通信原理 第十一章同步原理
通信原理-位同步
《通信原理》§11.3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。
位同步是正确取样判决的基础，只有数字通信才需要，所提取的位同步信息是频率等于码速率的定时脉冲，相位则根据判决时信号波形决定，可能在码元中间，也可能在码元终止时刻或其他时刻。
实现方法也有插入导频法（外同步）和直接法（自同步）。
一、插入导频法在基带信号频谱的零点处插入所需的位定时导频信号。
其中，图(a)为常见的双极性不归零基带信号的功率谱，插入导频的位置是 1/T；图(b)表示经某种相关变换的基带信号，其谱的第一个零点为1/2T，插入导频应在1/2T处。
图11-14 插入导频法频谱图在接收端，对图11-14（a）的情况，经中心频率为1/T 的窄带滤波器，就可从解调后的基带信号中提取出位同步所需的信号；对图 11-14（b）的情况, 窄带滤波器的中心频率应为1/2T，所提取的导频需经倍频后，才得所需的位同步脉冲。
图11-15 画出了插入位定时导频的系统框图，它对应于图11-14（b）所示谱的情况。
发端插入的导频为1/2T，接收端在解调后设置了1/2T窄带滤波器，其作用是取出位定时导频。
移相、倒相和相加电路是为了从信号中消去插入导频，使进入取样判决器的基带信号没有插入导频。
这样做是为了避免插入导频对取样 判决的影响。
(a)发送端 (b)接收端图 11-15 插入位定时导频系统框图 此外，由于窄带滤波器取出的导频为 1/2T ，图中微分全波整流起到了倍频的作用，产生与码元速率相同的位定时信号 1/T 。
图中两个移相器都是用来消除窄 带滤波器等引起的相移。
另一种导频插入的方法是包络调制法。
这种方法是用位同步信号的某种波形对 移相键控或移频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。
设移相键控的表达式为（11.3-1）利用含有位同步信号的某种波形对 s 1 (t ) 进行幅度调制，若这种波形为升余弦波形，则其表示式为（11.3-2）式中的 2/ T ，T 为码元宽度。
第11章_同步原理[1] (2)
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问题：窄带滤波器不易实现。 改进：用PLL（锁相环）代替。
二分频 载波
输出
输入已 平方律 调信号 部 件
锁相环
PD
载波输出
LP
VCO 二分频
好处：窄带、跟踪、记忆、维持。
载波跟踪环
讨论：平方环适于DSB，2PSK、2DPSK [ m2 (t) k ]； 问题：二分频电路提取出的载波存在π相位模糊问题。
f 2 (t) 1 22
f 2 (t) cos 20t
注：虽f(t)中无直流分量，但f 2(t)=1却有直流分量，故e(t)中第
二项包含有2ω0频率分量，经窄带滤波器可获成分： 2ω0
二分频，得: cos0t
2020/9/24
通信原理
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第11章 同步原理
输入已 调信号
平方律
2fc 窄带
部 件 e(t) 滤波器
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通信原理
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第11章 同步原理
用PLL提取本地载波的原理框图:
s(t) 带通滤波器
鉴相器
环路滤波器
参考载波 压控振荡器
sc(t)
好处：窄带、跟踪、记忆、维持。
图11-8
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通信原理
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第11章 同步原理
二、 直接法（自同步法） －－无辅助导频时的载波提取。
思路：DSB信号虽不含载波分量，但对该信号进行某种非线性变 换（如：平方）后－－派生新的频率分量，就可从中提取同步 信息。
2020/9/24
通信原理
2
第11章 同步原理
13.1 引言
同步：解决信号传输的时间基准问题，以保证收发两端的设备 在时间上步调一致的工作。 分类：
通信原理第11章同步原理
s (t )
平方器
e (t )
窄带 BPF
2 fc
二分频
fc
若m ( t ) = ±1
1 1 e (t = ) + cos 2ωct 2 2
11.2 载波同步
西安电子科技大学 通信工程学院
平方环法
s (t )
平方器
e (t )
鉴相器
ud
