通信原理 帧同步
现代通信原理第9章同步
9.1 载波同步
提取相干载波的方法有两种：插入导频法和直接法。 一、 直接法 直接法也称自同步法。有些信号，如DSB-SC、PSK等， 它们虽然本身不直接含有载波分量，但经过某种非线性变 换后，将具有载波的谐波分量，因而可从中提取出载波分 量来。
平方变换法和平方环法 设调制信号 m(t ) 无直流分量，则抑制载波的双边带 信号为
一、 连贯式插入法
连贯式插入法就是在一帧数据中的某一位置集 中插入用于帧同步的特殊码组，故又称为集中插入 法。 帧同步的特殊码组一般插入到一帧数据的起始位 置。 接收端通过检测帧同步码组，确定一帧数据的起 止位置，从而实现帧同步。
对该码组的基本要求是： 1） 具有尖锐单峰特性的自相关函数； 2） 便于与信息码区别； 3） 码长适当，以保证传输效率。 符合上述要求的特殊码组有：全0码、全1码、1与 0交替码、巴克码、电话基群帧同步码0011011。目前 常用的帧同步码组是巴克码。
二、 插入导频法 抑制载波的双边带信号（如DSB、等概的2PSK） 本身不含有载波；残留边带（VSB）信号虽含有载波分 量，但很难从已调信号的频谱中把它分离出来；单边带 （SSB）信号，没有载波分量，对这些信号的载波提取， 可以用插入导频法（外同步法）。
在抑制载波的双边带信号中插入导频 采用插入导频法应注意： 1） 导频的频率应当是与载频有关的或者就是载频的 频率； 2） 已调信号频谱中的零点插入导频。
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。 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。
5G通信系统的帧同步技术研究
5G通信系统的帧同步技术研究随着移动通信技术的快速发展，5G通信系统已成为近年来的热门话题。
作为下一代移动通信网络，5G通信系统不仅具备高速率、低时延等优势，还能为各行各业提供更多创新和发展机会。
而其中的帧同步技术则成为5G 通信系统关键的技术之一。
本文将就5G通信系统的帧同步技术进行研究，从技术原理、应用领域以及挑战和前景等方面进行详细探讨。
首先，我们将介绍帧同步技术的技术原理。
帧同步技术是指通过在传输信号中的帧边界位置上进行同步，确保接收方能够准确解析并恢复发送方传输的信息。
在5G通信系统中，帧同步技术应用于对时延要求严苛的场景，如虚拟现实、物联网和无人驾驶等技术领域。
为了保证帧同步的准确性，5G 通信系统采用了多个同步信号和控制信号，如Primary Sync Signal (PSS) 和Secondary Sync Signal (SSS) 等。
通过这些同步信号，接收方能够与发送方进行同步，并在正确的时间位置接收到传输的数据。
其次，我们将探讨帧同步技术的应用领域。
随着5G通信系统的发展，帧同步技术将在各个领域得到广泛应用。
在虚拟现实方面，帧同步技术可以提供低时延和高精度的同步，确保用户能够流畅地体验虚拟环境。
在物联网应用方面，帧同步技术可以保证传感器和设备之间的同步，提供高效和可靠的数据传输。
在无人驾驶领域，帧同步技术的应用可以实现车辆与环境的高精度同步，为智能交通系统的安全和稳定提供保障。
除此之外，帧同步技术还可以应用于医疗、工业自动化、智能城市等众多领域。
然而，帧同步技术的研究也面临着一些挑战。
首先，由于5G通信系统的高频和大带宽特性，噪声和多径效应会对信号传输造成干扰，这会导致帧同步的准确性下降。
其次，5G通信系统需要支持大规模的容量和密集的连接，这对帧同步技术的实时性和可靠性提出了更高的要求。
此外，不同的应用场景对帧同步技术的精度和容忍度也有不同的需求，在设计和实现时需要考虑这些因素。
数字通信原理-位同步与帧同步
帧同步
1、帧同步的概念
帧同步的目的是保证收端与发端相应的话路在时间上对准，就是要从收到 的信码流中分辨出哪8位是一个样值的码字，以便正确地解码；还要能分辨 出这8位码是哪一个话路的，以便正确分路。
帧同步
2、帧同步电路 PCM复用系统的帧同步电路需要有两种装置： （1）同步码识别装置：用来识别接收的PCM信号序列中的同步 标志码位置。 （2）调整装置：当收、发两端同步标志码位置不对应时，对收 端进行调整以使其两者位置相对应。
帧同步
5、影响帧同步系统的因素
