数字通信原理_7：同步原理
第七章同步数字体系(SDH)
AUPTR还可用于频率调整．以便实现网络各支路同步工作。
这10个比特就是指针值。指针值是用二进制来表示的。亦即用 l0个比特的0、1码构成的二进制数值，来表示十进制的0～782 个编号。再深一步说，就是用上面所述的10比持来表示VC-4第 一个字节在o～782中的位置。
四、指针的频率调整作用
1、当VC帧速率＜AUG帧速率时: 图7—14中的5个I比持反转，通知接收端表示要作正码速调整(加
(C-4)十(VC-4POH)=VC-4 (VC-4) 十(AU-4PTR)＝AU-4 (AU-4)＝(AUG) 最后形成 STM-1
(1)下图画出了两帧，(一帧的时间是125μs，故两帧是250μs (2)对照帧结构图7－2可知，图中左侧第四行的位置就是指针区。 (3)图右侧是两帧STM—1的净负荷区，为了表明净负荷区中某点的 位置，根据行、列来画线打出格子。从第四行向右、向下进行位置 编号。每三格编一个号。例如的000，111，222，－－。
二、PDH的固有缺点
1、存在互为独立的三大数字系列，使国际间的互通存在 困难。
2、无统一的光接口，使各厂家的产品互不兼容。 3、 4、网管通信带宽严重不足，给建立集中式电信管理网带
5
三、SDH网的基本特点
优点： 1）SDH网络是由一系列SDH网元（NE）组成的，它是一个可在
光纤 或微波、卫星上进行同步信息传输、复用和交叉连接的网络。 2）具有全世界SDH)传输网中的信号是以同步传输模块(STM)
数字通信原理课后答案
数字通信原理课后答案数字通信原理是现代通信工程学的重要基础课程，它涉及到数字信号处理、调制解调、信道编码、多址技术等多个方面的知识。
学好数字通信原理对于理解现代通信系统的工作原理和提高通信系统的性能至关重要。
下面我们来看一些数字通信原理课后习题的答案。
1. 什么是数字通信原理？数字通信原理是研究数字信号在通信系统中的传输、调制解调、编解码、多址技术等基本原理和技术的学科。
它主要包括数字信号的产生与传输、数字调制解调技术、数字信道编码与解码技术、数字通信系统的性能分析等内容。
2. 为什么要学习数字通信原理？数字通信原理是现代通信系统的基础，它涉及到数字信号处理、调制解调、信道编码、多址技术等多个方面的知识。
学好数字通信原理可以帮助我们理解现代通信系统的工作原理，提高通信系统的性能，为后续学习和工作打下坚实的基础。
3. 什么是数字信号处理？数字信号处理是将模拟信号转换为数字信号，并对数字信号进行处理的一种技术。
它包括采样、量化、编码等过程，可以实现信号的数字化处理和传输。
4. 什么是调制解调技术？调制是将数字信号转换为模拟信号的过程，解调是将模拟信号转换为数字信号的过程。
调制解调技术是数字通信中非常重要的一环，它可以实现数字信号在模拟信道中的传输。
5. 什么是信道编码与解码技术？信道编码是在数字通信中为了提高通信系统的可靠性而对数字信号进行编码的一种技术，解码则是对接收到的编码信号进行解码恢复原始信息的过程。
信道编码与解码技术可以有效地提高通信系统的抗干扰能力和误码率性能。
6. 什么是多址技术？多址技术是在同一频率和时间资源上实现多用户同时通信的一种技术。
它包括时分多址、频分多址、码分多址等多种方式，可以实现多用户之间的有效通信。
通过以上习题的答案，我们可以对数字通信原理有一个初步的了解。
数字通信原理是通信工程学中的重要基础课程，它涉及到数字信号处理、调制解调、信道编码、多址技术等多个方面的知识。
学好数字通信原理对于理解现代通信系统的工作原理和提高通信系统的性能至关重要。
通信原理第7章(樊昌信第七版)PPT课件
跳变周期 2Tb
带宽 B=Rb
误码性能与BPSK相同
00
Q 11
0
I
10
最大相位跳变：180° 发生在0011或0110交替时，