环路 滤波器
uc
压控 振荡器
uo ( t )
二分频
uo ( t )
= uo ( t ) m ( t ) cos ωc t + sin ωc t
插入导频法收端 uo ( t ) uo ( t )
BPF 窄带 BPF
×
v (t )
LPF
mo ( t )
v ( t ) = uo ( t ) cos ωc t
1 mo ( t ) = m ( t ) 2
sin ωct
90
波形变换常用电路：微分+整流
11.3 位同步
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包络检波滤波法 适用：带限的2PSK
O
(a)
t
O
(b)
t
O
(c)
t
11.3 位同步
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（2）锁相法
位同步输出
a
整形 接收码元 相位 比较器
超 前 脉 冲 滞 后 脉 冲
晶振
d
n分频器
c
或 门
扣除门 (常开)
一、群同步的实现方法
1.起止式同步法
止 起
1 2 3 4 5 止
1
5 字
1.5
缺点： 不便于同步传输 传输效率低
通信原理同步原理ppt课件
精品课件
10
v3m (t)cocstcoc st ()2 1m (t)co sco2 sct()
v4m (t)cocstsi nct ()2 1m (t)sin si2 n ct()
v5
1m(t)cos
2
v6
1m(t)si 2
n
∴ v7v5v68 1m2(t)si2 n
θ 为 VCO 输出与输入间的载波相位差
不同的同步系 统其值不同
定义：稳态下本地载波与发端载波之间的相位差.
1、窄带滤波器即等效单调谐电路，Q 值一定时
当回路中心频率ω0 与载波频率ωc 不等， 输出的本地载波有稳态相差
2Q 0
0c
Q
2、锁相环 ∵
kv
振c
∴ kv
kv :环路增益
精品课件
12
11.3.2 随机相差 n
随机相差定义：由于噪声而引起同步信号的相位误差
则 U DS (tB )m (t)uc(t)acm (t)si n c(t)
UDSB(t) 中插入正交导频信号，使 UDSB(t) 成为 u0 (t )
∴ u 0 (t) a c (t)sic (n t) a cco c (t)s
精品课件
5
接收端将收到的 u0 (t ) 通过一个中心频率为 f c 的窄带滤波器， 并移相 -90º生成本地相干载波，完成相干解调。
m0(t)1 2acm(t)1 2ac
输出中增加了直味流着项还意原信号加频强分了量零
精品课件
7
例：在 VSB 信号中插入导频
∵ 在 f c 处有信号分量，不能在 f c 插入导频
∴ 插入 f1, f2
带外导频信号
∴ f1 (fc fm)f1 f2 fc f f2
同步原理PPT课件(通信原理)
m = 0 只有1个（ ）码组
m = 1 有 码组
类推，可被判为同步码组的组合数为
假同步概率
28
平均建立时间ts
设漏同步和假同步都不发生，在最不利 的情况下，实现群同步最多需要一群的 时间。
设每群的码元数为N，每码元时间为T， 则一群的时间为NT，出现一次漏同步或 假同步大致要多花费NT的时间才能建立 起群同步，故，平均建立时间为 ts = NT（1 + P1 + P2）
m12
≈ 3 m-1
≈ 扣 相位推后1/m周期（除360°/m）
≈ m1 2 4m1
≈ 附 相位提前1/m周期加
b路
c位同步 m
d 超前
e分频器输出 2
f 滞后
g分频器输出
位同步脉冲的相位调整
19
11.4 群同步（帧同步） 给出帧的开头和结尾的标记
起止式同步法
被传输的单位是字符，每个字符可由5~8 位码元组成，每个字符前面加一位起始 位，用“0”代表，在字符后加1.5位停止 位，用“1”代表，不发信号时，一直发 送停止位。
j=1
j = 2，3，…7 R(j)分别为-1, 0, -1, 0, -1, 0
当j为负值时的自相关函数值, 与正值对 称,自相关函数在j = 0 时出现尖锐单峰。
22
R（j） 7
-7 -5 -3 -1 1 3 5 -1
7j
23
“1”存入移存 器
1端→ +1 0端→-1
判决
“0”存入移存 器
1端→ -1 0端→+1
同相正交环法(Costas环)
输入
V3
×
LPF
输出 V1 VCO
90°相移
通信原理教学课件同步原理
04
同步原理的应用
在数字通信中的应用
数字通信中，同步原理是实现信号正确传输的关键。数字信 号在传输过程中，需要通过位同步、帧同步等方式确保接收 端正确解调信号，避免误码和数据丢失。
数字通信中的同步原理包括载波同步、位同步、帧同步等， 这些同步方式能够确保数字信号在传输过程中保持稳定，提 高通信质量。
