通信原理与应用第8章 同步技术
第8章 串行口原理及其应用
TXD（移位脉冲）
成于大气 信达天下
串行口的工作方式
Chengdu University of Information Technology
二、方式1
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，1位停止位。
RS-422A接口 RS-485接口
成于大气 信达天下
串行通信的基本概念（十）
Chengdu University of Information Technology
RS-232C接口存在的问题
传输距离短，传输速率低 RS-232C总线标准受电容允许值的约束，使用时传输距 离一般不要超过15米（线路条件好时也不超过几十米）。 最高传送速率为20Kbps。 有电平偏移 RS-232C总线标准要求收发双方共地。通信距离较大时， 收发双方的地电位差别较大，在信号地上将有比较大的 地电流并产生压降。 抗干扰能力差 RS-232C在电平转换时采用单端输入输出，在传输过程 中当干扰和噪声混在正常的信号中。为了提高信噪比， RS-232C总线标准不得不采用比较大的电压摆幅。
成于大气 信达天下
串行通信的基本概念（七）
Chengdu University of Information Technology
传输速率与传输距离
传输速率
比特率是每秒钟传输二进制代码的位数，单位是：位／秒 （bps）。如每秒钟传送240个字符，而每个字符格式包含 10位(1个起始位、1个停止位、8个数据位)，这时的比特率 为： 10位×240个/秒 = 2400 bps 波特率表示每秒钟调制信号变化的次数，单位是：波特 （Baud）。 波特率和比特率不总是相同的，对于将数字信号1或0直接 用两种不同电压表示的所谓基带传输，比特率和波特率是 相同的。所以，我们也经常用波特率表示数据的传输速率。
精品文档-数字通信原理(李白萍)-第8章
11
第 8 章 同步原理
平方变换法实现载波提取的原理方框图如图8-1所示。
图 8-1 平方变换法提取同步载波原理方框图
12
第 8 章 同步原理
如果基带信号m(t)=±1， 那么该抑制载波的双边带信号为 二进制相移键控信号(2PSK信号)， 这时已调信号sm(t)经过平方 律部件后得
sm2
(t)
1 2
1 2
cos
2ct
(8-3)
13
第 8 章 同步原理
(2) 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， 可以在平方变换法的基础上， 把窄带滤波器 改为锁相环， 这种实现的载波同步的方法就是平方环法。 其原 理方框图如图8-2所示。 由于锁相环具有良好的跟踪、 窄带滤 波和记忆功能， 因此平方环法比一般的平方变换法具有 更好的性能， 在载波提取中得到了广泛的应用。
v6
1 2
m(t ) s in
v5、v6经过乘法器后得到
(8-6)
v7
v5
v6
1 m2(t)sin
4
cos
1 m2(t)sin 2
8
(8-7)
20
第 8 章 同步原理
当θ较小时， (t)
(8-8)
式中，v7的大小与相位误差θ成正比。v7相当于一个鉴相器的 输出， 通过环路滤波器后就可以控制压控振荡器的输出相位，
图 8-6 DSB信号的导频插入示意图
28
第 8 章 同步原理
图 8-7 (a) 发送端; (b) 接收端
29
第 8 章 同步原理
设基带信号为m(t)， 且无直流分量; 被调载波为acsinωct;
插入导频为被调载波移相90°形成的， 为－accosωct。 其中
通信原理 同步原理
2 ）捕捉时间要短 。无论是初始捕捉还是失步 后重新进入捕捉 ， 都要求捕捉时间要短 。 因为在 捕捉过程中系统处于失步状态 。这样 ， 对于数据 传输系统将丢失数据信息 ， 对于数字电话系统将 出现话音中断现象 。实践证明 ， 人耳对于小于100ms的中断现象不易感觉 ， 所以要求数字电话 系统一旦帧失步后 ， 重新建立同步的时间（又称 捕捉时间） 应小于100ms ， 对于数据传输系统则 要求捕捉时间更短些。第48页/共66页
抑制载波双边带信号的导频插入
第17页/共66页
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 。于是输出信号为第18页/共66页
