数字通信系统同步原理共16页
第6章数字光纤通信系统
•6.1 两种传输体制
•6.1.1 复用原理介绍
•2、复用示意图
Multiplexor (MUX) Demultiplexor (DEMUX，or DMX)
Sometimes just called a MUX
第6章数字光纤通信系统
•6.1 两种传输体制
•6.1.1 复用原理介绍
第6章数字光纤通信系统
•6.1 两种传输体制
•6.1.2 准同步数字系列PDH
•4、PDH体制电接口和光接口的主要参
数 •对基群2.048Mb/s
•编码传号反转码
•Coded Mark Inversion
•E1
•E2
•E3
•E4
•CMI编码
•输入码字 编码结果
•0
01
•1
00/11交替
第6章数字光纤通信系统
•发送顺序
•采用指针技术是SDH的创新，结合虚容器(VC:Virtual Container)的概念， 解决了低速信号复接成高速信号时，由 于小的频率误差所造成的载荷相对位置漂移的问题。
第6章数字光纤通信系统
•6.1 两种传输体制
•6.1.3 同步数字系列SDH
•3、SDH复用结构
•SDH高速率等级有： • STM-4， STM-16， STM-64， STM-256 •相应速率为STM-1的4，16，64，256倍。
•时隙=8bit=前7bit(信息)+末位1bit(信令)
•一次群(基群)速率T1=193bit/125 µs=1.544Mb/s 第6章数字光纤通信系统
•6.1 两种传输体制
•6.1.2 准同步数字系列PDH
•PDH-E基群帧结构
计算机网络数据通信的基础知识
2.1 数据通信的基本概念
4. 通信系统模型
通信的三个要素：信源、信宿和信道
信源：一次通信中产生和发送信息的一端
信宿：一次通信中接收信息的一端 信道：信源和信宿之间传送信息的通道，以通信线路为物质基础
2022/4/6 2022/4/6
第五页，共五5十三页。
2.1 数据通信的基本概念
2.1.2 数据通信系统的主要构成
2.1 数据通信的基本概念
1. 数据传输系统（通信子网）的组成：
传输线路：信息的传输路径（包括传输介质和中继设备）
传输介质：有线的（如同轴电缆、光纤，双绞线等），无线 的（微波、无线电、红外线等）
中继设备：信号在传输过程中有衰减，每隔一定距离需要对 传输信号放大、恢复信号幅度和相位后继续传送
调制解调器
表示。 ➢ 当传输的信号速率超过信道的最大信号速率时，就会产生失真。
➢ 信道容量是衡量一个信道传输数字信号能力的重要参数。
“带宽”同“速率”之间关系如何？
由于信道带宽总是有限的，以及信道干扰的存在，信道的数据 传输速率总会有一个上限，并且和带宽有相应关系。
2022/4/6 2022/4/6
22 第二十二页，共五22十三页。
频带，单位用赫兹（Hz）表示。 信道带宽是由信道的物理特性所决定的，例如，电话线路的频率
范围在300～3400Hz，则它的信道带宽300～3400Hz ；
2022/4/6 2022/4/6
21 第二十一页，共2五1十三页。
2.2 信道及其主要特征
2.信道容量（信道最大数据传输速率 ）：
➢ 单位时间内信道上所能传输的最大比特数，用每秒比特数（bps）
0 100 10 1 A B
码元 信息比特
数字同步原理
曲江
1
1
2
GPS
韶关
3
42
赤坎 HW V3 1
3
霞海
12
GPS
湛江
34
2
3
建设
1
睦岗
1
2
GPS
肇庆
3 光华北 HW V3
4
12
1 2
GPS
电白中心台
34
炮台 2
3
HW V3
1
开平
1
2
GPS
茂名 江门
设备使用情况
广东电信共在232个节点配置了256套同步设备,设备类型有:TSG3800、 DCD519、DCD521、HP 55400、HW V2及HW V3。
中山
GPS
12 3
悦来南 HW V3
34 3
GPS
1
2
悦来南TS
GPS 鸿福AUS
1 2 12
广州 国际站
4
1
西区
1
鸿福
莞城
HW V3 2 HW V3
东莞
2
34
3
GPS1 铯钟 铯钟
GPS2
1 2 34
较广场(州西LP天枢R)河纽楼
华为长长中继 2 西门子10G长长中继
4
GPS1 GPS2
13
较广场州(西L枢P枢R纽)纽楼楼