（1）帧同步性码的选择 帧同步码选择原则：产生伪同步码的可能性尽量小。 （2）帧同步码插入方式 帧同步码插入方式是指在发送端同步码是怎样与信息码合成的，通常有分 散插入和集中插入两种方式。
帧同步
同步码插入的两种方式
帧同步
（3）帧同步码的识别检出方式 帧同步码的识别检出方式是指在接收端从接收到的PCM码流中如何识别和 检出同步码，常用逐位比较方式和码型检出方式两种。 （4）同步捕捉方式 同步捕捉方式是指系统失步时由失步指令控制调整的方式，常用逐步移位 捕捉方式和复位式同步方式两种。
帧同步
逐步移位法同步电路原理图
帧同步
3、帧同步系统中的保护电路 （1）目的：防止假失步和伪同步 （2）假失步：由同步码误码引起的误判失步 （3）伪同步：由信息码引起的误判同步
帧同步
带有保护电路的同步系统框图
帧同步
4、对帧同步系统的要求 （1）同步性能稳定，具有一定的抗干扰能力； （2）同步识别效果好； （3）捕捉时间短； （4）构成系统的电路简单。
第三 时分复用及 PCM30/32路系统
第3节 位同步与帧同步
同步
1、数字通信的同步是指收发两端的设备在指定的时间协调一致 地工作，也称为定时。 2、时分复用系统的同步包括位同步和帧同步。
通信原理——同步
设：一个QPSK信号的表示式为 s(t ) m1 (t ) cos0t m2 (t ) sin 0t 式中，
m1 (t ) 1; m2 (t ) 1
s 2 (t ) 1 sin 20t
对其平方后，得到
对于先验等概率的QPSK信号，上式中的“”号表示其中 的20分量的平均功率等于零，即其频谱中没有20的分量。 因此，需要滤除其中的直流分量后，再次平方，得到
通信原理 17
载波同步(13)
1 v3 x(t ) cosct cos(ct ) 2 x(t )[cos cos(2ct )] v x(t ) cos t sin( t ) 1 x(t )[sin sin(2 t )] c c c 4 2
通信原理 11
1 a cos[ c t (t )t (t ) 2 q ] 2
载波同步(7)
几点讨论
q值
f m f1 q 1 f r f 2
f 1 和 f 2
的取值
窄带滤波器
通信原理
12
载波同步(8)
直接提取法（自同步法）
平方法
载波同步(14)
多进制移相信号（MPSK）的载波提取
一种是基于平方变换法或平方环法的推广，称 为M次方变换法或M方环法
接收信号 M方 律器件 调谐到Mfc 的 带通滤波器 环路 滤波器 sin (2 fct＋2 ) VCO 分频器 ÷M
输出
M 方环提取载波
通信原理 19
载波同步(15)
以QPSK信号为例，说明平方法的原理。
载波同步(24)
建立时间和保持时间
帧同步原理和方法
帧同步原理和方法帧同步是指在通信中的发送端和接收端采用同一频率，采用对应的时钟和数据单位，对数据进行同步传输的过程。
帧同步是现代通信和网络传输技术中的重要环节，其重要性在于通信中的的信息传输需要同步，并且需要保持实时性和稳定性。
本文将介绍帧同步的原理和方法。
帧同步的原理是在通信中确定帧起始和帧结束的位置，从而保证通信在时序上的同步。
具体来说，帧同步需要两个步骤：(1) 帧定界：确定帧的开始和结束位置帧定界可以通过多种方法实现，其中常见的方法是在帧开头和结尾添加特殊的控制字符，如起始字符和终止字符。
当收到起始字符时，接收端知道下一个字符是数据的开始，当接收到终止字符时，接收端知道这个帧已经接收完成，可以准备接收下一个帧。
帧同步的方法通常包括同步信号和同步字。
同步信号是一种比特序列，用于标识帧开始的位置，同步字则是一种位于特定位置的比特序列，用于标识帧的结束位置。
同步信号和同步字的选取与指定是帧同步的关键，不同的同步方法会采用不同的同步信号和同步字。
帧同步方法按通信介质可分为物理层和协议层两种类型。
(1) 物理层帧同步物理层帧同步是指在通信介质层面采用特定的同步信号和同步字对数据进行同步传输。
物理层帧同步的实现基于通信介质特性和传输环境的物理参数，可以根据传输介质的不同采用不同的帧同步方案。
例如，在RS-232串行通信中，物理层帧同步可以通过起始位、停止位和奇偶校验位实现；而在以太网中，物理层帧同步则是使用“前导码”实现帧起始的定界，使用FCS（帧检验序列）校验帧的完整性。
