现代通信系统原理--第7章-同步系统PPT课件
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现代通信系统原理 第7章 同步系统
v3
q次分频
v6
图7-7 残留边带信号形插入导频法收端方框图
3、时域插入导频法
原理：利用PLL的跟踪、记忆、维持功能。
位 同 步 帧 同 步 载 波 同 步 位 同 步 帧 同 步 载 波 同 步
信息
信息
t0
t1
t2
t3
第一帧
t4
(a)
t1
t2
t3
第二帧 解调
t4
接收信号
带通
门控信号
线性门
锁相环
鉴相器
经低通后的输出分别为 ：
1 v 5 2 mt cos 1 v 6 mt sin 2
乘法器的输出为： 1 2 1 2 v7 v5 v6 m t sin cos m t sin2 4 8 上式可以近似地表示为： 1 2 v7 m t 4 注：载波提取、相干解调一次完成！v5; 无π相位模糊问题。 另：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。见图7-4。
2、残留边带信号中插入导频
Hf
f1
fr
f 2
f1 f c f m f1 f 2 f c f r f 2
f1
fc fm
fc
f2
图7-6 残留边带信号形成滤波器的传输函数
v4
f2 窄带 收信号 fc 窄带
v5
移相 载波输出
v1
f1 窄带
（f2 -f1） 低通
v2
7.4.1 起止同步法
结构：
7.5个码元 止 起 止
5个码元 （信息）
缺点：止脉冲与码元宽度不同，给同步数字传输带来不便； 传输效率低：67% 。
《现代通信系统原理》课件
云计算与边缘计算的协同
人工智能和机器学习技术在通信系统中的应用将更加广泛，用于优化网络性能、提高数据传输效率和降低能耗。
人工智能与机器学习
量子通信技术以其高度安全性和抗干扰能力，将成为未来通信系统的重要发展方向。
量子通信技术
可见光通信技术以其高速、低成本、低能耗等优势，有望在室内通信等领域得到广泛应用。
现代通信系统原理
目录
CONTENTS
引言模拟通信系统数字通信系统现代通信系统原理通信系统的未来展望
引言
信息源
信道
目的地
产生信息的设备或物体。
传输信号的媒介。
接收信息的目的地或用户。
利用物理线路传输信号的系统，如电缆、光纤等。
有线通信系统
利用电磁波传输信号的系统，如手机、广播、电视等。
无线通信系统
解调
实现调制与解调，将计算机或终端设备与通信网络连接起来。
调制解调器的功能
现代通信系统原理
通信系统定义
通信系统是实现信息传输与交换的系统，由信源、信道和信宿组成。
调制解调技术
调制解调技术是实现模拟信号与数字信号相互转换的关键技术，常用的调制方式有调频、调相和调幅。
信道编码技术
信道编码技术通过在信息码元中加入冗余位元，实现差错控制和纠错功能，提高数据传输的可靠性。
可见光通信技术
工业4.0与智能制造
未来通信系统将广泛应用于工业4.0和智能制造领域，支持实时数据传输和处理，提升生产效率和产品质量。
智慧城市与智ห้องสมุดไป่ตู้交通
未来通信系统将助力智慧城市和智慧交通的建设，实现城市各领域的智能化管理和高效协同。
虚拟现实与增强现实
未来通信系统将为虚拟现实和增强现实技术的发展提供有力支持，推动娱乐、教育、医疗等领域的技术革新。
人工智能和机器学习技术在通信系统中的应用将更加广泛，用于优化网络性能、提高数据传输效率和降低能耗。
人工智能与机器学习
量子通信技术以其高度安全性和抗干扰能力，将成为未来通信系统的重要发展方向。
量子通信技术
可见光通信技术以其高速、低成本、低能耗等优势，有望在室内通信等领域得到广泛应用。
现代通信系统原理
目录
CONTENTS
引言模拟通信系统数字通信系统现代通信系统原理通信系统的未来展望
引言
信息源
信道
目的地
产生信息的设备或物体。
传输信号的媒介。
接收信息的目的地或用户。
利用物理线路传输信号的系统，如电缆、光纤等。
有线通信系统
利用电磁波传输信号的系统，如手机、广播、电视等。
无线通信系统
解调
实现调制与解调，将计算机或终端设备与通信网络连接起来。
调制解调器的功能
现代通信系统原理
通信系统定义
通信系统是实现信息传输与交换的系统，由信源、信道和信宿组成。
调制解调技术
调制解调技术是实现模拟信号与数字信号相互转换的关键技术，常用的调制方式有调频、调相和调幅。
信道编码技术
信道编码技术通过在信息码元中加入冗余位元，实现差错控制和纠错功能，提高数据传输的可靠性。
可见光通信技术
工业4.0与智能制造