优点：网络简单、灵活。 缺点：对时钟的性能要求高，费用贵，同时还存在周期性的滑动。
等级主从同步：
以主基准时钟的频率控制从钟的信号频率，同步定时信息从一个时钟按规定 的顺序传至另一个时钟。同步定时信息可以从包含传送业务的数字信号的时标 中提取，也可以用指定链路专门传送由主基准时钟送出的定时基准信号，用于 同步从钟，定时信号还可以经过同步节点将收到的基准信号经处理后向外转发。 优点：各同步节点和设备直接或间接同步于基准时钟，正常情况不会产生滑
数字通信原理(第二版)PDH与SDH
二、 PCM复用和数字复接
扩大数字通信容量，形成二次群以上 的高次群的方法通常有两种：PCM复用和 数字复接。
1. PCM复用
所谓PCM复用就是直接将多路信号编 码复用。
2. 数字复接
数字复接是将几个低次群在时间的空 隙上迭加合成高次群。
图5.2 数字复接的原理示意图
三、 数字复接的实现
图5.9 正码速调整电路和码速恢复电路
图5.10 脉冲插入方式码速调整示意图
2. 异步复接二次群帧结构
ITU-T G.742推荐的正码速调整异 步复接二次群帧结构如图5.11(b)所示。 异步复接二次群的帧周期为 100．38μs, 帧长为848bit。其中有4×205 ＝820bit（最少）为信息码（这里的信息 码指的是四个一次群码速变换之前的码 元，即不包括插入的码元），有28bit的 插入码（最多）。
图 5 7 二 次 群 同 步 复 接 、 分 接 方 框 图
.
3. 同步复接二次群帧结构
图5.8 二次群同步复接的帧结构
二、 异步复接
1. 码速调整与恢复
码速调整是利用插入一些码元将各 一次群的速率由2048kbit／s左右统一调 整成2112kbit／s。接收端进行码速恢复， 通过去掉插入的码元，将各一次群的速 率由2112kbit／s还原成2048kbit／s左右。 码速调整技术可分为正码速调整、 正／负码速调整和正/零/负码速调整三种。
这样的复接系列具有如下优点： （1）易于构成通信网，便于分支与 插入，并具有较高的传输效率。复用倍 数适中，多在3～5倍之间。 (2)可视电话、电视信号以及频分制 群信号能与某个高次群相适应。 （3）与传输媒介，如对称电缆、同 轴电缆、微波、波导、光纤等传输容量 相匹配。
第5章 数字通信系统的同步
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。
插入的导频是“正交导频”
5.1.2 插入导频法
相关编码： 相关编码的作用是把(a)所示的基带信号频谱函数变 换成图(b)所示的频谱函数， 这样经过双边带调制以 后可以得到如图(c) 所示的频谱函数。
2
4、时域插入导频法
载 波 同 步 t2 t3 第一帧 (a) 接收信号 带通 线性门 解调 锁相环 环路 滤波器 压控 振荡器 载 波 同 步
位 同 步 t0 t1
帧 同 步
信息
位 同 步 t4
帧 同 步
信息
第二帧
门控信号
鉴相器
这种方法在时分多址卫星通信中应用较多。
前面介绍的插入导频都属于频域插入，它们的特点是插入的导 频在时间上是连续的，即信道中自始至终都有导频信号传送。 时域插入导频方法只是在每帧的一小段时间内才出现载波标准， 在接收端应用控制信号将载波取出。 时域插入导频法常用锁相环来提取同步载波。
5.1.1
直接法
3、 同相正交环法：又叫科斯塔斯(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 9 0° 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
9.2.2 插入导频法
数字信号频带传输
第17页/共47页
第5章 数字信号频带传输
5.3.4 相对相移键控2DPSK 的解调
由2DPSK信号的产生过程可以看出，2DPSK信号也可采用相干解调的方法恢复基带 信号。这时判决输出的是相对码，必须再经过差分解码把相对码序列变为绝对码序 列。如图5-16所示。
2DPSK信号还可采用相位比较法， 也叫差分相干解调法。这种方法不需 要恢复相干载波，通过比较前后码元 的载波相位来完成解调，其原理框图 及各点波形如图5-17所示。
