文元美现代通信原理课件第6章同步系统
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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
文元美现代通信原理课件数字信号的基带传输详解演示文稿
④ 所有输入、 输出接口都与TTL兼容；
⑤ 具有内部自环测试能力。
第36页，共79页。
NRZ-IN 1 CTX 2
HDB3/AMI 3 NRZ-OUT 4
CRX 5 RAIS 6
AIS 7 VSS 8
CD22103
16 VDD 15 +HDB3-OUT 14 -HDB3-OUT 13 -HDB3-IN 12 LTE 11 +HDB3-IN
Qn1 J Qn KQn ; 取J K 1
a-单极性不归零码 则Qn1 Qn
a
cp-码元同步脉冲
Q-单极性归零码
cp‘
J=1
Q
cp 与
cp’J-k
触发器
a K=1
Q
第20页，共79页。
单极性不归零码 差分码
用异或门实现
cp
状态方程为： DK CK D K 1
Ck
异
Dk
或
CK
延时
DK
第21页，共79页。
B1
第32页，共79页。
4.1.3 码型变换的基本方法
1. 码表存储法
待变换码流
串/并移位寄存器 …
(模式控制)
A0 A1 … Am-2 Am-1 Am PROM
D0 D1 … Dn-3 Dn-2Dn-1Dn
…
(M1)(M2)
并/串移位寄存器
已变换码流
图 4 – 3 Ts内g1(t)和g2(t)出现的概率分别为 P和1-P，且认为它们的出现是统计独立的，则s(t)可用下式表征。即
S(t) g(t nTb ) n
g
(t
nTb
)
g1 (t g2 (t
nTb ) nTb )
现代通信原理及应用PPT课件
希望•目标
共同目标 ◙ 互相尊重、求同存异； 互相理解、配合 默契； 互相学习、共同提高； ◙ 分享人类创造的精神财富； ◙ 自由地从事创造性的活动； ……
先修课程
高等数学 概率论与随机过程 信号与系统 随机信号分析 模拟电子线路 数字电子线路 高频电子线路
考核
统考笔试：70% 实验：10% 出勤及作业:10% 期中考试：10%
• 模拟通信系统模型中的发送设备和接收设 备主要是调制器和解调器。
一、模拟通信系统模型
模拟 信源
调制器 信道 解调器
模拟 信宿
干扰源
二、数字通信系统模型
信道中传输数字信号的系统称为数 字通信系统.
数字通信系统主要的三种通信模式:
系统
1.数字基带传输通信系统 2.数字频带传输通信系统 3.模拟信号数字化传输通信
3. 信号:
我们一方面要研究信道,同时还要寻找能 适合在信道中传输的信息载体,也就是信号.
1.1.2 通信系统模型
通信的目的是传输消息。 实现消息传递所需的一切设备和传 输媒质的总和称为通信系统。 基于点与点之间的通信系统的一般 模型可用下图来描述。
通信系统的一般模型
信源
发送 设备
信道
干扰源
接收 设备
返回
信宿
信源
发送 设备
信道
干扰源
接收 设备
信宿
• 信宿是传输信息的归宿点， 其作用是将 复原的原始信号转换成相应的消息。
返回
干扰源
信源
发送 设备
信道
接收 设备
信宿
干扰源
干扰源是通信系统中各种设备以及信道中所固有 的，并且是人们所不希望的。干扰的来源是多样 的，它可分为内部干扰和外部干扰，而且外部干 扰往往是从信道引入的，因此，为了分析方便， 把干扰源视为各处干扰的集中表现而抽象加入到 信道。
通信原理第7版第6章PPT课件樊昌信版
— 改善系统性能的两个措施
课件制作：曹丽娜
引言
数字基带信号 － 未经调制的数字信号，它所占据的频谱是
从零频或很低频率开始的。
数字基带传输系统 －不经载波调制而直接传输数字基带信
号的系统，常用于传输距离不太远的情况。
数字带通传输系统 －包括调制和解调过程的传输系统
研究数字基带传输系统的意义：
近程数据通信系统中广泛采用
P(1 P)，以概率 2 P(1 P)
E
（aman） P2 (1 P)2 (1 P)2 P2 2P(1 P)( P 1) P 0
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
2
E[ U T ( f ) ]