第15页/共66页
下面以在抑制载波的双边带信号中插入导频为 例说明其原理。由于导频与信号一起传输 ， 因此第一个要求 是在载频处已调信号的频谱分量为零 ， 这样可 避免信号与导频的相互干扰 ， 当采用某种相关 编码信号去进行抑制载波的双边带调制 ， 载频 附近的频谱分量很小 ， 易于插入导频以及解调 时易于滤出它 。第二个要求是插入的导频和加 于调制器的那个载波是正交关系 ， 目的是为了解调。第16页/共66页
T
B
N越大，靠近的步子就越小 ， 同步建立的速度就越慢。 所以
N值的选取要折中两者的要求。
第41页/共66页
秒，
N
N是分频器的分 频次数） ， 故最大的相位误差为2π/N
T
e来表示相位误差 ， 因每码元的周期为
若用时间差
T
B， 故得
公共基础知识通信原理基础知识概述
《通信原理基础知识概述》一、引言通信作为人类社会传递信息的重要手段，在当今时代发挥着至关重要的作用。
从远古时期的烽火狼烟到现代的高速无线通信，通信技术的发展深刻地改变了人们的生活方式和社会面貌。
通信原理作为通信技术的基础，涵盖了从基本概念到核心理论、从发展历程到重要实践以及未来趋势等多个方面。
本文将对通信原理基础知识进行全面的阐述与分析。
二、通信原理的基本概念1. 通信的定义通信是指信息的传递和交换。
它可以通过各种方式进行，如语言、文字、图像、信号等。
通信的目的是使信息从一个地方传输到另一个地方，以便接收者能够理解和使用。
2. 通信系统的组成通信系统主要由信源、发送设备、信道、接收设备和信宿组成。
信源是产生信息的源头，发送设备将信源发出的信息转换为适合在信道中传输的信号，信道是信号传输的媒介，接收设备将信道传输过来的信号转换为信宿能够理解的信息，信宿是信息的接收者。
3. 信号的分类信号可以分为模拟信号和数字信号。
模拟信号是连续变化的信号，其幅度和时间都是连续的。
数字信号是离散变化的信号，其幅度和时间都是离散的。
数字信号具有抗干扰能力强、易于存储和处理等优点，因此在现代通信中得到了广泛的应用。
三、通信原理的核心理论1. 傅里叶变换傅里叶变换是通信原理中的重要理论之一。
它将时域信号转换为频域信号，使得我们可以在频域中分析信号的特性。
通过傅里叶变换，我们可以得到信号的频谱，从而了解信号的频率组成和带宽等信息。
2. 调制与解调调制是将信源发出的信息加载到高频载波上的过程。
调制的目的是使信号能够在信道中有效地传输。
常见的调制方式有幅度调制、频率调制和相位调制等。
解调是将接收到的已调信号还原为原始信息的过程。
3. 信道编码与解码信道编码是为了提高通信系统的可靠性而对信号进行的编码处理。
信道编码可以增加信号的冗余度，从而提高信号在信道中传输的抗干扰能力。
常见的信道编码方式有卷积码、Turbo 码和 LDPC码等。
通信原理教案(第1章)李白萍
第1章绪论本章教学基本要求：掌握：1. 通信基本概念2. 信息量、主要性能指标计算3. 数字通信系统的组成理解：1. 通信系统的分类2. 通信系统的发展本章核心内容：一、通信的基本概念二、通信系统的组成、分类三、数字通信系统的性能指标四、数字通信技术及发展一、通信的基本概念1. 通信：消息传递的全过程，即信息的传输与交换。
2. 消息：是有待于传输的语言、活动图片和文字、数据等。
3. 信息：消息中包含的有意义的内容。
4. 信号：信息的物质载体。
5. 信息量：度量信息多少的量值，它和消息的总类，消息的重要程度无关，它只反应一个量值。
1）信息量的计算消息中所含信息量与消息出现的概率有关。
（1）信息量（I ）是消息出现的概率（P(x)）的函数：I=I[P(x)] （2）消息出现的概率愈小，它所包含信息量愈大；反之信息量愈小。
且P(x)=1时，I=0，P(x)=0时，I=（3）若干个互相独立事件构成的消息，所含信息量等于各独立事件信息量的和。
I[P(x 1)P (x 2)…P(x n )] = I[P(x 1)]+ I[P(x 2)]+…+ IP(x n )]所以，I=log a)(1x p = - log a p(x) 信息量I 的单位与对数的底数有关：当对数底a 取2时，信息量的单位为比特（bit ）；当对数底a 取e 时，信息量的单位为奈特（nit ）；当对数底a 取10时，信息量的单位为哈特（hart ）。