在卫星通信中的应用
卫星通信中，由于信号传输距离远、传输环境复杂，同步 原理显得尤为重要。卫星通信系统需要建立稳定的载波同 步和位同步，以保证信号在长距离传输中不发生偏移和失 真。
卫星通信中的同步技术还包括定时同步和频率同步，这些 同步方式能够确保信号在卫星转发器中正确处理，提高信 号的抗干扰能力和传输可靠性。
05
同步原理的发展趋势和未来展望
同步技术的发展趋势
5G/6G通信技术
随着5G/6G通信技术的不断发展，同步原理将更加依赖于新型的 信号处理和传输技术，以实现更高效、更可靠的数据传输。
云计算和大数据技术
云计算和大数据技术的广泛应用，将为同步原理提供更强大的数据 处理和分析能力，进一步提高同步的准确性和实时性。
在移动通信中的应用
移动通信中，由于用户终端位置不断变化，信号传输环境复杂多变，因此需要建 立更加稳定的同步系统。移动通信中的同步技术包括时间同步和频率同步，能够 确保信号在复杂的无线环境中稳定传输。
移动通信中的同步原理还涉及到多径效应和信号衰落等问题，需要通过先进的信 号处理技术来克服这些挑战，提高移动通信的可靠性和稳定性。
位同步
01
02
03
04
位同步也称为码元同步，是数 字通信系统中的重要组成部分
。
位同步的目的是使接收端的时 钟频率与发送端的时钟频率保 持一致，以便正确解调出信号
通信原理教学课件同步原理
2 实验实践
通过实验操作，让学生亲自体验同步原理在真实通信系统中的作用和实现方法。
3 小组讨论
组织学生进行小组讨论，分享和交流同步原理相关的问题和思考。
同步原理的未来发展趋势
高速通信
随着通信技术的不断发展， 同步原理在实现高速通信和 大容量数据传输方面将继续 发挥重要作用。
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
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。
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。
同步原理的重要性
同步原理对于实现高效、可靠的通信系统至关重要。它确保了信系统中，同步原理都是必不可少的。
同步原理的基本概念
时钟信号
用于同步发送端和接收端的时钟信号，确保数据按照正确的时序传输和接收。
帧同步
通过特定的帧头标识符或模式，确保数据按照帧的边界进行划分和传输。
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。
通信原理课件同步原理ppt文档
在抑制载波的双边带信号中插入导频
➢ 所谓插入导频，就是在已调信号频谱中额外 插入一个低功率的线谱，以便接收端作为载 波同步信号加以恢复，此线谱对应的正弦波 称为导频信号。
O
fc- fm
fc fc+fm f
导频
抑制载波双边带信号的导频插入
插入导频法
• 在fc附近的频谱函数很小，且没有离散谱， 这样可以在fc处插入频率为fc的导频（这 里仅画出正频域）。但应注意，在图 中插 入的导频并不是加于调制器的那个载波， 而是将该载波移相90°后的所谓“正交载 波”。
➢接收端用一个中心频率为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，
• 解调器输出
v(t)uo(t) ac sinct
[acm(t)sinct ac cosct](ac sinct)
ac2m(t)sin2ct ac2sinctcosct
➢ 位同步：又称码元同步。把提取这种定时脉冲序 列的过程称为位同步。
➢ 群同步：包含字同步、句同步、分路同步等，有 时也称帧同步。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。
➢ 网同步：为了保证通信网内各用户之间可靠地通 信和数据交换，全网必须有一个统一的时间标准 时钟，这就是网同步的问题。
s(t)
带通滤波
平方
环路滤波
图13-2 平方环原理方框图
压控振荡 锁相环
2分频
载频 窄带滤波 输出
➢接收端将信号S(t)经过非线性变换—平 方律器件后得到
e( t m 2 )(t c)o 2 c s tm 2 2 (tm )2 2 (t c)o c s t2
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。
总之，同步通信原理通过发送方和接收方的协调和配合，实现了数据的准确和完整传输。
在实际应用中，我们需要根据具体的通信需求和网络环境选择合适的通信原理。
通信原理 第11章_同步原理[1]