数字信号的载波调制也有三种方式： 1）数字信号对载波振幅的调制即幅移键控(ASK)； 2）数字信号对载波频率的调制即频移键控(FSK)； 3）数字信号对载波相位的调制即相移键控(PSK)。
第3页/共47页
第5章 数字信号频带传输
5.1 二进制幅移键控ASK系统
幅移键控是研究数字调制的基础，记作ASK(Amplitude Shift Keying)。幅移键控是 数字信号幅度调制中的一种典型调制方式，就是用数字基带信号去控制载波的幅度 变化。
图5-16 2DPSK信号的相干解调
第18页/共47页
第5章 数字信号频带传输
a
b
c
d
0 01
01
01
01
e
图5-17 2DPSK信号的相位比较法解调
第19页/共47页
第5章 数字信号频带传输
5.4 多进制数字调制系统
通常把状态数大于2的信号称为多进制信号。将多进制数字信号(也可由基带二进 制信号变换而成)对载波进行调制，在接收端进行相反的变换，这种过程就叫多进 制数字调制与解调，或简称为多进制数字调制。
在实际通信系统中，为克服相位模糊对相干 解调的影响，最常用的办法是对调制器输入端 的数字基带信号进行差分编码后再进行绝对调 相，我们把这种调相称为相对调相。
通信原理--同步原理
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 。
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)。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的方差与信噪比r是反比关系。
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
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。
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。
数字通信原理
数字通信原理第一章概述一、通信及通信系统的构成1、概念2、构成二、信息、信号及分类1、信息：用来排除不定性的东西。
2、信号：是用来携带信息的载体。
3、信号分类：模拟信号：强度的取值随时刻连续变化，取值个数无限。
数字信号：强度参量的取值是离散变化的，取值个数有限。
PAM信号是模拟信号。
（时刻上离散，但幅度取值不是有限个。
）三、模拟通信和数字通信四、数字通信的特点及性能指标1、特点：（1）抗干扰能力强，无噪声积存（2）便于加密处理（3）利于采纳时分复用实现多路通信（4）设备便于集成化、小型化（5）占用频带宽2、性能指标：信息传输速率（bit/s）：每秒钟传输的信息量。
有效性指标符号传输速率（Bd）：单位时刻内传输码元的数目。
频带利用率：单位频带内的传输速率。
误码率：在传输过程中发生误码的码元个数与传输的总码元数之比。
可靠性指标抖动：是指数字信号码相关于标准位置的随机偏移。
M进制信号与二进制信号码元数n的关系为：M = 2n因此，信息传输速率与符号传输速率的关系是：Rb = NB·M2log式中：Rb 为信息传输速率。
NB为符号传输速率。
M为码元（或符号）的进制数。
例如：四进制码元序列符号传输速率2000Bd，其信息传输速率为多少？Rb = NB· log2M= 2000×log24= 4000 bit/s用来衡量数字通信系统传输效率（有效性）的指标应当是单位频带内的传输速率。
误码率（平均误码率）P e = ∞→N lim Nn传输总码数发生误码个数第二章 语声信号数字化编码第一节 差不多概念A/D 变换 抽样：是将模拟信号在时刻上离散化的过程。
量化：是将信号在幅度上离散化的过程。
编码：是将每个量化后的样值用一定的二进制代码来表示。
D/A 变换：译码、滤波（低通）第二节 PCM 编码一、抽样1、抽样定义及实现的电路模型)(t f s = )(t f ×)(t S T2、抽样定理（能判定信号的类型，确定抽样频率的大小，画出频谱图）（1） 低通型信号：是指低端频率从0或某一频率0f 到某一高限频率M f 的带限信号，并有0f 〈M f －0f 的限定条件。
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。
第13章同步原理
