通信原理第七章同步
合集下载
通信原理精品课-第七章m序列(伪随机序列)
04
m序列在扩频通信中的应用
扩频通信的基本原理和特点
扩频通信的基本原理
扩频通信是一种利用信息信号对一个很宽频带的载波进行调制，以扩展信号频谱 的技术。通过扩频，信号的频谱被扩展，从而提高了信号的抗干扰能力和隐蔽性 。
扩频通信的特点
扩频通信具有抗干扰能力强、抗多径干扰能力强、抗截获能力强、可实现码分多 址等优点。同时，扩频通信也存在一些缺点，如信号的隐蔽性和保密性可能受到 影响，信号的带宽较宽，对信道的要求较高。
在无线通信中，由于信号传播路径的不同，接收端可能接收到多个不同路径的信号，形成多径干 扰。
抗多径干扰
m序列具有良好的自相关和互相关特性，可以用于抗多径干扰。通过在发射端加入m序列，可以 在接收端利用相关器检测出原始信号，抑制多径干扰的影响。
扩频通信
m序列可以用于扩频通信中，将信息信号扩展到更宽的频带中，提高信号的抗干扰能力和隐蔽性 。
离散性
m序列是一种周期性信号，其 功率谱具有离散性，即只在某 些特定的频率分量上有能量分 布。
带宽有限
m序列的功率谱具有有限的带 宽，其带宽与序列的长度和多 项式的系数有关。
旁瓣抑制
m序列的功率谱具有较好的旁 瓣抑制特性，即除了主瓣外的 其他频率分量的能量较小。
m序列在多径干扰抑制中的应用
多径干扰
抗截获能力
m序列扩频通信系统具有较强 的抗截获能力。由于信号的频 谱被扩展，敌方难以检测和识 别信号，从而提高了通信的保 密性。
码分多址能力
m序列扩频通信系统具有较强 的码分多址能力。不同的用户 可以使用不同的扩频码进行通 信，从而实现多用户共享同一 通信信道。
05
m序列的未来发展与研究方向
m序列与其他通信技术的融合应用
第7章同步原理
易于实现；其次，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。
上一页 下一页 返回
7.2 载波同步
7.2.2 插入导频法
在模拟通信系统中，抑制载波的双边带（DSB）信号本身不含 有载波；残留边带（VSB）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（SSB）信号更是不存在载 波分量。在数字通信系统中，二相移相（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，尤其是SSB信 号，只能用插入导频法提取载波。下面以DSB信号为例，讨论如何在 发送端插入导频和在接收端提取同步载波。
7.2 载波同步
若用一窄带滤波器将 2c 频率分量滤出，再进行二分频，就可 获得所需的相干载波。基于这种构思的平方变换法提取载波的方框 图如图7-1所示。
若 x(t) 1 ，则抑制载波的双边带信号就成为2PSK信号，这
时
e(t)
1 2
1 2
cos2ct
因此，同样能通过图7-1所示的方法提取载波。
下一页 返回
7.2 载波同步
1．平方变换法
此方法广泛用于建立抑制载波的双边带（DSB）信号和二相移 相（2PSK）信号的载波同步。设调制信号x(t)无直流分量，则抑制
载波的双边带信号为
sx (t) x(t) cosct
接收端将该信号经过非线性变换——平方律部件后得到
e(t)
x(t) cosct2
2．位同步
位同步又称码元同步或比特同步。在数字通信系统中，接收端
无论采用什么解调方式，都要用到位同步，而在模拟通信中不存在
位同步。数字通信中，任何消息都是通过一连串码元序列表示且传
第七章同步数字体系(SDH)
576×8000＝4608Mbit 4)、管理单元指针(AUPTR)，占帧结构左侧l～9N列第4行的区域。 AUPTR这组码所对应的值与信息在信息净负荷区域中的位置(位 置被编了号)相对应。这样，使得接收端能准确地从信息净负荷区中 分离出信息净负荷来。
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)
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)
通信原理教程07章 同步
科斯塔斯环法的工作原理 本地载波信号 va cos( 0 t )
为已调信号载波和本地载波的相位差。
输入信号s(t)和本地载波相乘后得到
v b sin( 0 t )
vc m (t ) cos 0 t cos( 0 t ) 0.5 m (t )[cos cos(2 0 t )] vd m (t ) cos 0 t sin( 0 t ) 0.5 m (t )[sin sin( 2 0 t )]
低通
a
微分
b
整流
c
窄带滤波
放大限幅
a
t
b
t
c
t
30
7.3 位同步（码元同步）
开环码元同步法误差分析 开环码元同步法都需要窄带滤波器 假设窄带滤波器的带宽为 1 KT
提取同步的时间误差为
0 .33 , T KE b n0
Eb n0
5, K 18
31
7.3 位同步（码元同步）