协议层帧同步是指在通信协议层面上采用特定的同步信号和同步字对数据进行同步传输。
协议层帧同步通常由协议规范和软件实现共同组成，可以灵活地对通信数据进行格式化和解析，并对帧同步信号的选取和发送进行优化。
协议层帧同步比物理层帧同步更加智能化，但需要更多的计算资源和软件支持。
例如，在CAN总线通信中，协议层帧同步通过对CAN数据包的解析实现帧同步。
通信原理-同步原理
第13章 同步原理
科斯塔斯环法：又称同相正交环法或边环法。
➢ 原理方框图：
c
•e
解调
低通
载频
•a
g
s(t)
输出
压控振荡 环路滤波
输出
90相移
b
d
f
低通
图13-3 科斯塔斯环法原理方框图
8
第13章 同步原理
➢ 工作原理
a点的压控振荡电压为： va cos(ct )
b点的压控振荡电压为： vb sin(ct )
2
第13章 同步原理
码元同步：又称时钟同步或时钟恢复。 对于二进制信号，又称位同步。
目的：得知每个接收码元准确的起止时刻，以便决 定积分和判决时刻。
方法：从接收信号中获取同步信息，由其产生一时 钟脉冲序列，使后者和接收码元起止时刻保持正确 关系。或插入辅助同步信息。
群同步：又称帧同步。
目的：将接收码元正确分组。 方法：通常需要在发送信号中周期性地插入一个同
环法提取出的载频也存在相位含糊性。
11
第13章 同步原理
再调制器 －第3种提取相干载波的方法
➢ 原理方框图
s(t)
•
c
低通
d
e
a
b
•
•
90相移
载频
输出
压控振荡
g
环路滤波
f
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第13章 同步原理
➢ 工作原理
vc m(t) cos(接ct 收信)c号os(和cat 点 振) 荡12电m(压t)相cos乘(后得) 到c的os(c2点c电t 压 )
c点的电压：
vc
m(t) cos(ct
) cos(ct
通信原理帧实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 理解通信系统中帧的概念和作用。
2. 掌握帧的组成和格式。
3. 学习帧同步和错误检测的方法。
4. 通过实验加深对帧同步和错误检测的理解。
二、实验器材1. 实验箱2. 信号发生器3. 示波器4. 计算机及通信原理实验软件三、实验原理帧是通信系统中的一种基本数据传输单位，由多个数据位组成。
帧的格式通常包括同步头、地址域、控制域、信息域和校验域等部分。
帧同步是指接收端能够正确识别每个帧的开始和结束，以保证数据的正确传输。
错误检测则用于检测传输过程中可能出现的错误，以保证数据的完整性。
四、实验步骤1. 帧格式设置- 在通信原理实验软件中设置帧的格式，包括同步头、地址域、控制域、信息域和校验域的长度和格式。
2. 帧发送- 使用信号发生器生成待发送的帧，并通过实验箱发送到接收端。
3. 帧接收- 接收端通过实验箱接收发送端发送的帧，并使用示波器观察接收到的信号。
4. 帧同步- 在接收端使用帧同步方法（如循环冗余校验CRC）检测接收到的帧是否同步。
5. 错误检测- 在接收端使用错误检测方法（如奇偶校验、海明码等）检测接收到的帧是否出现错误。
6. 结果分析- 分析帧同步和错误检测的结果，验证帧的完整性和正确性。
五、实验结果与分析1. 帧同步- 通过实验，发现使用循环冗余校验CRC方法可以有效地实现帧同步。
当接收到的帧的CRC校验码与发送端的校验码一致时，认为帧同步成功。
2. 错误检测- 通过实验，发现使用奇偶校验方法可以检测出传输过程中的一些错误。
当接收到的帧的奇偶校验位与发送端的奇偶校验位不一致时，认为帧出现错误。
3. 帧格式对同步和错误检测的影响- 通过实验，发现帧格式对同步和错误检测的影响较大。
当帧格式不合理时，可能会导致同步失败或错误检测不准确。
六、实验总结本次实验通过实验箱和通信原理实验软件，实现了帧的发送、接收、同步和错误检测。
通过实验，加深了对通信系统中帧的概念、作用、格式以及帧同步和错误检测方法的理解。
数字通信系统中四种不同的同步方式及其特征
数字通信系统中四种不同的同步方式及其特
征
数字通信系统中有四种不同的同步方式，分别为外部信号同步、位同步、字符同步和帧同步。
每种同步方式都有其特征和适用场景。
1. 外部信号同步是通过接收外部时钟信号来进行同步的方式。