即双比特ab同时跳变时，信号点沿对角线移动。
第20页/共46页
20
QPSK 缺点：
最大相位跳变180°，使限带的QPSK信号包络起伏 很大，并出现包络零点。
频谱扩展大，旁瓣对邻道干扰大。
b 0（−1） 0（−1） 1（+1） 1（+1）
n
载波相位 φn
A 方式
0° 90° 180° 270°
B 方式
225° 315° 45° 135°
矢量图
11
10
00 参考相位
01
A方式
前一码元 载波相位
01 a(0)
b(1)
11 a(1)
00
B方式
10 b(0)
第32页/共46页
波形
11
01
两个比特的组合 称做 双比特 码元，记为 a b
第14页/共46页
1）双比特与载波相位的关系
注：对应关系可有不同 规定，但相邻码组应符 合格雷码编码规则
双比特码元 ab
a 0（−1） 1（+1） 1（+1） 0（−1）
b 0（−1） 0（−1） 1（+1） 1（+1）
载波相位 φn
A 方式
0° 90° 180° 270°
MASK可看成是二进制振幅键控（2ASK）的推广。
M
eMASK (t) an g(t nTs ) cosct n1
0,
an
1,
以概率P1 以概率P2
通信原理-第7章-数字调制系统
05
数字调制系统的实现
数字信号的生成
01
数字信号的生成
通过将数字信号转换为模拟信号，实现数字信号的生成。常用的方法包
括脉码调制（PCM）和增量调制（ΔM）。
02 03
PCM编码
将数字信号转换为模拟信号的一种方法是通过脉码调制（PCM）。 PCM编码器将输入的数字信号转换为模拟信号，通常使用8位、12位或 16位量化器进行量化。
由离散的二进制比特流表示的信息。
数字调制系统的应用场景
01
02
无线通信
数字调制系统广泛应用于 无线通信系统，如移动电 话、无线局域网和卫星通 信。
有线通信
在有线通信中，数字调制 系统用于光纤、电缆和其 他传输介质。
数据传输
数字调制系统用于高速数 据传输，如数字电视、高 速互联网接入和数据中心 内部通信。
频率调制（FM）
总结词
频率调制是利用载波的频率变化来传递信息的一种调制方式。
详细描述
在频率调制中，载波的频率随着调制信号的幅度变化而变化，从而将信息编码 到载波信号中。解调时，通过检测载波的频率变化来恢复原始信息。
相位调制（PM）
总结词
相位调制是利用载波的相位变化来传递信息的一种调制方式 。
详细描述
数字调制系统的实验
实验是学习和研究数字调制系统的重要手段。通过搭建实验平台，可以观察和分 析数字调制系统的实际性能，验证理论的正确性。实验中常用的设备包括信号发 生器、频谱分析仪和误码测试仪等。
06
数字调制系统的应用与发 展
数字调制系统在通信领域的应用
数字电视广播
通信原理 第07章 多路复用
式中，B1 fm f g 为一路信号占用的带宽。
图7-4 FDM的频谱结构
合并后的复用信号，原则上可以在信 道中传输，但有时为了更好地利用信道的传 输特性，还可以再进行一次调制。 解复用过程是复用过程的逆过程。在 接收端，可利用相应的带通滤波器（BPF） 来区分开各路信号的频谱。然后，再通过各 自的相干解调器便可恢复各路调制信号。解 复用器采用滤波器将复合信号分解成各个独 立信号。然后，每个信号再被送往解调器将 它们与载波信号分离。最后将传输信号送给 接收方处理。图7-5显示了解复用过程。
TDM是按照时间片的பைடு நூலகம்转来共同 使用一个公共信道，所以在对TDM系统 进行分析的时候，通常考查如下几个基 本概念。 1.帧 TDM传送信号时，将通信时间分成 一定长度的帧。每一帧又被分成若干时 间片。即一帧由若干个时间片组成。帧 中的每个时间片是预先分配给某个数据 源的，且这种关系固定不变。不论有无 数据需要发送，所有数据源的时间片都 会被占有 .