A 2 m (t ) A 2 m (t ) cos 2 0 t A 2 sin 2 0 t
滤除20频率分量，就可恢复出原调制信号。
若不用正交导频，接收端将增加直流分量。
6
7.2 载波同步方法
phase shifter
插入导频法发送端原理方框图
s 0 (t ) Am (t ) sin 0 t A cos 0 t
优点：输出信号具有更好的稳定性，并且不必有连 续的输入信号。
12
7.2 载波同步方法
Costas phase-locked loop
科斯塔斯环法 —— 同相正交环法
第七章 同步原理.ppt
（抽样判决的基础） 3. 帧同步（群同步）：保证帧在时间上对齐，收端
应产生与帧起止时刻 一致的定时脉冲。 4. 网同步：通信网中要有统一的时间关系，保证网
内用户间可靠地进行数据传输与交换。
通信原理
同步实现方式分类
外同步法。 由发送端发送专门的同步信息（导频），接 收端把这个导频提取出来作为同步信号的方 法。
通信原理
相关编码进行频谱变换
抑制载波双边带信号的导频插入
通信原理
载波
导频
通信原理
时域插入导频法
时分多址卫星通信中应用较多，它是按照一定 时间顺序，在指定的时间内发送载波，即把载 波插到每帧的数字序列中
通信原理
载波同步性能
高效率：减少功率消耗 高精度：减少频率相位误差 同步建立时间：短 同步保持时间：长
通信原理
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， 并且不论基带传输还是频带传输都 需要位同步；
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。
通信原理
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
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。
自同步法是人们最希望的同步方法，因为可以 把全部功率和带宽分配给信号传输，但复杂。
通信原理
同步分析
只有收发设备之间建立了同步后才能 开始传送信息，所以同步是进行信息传 输的必要和前提。同步性能的好坏又将 直接影响着通信系统的性能。如果出现 同步误差或失去同步就会导致通信系统 性能下降或通信中断。
通信原理
滤波法：自同步法
应产生与帧起止时刻 一致的定时脉冲。 4. 网同步：通信网中要有统一的时间关系，保证网
内用户间可靠地进行数据传输与交换。
通信原理
同步实现方式分类
外同步法。 由发送端发送专门的同步信息（导频），接 收端把这个导频提取出来作为同步信号的方 法。
通信原理
相关编码进行频谱变换
抑制载波双边带信号的导频插入
通信原理
载波
导频
通信原理
时域插入导频法
时分多址卫星通信中应用较多，它是按照一定 时间顺序，在指定的时间内发送载波，即把载 波插到每帧的数字序列中
通信原理
载波同步性能
高效率：减少功率消耗 高精度：减少频率相位误差 同步建立时间：短 同步保持时间：长
通信原理
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， 并且不论基带传输还是频带传输都 需要位同步；
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。
通信原理
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
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。
自同步法是人们最希望的同步方法，因为可以 把全部功率和带宽分配给信号传输，但复杂。
通信原理
同步分析
只有收发设备之间建立了同步后才能 开始传送信息，所以同步是进行信息传 输的必要和前提。同步性能的好坏又将 直接影响着通信系统的性能。如果出现 同步误差或失去同步就会导致通信系统 性能下降或通信中断。
通信原理
滤波法：自同步法
通信原理第7章(樊昌信第七版)
整理知识 梳理关系 剖析难点 强化重点
归纳结论 引导主线 解惑疑点 点击考点
曹丽娜
樊昌信
编著
国防工业出版社
谢谢！
3 QPSK 解调
原理：分解为两路2PSK信号的相干解调。
x 带通 输入 滤波器 低通 x1 (t ) 滤波器 位定时 低通 滤波器 抽样 判决 抽样 判决
a
并/串 变换 输出
y (t ) cos c t
sin c t
x 载波 恢复
x2 (t )
b
存在问题：存在900的相位模糊（0, 90, 180, 270） 解决方案：采用四相相对相位调制，即QDPSK。
QPSK 特点：
01
Q 11
相位跳变：0°,± 90°,± 180° 跳变周期 2Tb 带宽 B=Rb
0
I
误码性能与BPSK相同
00
10
最大相位跳变：180°
发生在0011或0110交替时，
即双比特ab同时跳变时，信号点沿对角线移动。
21
QPSK 缺点：