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cos ct
v1同相载波
1 2
m t cos
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱcos 2ct
v4
m t cosct
sin ct
1 2
m t sin
sin 2ct
v2正交载波
经低通后：
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通信原理
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第11章 同步原理
经低通后的输出分别为 ：
v5
v
6
1
2 1
2
mtcos mtsin
乘法器的输出为：
f 2 (t) 1 22
f 2 (t) cos 20t
注：虽f(t)中无直流分量，但f 2(t)=1却有直流分量，故e(t)中第
二项包含有2ω0频率分量，经窄带滤波器可获成分： 2ω0
二分频，得: cos0t
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通信原理
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第11章 同步原理
输入已 调信号
平方律
2fc 窄带
部 件 e(t) 滤波器
本章要求：掌握载波、位、群同步的工作原理和获取方法。 性能及影响作一般了解。
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通信原理
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第11章 同步原理
11.3 载波同步
获取方法： 1. 插入导频法(外同步法)：在发送信号中专门插入一个载波
分量，或者与载波的频率及相位有关的一个信号。 2. 直接法(自同步法) ：从接收到的已调信号中直接提取。 ●已调波中含有载波分量，直接提取； ●已调波中不包含载波分量，通过非线性变换的方法提取
参考载波。
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第11章 同步原理
11.3.1 载波同步的方法 一 、 插入导频法
适用：不包含载频分量的信号：DSB、SSB、2DPSK、2DPSK。 原理：
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，它可以确保数据传输的稳定和可靠。
在实际应用中，我们需要根据不同的通信系统和需求来选择合适的同步方式，以确保通信系统的正常运行和数据传输的准确性。
希望本文对同步技术有所帮助，谢谢阅读！。
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。
第11章 同步原理终 有时,位定时误差也用相位来表示,称为相位误差,即
当位定时有偏差时,会使信号的取样值下降,而取样值的 下降最终导致数字通信系统误码率的上升。
第11章 同步原理终 以 2PSK 信号为例,当位定时无偏差时,最佳接收机的误码率 为
而当位定时偏差为 t e 时,经推导误码率为
第11章 同步原理终
第11章 同步原理终
图 11.3. 2 位同步信号相位调整过程示意图(图中设 n =4
第11章 同步原理终
如果鉴相器的比较结果是 n 次分频器输出信号(即位同 步信号)相位超前于接收码元相位,如图 11.3. 3 ( a )所示,鉴相 器就向控制电路输出误差信号,使控制电路从其接收到的脉 冲序列中扣除一个脉冲,这样分频器输出的脉冲序列就比原 来正常情况下的脉冲序列滞后一个 T s / n 时间,如图 11.3. 2 ( c )所示。到下一次鉴相器进行比相时,若分频器输出脉冲序 列的相位仍超前,鉴相器再输出一个代表超前的误差信号给 控制电路,使控制电路再扣除一个脉冲,直到分频器输出脉冲 序列的相位不超前为止。如果鉴相器的比较结果是 n 次分频 器的输出脉冲序列相位滞后于接收码元相位,如图 11.3. 3 ( b ) 所示。
第11章 同步原理终
需要说明,在图 11.3. 1 所示的数字锁相环中,相位比较器 是一个关键部件。没有相位比较器的比较结果,控制电路既 不会扣除脉冲也不会附加脉冲,也就意味着无法调整位同步 脉冲的相位。而相位比较器是根据接收基带信号的过零点和 位同步脉冲的位置来确定误差信号的。当发送长连“0 ”或 长连“ 1 ”信号时,接收基带信号在很长时间内无过零点,相位 比较器无法进行比较,致使位定时脉冲在长时间内得不到调 整而发生漂移甚至失步。此即采用 HDB3 来代替 AMI 码的 原因。