通常使用的单位为比特。
1比特（bit ）的含义：是信息量的度量单位；一位二进制数不经压缩所含的信息量；一个脉冲波形所含的信息量；一比特等于488微秒。
2）离散信源的平均信息量（1）离散等概时信息量的计算假设有M(M=2K )个消息，它们是等概的，每条消息的概率P(x)=M1，以2为底时：I=lb)(1x P =lbM=K(bit) （2）离散不等概时信息量的计算某离散信息源输出x 1,x 2,…,x M M 个不同符号，它们出现的概率分别为P(x 1),P(x 2),…,P(x M )。
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》配套教学教案
1.纠错能力和码字的构造有何关系？
2.非标准的生成矩阵如何转换为标准的生成矩阵？
3.多项式在描述循环码时有什么作用？
4.卷积码为何少采用系统码形式？
5.先进信道编码技术的优势来自哪里？
内容大纲：具体可结合本章的PPT课件进行配合讲解。
11.1引言
11.2信道编码的基本原理
11.2.1信道编码的基本概念
6.解释常见的分集技术，常见的分集合并方法有哪些？
7.解释MIMO技术的类别，大规模MIMO有哪些优点？
8.OFDM技术为什么可以有效对抗多径干扰？OFDM技术如何实现。
9.解释常见的多址技术和5G中的新多址技术。
第10章
课时内容
信息论基础
授课时间
350分钟
课时
7
教学目标
掌握不确定性、信息、互信息、熵和相对熵等基本概念；
掌握无失真数据压缩时的信源编码定理；
掌握数据压缩算法、信道编码定理；
掌握信息容量定理；
掌握有失真数据压缩时的信源编码定理--率失真定理。
教学重点
信息的度量；
信源编码定理；
信道编码定理；
香农公式；
率失真定理。
教学难点
信息量、信源熵、联合熵、条件熵和微分熵的基本概念；
信源无失真压缩与有失真压缩；
信道编码
教学内容
知识回顾：
通信系统的随机过程，以及通信系统的性能指标为可靠性和有效性。本章讨论信息论的基础内容。
讨论问题：
1.什么是信息？如何度量信息？
2.信息传输中，基本的极限条件是什么？
3.对于信息的压缩和恢复的极限是什么？
4.设计怎样的设备才能达到这些极限？
5.实际系统中接近极限的设备是否存在？
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。
第八章串行通信技术
第八章串行通信技术§8。
1串行通信的概述及RS-232C总线教学方法:讲授法教学目的:1、了解单片机串行通信的基本方法。
2、掌握单片机串行通信的相关概念。
3、了解RS-232C总线。
4、了解RS-232C总线电平及计算机信号电平教学重点：串行通信的方式教学难点:波特率的理解和信号电平的理解教学过程：组织教学：授课课时：（2课时）扳书课题：§8。
1串行通信的概述及RS-232C总线引入新课：一、串行通信概述1、什么叫串行通信？并行、串行举生活中的例子（排横队行走，排纵队行走）说明；引出并行通信，串行通信的概念。
P00P01 外设1P02P0389C51RXD外设2TXD串行通信就是使计算机中的数据一位一位地按先后顺序在一根传输线上传送。
通常有两种基本的通信方式：异步通信和同步通信。
2、异步通信和同步通信回顾在数字电路中所学的移位寄存器工作原理。
可提问学生。
异步通信：异步——发送时钟不一定等于接收时钟。
如下图：数据传送是帧的形式传送，每一帧数据包括起始位、数据位、奇偶校验位、停止位四部分。
其中数据位可以是5位、6位、7位、8位。
在一帧格式中，先是一个起始位0，然后是8个数据位，规定低位在前，高位在后，接下来是奇偶校验位（可以省略），最后是停止位1。
用这种格式表示字符，则字符可以一个接一个地传送。
特点：不同速度的外设可相互传送，但传送数据比实际数据位数多（加起始位、停止位等），占用CPU时间，传送速度较慢。
同步通信同步——发送设备时钟等于接收设备时钟。
在同步通信中，每个字符要用起始位和停止位作为字符开始和结束的标志，占用了时间；所以在数据块传递时，为了提高速度，常去掉这些标志，采用同步传送。
由于数据块传递开始要用同步字符来指示，同时要求由时钟来实现发送端与接收端之间的同步，故硬件较复杂。
发送方和接收方时钟完全一样，只要双方同时准备好（同步），可直接传送数据，无需附加多余的控制位，传送数据效率高，但设备要求高。