最大相位跳变180°，使限带的QPSK信号包络起
744多进制差分相移键控mdpsk1基本原理?qdpsk与qpsk的关系如同2dpsk与2psk关系?4dpsk也称qdpsk?qdpsk的矢量图与qpsk的矢量图相似只是参考相位是前一码元的载波相位n??双比特码元ab载波相位naba方式b方式0?111110?10?10?1111109018027022531545135参考相位a?矢量图aba前一码元载波相位t?波形t参考相位atc?cos?也有法正交调相法和相位选择法?仅需在qpsk调制器基础上增添差分编码码变换2qdpsk调制tc?sin2??差分编码将绝对码ab
计算机网络通信原理同步技术课件
• 相关编码的作用是把如图 (a)所示的基带信号频谱函数变 为如图(b)所示的频谱函数，这样经过双边带调制以后可以 得到图(c)所示的频谱函数，在fc附近频谱函数很小，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)。
PPT文档演模板
计算机网络通信原理同步技术
2PSK的正频域频谱图
= A·AcSc(t) /2+ A·AcSc(t)/2+cos2cosωct+ ½ Ac2sin2ωct • 通过低通滤波器得到 A·AcSc(t)/2
• 如果用Accosωct时，得到 AcSc(t)/2+ Ac /2
注意：直流分量Ac /2对抽样判决有干扰。
PPT文档演模板
计算机网络通信原理同步技术
PPT文档演模板
计算机网络通信原理同步技术
SSB、DSB信号简介
• 假设无线电音频信号频率为500Hz，载波频率为10MHz， 那么调制后信号将产生的主要频率： 10MHz + 500Hz=10.0005MHz —— 上边带（USB） 10MHz - 500Hz= 9.9995MHz —— 下边带（LSB）
• 异步传输又称起止式传输，它采用独特的起始信号（起 始位）和终止信号（结束位）来限定每个字符，按位逐 次地传输，因此其传输效率较低。
PPT文档演模板
计算机网络通信原理同步技术
同步传输
• 在同步传输中以数据块为单位发送比特流。数据块加上前 缀、后缀和控制信息形成了帧。
• 为了防止时钟漂移，保证接收端接收的每一位数据都和发 送端准确地保持同步，常用的方式有内同步和外同步。
时域插入导频法接收端电路框图
PPT文档演模板
计算机网络通信原理同步技术
PPT文档演模板
计算机网络通信原理同步技术
2PSK的正频域频谱图
= A·AcSc(t) /2+ A·AcSc(t)/2+cos2cosωct+ ½ Ac2sin2ωct • 通过低通滤波器得到 A·AcSc(t)/2
• 如果用Accosωct时，得到 AcSc(t)/2+ Ac /2
注意：直流分量Ac /2对抽样判决有干扰。
PPT文档演模板
计算机网络通信原理同步技术
PPT文档演模板
计算机网络通信原理同步技术
SSB、DSB信号简介
• 假设无线电音频信号频率为500Hz，载波频率为10MHz， 那么调制后信号将产生的主要频率： 10MHz + 500Hz=10.0005MHz —— 上边带（USB） 10MHz - 500Hz= 9.9995MHz —— 下边带（LSB）
• 异步传输又称起止式传输，它采用独特的起始信号（起 始位）和终止信号（结束位）来限定每个字符，按位逐 次地传输，因此其传输效率较低。
PPT文档演模板
计算机网络通信原理同步技术
同步传输
• 在同步传输中以数据块为单位发送比特流。数据块加上前 缀、后缀和控制信息形成了帧。
• 为了防止时钟漂移，保证接收端接收的每一位数据都和发 送端准确地保持同步，常用的方式有内同步和外同步。
时域插入导频法接收端电路框图
PPT文档演模板
计算机网络通信原理同步技术
《通信原理》7同步
2015-2-5
12
同步
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。 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。
2015-2-5
13
载波同步
提取相干载波的方法有两种： 插入导频法和直接提取法 插入导频法
载波同步
以2PSK信号为例，在发送端插入正交导频
s0 t Am t sin 0t A cos 0t
在接收端用窄带滤波器滤出导频分量，并将其移 相π/2，变成 sin 0t，然后用它和接收信号相乘， 接收信号仍用
s 表示，则得到 0 t
2015-2-5
15
载波同步
s0 (t )sin 0t Am(t )sin 0t A sin 0t cos 0t
2 f0
二分频
载波输出 f0
s(t ) m(t ) cos 0t
经过平方变换(平方律部件)
2 m (t ) 1 2 2 2 s(t ) m (t ) cos 0t m (t ) cos 20t 2 2
s(t)经窄带滤波后,滤出2f0 ，再经2分频, 获所需载波, 同 时还有一部分调制自噪声及加性噪声, 造成输出载波的随 机抖动。
