34-4 载波同步的性能指标
同步原理(载波同步与位同步)
载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
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，常用锁相环代替窄带滤波器。如下图： 平方环法提取载波框图 锁相环具有良好的跟踪，窄带滤波和记忆功能。
等价于：中心频率可调的窄带滤波器
载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
载波同步：是指在相干解调时，接收端需要提供一个与接收信号中的调制载波同频同相的相干载波。 载波同步是实现相干解调的先决条件。 提取相干载波的方法：直接法（自同步法）
插入导频法
载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
直接法：有些信号（DSB-SC,PSK），虽然本身不含有载波分量，但经过某种非线性变化后，将具有载波的谐波分量，因此可以从中提取。下面介绍几种常用的方法：
载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
一：在抑制载波的双边带信号中插入导频法 导频的插入方法： 在抑制载波双边带信号的已调信号的载频出插入一个与该信号频谱正交的载波信号。 插入导频系统的发端框图： 输出信号为：
载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
1
插入导频系统的接收端框图：
平方变换法和平方环法 设调制信号 ，则抑制载波的双边带信号为： 平方变换法提取载波框图： 窄带滤波器输出为：
载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
二分频器输出，可得载波信号： 注意：载波提取的方框图中用了一个二分频电路，由于分频起点的不确定性，使输出的载波相对于接收信号的相位有180度的相位模糊。 相位模糊对模拟通信关系不大（人耳听不出相位变化） 对数字通信影响很大，有可能使2PSK相干解调后出 现“反向工作”的问题。 解决办法：对调制器输入的信息序列进行差分编码。（2DPSK）
载波同步的方法1插入导频法
8.3 群（帧）同步技术 群同步的方法 群同步的性能
25
一、群同步的方法
1. 连贯式插入法
连贯式插入法又称集中插入法，是指在每一信
息群的开头集中插入作为群同步码组的特殊码组
，该码组应在信息码中很少出现，即使偶尔出现
，也不可能依照群的规律周期出现。 连贯插入法的关键是寻找实现群同步的特殊码组。
=
LPF
轾A 犏 臌2
f
(t) +
A 2
f
(t) cos 2w0t
+
A 2
sin
2w0t
=
A 2
f
(t)
11
一、载波同步的方法
2. 直接法 ① 平方变换法
输入已调 信号
. e(t)
( )2
2c
BPF
二分频 载波输出
sm(t) = m(t) coswct
e(t)
= [m(t) coswct]2
=
1 m2 2
A. 位同步
B. 载波同步
C. 网同步
D. 群同步
C. 网同步
D. 群同步
4 ． PCM30/32 的 E1 帧结构中， 第 0 时隙通常用于
同步， 属于 ( ) 。
A. 位同步
B. 载波同步
C. 网同步
D. 群同步
第 8 章 同步原理
5 ．在无线局域网中， 无线信号在帧头部分插入 11 位
巴克码进行同步， 这种同步方法属于 ( ) 。
0 (t)
带通
相乘器
m f(t)
低通
0
窄带 滤波
/2
相移
10
一、载波同步的方法
1. 插入导频法 ----DSB 系统
通信原理(第二版)(章 (11)
第11章 同步原理 图11.2.5 DSB信号中插入导频示意图
第11章 同步原理 图11.2.6 插入导频法发送端及接收端框图
第11章 同步原理 图11.2.6(a)是插入导频法发送端方框图，根据此图可知
uo(t)=acm(t) cos2πfct+ac sin2πfct 其中，acm(t) cos2πfct为DSB信号项， acsin2πfct为插入的导频信 号，它与载波accos2πfct正交，所以也称为正交载波(导频)。图 11.2.6(b)是接收端解调的方框图，假设收到的信号就是uo(t)， uo(t)的导频经中心频率为fc的窄带滤波器滤出来，再经过90° 相移后得到同步载波ac cos2πfct， uo(t)与载波accos2πfct经相乘 器相乘后输出，有
S Ts 2 n (步) Ts n 2
第11章 同步原理
在接收二进制数字信号时，各码元出现“0”或“1”是随机 的，两个相邻码元出现01、10、11、00的概率可以近似认为相 等。若把码元“0”变“1”或“1”变“0”时的交变点提取出来作 为比相用的脉冲，也就是说，每出现一次交变点，鉴相器比相 一次，使得控制器扣除或附加一个脉冲，位定时信号调整一次， 那么，对位定时信号平均调整一个Ts/n所需要的时间为2Ts秒， 故同步建立时间为
下面以DSB及2PSK为例来说明插入导频法实现载波同步 的基本方法。图11.2.5(a)是基带信号的频谱，(b)是其DSB信号 的频谱及插入导频的位置(虚线所示)。导频插在DSB信号频谱 为0的地方，即导频的频率为fc，且与调制用的载波信号正交。 插入导频法发送端及接收端的方框图如图11.2.6所示。
第11章 同步原理 图11.2.4 Costas环法提取同步载波及解调方框图
南京邮电大学期末试题《通信原理》试卷13