7.2 频分多路复用
频分多路复用FDM（Frequency Division Multiplexing），指的是按照 频率参量的差别来分割信号的复用方式。 FDM的基本原理是若干通信信道共用一 条传输线路的频谱。在物理信道的可用 带宽超过单个原始信号所需带宽情况下, 可将该物理信道的总带宽分割成若干个 与传输单个信号带宽相同(或略宽)的子 信道,每个子信道传输一路信号。FDM将 传输频带分成N部分后，每一个部分均 可作为一个独立的传输信道使用。
3.码组交错法 码组交错法按某一码字长度（若干 比特）为单位进行复用，即每个时间片 包含某个数据源的一个码字（可能是一 个比特，一个字符或更多比特），每个 时间片传输一个码字/子帧，与比特交错 技术相比误码率较低。
樊昌信《通信原理》(第7版)课后习题(同步原理)【圣才出品】
第13章同步原理思考题13-1 何谓载波同步？为什么需要解决载波同步问题？答：（1）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。
（2）需要解决载波同步问题的原因：当接收信号中包含离散的载频分量时，在接收端需要从信号中分离出信号载波作为本地相干载波；这样分离出的本地相干载波频率必然和接收信号载波频率相同，但是为了使相位也相同，可能需要对分离出的载波相位作适当调整。
若接收信号中没有离散载频分量，则接收端需要用较复杂的方法从信号中提取载波。
因此，在这些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。
13-2 插入导频法载波同步有什么优缺点？答：插入导频法载波同步的优缺点：（1）优点：建立同步的时间快。
（2）缺点：占用了通信系统的频率资源和功率资源。
13-3 哪些类信号频谱中没有离散载频分量？答：信号频谱中没有离散载频分量的信号频谱：先验概率相等的2PSK信号频谱中没有载频分量。
13-4 能否从没有离散载频分量的信号中提取出载频？若能，试从物理概念上作解释。
答：能从没有离散载频分量的信号中提取出载频。
设此信号可以表示为，式中：m（t）＝±1。
当m（t）取＋1和－1的概率相等时，此信号的频谱中无角频率ωc的离散分量。
将上式平方，得此式中已经将m2（t）＝1的关系代入。
由此式可见平方后的接收信号中包含2倍载频的频率分量。
所以将此2倍频分量用窄带滤波器滤出后再作二分频，即可得出所需载频。
13-5 试对QPSK信号，画出用平方环法提取载波的原理方框图。
答：对QPSK信号，用平方环法提取载波的原理方框图如图13-1所示。
图13-1 QPSK平方环载波提取框图13-6 什么是相位模糊问题？在用什么方法提取载波时会出现相位模糊？答：（1）相位模糊问题是由于二分频器的输出电压有相差180°的两种可能相位，即其输出电压的相位决定于分频器的随机初始状态，这就导致分频得出的载频存在相位含糊性。
《数字通信原理（第三版）》教材课后习题答案
《数字通信原理（第三版）》教材课后习题答案《数字通信原理》习题解答第1章概述1-1 模拟信号和数字信号的特点分别是什么?答：模拟信号的特点是幅度连续；数字信号的特点幅度离散。
1-2 数字通信系统的构成模型中信源编码和信源解码的作⽤是什么?画出话⾳信号的基带传输系统模型。
答：信源编码的作⽤把模拟信号变换成数字信号，即完成模/ 数变换的任务。
信源解码的作⽤把数字信号还原为模拟信号，即完成数/ 模变换的任务。
话⾳信号的基带传输系统模型为1-3 数字通信的特点有哪些?答：数字通信的特点是：（1）抗⼲扰性强，⽆噪声积累；（2）便于加密处理；（3）采⽤时分复⽤实现多路通信；（4）设备便于集成化、微型化；（5）占⽤信道频带较宽。
1-4 为什么说数字通信的抗⼲扰性强，⽆噪声积累?答：对于数字通信，由于数字信号的幅值为有限的离散值( 通常取⼆个幅值) ，在传输过程中受到噪声⼲扰，当信噪⽐还没有恶化到⼀定程度时，即在适当的距离，采⽤再⽣的⽅法，再⽣成已消除噪声⼲扰的原发送信号，所以说数字通信的抗⼲扰性强，⽆噪声积累。
1-5 设数字信号码元时间长度为1s ，如采⽤四电平传输，求信息传输速率及符号速率。
答：符号速率为N11106 Bd码元时间10 6信息传输速率为R N log2 M 106 log 2 4 2 106 bit / s2Mbit / s1-6 接上例，若传输过程中 2 秒误 1 个⽐特，求误码率。
答：P e 发⽣误码个数 (n)12.5 107传输总码元 ( N ) 2 21061-7 假设数字通信系统的频带宽度为1024 kHz ，可传输 2048kbit / s 的⽐特率，试问其频带利⽤率为多少 bit / s / Hz ?答：频带利⽤率为信息传输速率204810 3（ bit / s / Hz)10242bit / s/ Hz频带宽度10 31-8 数字通信技术的发展趋势是什么？答：数字通信技术⽬前正向着以下⼏个⽅向发展：⼩型化、智能化，数字处理技术的开发应⽤，⽤户数字化和⾼速⼤容量等。
通信原理第7章
以概率P 发送“”时 1 以概率1 P 发送“0”时
1
载波
t
2ASK