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
《现代通讯原理》课件——第8章 同步系统
8.3 码元同步 1）开环码元同步法 开环码元同步法也称为非线性变换同步法。在这种同步方法中，将解调后的基带接收码元先通过某种非线性变换，再送入一个窄带滤波电路，从而滤出码元速率的离散频率分量。在图8-7中给出了两个具体方案。在图8-7（a）中，给出的是延迟相乘法的原理方框图。这里用延迟相乘的方法作非线性变换，使接收码型得到变换的。其中相乘器输入和输出的波形示于图8-8中。由图可见，延迟相乘后码元波形的后一半永远是正值；而前一半则当输入状态有改变时为负值。因此，变换后的码元序列的频谱中就产生了码元速率的分量。选择延迟时间，使其等于码元持续时间的一半，就可以得到最强的码元速率分量。
8.3 码元同步 8.3.1外同步法 在发送端插入码元同步信号的方法有多种。从时域考虑，可以连续插入，并随信息码元同时传输；也可以在每组信息码元之前增加一个“同步头”，由它在接收端建立码元同步，并用锁相环使同步状态在相邻两个“同步头”之间得以保持。从频域考虑，可以在信息码元频谱之外占用一段频谱专用于传输同步信息；也可以利用信息码元频谱中的“空隙”处，插入同步信息。
8.1 同步的概念及分类 1）载波同步 载波同步又称载波恢复，即在接收设备中产生一个和接收信号的载波同频同相的本地振荡，供给解调器作相干解调用。可见，载波同步是实现相干解调的先决条件。因此，在接收设备中需要有载波同步电路，以提供相干解调所需的相干载波；相干载波必须与接收信号的载波严格地同频同相。
8.3 码元同步 1）开环码元同步法
（a）
（b）
图8-7 开环码元同步的两种方案
8.3 码元同步 1）开环码元同步法
图8-8 延迟相乘法
8.3 码元同步 2）闭环码元同步法 开环码元同步法的主要缺点是同步跟踪误差的平均值不等于零。使信噪比增大可以降低此跟踪误差，但是因为是直接从接收信号波形中提取同步，所以跟踪误差永远不可能降为零。闭环码元同步的方法是将接收信号和本地产生的码元定时信号相比较，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。这种方法类似载频同步中的锁相环法。
第八章-同步技术
11
同步技术的重要性
• 同步本身虽然不包含所要传送的信息，但只有收 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直接导致通信 质量下降，降低通信系统性能，甚至使通信中断。
计算机网络通信原理——同步技术
• 从下图所示的频谱图可以看出，在载频处，已调信号的频 谱分量为零，载频附近的频谱分量也很小且没有离散谱， 这样就便于插入导频以及解调时易于滤出它。
（a）基带信号x(t)频谱函数
（b）对x(t)进行相关编码得到的频谱函数 （c）双边带调制后得到的频谱函数
插入导频
计算机网络通信原理——同步技术
20
双边带调制系统发送端电路框图
• 码变换器将Sd(t)频谱中的直流和相邻的低频信号滤掉或衰减。 • 经低通滤波器加给环行调制器，由带通滤波器取出上、下边带
送给加法器。 • 同时送给加法器的还有载波移相90°的Acsinωct。（发送端必须
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。）
计算机网络通信原理——同步技术
28
平方变换法
• 已调信号x(t)cosωct为2PSK信号，双极性矩形脉冲。 • 接收端经过平方律部件后得到
e(t)=[x(t)cosωct]2 = x2(t)/2+ x2(t) cos2ωct/2
∵ x(t)=±1 ∴ e(t)= (1+cos2ωct)/2
• 由此，通过窄带滤波器取出2fc，经过二分频得到的频率就 是所需要的载波频率。
计算机网络通信原理——同步技术
同步技术应用举例_通信原理（第2版）_[共2页]
![同步技术应用举例_通信原理（第2版）_[共2页]](https://img.taocdn.com/s3/m/227ac6be25c52cc58bd6beda.png)
第7章 通信系统中的同步– 155 – 准同步系统各站各自采用高稳定时钟，不受其他站的控制，它们之间的钟频允许有一定的容差。