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。
通信原理课件同步原理PPT课件
频率W0与载波频率Wc不相等时，会使提取的载波同步信号产生一个稳 态相差
第24页/共56页
2Q w
w0
w w0 wc
希望 小，则Q小；但当Q小时，滤波器的带宽B（
增加，不能保证窄带，相矛盾。此种方法不理想。
） B f0 Q
时还具有了解调功能
第19页/共56页
Costas环与平方环都是利用锁相环（PLL）提取载波的常用方法。 ❖ Costas环与平方环相比，在电路上要复杂一些，但它的工作频率为载 波频率，而平方环的工作频率是载波频率的两倍。 ❖ 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。
上式含有2W0成分，如果采用一窄带滤波器滤出2W0的分量， 然后再经二分频，便可得所需的载波
cos(w0t)
第14页/共56页
根据上述分析得到平方变换法提取载波的方框图如下：
输入已调 信号
u(t)
（2）平方环法
平方律 e(t) 部件
2滤fc窄波带器
平方变换法提取载波
二分 频 载波输出
在实际中，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，常采用平方环法。
一般基带信号的第一零点在f=1/T处。如果信号经过某种 相关编码，其频谱的第一零点在f=1/2T处
在接收端，由窄带滤波器就可以从基带信号中提取位同步信号。
第34页/共56页
位同步插入导频法框图（对应于b)
第35页/共56页
➢由窄带滤波器取出导频的另一路经过移相和放大限幅、微分全波整流、整形 等电路，产生位定时脉冲，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变为与码元速率fb相同。 ➢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。 ➢图中两个移相器都是用来消除由窄带滤波器等引起的相移，这两个移相器可 以合用。
通信原理第十一章 同步原理
滤波法原理图
r (t)
波形 变换
ui(t)
窄带带通 滤波器
u0(t)
脉冲 形成
移 相
cp(t)
接收码元相位的获得方法
基带信号 a 接收
码元
微分
b
整流
c
单稳脉 冲形成
e
a t b t c e t
t
运用微分电路，从基 带信号(a)的过零点处 提取接收码元相位 （b）（代表码元起 始相位），再对微分 信号进行整流（c)， 最后脉冲形成。
基带信号 a 接收
码元
微分
b
整流
c
单稳脉 冲形成
e
a t b t c e t
t
运用微分电路，从基 带信号(a)的过零点处 提取接收码元相位 （b）（代表码元起 始相位），再对微分 信号进行整流（c)， 最后脉冲形成。
微分整流型数字锁相环
采用微分、整流步骤获得接收码元相 位后，画出图11－16中的相位比较器，就 得到微分整流型数字锁相环系统图，如图 11－18所示。
几种同步概念 帧同步：若干码元组成“字”，若干字 组成“句”，接收这些数字流，接收端需产 生与字、句起始时刻一致的定时脉冲序 列，即所谓帧同步或群同步。 网同步：为保证通信网内各用户之间 可靠的进行数据交换，使得在整个通信网 内有一个统一的时间节拍标准，在整个通 信网内建立起网内的一种同步。 以下逐一进行学习
a
接收 码元
微分
整流
单稳4
e
超前 脉冲
晶振 整形
b路 a路
A
单 稳 3
单稳1
f
位同步脉冲 脉冲 形成 b
B
滞后 单 脉冲 稳 g
11.2 载波同步
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10.3
位同步
10.3.1 位同步的作用与分类 1、基本要求 码元速率相同，码元相位对准。 2、作用 判决器的抽样脉冲；解码脉冲；PCM系 统；帧同步的基准；信表信号。 3、分类 自同步和插入导频法。
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输入已调 信号
平方律部件
e(t)
2fc 窄带滤波器
二分频
载波输出
2. 平方环法
锁相环 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
二分频电路提取出的载波存在π相位模 糊问题。
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3. 科斯塔斯环
v3
mt cos c t 输入已调 信号
fb 2
fb 2
相加 相移 相移 (b) 倒相 放大 限幅
波形反 变换
抽样 判决 fb