采用“超前/滞后门”同步器。
2015-2-5 29
位同步（码元同步）
位同步对于误码率的影响
若位同步时间误差为 ，则积分时间将损
失 2 ，积分得到的码元能量将减小为
Eb (1 2 / T )
在相邻码元没有突变边沿时，则积分时间没有 损失。 因此对于等概率随机码元信号，有突变 的边沿和无突变的边沿各占1/2。
通信原理教程7-同步
同步保持时间 － 从开始失去信号到失去载频同步的时 间 － 越长越好。
两者是矛盾的。
•12
➢ 载波同步误差对2PSK信号误码率的影响
相位误差包括两部分：
＝ ＋ 式中， － 恒定误差
－ 随机误差
∵解调输出为
ve
1m(t)c 2
os
式中cos引起信号电压下降， ∴信号噪声功率比r下降为cos2倍。
•5
➢ 科斯塔斯环法 －同相正交环法 原理方框图
相乘 c
低通
e
解调输出
s(t)
a
压控 振荡
环路 g 滤波
相乘
/2 移相
b
相乘
d
低通
f
原理
设：接收信号仍为抑制载波的双边带信号s(t) ，本地载 波电压为
vacos0t ()
vbs i n0t()
式中， 为信号和本地载波的相位差。
•6
输入信号s(t)和本地载波相乘后得到
v c m ( t) c0 o tcs 0 o t ) s 1 2 m ( ( t) [ c c2 o o 0 t s s ) ] (
v d m ( t) c0 o tss i 0 tn ) ( 1 2 m ( t) [ s2 i0 n t ) (]
经过低通滤波后，它们分别为：
ve
N 记数器B加1 置0 记数器C记到n？
Y
置0
记数器A加1
记数器A记到n？ N
记数器B记到m？ Y
Y •29
存储检测法
33 34 35 3637 3839 40
x x x xx x x 0
25 26 27 2829 30 31 32
x x x xx x x 1
两者是矛盾的。
•12
➢ 载波同步误差对2PSK信号误码率的影响
相位误差包括两部分：
＝ ＋ 式中， － 恒定误差
－ 随机误差
∵解调输出为
ve
1m(t)c 2
os
式中cos引起信号电压下降， ∴信号噪声功率比r下降为cos2倍。
•5
➢ 科斯塔斯环法 －同相正交环法 原理方框图
相乘 c
低通
e
解调输出
s(t)
a
压控 振荡
环路 g 滤波
相乘
/2 移相
b
相乘
d
低通
f
原理
设：接收信号仍为抑制载波的双边带信号s(t) ，本地载 波电压为
vacos0t ()
vbs i n0t()
式中， 为信号和本地载波的相位差。
•6
输入信号s(t)和本地载波相乘后得到
v c m ( t) c0 o tcs 0 o t ) s 1 2 m ( ( t) [ c c2 o o 0 t s s ) ] (
v d m ( t) c0 o tss i 0 tn ) ( 1 2 m ( t) [ s2 i0 n t ) (]
经过低通滤波后，它们分别为：
ve
N 记数器B加1 置0 记数器C记到n？
Y
置0
记数器A加1
记数器A记到n？ N
记数器B记到m？ Y
Y •29
存储检测法
33 34 35 3637 3839 40
x x x xx x x 0
25 26 27 2829 30 31 32
x x x xx x x 1
(完整版)通信原理——第七章
获得振幅键控、频移键控和相移键控三种基本的数字调制方式。
1
0
1
1
0
1
1
0
1
t
t
t
(a) 振幅键控 （ASK）
(b) 频移键控
(FSK) 正弦载波的三种键控波形
(c) 相移键控
(PSK)
绝对相移键控PSK 相对相移键控DPSK
7.1 二进制数字调制原理
7.1.1 二进制振幅键控（2ASK）
1
0
0
1
s(t)
课件
第7章
数字带通传输
通信原理（第7版） 樊昌信 曹丽娜 编著
本章内容:
第7章 数字调制
7.1 二进制数字调制原理 2ASK 2FSK 2PSK/2DPSK
7.2 二进制数字调制系统的抗噪声性能
7.3 二进制数字调制系统的性能比较
7.4 多进制数字调制原理（了解）
7.5 多进制数字调制系统的抗噪声性能（×）
➢ 数字调制：用数字信号控制载波某个参数的过程 ➢ 用数字基带信号对载波进行调制，产生各种已调数字信号 。 ➢ 数字带通传输系统（或 数字频带传输系统）：包括调制和解调过程的数
字传输系统 ➢ 调制的作用：
将信号频谱搬移至最佳频段 多路复用，高效利用信道 提高传输质量
数字调制方式：用数字基带信号改变 正弦型载波 的 幅度、频率 或 相
1. 2ASK基本原理
Ts
t
振幅键控是利用载波的幅度变化来
载波
t
传递数字信息，而其频率和初始相
位保持不变。
2ASK
t
2ASK信号的一般表达式可以写为
e2ASK (t) s(t) cosct 单极性
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。