Pu ( f ) lim
N (2 N 1)T
0
错
误
码
元
课件制作：曹丽娜
§6.1
数字基带信号
及其
频谱特性
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
§6.1.1 数字基带信号
几种基本的基带信号波形
单个
序列
六种基本信号波形
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
归零
/ Ts 1
基带传输方式也有迅速发展的趋势
基带传输中包含带通传输的许多基本问题
任何一个采用线性调制的带通传输系统，可以等效为一
个基带传输系统来研究。
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
引言
基带传输系统组成：
基带脉冲
输入
发送
滤波器
信道
通信原理第7版第6章PPT课件(樊昌信版)
系统的传递函数
描述线性时不变系统的数 学模型，表示输入和输出 之间的关系。
03
CATALOGUE
模拟调制系统
调制的定义与分类
调制的定义
调制是一种将低频信号加载到高 频载波上的技术，以便通过信道 传输。
调制的分类
调制可以分为模拟调制和数字调 制两大类。模拟调制是指用连续 变化的模拟信号去调制载波的幅 度、频率或相位。
章节概述
本章将介绍数字调制的基本原理和技术，包括振幅调制、频 率调制和相位调制等。
通过学习本章，学生将能够了解数字调制的基本概念、原理 和技术，掌握数字调制系统的性能分析和设计方法，为进一 步学习通信系统的其他相关内容打下基础。
02
CATALOGUE
信号与系统
信号的分类与特性
01
02
ห้องสมุดไป่ตู้
03
周期信号
线性调制系统（AM、FM）
AM（调幅）调制
AM调制是通过改变载波的幅度来传 递信息的一种调制方式。在AM调制 中，低频信息信号叠加在载波上，并 通过信道传输。
FM（调频）调制
FM调制是通过改变载波的频率来传递 信息的一种调制方式。在FM调制中， 低频信息信号用来控制载波的频率变 化，从而实现信息的传输。
有效性
衡量通信系统传输有效信息的 能力，通常用传输速率或频谱
效率来表示。
可靠性
衡量通信系统传输信息的可靠 程度，通常用误码率（BER） 或信噪比（SNR）来表示。
实时性
衡量通信系统传输实时信号的 能力，通常用延迟时间来表示
。
安全性
衡量通信系统保护信息传输安 全的能力，通常用加密和认证
技术来表示。
误码率（BER）计算
通信原理教程同步课件
04
CHAPTER
数字通信原理
调制是将信号从一种形式转换为另一种形式的过程，数字信号的调制方式包括振幅键控、频率键控和相位键控等。
调制方式分类
调制解调器是实现数字信号与模拟信号相互转换的设备，其工作原理是将数字信号转换为模拟信号以便传输，再将接收到的模拟信号还原为数字信号。
调制解调器原理
调制解调器在数据传输、语音通信、无线通信等领域有着广泛的应用。
OSI模型
03
OSI模型是另一种协议体系，它包括七个层次，分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
通信网络的协议体系
03
路由控制
路由控制是指根据一定的路由算法和策略，选择最佳的路径进行数据传输，以保证数据传输的可靠性和效率。
01
网络管理
网络管理是指对网络中的设备、数据和业务进行监测、控制和维护，以确保网络的正常运行和服务质量。
详细描述：信号可以根据不同的特性进行分类，如连续时间和离散时间、确定性和随机性等。连续时间的信号具有时间的连续性，如正弦波；离散时间的信号则只在特定的时间点上有定义，如数字信号。确定性信号是指其波形可以完全确定的信号，如正弦波；随机信号则具有不确定性，如噪声信号。能量信号的能量有限，而功率信号的功率有限。此外，信号还可以通过时域和频域表示方法进行描述，时域表示信号随时间的变化情况，频域表示信号的频率成分。
02
01
模拟信号的调制与解调
模拟信号的传输方式
无线传输
无线传输利用电磁波在空间传播，实现信号的远距离传输。常见的无线通信系统包括广播、电视和移动通信等。
有线传输
有线传输通过物理介质将信号从一个地方传输到另一个地方，常见的有线通信系统包括电话线、同轴电缆和光纤等。