它的特征是系统主时钟信号来自外部，通过接收外部时钟信号可以实现系统内各个部件的同步。
外部信号同步准确性高，适用于对时钟同步要求较高的系统，如高速通信系统和计算机网络。
2. 位同步是通过识别数据位进行同步的方式。
在数字信号传输过程中，发送端将数据位传输到接收端，接收端通过识别数据位的变化来实现同步。
位同步的特征是对数据位的识别和同步较为敏感，适用于传输速率较低的系统，如串行通信、调制解调器以及低速网络。
3. 字符同步是通过识别数据字符进行同步的方式。
在数字通信系统中，数据通常以字符的形式传输，接收端通过识别数据字符的开始和结束标志来实现同步。
字符同步的特征是对数据字符的识别和同步较为重要，适用于传输速率较高的系统，如以太网和无线通信。
4. 帧同步是通过识别数据帧进行同步的方式。
在数字通信系统中，数据通常以帧的形式进行传输，接收端通过识别帧的起始和结束标志来实现同步。
帧同步的特征是对数据帧的识别和同步较为关键，适用于传输速率较高且对数据完整性要求较高的系统，如视频传输和高速数据通信。
总之，数字通信系统中的四种不同的同步方式在实现同步的方式和适用场景上各有特点。
根据系统的要求和传输速率的不同，可以选择合适的同步方式来确保数据的准确传输和接收。
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通信原理帧同步
同步通信是一种连续串行传送数据的通信方式，一次通信只传送一帧信息。
这里的信息帧与异步通信中的字符帧不同，通常含有若干个数据字符。
同步传输时，一个信息帧中包含许多字符，每个信息帧用同步字符作为开始，一般将同步字符和空字符用同一个代码。
在整个系统中，由一个统一的时钟控制发送端的发送和空字符用同一个代码。
接收端当然是应该能识别同步字符的，当检测到有一串数位和同步字符相匹配时，就认为开始一个信息帧，于是，把此后的数位作为实际传输信息来处理。
同步通信协议：
1.面向字符的同步协议(IBM的BSC协议)
BSC协议规定了10个特殊字符(称为控制字符)作为信息传输的标志。
其格式为
SYN SOH 标题STX 数据块ETB/ETX 块校验
SYN：同步字符(Synchronous character)，每帧可加1个(单同步)或2个(双同步)同步字符。
SOH：标题开始(Start of Header)。
标题：Header，包含源地址(发送方地址)、目的地址(接收方地址)、路由指示。
STX：正文开始(Start of Text)。
数据块：正文(Text)，由多个字符组成。
ETB:块传输结束(end of transmission block)，标识本数据块结束。
ETX：全文结束(end of text)，(全文分为若干块传输)。
块校验：对从SOH开始，直到ETB/ETX字段的检验码。
2.面向bit的同步协议(ISO的HDLC)
一帧信息可以是任意位，用位组合标识帧的开始和结束。
F场：标志场;作为一帧的开始和结束，标志字符为8位，01111110。
A场：地址场，规定接收方地址，可为8的整倍位。
接收方
检查每个地址字节的第1位，如果为"0"，则后边跟着另一个地址字节。
若为"1"，则该字节为最后一个地址字节。
C场：控制场。
指示信息场的类型，8位或16位。
若第1字节的第1位为0，则还有第2个字节也是控制场。
I场：信息场。
要传送的数据。
FC场：帧校验场。
16位循环冗余校验码CRC。
除F场和自动插入的"0"位外，均参加CRC计算。
同步通信相关技术：
1.同步通信的"0位插入和删除技术"
在同步通信中，一帧信息以一个(或几个)特殊字符开始，例如，F场=01111110B。
但在信息帧的其他位置，完全可能出现这些特殊字符，为了避免接收方把这些特殊字符误认为帧的开始，发送方采用“0位插入技术"，相应地，接收方采用"0位删除技术"。
发送方的0位插入：除了起始字符外，当连续出现5个1时，发送方自动插入一个0。
使得在整个信息帧中，只有起始字符含有连续的6个1。
接收方的"0位删除技术"：接收方收到连续6个1，作为帧的起始，把连续出现5个1后的0自动删除。
2.同步通信的"字节填充技术"
设需要传送的原始信息帧为：
SOT DATA EOT
字节填充技术采用字符替换方式，使信息帧的DATA中不出现起始字符SOT和结束字符EOT。