⎡⎤==+⎣⎦=++=++-+⎡⎤⎡⎤=++-⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦ cos 2()()sin 2c c t m t m t t ωω+ 因为 22()()m t m t -及 ()()m t m t 中不含有直流分量，所以()V t 中不含有2c f 分量，即不能采用平方变换法提取载波。
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同步性能的好坏直接影响着通信系统的性能。
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，如同步误差小、相位抖动小以及同步 建立时间短，保持时间长等。
不同功用的同步 按照同步的功用来区分， 有载波同步、 位同步(码元同 步)、 群同步(帧同步)和网同步(通信网络中使用)等四种。 1. 载波同步（载波跟踪、载波提取）：相干解调中，在接 收端恢复出与发送端的载波在频率上同频的相干载波的过程。 载波同步是实现相干解调的先决条件。 2. 位同步(码元同步):位同步脉冲与接收码元的重复频率 和相位的一致。 接收端 “码元定时脉冲序列”的重复频率和相位(位置)要 与接收码元一致，以保证：① 接收端的定时脉冲重复频率和发 送端的码元速率相同;② 取样判决时刻对准最佳取样判决位置。 这个码元定时脉冲序列称为“码元同步脉冲”或“位同步脉 冲”。
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），
接收端就用窄带滤波器将它取出来，经过适当处理，
得到相干载波。
2、插入导频的要求
插入导频的位置应该在信号频谱为零的位置。
对于模拟调制的信号，在载波fc附近信号频谱为0， 可以直接插入导频。
但对2PSK和2DPSK等数字调制信号，在fc附近频谱很 大，故在调制前需先对基带信号进行相关编码。
7.3.1 插入导频法
问题：
导频插入的方法?
1、插在基带信号频谱的零点处（频域插入） 2、利用包络调制的方法插入（频域插入） 3、利用独立信道传送位定时信号（时域插入）
1、导频插在基带信号频谱零点处
（1）插入位置示意
P(f ) (a) P(f ) (b)
1 Tb
2 Tb
3 Tb
f
1 2Tb
1 Tb
1 1 此时： v(5) x(t ) cos x(t ) 2 2
为解调信号
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
2. 自同步法
发送端不发送专门的同步信息，接收端设法从收到的信号 中提取同步信息的方法，称为自同步法。
分析： (1)由于外同步法需要传输独立的同步信号，因此，要付出额 外功率和频带，在实际应用中， 二者都有采用。在载波同步 中，采用两种同步方法，而自同步法用的较多；在位同步中， 大多采用自同步法，外同步法也有采用；在群同步中，一般都 采用外同步法。 (2)无论采用哪种同步方式， 对正常的信息传输来说，都是必 要的，只有收发之间建立了同步才能开始传输信息。同步误差 小、相位抖动小以及同步建立时间短、保持时间长等为其主要 指标， 它是系统正常工作的前提，否则就会使数字通信设备 的抗干扰性能下降，误码增加。如果同步丢失(或失步)，将会 使整个系统无法工作。
7.2.2
1、平方变换法
非线性变换——滤波法
x(t)cosωct n i (t)
带通
× fc 平方律 部件 e(t) 二分频 2fc
低通
x(t)
2fc 窄带滤波
载波提 取电路
直接法——平方变换法
频带信号
平方后
x(t)cos ct
e(t ) x(t ) cos ct
2
1 2 1 2 x (t ) x (t ) cos 2c t 2 2
统）。
插入导频法的优缺点：
(1)有些不能用直接法提取同步载波的调制系
统只能用插入导频法； (2)有单独的导频信号，一方面可以提取同步 载波，另一方面可以利用它作为自动增益控制； (3)插入导频法要多消耗一部分不带信息的功 率。因此，与直接法比较，在总功率相同条件下 实际信噪功率比要小一些。
7.3
7.2.3、 同相正交法（科斯塔斯(Costas)环）
它不需要预先做平方处理，并且可以直接得到解 调信号。
v3 v1 x(t)cosωct 90° 相移 v2 v4 低通 v6 低通 v5 x′ (t)
v1
压控振荡器
环路滤波器
v7
v3
低通
v5
x′ (t)
数学分析：
v1 x(t)cosωct v1 压控振荡器 环路滤波器 v7
二分频
注： 由于分频起点的不确定性得到的可能是coswct也
可能是cos(wct+π)，称为相位模糊。相位模糊对模拟系 统影响不大，但对于2PSK信号可能出现“反相工作”问 题，因此要采用2DPSK系统。