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
教学部—通信原理—第七章
时分复用
多 路 复 用 频分复用 时分复用 码分复用
与频分复用相比，时分复用具有以下的主要优点： 与频分复用相比，时分复用具有以下的主要优点： （1）TDM多路信号的合路和分路都是数字电路， 比FDM的模拟滤波器分路简单、可靠。 （2）信道的非线性会在FDM系统中产生交调失真 和多次谐波，引起路间干扰，因此FDM对信道的 FDM 非线性失真要求很高。而TDM系统的非线性失真 要求可降低。
时分复用
多 路 复 用 频分复用 时分复用 码分复用
上述概念可以推广到n路信号进行时分复 路信号进行时分复 用。多路复用信号可以直接送入信道进行基 带传输，也可以加至调制器后再送入信道进 行频带传输。 在接收端，合成的时分复用信号由旋转开 关（分路开关，又称选通门）依次送入各路 相应的低通滤波器，重建或恢复出原来的模 拟信号。需要指明的是，TDM中发送端的抽 样开关和接收端的分路开关必须保持同步。
频分复用
多 路 复 用 频分复用 时分复用 码分复用
频分复用信号原则上可以直接在信道中传 输。 但在某些应用中， 但在某些应用中，还需要对合并后的 复用信号再进行一次调制。 复用信号再进行一次调制。第一次对多路信 号调制所用的载波称为副载波， 号调制所用的载波称为副载波，第二次调制 所用的载波称为主载波。 所用的载波称为主载波。 原则上， 原则上，两次调制可以是任意 方式的调制方式。 方式的调制方式。如果第一次调制采用单边 带调制，第二次调制采用调频方式，一般记 带调制，第二次调制采用调频方式， 为SSB/FM。 。
频分复用
多 路 复 用 频分复用 时分复用 码分复用
解：信道中频分复用信号的总频带宽度为: 信道中频分复用信号的总频带宽度为
Bn = nf H + ( n − 1) f g = ( n − 1) f s + f H = 11400(Hz)
通信原理第七章数字带通传输系统课件
xDSL技术
xDSL技术利用数字带通传输系统实现宽带接入，提供了高速上 网、视频通话等服务。
光纤通信系统
光纤通信系统利用数字带通传输系统实现长距离、高速、大容量 的数据传输，广泛应用于城域网、骨干网等。
卫星通信系统中的数字带通传输系统
卫星电视接收系统
数字带通传输系统用于卫星电视接收系统中传输电视信号，实现 了覆盖广泛的电视节目服务。
无线局域网（WLAN）
WLAN利用数字带通传输系统实现无线高速上网，提供了灵活的接入方 式和便捷的数据传输服务。
03
全球定位系统（GPS）
GPS通过数字带通传输系统发送和接收信号，实现了高精度的定位和导
航功能。
有线通信系统中的数字带通传输系统
有线电视网络
数字带通传输系统用于有线电视网络中传输电视信号，提供了高 清晰度、稳定的电视节目服务。
通信原理第七章数 字带通传输系统课 件
contents
目录
• 数字带通传输系统的基本概念 • 数字带通传输系统的调制技术 • 数字带通传输系统的解调技术 • 数字带通传输系统的性能分析 • 数字带通传输系统的实际应用案例
01
CATALOGUE
数字带通传输系统的基本概念
数字带通传输系统的定义
数字带通传输系统是指利用调制 技术将数字信号转换为适合在带 通频段上传输的信号的一种通信
差错控制技术
采用各种差错控制技术，如奇偶校验、循环冗余校验、自动重传等， 可以降低误码率，提高抗干扰性能。
带通传输系统的频带利用率
频带利用率
数字带通传输系统的频带利用率 是指在有限的频带资源内传输尽 可能多的信息。
调制方式
采用高效的调制方式，如QPSK、 16QAM、64QAM等，可以有效 提高频带利用率。
xDSL技术利用数字带通传输系统实现宽带接入，提供了高速上 网、视频通话等服务。
光纤通信系统
光纤通信系统利用数字带通传输系统实现长距离、高速、大容量 的数据传输，广泛应用于城域网、骨干网等。
卫星通信系统中的数字带通传输系统
卫星电视接收系统
数字带通传输系统用于卫星电视接收系统中传输电视信号，实现 了覆盖广泛的电视节目服务。
无线局域网（WLAN）
WLAN利用数字带通传输系统实现无线高速上网，提供了灵活的接入方 式和便捷的数据传输服务。
03
全球定位系统（GPS）
GPS通过数字带通传输系统发送和接收信号，实现了高精度的定位和导
航功能。
有线通信系统中的数字带通传输系统
有线电视网络
数字带通传输系统用于有线电视网络中传输电视信号，提供了高 清晰度、稳定的电视节目服务。
通信原理第七章数 字带通传输系统课 件
contents
目录
• 数字带通传输系统的基本概念 • 数字带通传输系统的调制技术 • 数字带通传输系统的解调技术 • 数字带通传输系统的性能分析 • 数字带通传输系统的实际应用案例
01
CATALOGUE
数字带通传输系统的基本概念
数字带通传输系统的定义
数字带通传输系统是指利用调制 技术将数字信号转换为适合在带 通频段上传输的信号的一种通信
差错控制技术