载波同 步提取
fc
微分全 波整流
整形
2、波形变化法 插入导频法的另一种形式是使数字信号的 包络按位同步信号的某种波形变化。
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10.3.3 直接法 当系统的位同步采用自同步方法时，发 端不专门发送导频信号，而直接从数字信号 中提取位同步信号。
F 2 F 1 F0 2F0 2F0 K tc
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4、同步带宽Δf 如果输入信号码元的重复频率和收端固 有位定时脉冲的重复频率不相等时，每经过 T0时间该频差会引起 T1 T2 的时间漂移。
锁相环每次所能调整的时间为Tb/n则：
T0 1 T1 T2 2n 2nF0 f 1 T1 T2 2 F0 2nF0
对于信息而言，由于其具有的随机特性， 使得我们考察一种最不利的情况：
相加器输出 6 4 2 a 2 4
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6
8
10
12
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3、间歇式插入法 将群同步码字分散地插入道信息之中， 即每隔一定数量的信息码元，插入一个群同 步码字。这种群同步码字的插入方式被称为 间歇式插入法。 24路PCM系统中，群同步则 采用间歇式插入法。 收端要确定群同步码位置的方法： （1）逐码移位法； （2）RAM帧码检测法。
10.4
帧同步
帧同步的任务就是在位同步信息的基础 上，识别出数字信息群的起止时刻，或者说给 出每个群的 “开头”和“末尾”时刻。 10.4.1 帧同步的方法 为了实现群同步，可在数字信息流中插 入一些特殊码字作为每个群的头尾标记。
实现方法：连贯式插入法和间隔式插入
法。
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1 mt mt cos1 2 t 1 2 2
10.1.2 按同步的实现方法分类
外同步法：在适当的位置，专门发送同 步信息。 自同步法：同步信息可以从信号中直接 提取出来。 在通信系统中，通常都是要求同步信息传 输的可靠性高于信号传输的可靠性。
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第一帧
第二帧
第三帧
插入的一个群同步码元 共 24 8 192 位 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
1 2 3 4 5 6 7 8
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c 收码 e 异 或 门 d 分路定时脉冲 本 地 群 码
1
0 (6)
1
0 (5)
1
0 (4)
1
0 (3)
1
0 (2)
1
0 (1)
1
输入 码元
移动方向
巴克码 (a) t 1 1 1 0 0 1 0 信息码 一群 (b) t t1 1 1 1 巴克码 0 0 1 0
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判决器输出的两个脉冲之间的数据，称 为一群数据或称为一帧数据。
2Q
Kv
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0
（2）随机相位误差 从物理概念上讲，正弦波加上随机噪声 以后，相位变化是随机的，它与噪声的性质 和信噪功率比有关。 n0 f 0 2 n 1 2r 2 2A Q 2、载波同步的效率 3、同步建立时间和保持时间 建立时间 保持时间
F0 f 2n
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5、相位误差对性能的影响 相位误差的大小将直接影响到抽样点的 位置，误差越大，越偏离最佳抽样时刻。 这时的误码率可以表示为
E 1 2 Te Tb 1 E 1 Pe erfc erfc 4 n0 4 n0
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1、起止同步法
7.5个码元 止 起 止
5个码元 （信息）
2、连贯式插入法 连贯式插入法就是在每群的开头集中插 入群同步码字的同步方法。该方法的关键是 需要找到一个特殊的帧同步码组。巴克码
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巴克码