这样各站送来的信码流首先进行码速调整，使之变成相互同步的数码流，即对本来是异步的各种数码进行码速调整。
（2）水库法。
这种方法是依靠在各交换站设置极高稳定度的时钟源和容量大的缓冲存储器，使得在很长的时间间隔内存储器不发生“取空”或“溢出”的现象。
容量足够大的存储器就像水库一样，很难将水抽干，也很难将水库灌满。
因而可用作水流量的自然调节，故称为水库法。
现在来计算存储器发生一次“取空”或“溢出”现象的时间间隔T 。
设存储器的位数为2n ，起始为半满状态，存储器写入和读出的速率之差为±∆f ，则显然有 n T f=∆ （7.19） 设数字码流的速率为f ，相对频率稳定度为S 并令 ||f S f ∆=± （7.20）则由式（7.19）得 n f T S=（7.21） 式（7.21）是水库法进行计算的基本公式。
设f = 512kbit/s ，并设 9||10f S f -∆=±= （7.22）需要使T 不小于24小时。
则利用式（7.21），可求出n ，即 9105120024360045n S fT -==⨯⨯⨯≈显然，这样的设备不难实现，若采用更高稳定度的振荡器，例如镓原子振荡器，其频率稳定度可达5 × 10−11。
因此，可在更高速率的数字通信网中采用水库法作网同步。
但水库法每隔一个相当时间总会发生“取空”或“溢出”现象，所以每隔一定时间T 要对同步系统校准一次。
上面我们简要介绍了数字通信网的网同步的几种主要方式。
但是，网同步方式目前世界各国仍在继续研究，究竟采用哪一种方式，有待探索。
而且，它与许多因素有关，如通信网的构成形式，信道的种类，转接的要求，自动化的程度，同步码型和各种信道的码率的选择等都有关系。
前面所介绍的方式，各有其优缺点。
目前数字通信正在迅速发展，随着市场的需要和研究工作的进展，可以预期今后一定会有更加完善、性能良好的网同步方法面市。
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》教材介绍
04
教材评价
优点评价
内容全面
该教材涵盖了通信原理的各个方面， 从基础知识到高级技术都有详细介绍。
理论与实践结合
教材中不仅有理论分析，还结合实际 应用进行了讲解，有助于学生更好地 理解和应用。
图表丰富
教材中使用了大量的图表来解释和说 明原理，使得抽象的概念更加直观易 懂。
习题丰富
教材配备了大量的习题，有助于学生 巩固所学知识，提高解题能力。
实践性
该教材注重理论与实践相结合， 通过实例和实验帮助读者加深对 通信原理的理解。
先进性
该教材介绍了最新的通信技术和 发展趋势，使读者能够了解通信 原理的前沿动态。
适用人群
该教材适用于通信工程、电子信息工 程、计算机科学与技术等相关专业的 本科生和研究生。
对于从事通信领域的专业技术人员和 管理人员，该教材也是一本很好的参 考书籍。
信号处理与传输
教材中的信号调制与解调、信道编码与解码等知识，在通信工程 中广泛应用于信号处理与传输。
通信网络
通信原理在网络协议、路由算法等方面提供了理论基础，有助于 理解通信网络的运作机制。
在电子信息工程中的应用
电子设备与系统
电子信息工程中的电子设备与系统都需要进行信号传输与处理，通 信原理为此提供了理论依据。
分章节学习
由于全书篇幅较长，建议学生分章节进行学习，每 个章节学完后进行总结和复习。
参与讨论和交流
建议学生加入相关的学术论坛或与老师、同 学进行交流，可以互相讨论学习心得和遇到 的问题。
05
教材应用
在通信工程中的应用
通信系统分析与设计
通信原理是通信工程的核心基础，为通信系统的设计与分析提供 了理论支持。
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
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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
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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)