1 2
cos(c
)t
cos(ct
)
1 4
[c
os
(2c
t
t
)
cos(t
)]
经过低通滤波器滤出的低频分量为
1 cos(t ) 1 cost cos 1 sin t sin
4
4
4
其中第1项是原调制基带信号，但是受到因子cos的衰减；第
2项是和第1项正交的项，它使接收信号产生失真。 23
f ( n )
r
e
r
2 n
我们知道，均值为0的正态分布的概率密度函数表示式为
17
第13章 同步原理
f (x)
1
x2
e 2 2
2
参照上式正态分布概率密度的形式， f (n)的公式可以改写为
2 n
f ( n )
1
2
2 1
e 2r 1
2r
故此随机相位误差n的方差与信号噪声功率比r的关系为
2 n
1 2r
所以，当大信噪比时，由窄带高斯噪声引起的随机相位误差
的方差大小直接和信噪比成反比。我们常将此随机相位误差
n的标准偏差称为相位抖动，并记为。 18
第13章 同步原理
在提取载频电路中的窄带滤波器对于信噪比有直接的影响。 对于给定的噪声功率谱密度，窄带滤波器的通频带越窄，使 通过的噪声功率越小，信噪比就越大，这样随机相位误差越 小。另一方面，通频带越窄，要求滤波器的Q值越大，则恒
压ve 就近似等于解调输出电压m(t)。所以科斯塔斯环本身 就同时兼有提取相干载波和相干解调的功能。
➢ 优缺点： 1、不需要对接收信号作平方运算，工作频率较低。 2、为了得到科斯塔斯环法在理论上给出的性能，要求
数字通信原理-数字通信系统的特点
3. 利于采用时分复用实现多路通信
• 数字信号本身可以很容易用离散时间信号表示，在两个 离散时间之间可以插入多路离散时间信号以实现时分多 路复用，以提高线路的利用率。
4. 设备便于集成化、小型化
• 由于数字通信系统中大部分电路都是由数字电路来实现 的，微电子技术的发展可使数字通信便于用大规模和节 数字通信的特点
数字通信的优点
1. 抗干扰能力强，无噪声积累
– 由于数字信号的幅度取值为离散的，在传输过程中受 到噪声干扰也会叠加噪声，但可以在信噪比还没有恶 化到一定程度时，采用再生可消除噪声干扰。
– 由于没有噪声积累，可实现长距离、高质量的传输。
两类通信方式抗干扰性能比较
2. 便于加密处理
数字通信的缺点
1. 占用频带宽
– 与模拟通信相比，一路数字电话频带一般为64kHz， 而一路模拟电话所占频带仅为4kHz，前者是后者的 16倍。
– 但是随着微波、卫星、光纤等大容量信道的广泛使用， 同时数字信号压缩编码技术的不断发展，占用频带宽 的矛盾逐步减少。
2. 需要严格的同步系统
– 为保证收发两端的通信正常，要求收发两端的设备在时间上保持同步。 – 数字通信的同步有位同步、帧同步等要求。
小结
• 数字通信具有抗干扰能力强、传输质量高、易 于加密、可靠性高、易于集成 等优点；
• 数字通信为现代通信的发展奠定了良好的基础。
《数字通信原理》第9章 同步原理与技术
a2
cos
2ct
本地的压控振荡器输出为
uVCO t Asin2ct 2 t
直接提取法(续)
第7章 传输信道
鉴相器输出
uPD
(t)
s2c
(t)uVCO (t)
1 2
a2
cos
2ct
A sin
2ct 2 t
KPD sin 2 t sin 4ct 2 t
环路滤波器输出
ud
ud (t) Kd sin2 t
插入导频法
第7章 传输信道
采用插入导频法的系统，在发送已调的载波信号时，同时发 送载波信息，使得接收端可直接提出发送载波。
插入导频法的实现方法
xt
x t cosct
st
cos ct
ag ag sin ct
S
判判判判
载波信号
发生器
90o
(a) 导频插入
0
c
(b) 信号频谱
st
低通 x t
滤波
(1) 线谱法
线谱法的实现方案如图所示
s(t) 低通滤波器
匹配滤波器
an
平方器
s
窄带滤波器
移相电路
其中的平方器完成非线性运算，由窄带滤波器提取符号同步 信息。窄带滤波器可由锁相环电路来实现。
直接提取法(续)
第7章 传输信道
接收信号可表示为
st
n
an
gT
t nT
若其中携带信息的符号序列 ann是 均值为零的独立随机序列
压控振荡器输出
0
uVCO t Asin2ct 2 t
其中稳定平衡点 k k 0, 1, 2, 3,...