采用各种差错控制技术，如奇偶校验、循环冗余校验、自动重传等， 可以降低误码率，提高抗干扰性能。
带通传输系统的频带利用率
频带利用率
数字带通传输系统的频带利用率 是指在有限的频带资源内传输尽 可能多的信息。
调制方式
采用高效的调制方式，如QPSK、 16QAM、64QAM等，可以有效 提高频带利用率。
《通信原理》樊昌信__课后习题答案
《通信原理》樊昌信__课后习题答案第⼀章概论1.3 某个信息源由A 、B 、C 、D 等4个符号组成。
这些符号分别⽤⼆进制码组00、01、10、11表⽰。
若每个⼆进制码元⽤宽度为5ms 的脉冲传输，试分别求出在下列条件下的平均信息速率。
（1）这4个符号等概率出现；（2）这4个符号出现的概率分别为1/4、1/4、3/16、5/16。
解：每秒可传输的⼆进制位为：()20010513=?÷-每个符号需要2位⼆进制，故每秒可传输的符号数为： 1002200=÷ （1） 4个符号等概率出现时每个符号包含的平均信息量为： bit 24log 2=故平均信息速率为：s b R b /2002100=?=（2）每个符号包含的平均信息量为：bit 977.11651log 1651631log 163411log 41411log 412222=+++故平均信息速率为： s b R b /7.197977.1100=?=1.6 设⼀个信号源输出四进制等概率信号，其码元宽度为125s µ。
试求码元速率和信息速率。
解：码元速率为：()baud R B 80001012516=?÷=- 信息速率为：s kb R R B b /16280004log 2=?==第⼆章信号2.2 设⼀个随机过程X （t ）可以表⽰成：()()∞<<∞-+=t t t X θπ2cos 2其中θ在（0，2π）之间服从均匀分布，判断它是功率信号还是能量信号？并求出其功率谱密度或能量谱密度。
解：它的能量⽆限，功率有界，所以是⼀个功率信号。
`()[]()[]()()()πτθπτθππτπθπθπτπθπππ2cos 4224cos 2cos 22122cos 22cos 22020=+++=+++=?d t d t t由维纳－⾟钦关系有：()()ττωωτd e R P j X -+∞∞-?=()()[]πωδπωδπ222++-=2.3 设有⼀信号可表⽰为：()()??>≥-=000exp 4t t t t x试问它是功率信号还是能量信号？并求出其功率谱密度或能量谱密度。
通信原理第七章同步原理
第七章同步原理7.1 概述同步分类：模拟同步：载波同步码元同步（字同步、位同步）数字同步：帧同步（群同步）网同步如上图所示为点-点两路PCM/2DPSK数字电话系统，图中，sl1(t)、sl2(t)分别为m1(t)和m2(t)的抽样信号，cl(t)为编码器的时钟信号，f(t)为帧同步码。
cl(t)、sl1(t)、sl2(t)及发载波cosωct由发同步器提供。
收同步器包括载波同步器、位同步器及帧同步器，它们分别为接收机提供载波同步信号、位同步信号和帧同步信号。
载波同步信号(相干载波)用于相干解调，位同步信号(位定时信号)cp(t)在抽样判决器、码反变换器、帧同步器、延时电路以及PCM译码器中作为时钟信号。
帧同步信号fs(t)提供一帧的起止时刻，以便对时分复用的各路信号进行分接。
发同步器可由时序逻辑电路构成，比较容易实现。
收同步器需从接收到的受噪声污染的信号中提取各种同步信号，比较难以实现。
设cl(t)的频率为192 kHz，sl1(t)、sl2(t)的频率为8 kHz，则框图中的有关信号波形示意图如下图所示。
图中，D11、D12分别为m1(t)的第1个和第2个抽样值的8位PCM码，D21、D22分别为m2(t)的第1个和第2个抽样值的8位PCM码，1110010为帧同步码。
在数字通信网中，为了保证通信网中各用户之间可靠地进行数据交换，还必须实现网同步。
本章重点介绍载波同步、位同步和帧同步。
7.2 载波同步对模拟已调信号和数字已调信号进行相干解调时，需要从接收信号中提取相干载波。
一、外同步法（插入导频法）可在抑制载波双边带信号中插入导频，也可以在单边带信导中插入导频。
当基带信号是模拟话音信号时，由于话音最低频率为300Hz，故在载频f c附近无连续谱，有利于插入导频。
当基带信号是数字信号时，必须进行相关编码变换（如第Ⅳ类、第Ⅴ类部分响应）再进行DSB 调制。
插入导频法的发端方框图、收端方框图及插入导频后DSB 信号频谱如下图所示：收端解调：v(t)= u 0(t)sin ωc t[])(212sin 212cos )(21)(212sin 212cos 121)(cos sin sin )(2t m t t t m t m t t t m tt t t m LPF c c c c c c c →−−→−--=--=-=ωωωωωωω说明：1、 插入正交导频的目的：收端相乘器的输出V(t)中无直流。
第7章同步原理
(1) 载波同步