未来通信系统将广泛应用于工业4.0和智能制造领域，支持实时数据传输和处理，提升生产效率和产品质量。
智慧城市与智ห้องสมุดไป่ตู้交通
未来通信系统将助力智慧城市和智慧交通的建设，实现城市各领域的智能化管理和高效协同。
虚拟现实与增强现实
未来通信系统将为虚拟现实和增强现实技术的发展提供有力支持，推动娱乐、教育、医疗等领域的技术革新。
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。
现代通信技术概论 教学课件 作者 崔健双 第7章移动通信系统
第7章移动通信系统7.1 移动通信概述7.2 GSM数字移动通信系统7.3 CDMA数字移动通信系统7.4 第三代移动通信系统7.5 新一代移动通信系统27.1 移动通信概述移动通信指移动用户之间或移动用户与固定用户之间所进行的通信。
小区制蜂窝网和码分多址技术是移动通信技术的核心概念。
本章将对公用移动通信系统的特点、组成、功能以及工作原理进行说明。
重点对基于小区蜂窝网概念的全球移动通信系统（GSM）和基于码分多址技术（CDMA）的数字移动通信系统进行介绍。
37.1.1 移动通信的特点✓频率资源有限✓易受外界干扰✓存在各种效应：多径、阴影、多普勒、远近效应✓技术较复杂✓对设备要求高✓保密性较差47.1.2 移动通信发展历程移动通信六个发展阶段阶段年代划分特点I1920-1940专用系统、小范围、少量用户、低频率。
主要在交通运输、军事等领域。
II1940-1965由专用移动网向公用移动网过渡。
采用人工接续、网的容量较小、成本较高。
III1965-1975大区制、中小容量、自动选频、自动接续，450MHz频段。
IV1975-1985第一代模拟移动通信系统：蜂窝网概念推进了系统容量大增；微电子技术使得设备趋于小型化；计算机技术的发展为网管提供了强有力的手段。
代表体制：美国AMPS，北欧NMTS，英国TACS等。
寻呼系统和无绳电话系统伴随着出现。
V1985-2005第二代数字移动通信系统：数字蜂窝技术成为当代主流在用移动通信系统。
频谱利用率高、系统容量较大，能提供语音、数据等多种通信业务。
代表体制：泛欧GSM、北美CDMA、日本PDC等。
缺点：无法完全实现全球漫游、仅支持语音、短消息和较低速的数据通信连接、系统容量也不足。
VI2005-今第三代移动通信系统：为用户提供全球海陆空三维的无缝隙覆盖，支持全球漫游业务；支持多种话音和非话音业务, 特别是多媒体业务；具备足够的系统容量、强大的多种用户管理能力、高保密性能和服务质量。
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
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。
现代通信原理课件
u (t)(t) v (t) g 2 (t) v (t)概 [ 1 22 率 P ]
第七章 数字信号的基带传输系统
u(t)的截短函数的表达式
u0 (t) =
g1(t)v(t)概 [ 率 P]为 g2(t)v(t)概 [ 率 1P为 ]
v(t)E [(t) ]P1 (tg ) (1 P )g 2(t)代入上
15
第七章 数字信号的基带传输系统
[例7.1]HDB3编码举例
0 +1 0 0 0 +V0 -1 +1 -B0 0 0 -V0 0 -+1 0 +-1 0
第1个破坏节
第2个破坏节
16
第七章 数字信号的基带传输系统
[例7.2]HDB3解码举例
0 +1 0 0 0 +01 -1 +1 -01 0 0 -01 0 +1 0 -1 0
第七章 数字信号的基带传输系统
如果输入00000,00000,00000,…
则输出110010,110010,110010,…
如果输入00001,00001,00001,00001,…
则输出110011,100001,110011,100001,…
如果输入00001,00010,00001,00010,…
同 u 1 ( t) 理 a 1 [ g 1 ( t T b ) g 2 ( t T b )]
u 2 ( t) a 2 [g 1 ( t 2 T b ) g 2 ( t 2 T b )]
N
可 u(t知 )的截短 a n[g 函 1(tn数 b)T g2(为 tnb)T] n N
N
对应付立anF 叶 {g[1(变 tnbT 换 )g2(t为 nbT )}] nN
第七章 数字信号的基带传输系统
u(t)的截短函数的表达式
u0 (t) =