CHAPTER
数字通信原理
调制是将信号从一种形式转换为另一种形式的过程，数字信号的调制方式包括振幅键控、频率键控和相位键控等。
调制方式分类
调制解调器是实现数字信号与模拟信号相互转换的设备，其工作原理是将数字信号转换为模拟信号以便传输，再将接收到的模拟信号还原为数字信号。
调制解调器原理
调制解调器在数据传输、语音通信、无线通信等领域有着广泛的应用。
OSI模型
03
OSI模型是另一种协议体系，它包括七个层次，分别为物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层和应用层。
通信网络的协议体系
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路由控制
路由控制是指根据一定的路由算法和策略，选择最佳的路径进行数据传输，以保证数据传输的可靠性和效率。
01
网络管理
网络管理是指对网络中的设备、数据和业务进行监测、控制和维护，以确保网络的正常运行和服务质量。
详细描述：信号可以根据不同的特性进行分类，如连续时间和离散时间、确定性和随机性等。连续时间的信号具有时间的连续性，如正弦波；离散时间的信号则只在特定的时间点上有定义，如数字信号。确定性信号是指其波形可以完全确定的信号，如正弦波；随机信号则具有不确定性，如噪声信号。能量信号的能量有限，而功率信号的功率有限。此外，信号还可以通过时域和频域表示方法进行描述，时域表示信号随时间的变化情况，频域表示信号的频率成分。
02
01
模拟信号的调制与解调
模拟信号的传输方式
无线传输
无线传输利用电磁波在空间传播，实现信号的远距离传输。常见的无线通信系统包括广播、电视和移动通信等。
有线传输
有线传输通过物理介质将信号从一个地方传输到另一个地方，常见的有线通信系统包括电话线、同轴电缆和光纤等。
《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。
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殊锁相环具有从已调信号中消除调制和滤除噪声的功能，所以
能鉴别接收已调信号中被抑制了的载波分量与本地VCO输出信
号之间的相位误差，从而恢复出相应的相干载波。通常采用的
特殊环路有： 同相—正交环、逆调制环、判决反馈环和基带数
字处13.0理2.2载021 波跟踪环等。
可编辑版
4
同步系统
插入导频法也可以分为两种：一种是在频域插入，即在发 送信息的频谱中或频带外插入相关的导频；另一种是在时域插 入， 即在一定的时段上传送载波信息。
平方律 部件
×
fc 二分频
低通 x(t)
e(t) 2fc
2fc
窄带滤波
13.02.2021
图 6-1 平方可变编辑换版法提取同步载波
6
同步系统
e (t) [x (t)co c t]2 s 1 2x 2 (t) 1 2x 2 (t)co c ts
对于2PSK信号，x(t)是双极性矩形脉冲，设x(t)=±1，则 x2(t)=1，这样已调信号x(t)cosωct经过非线性变换—平方律部件 后得
可编辑版
2
同步系统
6.1.2 不同传输方式的同步
1. 外同步法 2. 2. 自同步法
13.02.2021
可编辑版
3
同步系统
6.2 载波同步技术
载波同步的方法通常有直接法(自同步法)和插入导频法(外 同步法)两种。
直接法又可分为非线性变换—滤波法和特殊锁相环法。 用
直接法提取载波分量的另一途径是采用特殊的锁相环，这种特
e(t)1212co2sct
13.02.2021
可编辑版
7
同步系统 2. 平方环法
输 入 已 调 平 方 律 部 件
信 号
鉴 相 器
开 路 滤 波 器 压 控 振 荡 器
载 波 二 分 频
输 出
锁 相环
图 6-2 平方环法提取载波
13.02.2021
可编辑版
8
同步系统
*3. M次方环法
设输入的QPSK信号为
设环路已经锁定，压控振荡器的正弦电压经过四次方后送给鉴 相器的信号为
u 2(t)U m 2si4 nct(42)
则鉴相器输出为 ud Kmu1u2 取基波
1 8
K mU m4 1U m 2
sin
4(2
1)
13.02.2021
Kd s可i编n辑4版
10
同步系统