直接法——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---锁相环将压控振荡器输出的频率和 相位 “锁定”到输入参考源的频率和相位上。 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具有更好 的性能。因此，平方环法提取载波得到了较广泛 的应用。
v3 v1 x(t)cosωct 90° 相移
低通
v5
x′ (t)
v1
压控振荡器
环路滤波器
v7
那么输入信号与v1,v2相乘后得
v2 v4 低通 v6
1 v3 x (t ) cos c t cos( c t ) 2 x (t )[cos cos(2 c t )] v x (t ) cos t sin( t ) 1 x (t )[sin sin(2 t )] c c c 4 2
经过低通滤波器后分别得
1 v5 2 x(t ) cos v 1 x(t ) sin 6 2
v3 v1 x(t)cosωct 90° 相移
低通
v5
x′ (t)
v1
压控振荡器
环路滤波器
v7
v5, v6经过乘法器后得
v2 v4 低通 v6
1 2 1 2 v7 v5 v6 x (t ) sin cos x (t ) sin 2 4 8 k sin 2
7.2
载波同步
载波同步的目的：
获得同频同相的相干载波。
载波同步的方法:
直接法（自同步法）
插入导频法（外同步法）
直接法
直接法举例
平方变换法 平方环法 同相正交环法
7.2.1 插入导频法
1、何时用插入导频法
对于已调信号本身不含载波或接收端很难从已调信
号的频谱中分离出载波这种情况，
插入导频法
发端：s(t) am(t)sin c t ( acos c t)
收端：v(t)=s(t)a sin c t [am(t)sin c t a cos c t]a sin c t a 2 m(t)sin 2 c t a 2 cos c t sin c t 1 2 1 2 1 2 a m(t) a m(t)cos 2 c t a sin 2 c t 2 2 2 低通 1 a 2 m(t) 2
通信网也有模拟网和数字网之分。在一个数字通信网中，
往往需要把各个方向传来的信码，按它们的不同目的进行分路、 合路和交换， 为了有效地完成这些功能，必须实现网同步。
不同传输方式的同步
同步也是一种信息，按照传输同步信息方式的不同，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，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， 称为外同步法。
f
在频谱分量为0处插入。 导频附近频谱分量很小，易于滤出导频。
（2）接收端如何提取导频信号（对应图b）
图 位同步插入导频法框图
位定时脉冲:导频信号经过移相和放大限幅、微分全 波整流、整形等电路。 微分全波整流电路起到倍频器的作用，因此虽然导 频是 fb /2，但定时脉冲的重复频率与码元速率相同 为fb 。 为减小导频对信号的影响，应从接收的总信号中减 去导频信号。
由窄带滤波器取出的导频（fb/2）经过移相和倒相后， 再经过相加器把基带数字信号中的导频成分抵消。
2、用调制的方法插入—双重调制导频插入法
适用于FSK、PSK中。都是包络不变的等幅波， 因此，可将位导频信号调制在它们的包络上。 接收端用包络检波得到位同步信号
插入导频法
调相信号：s1 (t) cos[c t (t)] 1 2 导频信号：m(t) (1 cos t) 2 TB TB : 码元周期
当环路正常锁定后，Costas环可直接获得解调输 出，而平方环则没有这种功能。
两种载波同步方法的比较
直接法的优缺点： (1) 不占用导频功率．因此信噪功率比大一些； (2) 可以防止插入导频法中导频和信号间由于 滤波不好而引起的互相干扰，也可以防止信道不
理想引起导频相位的误差；
(3) 有的调制系统不能用直接法（如SSB系
位同步的概念：
位同步
位同步是指在接收端的基带信号中提取码 元定时的过程。
基带 信号 定时 序列
A 0
0 1 0 1 1 0
-A
对位同步信号的要求： (1) 位同步频率和发送端的码元速率相同。 (2)位同步的相位为最佳抽样判决时刻。
位同步的实现方法：
插入导频法（外同步法）
直接法（自同步法）
滤波法 包络陷落法 数字锁相法
3. 群同步(帧同步):在数字时分多路通信系统中，各路信码 都安排在指定的时隙内传送，形成一定的帧结构。在接收端为了 正确地分离各路信号，首先要识别出每帧的起始时刻，从而找出 各路时隙的位置。也就是说， 接收端必须产生与字、句和帧起
止时间相一致的定时信号。我们称获得这些定时序列的过程为帧