g1(t)v(t)概 [ 率 P]为 g2(t)v(t)概 [ 率 1P为 ]
v(t)E [(t) ]P1 (tg ) (1 P )g 2(t)代入上
15
第七章 数字信号的基带传输系统
[例7.1]HDB3编码举例
0 +1 0 0 0 +V0 -1 +1 -B0 0 0 -V0 0 -+1 0 +-1 0
第1个破坏节
第2个破坏节
16
第七章 数字信号的基带传输系统
[例7.2]HDB3解码举例
0 +1 0 0 0 +01 -1 +1 -01 0 0 -01 0 +1 0 -1 0
第七章 数字信号的基带传输系统
如果输入00000,00000,00000,…
则输出110010,110010,110010,…
如果输入00001,00001,00001,00001,…
则输出110011,100001,110011,100001,…
如果输入00001,00010,00001,00010,…
同 u 1 ( t) 理 a 1 [ g 1 ( t T b ) g 2 ( t T b )]
u 2 ( t) a 2 [g 1 ( t 2 T b ) g 2 ( t 2 T b )]
N
可 u(t知 )的截短 a n[g 函 1(tn数 b)T g2(为 tnb)T] n N
N
对应付立anF 叶 {g[1(变 tnbT 换 )g2(t为 nbT )}] nN
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引起导频相位的误差 ; （3）有的调制系统不能用直接法（如SSB系统）。 插入导频法的优缺点；
（1）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；
（2）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）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。
.
2
研究的问题：
➢ 7.1 引言 ➢ 7.2 载波同步技术 ➢ 7.3 位同步技术 ➢ 7.4 群同步技术
.
3
7.2 载波同步技术
获取方法： ●插入导频法（外同步法）：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载频的正弦波，接收 端由导频提取载波；
●直接法（自同步法）：不专门发送导频，在接收端直接 从发送信号中提取载波。 7.2.1 直接法（自同步法） 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。
.
15
7.3 位同步技术
要求：与发端节拍一致、相位可调。 获取方法：插入导频法（外同步法）、直接法（自同步法）。 不专门发送导频，在接收端直接从发送信号中提取载波。
解
v3
m tcocst
输入已调
信号
同相载波 正交载波 双PLL环
载波输出 v1
2相移
v2 v4
低通
压控振 荡器
低通
v5
环路滤 v7
波器
v6
目标：只需证得v7∝θ(载波相位差)。
v v3 4 m m ttcco o cc ststcso i nc c stt 1 2 1 2m m ttc sio n sscio 2 n 2 scctt
.
4
1. 平方变换法和平方环法
发端：设调制信号中无直流分量，则抑制载波的双边带信号
为：
stm tco cts
收端：
平方变换法模型： 输入已
调信号
平方律
2fc 窄带
部 件 e(t) 滤波器
二分频 载波
输出
经平方律部件后:
e t m 2 tc2 oc ts m 2 2 t 1 2 m 2 tc2 oc ts
另：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。见图7-4。
.
8
7.2.2 插入导频法
1、抑制载波的双边带信号中插入导频 导频：为“正交载波”－－与加在调制器的那个载波移相90°。 模型：
m(t) 相乘
调制
acsinct
带通
相加 输出 u0 (t) 带通 u0 (t)
.
10
3、时域插入导频法 原理：利用PLL的跟踪、记忆、维持功能。
载 位帧波 同同同
步步步
信息
载 位帧波 同同同
步步步
信息
t0 t1 t2 t3
t4 t1 t2 t3
t4
第一帧
第二帧
(a) 接收信号 带通
解调
门控信号 线性门
锁相环
鉴相器
环路滤 波器
压控振 荡器
(b.)
11
7.2.3 载波同步系统的性能指标
现代通信系统原理
第7章 同步系统
.