载波同步是指在相干解调时，接收端需要获得 一个与发送端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。
(2) 位同步
位同步又称码元同步。为了得到抽样周期，保证
相位一致。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
36
7.2.3 载波同步系统的性能指标
载波同步系统的性能指标 ❖高效率 ❖高精度 ❖同步的建立时间、保持时间
高效率指的是为了获取载波信号而尽量少消耗发 送功率。（直接法优于插入导频法）
第6章 同步系统
37
7.2.3 载波同步系统的性能指标
高精度指的是接收端提取的载波应是相位误差
尽量小的相干载波。
第6章 同步系统
22
7.2.2 直接法
直接法举例 ❖ 平方变换法 ❖ 平方环法 ❖ 同相正交环法
第6章 同步系统
23
7.2.2 直接法
1、平方变换法
此方法广泛用于建立抑制载波的双边带信号的 载波同步。
输 入 已 调 平 方 律 e ( t ) 2 f c 窄 带 信 号部 件 滤 波 器
二 分 频 载 波 输 出
第6章 同步系统
6
7.1 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
第6章 同步系统
7
7.1 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。
(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。例如曼彻斯特编码。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
• 判定系统失步后，系统转入捕捉态，重新捕捉同步码组。
7.4.3 分散插入法 例：TDM数字电话T体系的T-1采用“1/0”交替码分散插入。
1.544Mbps，一帧 24×8+1=193 比特
P 信号码元群 P 信号码元群 群同步码元 P 信号码元群 群同步码元 群同步码元
群同步码元
……
….. 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 …
1 2 1 2 s (t ) m (t ) cos (0t ) m (t ) m (t ) cos(20t ) 2 2
2 2 2
实用中窄带滤波器通常用锁相 环代替，因为锁相环的输出信 号有更好的稳定性，并且不必 须有连续的输入信号（如时分 制信号）。
平方 相乘
窄带 滤波
cos(20t ) 分量
N 1 2 3 4 巴克码 ＋ ＋＋或＋－ ＋＋－ ＋＋＋－或＋＋－＋
N=5的巴克码的自相关函数
R(j)
5 4 3
5
7
＋＋＋－＋
＋＋＋――＋－
-4
11
13
＋＋＋―――＋――＋－
＋＋＋＋＋――＋＋－＋－＋
-3 -2 -1
2 1 0 -1
1
2
3
4
j
（二）集中插入群同步码的搜索过程
• 一旦发现自相关值等于同步码组的长度N 时，就认为捕捉到了同步 码组，并将系统从捕捉态转换为保持态； • 继续考察同步位置上的接收码组是否仍然具有等于N 的自相关值； • 当系统失去同步时，自相关值立即下降； 因为噪声也可能引起自相关值下降。所以为了保护同步状态不易被 噪声等干扰打断，在保持状态时要降低对自相关值的要求。如：只 有当自相关值小于（N-2）时才判定系统失步。
上，使得电路的 2 f0
7.3 位同步
7.3.1 外同步法
• 原理： 在发送端信号中插入频率为码元速率（1/T）或码元速 率的倍数的位同步信号。在接收端利用一个窄带滤波器 将其分离出来，并形成码元定时脉冲。 • 优缺点： 设备较简单；但占用一定的带宽和发送功率。 7.3.2 自同步法 • 开环码元同步法：对接收序列进行变换，使其频谱中含有离散的 位定时分量。 • 闭环码元同步法：较开环法更准确，但实现更加复杂。
第 7章
7.1 概述
7.2 载波同步方法 7.3 位同步 7.4 群同步 7.5 网同步
同步
7.1 概述
通信系统中的同步： • 载波同步
• 位同步
• 群同步 • 网同步
7.2 载波同步方法
• 插入导频法 • 直接提取法
7.2.1 插入导频法
导频是一个或几个未经调制的正弦波，在接收端利用此正弦波的频
Y
7.5 网同步
网同步是指整个通信网的时钟同步，解决网中各站点的载波同步、 位同步和群同步等问题。
ud Kd sin(2 )
Costas环的优缺点：
（1）若要求得到最佳性能，则需要两路低通滤波器的性能完全一致， 这对于模拟电路来说较难做到，但是若用数字电路则较容易。 （2）跟平方环相比，Costas 环多用一个支路，但工作在载频 f0上，
比平方环的工作频率低（平方环工作在2倍载频
实现与测试更加困难）。
i 1 i 1
N
N
若一个码组仅在R(0)处出现峰值，其他的R(j)均很小，则可用求自相关 函数的方法对接收码元序列运算，寻找峰值，从而确定此码组的位置。
巴克码： R( j )