t
4
第7章数字带通传输系统
2ASK信号的一般表达式 e2ASK (t ) st cosc t
其中
s(t ) an g (t nTs )
n
Ts － 码元持续时间； g(t) － 持续时间为Ts的基带脉冲波形，通常假设是高
10
第7章数字带通传输系统
P2 ASK 1 2 2 f s P (1 P ) G ( f f c ) G ( f f c ) 4
1 2 2 f s (1 P ) 2 G (0) ( f f c ) ( f f c ) 4
G( f ) TS Sa( f TS )
13
第7章数字带通传输系统
7.1.2 二进制频移键控（2FSK）
基本原理
表达式：在2FSK中，载波的频率随二进制基带信号在f1
和f2两个频率点间变化。故其表达式为
A cos(1t n ), e2FSK (t ) A cos( 2 t n ), 发送“”时 1 发送“ ”时 0
概率为 P 1, an 1, 概率为 1 P
即发送二进制符号“0‖时（an取+1），e2PSK(t)取0相位；发送
二进制符号“1‖时（ an取 -1）， e2PSK(t)取相位。这种以载
波的不同相位直接去表示相应二进制数字信号的调制方式， 称为二进制绝对相移方式。
26
第7章数字带通传输系统
键控法
开关电路
cos ct
e2 ASK (t )
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E a n 0 ,
可得
a2 E a n a m , 0
E s
2
t n
2 a
x
2
t nT S
2 a
n
cm e
j 2 mt T S
其中最后一个等号利用了 是周期函数这一性质。
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v 2 ( t ) sin c t
乘法器输出
v 3 ( t ) b t cos c t cos c t v 3 ( t ) b t cos c t sin c t 1 2 1 2 b t cos cos 2 c t b t sin sin 2 c t
u d ( t ) A ' ' sin M ( ' ) A ' ' sin M
A ' ' sin M
-pi/M -2pi/M 0
pi/M 2pi/M
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第七章 同步原理
(2) 载波同步的M次方环法（续） 因为锁相环输出有M个稳定的平衡点，载波恢复输出有M重 的相位模糊问题； 一般可通过差分编码消除相位模糊问题。
式中
2 M
( m 1)
为携带信息的相位变化部分。
A cos M c t M
载波恢复电路
(X)
M
环路滤波器 （低通）
带通滤波器 W 0 ＝MW c
×
VCO
/M
A ' sin M c t M '
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8
第七章 同步原理
0
0
0
0
1
A2
1
1
帧同步 信号 F1 TS16 × 1 A1 1 1 1 1 1 a
复帧同 步信号 b c d a
话路 时隙 CH16～29
CH30
备用比 特 b c d
3.9 微秒
奇帧 TS0
CH1信令 保留给 国 内通信 用 F2 TS16 a b c d a
u (t )
n 2
a n g ( t nT S ) 1 2
cos
2
2
ct
cos c t
1 cos 2 c t
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4
第七章 同步原理
(1) 载波同步的平方环法(续) b、压控振荡器输出：
u VCO ( t ) A cos 2 c t 2
u d (t )
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1 2
K L K p A sin 2
5
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(1) 载波同步的平方环法(续) e、鉴相器特性
Ud
第七章 同步原理
-pi/2 -pi 0
pi/2 pi
在斜率为正的区间，
鉴相器输出 u d VCO 调节信号频率使
(2) 载波同步的M次方环法（续） 经M次方电路和带通滤波器，输出
S BPF 2 ( t ) A cos M c t M M ( m 1) A cos M c t M M
去除了相位变化的信息。经乘法器电路、环路滤波器输出： (低通滤波)
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第七章 同步原理
典型的闭环码元同步电路：超前－滞后门同步器（续） 工作原理 （5）根据早－迟门电路输出绝对值差值的大小，调节压控振 荡器的频率和相位，可使本地时钟与发送时钟锁定。
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在斜率为负的区间