1
7.1 引言
同步：是指收发双方在时间上保持步调一致。
同步的分类：
载波同步－－同频同相相干载波；
位（码元）同步－－节拍一致、相位可调；
群同步－－ 帧同步；
点对点
网同步（通信网中用）。
同步信号来自于接收信号；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。
经低通后：
.
7
经低通后的输出分别为 ：
v
5
v
6
1
2 1
2
m t cos m t sin
乘法器的输出为：
v 7 v 5v 6 1 4 m 2tsinc o s 8 1 m 2tsin 2
上式可以近似地表示为：
v7
1 4
m2 t
注：载波提取、相干解调一次完成！v5;
无π相位模糊问题。
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、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
当利用窄带滤波器提取载波时，假设所用的窄带滤波器为一
简单单调谐回路，其Q值一定。那么，当回路的中心频率ω0与 载波频率ωc不相等时，就会使输出的载波同步信号引起一稳态 相差Δφ。若ω0与ωc之差为Δω，且Δω较小时，可得
.
13
2、同步建立时间和保持时间
建立时间
保持时间
ts 0.46(2 Q 0)
tc2 Q 0
可见：要使建立时间变短，Q值需要减小；要延长保持时间， Q值要求增大，因此这两个参数对Q值的要求是矛盾的。
.
14
3、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，因此信噪功率比可以大一些； （2）防止导频和信号间的互相干扰，也可以防止信道不理想
经窄带滤波器（2ωc），含: cos 2ct
二分频，得: c o s c t
.
5
输入已 调信号
平方律
2fc 窄带
部 件 e(t) 滤波器
问题：窄带滤波器不易实现。 改进：用PLL（锁相环）代替。
输入已 平方律 调信号 部 件
锁相环
鉴相器
环路滤 波器
二分频 载波
输出
压控振 荡器
载波输出 二分频
好处：窄带、跟踪、记忆、维持。 问题：二分频电路提取出的载波存在π相位模糊问题。
2Q
0
可见：Q值越高，所引起的稳. 态相差越大。
12
（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。经过分析当噪声为 窄带高斯噪声时，随机相位差与信噪功率比之间的关系式为
n2 12r2An20Qf0
其中：f0回路的中心频率，A接收信号幅度。 可见：滤波器的Q值越高，随机相位误差越小。
9
2、残留边带信号中插入导频
Hf
f1
fr f2
f1 fc fm f1 f2 fc fr f2
f1 fc fm
fc
f2
图7-6 残留边带信号形成滤波器的传输函数
收信号
f2 窄带
f1 窄带
v4
v5
fc 窄带
移相
v1
（f2 -f1） v2
低通
v3
q次分频
载波输出
v6
图7-7 残留边带信号形插入导频法收端方框图
2
ac cosct
fc 窄带 滤波器
相乘 器
v(t)
低通 输出
m(t )
acsinct
2相移
数学分析：
发端： u 0 ( t) a c m ( t)s inc t a cc o sc t
收端： v(t)acm(t)sinctaccosctacsinct
LPF输出：…ac2m 2(t)ac2m 2(t). cos2cta2c2sin2ct
（1）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；
（2）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）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。
.
2
研究的问题：
➢ 7.1 引言 ➢ 7.2 载波同步技术 ➢ 7.3 位同步技术 ➢ 7.4 群同步技术
.
3
7.2 载波同步技术
获取方法： ●插入导频法（外同步法）：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载频的正弦波，接收 端由导频提取载波；
●直接法（自同步法）：不专门发送导频，在接收端直接 从发送信号中提取载波。 7.2.1 直接法（自同步法） 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。
.
15
7.3 位同步技术
要求：与发端节拍一致、相位可调。 获取方法：插入导频法（外同步法）、直接法（自同步法）。 不专门发送导频，在接收端直接从发送信号中提取载波。
解
v3
m tcocst
输入已调
信号
同相载波 正交载波 双PLL环
载波输出 v1
2相移
v2 v4
低通
压控振 荡器
低通
v5
环路滤 v7
波器
v6
目标：只需证得v7∝θ(载波相位差)。
v v3 4 m m ttcco o cc ststcso i nc c stt 1 2 1 2m m ttc sio n sscio 2 n 2 scctt
.