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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。
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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。
《同步技术》PPT课件
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3
8.1 同步系统的分类
8.1.1 同步系统按功能分类
载波同步：在接收端得到一个与发端同频同相的载 波。（相干解调的基础）
位同步：在接收端产生一个与接收码元频率和相位 吻合的脉冲序列。（取样判决的基础）
帧同步（群同步）：在பைடு நூலகம்收端产生一个标志每帧首 尾的定时脉冲。 （分组及译码的基础）
网同步：为使数字通信网有统一的时间基准而进行
27
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二、包络陷落法
PSK等信号，在数据变化时刻产生幅度“陷落”，
使包络携带有位同步信息，故可检出。
包络陷落法方框图及各点波形
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带限频谱的产生：
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三、锁相法
锁相法是用锁环代替上述方法中的窄带滤波器， 从而实现位同步信号提取。由于位同步信号是周 期性取样脉冲序列，因此常用数字锁相环，系统 框图如下 ：
若基带信号为全占空矩形序列,无论是单极性或双极
性信号，它们都不含 f或B 成2 f B份，因此不能直接提
取位同步信息。若是归零脉冲，则一定含有
f
成份。
B
因此对全占空矩形随机序列先进行波形变换，如采用
微分、全波整流等变换手段，就能提取
f
信息。
B
其方框图如8.17，各点波形图如图8.18
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7位巴克码识别器输出曲线
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15
正交插入导频发射机方框原理图 ：
s(t)
s (t )
相关编码
X
s(t)cos2fct
带通
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ui fi 鉴相器
ud
uc 环路滤波器 压控振荡器
uo fo
图8.1 锁相环的原理框图
5
8.2.2 插入导频法
插入导频的方法有两种：频域插入法和时域插入法。 频域插入法：是在发送有用信号的同时，在一定的频率位置上插入一
个或者多个正弦波，接收端利用插入的正弦波来提取载波信号，其中 插入的正弦波称为导频，这类方法称为插入导频法或外同步法。 所谓插入导频，就是在已调信号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
在接收端对接收到的信号进行非线性变换，这里，将信号进行 平方变换，即将信号经过一个平方律部件，这样，信号变为
e(t ) [ x(t )cosct ]2 x2 (t ) / 2 x2 (t )cos 2ct / 2
（8-5）
10
由式（8-5）可以看出，经过平方变换的信号中含有直流分量， 就可在接收端采用直接法进行载波提取。以2PSK信号为例，假设 x(t)为±1，则进行平方得到 x2(t)=1，则e（t）经过平方律部件后可 以得到：
v(t ) [ c m(t ) sin c t c cosc t ] c sin c t
c m(t ) c m(t )
2 2
2
2
cos 2c t
c
2
2
（8-2）
sin 2c t
经过低通滤波器后得到m（t）项，就可以恢复出调制信号m（t）。
8
调制
uo(t) π /2相移 Fc窄带 滤波器 π /2相移
m(t)
2. 调制载波 a csinω c t
当发端加入的导频不是正交载波，而是调制载波。
m(t) 输出 uo(t)
相乘 调制
带通
相加