二分频后输出本地恢复的载波信号
数字通信原理(1.1)
处理的目的在于使单位时间内传输更多的消息。
从信息论的观点来说，消息传输速度可用单位时间内传送的 信息量来衡量。
模拟通信中还有一个重要性能指标：均方误差。它是衡 量发送的模拟信号与接收端复制的模拟信号之间误差程度的 质量指标。均方误差越小，复制的信号越逼真。
2001 Copyright
SCUT DT&P Labs
log以2为底时，单位为比特：bit log以e为底时，单位为奈特：nit。
2001 Copyright
信息量的单位与对数的底有关：
SCUT DT&P Labs
22
3. 离散信源的信息量
下面先来讨论等概率出现的离散消息的度量： 传递Ｍ个消息之一，只需采用一个Ｍ进制的波形来传递； 任意一个Ｍ进制波形总可用若干个二进制波形来表示。 定义：传送两个等概的二进制波形之一的信息量为１， 单位：比特 则： I log ( 1 ) 1(bit)
2）模拟通信系统的优缺点 优点：通过信道的信号频谱比较窄，因此信道的利用 率高。 缺点： （1）传输的信号是连续的 ，混入噪声干扰后不易清除， 即抗干扰能力差。 （2）不易保密通信，即安全性差。 （3）设计不易大规模集成化。 （4）不适于飞速发展的计算机通信要求。
2001 Copyright
SCUT DT&P Labs
信息的度量方式还应满足可加性； 信息量应该是事件发生概率的函数；
2001 Copyright
SCUT DT&P Labs
20
1.2 信息的度量
3. 离散信源的信息量
离散信源统计特性的描述－－概率场
设离散信源包含N种可能的符号，相应的概率场： x1 p(x1) x2 p(x2) x3 . . . . . xN
同步解调原理
同步解调原理同步解调是一种在通信系统中常用的技术，它可以帮助接收端正确地恢复发送端发送的信号。
在数字通信中，同步解调是非常重要的，因为如果接收端不能正确地同步发送端的信号，就会导致数据传输错误或丢失。
因此，了解同步解调的原理对于理解数字通信系统的工作原理非常重要。
同步解调的原理可以简单地理解为接收端根据发送端的时钟信号来正确地恢复发送的信号。
在数字通信中，发送端会在数据中加入时钟信号，接收端通过这个时钟信号来同步发送端的信号。
这样一来，接收端就可以正确地解调发送端的信号，从而恢复原始的数据。
在同步解调的过程中，接收端会首先接收发送端发送的信号，并对其进行采样。
接着，接收端会使用发送端的时钟信号来对采样的信号进行定时恢复，从而得到原始的数据。
这个过程需要非常精确的时钟同步，因为如果接收端的时钟与发送端的时钟不同步，就会导致解调错误。
为了实现精确的时钟同步，通信系统通常会采用一些特殊的同步解调技术。
其中，最常用的技术之一是相位锁定环（PLL）技术。
PLL技术可以帮助接收端精确地跟踪发送端的时钟信号，并根据这个时钟信号来同步接收端的时钟。
通过这种方式，接收端就可以准确地解调发送端的信号，从而恢复原始的数据。
除了PLL技术之外，还有一些其他的同步解调技术，比如均衡、时钟恢复等。
这些技术都可以帮助接收端正确地同步发送端的信号，从而实现准确的解调。
在实际的通信系统中，通常会根据具体的应用场景来选择合适的同步解调技术，以确保通信系统的可靠性和性能。
总的来说，同步解调是数字通信中非常重要的技术，它可以帮助接收端正确地恢复发送端的信号。
通过使用一些特殊的同步解调技术，比如PLL技术等，可以实现精确的时钟同步，从而确保通信系统的可靠性和性能。
希望通过本文的介绍，读者们能对同步解调的原理有一个更加清晰的理解。