4
1. 平方变换法和平方环法
发端：设调制信号中无直流分量，则抑制载波的双边带信号
为：
stm tco cts
收端：
平方变换法模型： 输入已
调信号
平方律
2fc 窄带
部 件 e(t) 滤波器
二分频 载波
输出
经平方律部件后:
e t m 2 tc2 oc ts m 2 2 t 1 2 m 2 tc2 oc ts
另：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。见图7-4。
.
8
7.2.2 插入导频法
1、抑制载波的双边带信号中插入导频 导频：为“正交载波”－－与加在调制器的那个载波移相90°。 模型：
m(t) 相乘
调制
acsinct
带通
相加 输出 u0 (t) 带通 u0 (t)
.
10
3、时域插入导频法 原理：利用PLL的跟踪、记忆、维持功能。
载 位帧波 同同同
步步步
信息
载 位帧波 同同同
步步步
信息
t0 t1 t2 t3
t4 t1 t2 t3
t4
第一帧
第二帧
(a) 接收信号 带通
解调
门控信号 线性门
锁相环
鉴相器
环路滤 波器
压控振 荡器
(b.)
11
7.2.3 载波同步系统的性能指标
现代通信系统原理
第7章 同步系统
.
1
7.1 引言
同步：是指收发双方在时间上保持步调一致。
同步的分类：
载波同步－－同频同相相干载波；
位（码元）同步－－节拍一致、相位可调；
群同步－－ 帧同步；
点对点
网同步（通信网中用）。
同步信号来自于接收信号；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。
经低通后：
.
7
经低通后的输出分别为 ：
v
5
v
6
1
2 1
2
m t cos m t sin
乘法器的输出为：
v 7 v 5v 6 1 4 m 2tsinc o s 8 1 m 2tsin 2
上式可以近似地表示为：
v7
1 4
m2 t
注：载波提取、相干解调一次完成！v5;
无π相位模糊问题。
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、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
当利用窄带滤波器提取载波时，假设所用的窄带滤波器为一
简单单调谐回路，其Q值一定。那么，当回路的中心频率ω0与 载波频率ωc不相等时，就会使输出的载波同步信号引起一稳态 相差Δφ。若ω0与ωc之差为Δω，且Δω较小时，可得
.
13
2、同步建立时间和保持时间
建立时间
保持时间
ts 0.46(2 Q 0)
tc2 Q 0
可见：要使建立时间变短，Q值需要减小；要延长保持时间， Q值要求增大，因此这两个参数对Q值的要求是矛盾的。
.
14
3、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，因此信噪功率比可以大一些； （2）防止导频和信号间的互相干扰，也可以防止信道不理想
经窄带滤波器（2ωc），含: cos 2ct
二分频，得: c o s c t
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输入已 调信号
平方律
2fc 窄带
部 件 e(t) 滤波器
问题：窄带滤波器不易实现。 改进：用PLL（锁相环）代替。
输入已 平方律 调信号 部 件
锁相环
鉴相器
环路滤 波器
二分频 载波
输出
压控振 荡器
载波输出 二分频
好处：窄带、跟踪、记忆、维持。 问题：二分频电路提取出的载波存在π相位模糊问题。
2Q
0
可见：Q值越高，所引起的稳. 态相差越大。
12
（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。经过分析当噪声为 窄带高斯噪声时，随机相位差与信噪功率比之间的关系式为
n2 12r2An20Qf0
其中：f0回路的中心频率，A接收信号幅度。 可见：滤波器的Q值越高，随机相位误差越小。
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2、残留边带信号中插入导频
Hf
f1
fr f2
f1 fc fm f1 f2 fc fr f2
f1 fc fm
fc
f2
图7-6 残留边带信号形成滤波器的传输函数
收信号
f2 窄带
f1 窄带
v4
v5
fc 窄带
移相
v1
（f2 -f1） v2
低通
v3
q次分频
载波输出
v6
图7-7 残留边带信号形插入导频法收端方框图
2
ac cosct
fc 窄带 滤波器
相乘 器
v(t)
低通 输出
m(t )
acsinct
2相移
数学分析：
发端： u 0 ( t) a c m ( t)s inc t a cc o sc t
收端： v(t)acm(t)sinctaccosctacsinct
LPF输出：…ac2m 2(t)ac2m 2(t). cos2cta2c2sin2ct