鉴相器输出
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u d VCO 调节信号频率使
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第七章 同步原理 e、鉴相器特性(续) 图中过零点均为平衡点，根据偏离平衡点时的变换趋势，可知 绿色点为稳定平衡点； 红色点为非稳定平衡点。 锁相环（PLL）系统最后会稳定在稳定点平衡点, 取值： 0，，2，3，…
(1) 开环符号/码元同步的基本方法（续） 开环码元同步的实现方案示例：通过非线性变换的方法
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第七章 同步原理
(1) 开环符号/码元同步的基本方法（续） a、基于匹配滤波器和检波器的开环码元同步的提取方案
经匹配滤波和检波变换后获得包含时钟频率成分的信号，然后 由窄带滤波－整形电路获得码元时钟同步信号。
其中为跟踪相位差。 c、乘法器输出
u p ( t ) K p u ( t ) u VCO ( t ) K pA 1 cos 2 c t 2 2 sin 4 c t 2 sin 2 2
d、环路滤波器输出，滤除二次及二次以上谐波
时钟信号的获取：通过窄带滤波器获取基波信号
E s
2
t
a
TS
2
m
cm e
j 2 mt T S
窄带滤波
a
TS
2
c1 e
j 2f S t
c1
1 X f X f df T S
1 能够获取基波的必要条件： X f , X T f 有重叠。 S
21
第七章 同步原理
典型的闭环码元同步电路：超前－滞后门同步器（续） 工作原理 （1）同步系统由两积分电路（早门、迟门）、压控振荡器、 环路滤波器和两绝对值运算器组成； （2）本地时钟控制早门和迟门在本地时钟的一个码元周期内 的(0～T-d)和(d～T)的等宽度期间内对输入码元积分； （3）当本地时钟正确定时时，在每个码元周期内早门和迟门 积分值相同，压控振荡器(VCO)频率相位不变； （4）当本地时钟定时由偏差且输入数据码元发生变化时，早 门和迟门积分的绝对值的差值增大(相位滞后)或减少(相 位超前)；
m TS
dt
2 a
TS Xf
TS
0
j 2 ft df x t e X f e
dt
2 a
TS
TS
0
x t e
m j 2 f t T S
dt df
2 a
TS
Xf
n
x
t nT S
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第七章 同步原理
b、线谱法(续)
cm 1 TS
TS
0
2 a
n
x
2
t nT S e
t
j 2
m TS
t
dt
j 2 m TS t
2 a
TS
TS
x
2
0
t e
j 2
TS 8
TS 9
TS 10
TS 11
TS 12
TS 13
TS 14
TS 15
TS 16
TS 17
TS 18
TS 19
TS 20
TS 21
TS 22
TS 23
TS 24
TS 25
TS 26
TS 27
TS 28
TS 29
TS 30
TS 31
帧同步时隙 偶帧 TS0 × 0 0 1 1 0 1 1
话路 时隙 CH1～15
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2、载波同步 获取与输入信号同频、相位锁定的本地载波频率信号 用于调制信号相关解调、相干解调等。 (1) 载波同步的平方环法 实现方案，设输入为2PSK信号
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第七章 同步原理
(1) 载波同步的平方环法(续) 载波信号恢复：2PSK实际上为抑制载波的2ASK信号，本身不 含载波成分，所以必须用非线性的方法恢复载波 输入信号 S 2 PSK ( t ) a n g T ( t nT S ) cos c t n a、平方运算：消除信息位变化的影响。假定an取值为+1或-1， gT(t)为宽度为一个码元的矩形脉冲，平方运算输出：
数字通信原理
第七章 同步原理
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第七章 同步原理
1、数字通信系统同步的类别与基本概念
载波同步（相位同步）:获取相干解调所需的频率和相位 信息。 符号/码元同步：获取码元的定位信息。
帧同步（码组同步）：获取码组的定界信息。
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低通滤波输出
v5 (t ) v 6 (t )
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b t cos b t sin
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第七章 同步原理
(3) 载波同步的科斯塔斯环法（续） 鉴相乘法器输出