acsinω c t
图8.4 插入导频法发端方框图（调制载波）
uo (t ) c m(t )sinct csinct
（8-3）
收端用窄带滤波器取出acsinωct后直接作为同步载波，但此时经
数据通信就可较可靠地进行了。但随着数字通信的发展，数据通
信和数据交换的出现，构成了数字通信网。为了多点之间可靠通 信和数据交换，全网必须在一个统一的时间标准时钟，即全网必
须同步工作，实现整个网的同步称为通信网的网同步。
8.2 载波同步
载波同步的作用：实现同步解调（或相干解调），即
由频带信号解调为基带信号。
LPF
u1=cos（ωct+θ） VCO 900相移 环滤
u7
×
×
u2 u4
LPF
u5
图8.7 同相正交环法提取载波框图
e(t ) [1 cos2ct ] / 2
（8-6）
由式（8-6）可知，e（t）通过2ƒc窄带滤波器后，得到 2ƒc频率
分量，再经过一个二分频器就可以得到所需的 ƒc频率成分。基于这
种构思的提取载波方法的原理方框图如图8.5所示。
x(t)cosω ct e(t)
平方律部件
2fc窄带滤波器
二分频
第8 章
●载波同步 数字通信网中的应用
1
8.1 概述
同步就是指收发双方在时间上步调一致。 在数据通信中，按作用的不同，可分为： ●载波同步 ●位同步
●群同步（或称帧同步）
●网同步 载波同步——指在数字调制解调系统中，当采用相干解调 （又称同步检测）时，接收端必须获得一个与发送端同频
同相的载波。这个载波的提取称为载波同步。
2
位同步——任何消息都是通过一串二进制码元序列传送的，所以
收端译码时，必须提供准确地码元判决时刻，使判决时钟的周期 和相位都准确地与发送端一致。否则，误码率会大大增加，使通
信无法进行。在数字通信中，接收端码元时钟信号的提取称为码
元同步。 群同步（帧同步）——为了准确判决数据帧或信息包的起始时刻。 因此，在收端应实现帧同步。 网同步——在获得了载波同步、位同步、群同步之后，两点间的
cos x (t ) c t
图8.5 平方变换法提取载波
2. 平方环法
x(t)cosω ct 平方律 部件
锁相环 鉴相器 环路 滤波器 压控 振荡器
cos c t x ( t ) 二分频
图8.6 平方环法提取载波
图8.7 平方环法提取载波
3. 同相正交环（又称科斯塔环法）
u3 u6
×
输入已 调信号 载 波 输 出
当插入的导频不是加载调制器的那个载波，而是将其移相90°后 的所谓的“正交载波”。
m(t) 相乘 调制 带通 相加 输出 uo(t)
acsinω c t
π /2相移 －
图8.2 插入导频法发端方框图（正交载波）
其输出信号为
uo (t ) c m(t ) sin ct c cosct
（8-1）
7
设收端收到的信号与发端输出信号相同，则接收端用一个中心频 率为 fc 的窄带滤波器就可以得到导频-accosωct，再将它移相90°，就 可得到与调制载波同频同相的信号acsinωct。
uo(t) 带通
fcc窄带 F 滤波器
相乘器
v(t)
低通
m(t)
π /2相移
图8.3 插入导频法接收端方框图
两种方法： ●直接提取法——接收端从接收到的有用信号中直接（或
经变换）提取相干载波。
●插入导频法——在发送端发送有用信号的同时，在适当 的频率位置上插入正弦波作为导频，在接收端可提取导频， 作为相干载波。
4
8.2.1 锁相环的工作原理
锁相环的作用：跟踪、窄带滤波和记忆。
锁相环有模拟和数字两种：
当输出频率较低时，要求同步保持时间长，应采用数字环。 如果输出频率较高，数字环难以实现，可采用模拟环。
信号。
抑制载波双边带调制， 在载波频率 fc 点信号能量为 零，可以在fc点处插入导频 （即fc），它的相位与被调 制载波正交，所以称为“正 交载波”。接收机提取这一 导频，移相后作为相干载波。 S(f )
0
导频 抑制载波双边带信号的导频插入
fc
f
插入的载波分为正交载波和调制载波 。
1. 正交载波
过相乘器和低通滤波器解调后输出为ac2m（t）+ac2/2，多了一个不需
要的直流成分ac2/2，这就是发端采用正交载波作为导频的原因。
9
8.2.3 直接提取载波法
1. 平方变换法
设调制信号为x(t)，x(t) 中无直流分量，则抑制载波的双边带 信号为
s(t ) x(t )cosct
（8-4）