N j i 1
xx
i i j
j0 N , 0或 1, 0 j N
巴克码尚未找到一般构造方法 目前已搜索到的10组巴克码： 巴克码的反码和反序码也是巴克码
率和相位来决定本地载波的频率和相位。
m(t )
相乘电路
带通滤波
s (t )
相加电路
s0 (t )
载波产生
/2相移
发送端原理方框图
s0 (t ) Am(t ) cos(0t ) A sin(0t )
插入的是正交导频
0
f0 – fm
导频
f0
f0 + fm
f
s0 (t )
带通滤波
相乘电路
低通滤波
群同步序列
移位搜索法 搜索方法
存储检测法
移位搜索法
开始 将同步状态设为捕捉态 将各记数器置0 保持态
初始化
状态转换
同步状态
捕捉态 移一位
是同步码？
Y
记数器C加1
N N
N
A置0
记数器C记到n？
是同步码？ 记数器B加1 Y Y B, C 置0
记数器A加1
记数器B记到m？ 记数器A记到n？ N Y N
同步保护
（一）开环码元同步法 （a）波形变换法
a
波形 变换 b 窄带 滤波 c
移相
脉冲 形成
（b）延迟相乘法
a
相乘 延迟 T/2
b
c
窄带 滤波
放大 限幅
（c）微分整流法
低通
微分
整流
窄带 滤波
放大 限幅
（二）闭环码元同步法
开环码元同步法的主要缺点是存在非零同步跟踪误差。闭环码元同步法 是将接收信号和本地产生的码元同步信号相比较，使本地产生的定时信号和 接收码元波形的转变点保持同步，类似于载波同步中的锁相环法。
m1 (t )
窄带滤波
/2相移
接收端原理方框图
s0 (t ) Am(t ) cos(0t ) A sin(0t )
s0 (t ) cos(0t ) Am(t ) cos 2 (0t ) A sin(0t ) cos(0t )
A A A m(t ) m(t ) cos(20t ) sin(20t ) 2 2 2 A m1 (t ) m(t ) 2
2
m(t ) cos(0t )
2
sin(20t 2 )
1 2 1 2 1 2 m (t )sin(20t 2 ) m (t )sin(40t 2 ) m (t )sin(2 ) 2 4 4
经环路滤波后
ud Kd sin(2 )
ud 0 ，使 向减小的方向调整
超前/滞后门 同步原理
m(t)
相乘 滞后门
门波形 产生
T
d
dt
u1
| |
环路滤波
|u1|
压控振荡
e=|u2|-|u1|
+
+
超前门
相乘
T d
0
dt
u2
| |
+1 -1
|u2|
T
d+
超前门 滞后门
(a) 同步状态
+1 -1
T d
超前门
(b) 超前状态
d
滞后门
2
积分时间
7.4 群同步
7.4.1 概述 群同步信息的传递
7.4.2 集中插入法
群同步码组要求具有优良的自相关特性，以便容易从接收码元序列 中识别出来。
（一）序列的自相关函数
设有一个码组，它包含N个码元{x1, x2, … , xN}
R( j )
N j i 1
x x
i
i j
1 1 j N , xi 1
R(0) xi xi xi2 N
ud 0 ，使 向增大的n 均为锁相环的稳定平衡点
本地载波相位是模糊的
2. 科斯塔斯（Costas）环法
相乘 a s(t) /2 移相 b 相乘 c 压控 振荡 低通 e g
解调输出
ud
环路 滤波
相乘
Costas环和平方环有
相同的鉴相特性，也 d 低通 f 存在相位模糊问题。
s(t ) m(t ) cos(0t )
va cos(0t )
vb sin(0t ) 1 vc m(t )[cos cos(20t )] 2 1 vd m(t )[sin sin(20t )] 2
1 ve m(t ) cos 2 1 v f m(t ) sin 2 1 2 v g ve v f m (t ) sin 2 8
二分频
cos(0t ) 或 cos(0t )
环路 滤波 锁相环
压控 振荡
2 f 0 二分频 f 0
m(t ) cos(0t )
平方
相乘
环路 滤波
ud
压控 振荡
二分 频
sin(0t )
sin(20t 2 )
乘法器输出
1 2 1 2 m(t ) cos(0t ) m (t ) m (t ) cos(20t ) 2 2
在发送码序列中 插入群同步码
集中插入法
信号码元群 群同步码组
群同步码组 信号码元群 信号码元群 群同步码组
码组本身自带分组信息 集中插入 分散插入
群同步码组
分散插入法
信号码元群 群同步码元
信号码元群
信号码元群 群同步码元 群同步码元
群同步码元
较集中插入法 需要更长的同 步建立时间
……
……
群同步序列
…
插入的正交导频对解调结果没有影响，若插入的是“同相导频”， 接收端解调输出中将产生多余的直流分量。
立体声调频广播
导频附近已调信号频谱幅度要尽量小，便于接收端用窄带滤波 器提取导频。
7.2.2 直接提取法
1. 平方法
s (t )
平方
s 2 (t )
窄带滤波
2 f0
二分频
f0
s(t ) m(t ) cos(0t )