图 6-4 四次方环鉴相特性
13.02.2021
s (t) U m 1 co c t s( [ t)1 ]
s(t) QP SK
(*)4 U1(t) 鉴相
UD
U2(t) ( *)4
环路 滤波器
压控
参考载波
13.02.2021
可编辑版
9
图 6-3 四次方环原理方框图
同步系统
输入信号经过四次方运算后， 调制信息被消除，产生了 四倍的载波分量
u1(t)1 4Um 41co4 sct(41)
D
( t)
U
1c os
(ω
ct＋
θ
)
1
延 迟τ
鉴相
Ud
环 路滤 波 器
VCO
± D ( t) U 2 s in ( ω ct＋ θ 2 )
U p( t)
判决 ± D ( t)调 制 器
移
相
π 2
相 位解 调
13.02.2021
可编辑版
16
图 6-6 逆调制环
(b)
同步系统
设环路已锁定，输入2PSK信号和VCO信号如图6 - 6(a)
所示，则相位解调器输出电压为
up(t)K pD (t)co 2 s(1)
根据进入锁定时的相位差(θ2-θ1)所处的象限来对D(t)进行判决。
若(θ2-θ1)是处于第一、四象限，判决输出
^
；D (若t ) 处 于 第
二、 三象限，判决输出
(ω
ct＋
θ
)
1
± U 1c os ( ω ct＋ θ 1)
逆调制 鉴相
二 相 PSK 延 迟 τ Zp( t)
Ud 环 路 滤 波 器
VCO
*2. 逆调制环
± D ( t)
U 1 s in ( ω ct＋ θ 2 )
判决 U p( t)
移
相
π 2
U
2cos
(
ω
ct＋
θ
)
2
相 位解 调
(a)
二 相 PSK Zp( t)
同步系统
第6章 同步系统
6.1 概述 6.2 载波同步技术 6.3 位同步技术 6.4 群同步(帧同步)技术
13.02.2021
可编辑版
1
同步系统
6.1 概 述
6.1.1 不同功用的同步
1. 载波同步 2. 2. 位同步(码元同步) 3. 3. 群同步(帧同步) 4. 4. 网同步
13.02.2021
对载波同步的要求是：发送载波同步信息所占的功率尽 量小，频带尽量窄。载波同步的具体实现方案与采用的数字调 制方式有着一定的关系。也就是说，具体采用哪一种载波同步 方式， 应视具体的调制方式而定。
13.02.2021
可编辑版
5
同步系统
6.2.1 非线性变换—滤波法
1. 平方变换法
x(t)cosωct 带通 ni(t)
x(t)cosct
同相与正交两鉴相器的本地参考信号分别为
v1cosct()
v2cosct(90)sin c(t)
13.02.2021
可编辑版
14
同步系统
那么输入信号与v1,v2相乘后得
v3x(t)cocstcosct()1 2x(t)[cocso2 sc(t)]
v4x(t)cocstsin ct()1 2x(t)[si nsin 2(ct)]
可编辑版
11
同步系统
同样原理，对MPSK信号就可以采用M次方环，其原理方 框图与图 6 - 3 相似。M次方环的鉴相特性为
ud KdsinM
可以看出，M次方环的非线性处理方式是在中频上进行 的。通过M次倍频后，键控信号的调制信息被消除，产生了M 倍载频分量；然后用普通锁相环对M倍载频分量进行跟踪， 由此得到了参考载波。M次方环的鉴相特性为正弦型，它具 有M重相位模糊。
经过低通滤波器后分别得
v
5
1 2
x ( t ) cos
v5, v6经过乘法器后得
v
6
1 2
x ( t ) cos
v7
v5v6
1x2(t)sincos1x2(t)sin2
4
8
13.02.2021 1x2(t)2 可1编x辑2版(t)
15
8
4
同 步 系 统Z p (
t)
＝
D
( t)
U
1c os
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可编辑版
12
同步系统
6.2.2 特殊锁相环法
1. 同相—正交环法(科斯塔斯环)
v3 低通
v5
x′ (t)
x(t)cosωct
v1 v1 压控振荡器
环路滤波器 v7
90°相移
v2
低通
v4
v6
13.02.2021
图 6-5 同相—可正编交辑版环法(科斯塔斯环)
13
同步系统 假定环路已锁定，若不考虑噪声，则环路的输入信号为