它的特殊规律是：若一个n位的巴克码 {x1, x2, x3,…, xn}，每个码元xi 只可能取值+1 或-1，则它必然满足条件
R j
x x
i 1
n j
i i j
巴克码识别器
n 0 ,1,1
当 j 0 当 0 j n
R(j) 6 4 2 -6 -4 -2 2 4 6
识别器用10级移位寄存 器、相加器和判决器就可以 组成，具体结构如图所示。
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判决
相
加
0 (7)
10.3.1 插入导频法 1、插入位定时导频法 位置
P(f ) (a) P(f ) (b)
1 Tb
2 Tb
3 Tb
f
1 2Tb
1 Tb
f
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框图
mt
相关编码器
mt
相加
f b 2位同步导频
调制
cos c t
(a) 输入 信号 带通 相乘 低通 窄带 滤波
ts 2Q
0
ln1 1 k
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tc
2Q
0
ln1 k
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10.2.4 频率误差和相位误差对解调性能影 响
1、既有频差又有相位差 解调后得到的信号是： 2、只有相位差
1 mt mt cost 2
对于2PSK信号而言，会使误码率增大。
低通
v5
载波输出
v1
压控振 荡器 环路滤 波器
2 相移
v7
v2 v4
低通
v6
1 v 3 mt cos c t cos c t 2 mt cos cos2 c t 1 v 4 mt cos c t sin c t mt sin sin2 c t 2
4
4.多相移相信号中提取同步信息
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。
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10.2.2 插入导频法
1、双边带信号中插入导频
插个载波移相90°后的所谓“正交载 波” 。
（1）可以利用它作为自动增益控制；
（2）多消耗一部分不带信息的功率。
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10.2.3 载波同步系统的性能指标 载波同步系统的主要性能包括：效率、 精度、同步建立时间和同步保持时间。 1、载波同步精度
精度是指提取的同步载波与载波标准比 较，它们之间的相位误差大小。 （1）稳态相位误差
1、滤波法
全占空码 波形变换 单极性归零码 fb窄带滤波器 移相 脉冲形成 位同步
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2、采用锁相法提取位同步
位同步脉冲输出 输入相 位基准 控制电路 （扣除门 和添加门 脉冲）
相位比 较 器
n次分频
晶振及 整 形
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3、直接从频带信号中提取同步信号 另一种常用的波形变换方法是对带限信 号进行包络检波。 10.3.4 位同步系统的性能指标 位同步系统的性能指标除了效率以外， 主要有以下几方面 1、相位误差 由上图可见一个码元周期内由晶振来的 脉冲数为n个，因此，最大调整相位为：
N
延迟一位 a 位同步码
f
禁 门
b
逐码移位法的基本原理：由位同步脉冲 经过n次分频以后的本地群码与接收到码元中 间歇式插入的群同步码进行远码移位比较， 使本地群码与发送来的群同步码同步。
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1 a b
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
c
1
2
3
1
2
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经低通后的输出分别为 ： 乘法器的输出为：
1 v 5 2 mt cos 1 v 6 mt sin 2
1 2 上式可以近似地表示为： v7 m t
1 2 1 2 v7 v5 v6 m t sin cos m t sin 2 4 8
e 360 n
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2、同步建立时间ts
定义：失去同步后重建同步最所需的长 时间。 Tb 2 n