XXX 级本科《通信原理》试题（卷）说明：答案要求简明扼要，全部做在考试题（卷）上。
一． 填空题（每题3分，共30分）1．通信系统按其传输信号形式分可分为 和。
2．平稳高斯白噪声的一维概率密度函数为 ， 其相关函数为 。
3．持续时间t 1的信号s （t ），其匹配滤波器H （f ）=,最大信噪比时刻t 0 t 1，最大信噪比r omax ＝ 。
4．若消息代码序列为00000000……，则其HDB 3码为 。
5．在VSB 调制系统中，为了不失真地恢复信号，其低通滤波器的传输函数H （ω）应满足 。
6．2ASK ，DP2FSK ，2DPSK 信号的频带利用率大小关系是r 2ASK r 2DPSK r DP2FSK ，误码率P e 的大小关系是P e2ASK P eDP2FSK P e2DPSK .7．在PCM 系统中，若采用13折线A 律压缩特性进行压缩，且编码器为逐次比较型，最小量化极为一个单位，则抽样值为 －158个单位时的PCM 码组为， 量化误差为 ，设7位非线性码对应11位线性码为 。
8．时分多路PCM 信号通过调制在通信网内传送，正常通信需 同步。
9．先验等概的最佳接收机，当P ＝ 时误码率最小。
最佳接收机中的相关器可用 代替。
10．某信源输出有5种符号，x1、x2、x3、x 4、x 5，其概率分别为161161814121、、、、。
若信源每秒传104个符号，则信源每秒可能传输的最大信息量为 。
简答题（每题5分，共20分）． 的方法有哪些，载波同步系统的主要性能指标有 ．2DPSK 信号采用相干解调和差分相干解调的主要区．什么是门限效应，哪些解调方式，在什么情况下会出 ．几种数字基带系统传输特性如图，若传码率为实际应选用哪种特性？为什么？ .题 综合题1.(10分)若对模拟信号m(t)进行简单增量调制,其调制(1)所示.途中,判决器的抽样速f s ,量化台阶为σ, (1)若输入信号为m(t)=Acos ωk t,试确定临界振幅值.(2)若输入调制器信号频率为f k =3000H z ,抽样速率f s =32H z ,台阶σ=0.1V ,试确定编码器的编码范围.3.(8分)某模拟信号m(t)接PCM 传输,设m(t)的频率范围为0到4KH z ,取值范围为-3.2V 到+3.2V ,对其进行均匀量化,且量化间隔ΔV=0.00625V ,(1)若对信号按奈奎斯特速率进行抽样,试求下来情况下的码元传输速率:① 量化输出信号直接传输; ② 量化传输信号按二进制传输;(2)若m(t)在取值范围内均匀分布,求量化器输出的信噪功率比。
定时与同步
32
第6章 定时与同步
（2）.载波相位误差对单边带信号的影响
载波相位误差Δφ引起双边带解调系统的信噪比下 降，误码率增加。当Δφ近似为常数时，不会引起波形 失真。 然而，对单边带和残留边带解调而言，相位误差 Δφ不仅引起信噪比下降，而且还引起输出波形失真。
第6章 定时与同步
第六章
定时与同步
安全防范系
1
第6章 定时与同步
6.1
同步的概念
一、同步：是指收发双方在时间上保持步调一致。
二、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； 网同步（通信网中用）。 同步信号来自于___???______；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。
5
第6章 定时与同步
群同步
对于数字时分多路通信系统，各路信码都安排在 指定的时隙内传送，形成一定的帧结构。 为了使接收 端能正确分离各路信号，在发送端必须提供每帧的起 止标记，在接收端检测并获取这一标志的过程，称为 帧同步。
这是识别数据格式的基础，即帧起止位置的识别。
6
第6章 定时与同步
网同步
显然，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
解决？
20
第6章 定时与同步
2. 同相正交环法（科斯塔斯环） 模型：
mt cos c t
输入已调 信号 载波输出
v3 v1
低通
v5 v7
同相载波 正交载波 双PLL环
2 相移
压控振 荡器
环路滤 波器
v2 v4
同步技术
同步技术一、同步技术的定义：同步技术即调整通信网中的各种信号使之协同工作的技术。
诸信号协同工作是通信网正常传输信息的基础。
二、同步技术的分类：按照同步的功能来分，同步可以分为载波同步、位同步（码元同步）、群同步（帧同步）和网同步（通信网中用）等四种。
（一）载波同步1、定义当采用同步解调（相干检测，它的基本功能就是完成频谱的线性搬移，但为了防止失真，同步检波电路中都必须输入与载波同步的解调载波。
）时，接收端需要提供一个与接收信号载波同频同相的相干载波，而这个相干载波的获取就称为载波提取，或称为载波同步。
2-12、提取方法载波同步一般有两类方法：一类是直接提取法（自同步法），一类是插入倒频法（外同步法）。
（1）直接提取法（自同步法）定义：是从接收到的有用信号中直接（或经变换）提取相干载波，而不需要另外传送载波或其它倒频信号。
基本原理：有些信号（如DSB信号、2PSK信号等）虽然本身不包含载波分量，但却包含载波信息，对该信号进行某些非线性变换以后，就可以直接从中提取出载波分量来。
提取方法：平方变换法和平方环法、同相正交环法（科斯塔斯环）①平方变换法和平方环法图2-2平方变换法提取载波图2-2即为平方变换法提取载波，为了改善性能，可以在平方变换法大的基础上，把窄带滤波器用锁相环替代，构成如图2-3所示的方框图，这就是平方环法提取载波。
图2-3平方环法提取载波由于锁相环具有良好的跟踪、窄带滤波性能，因此平方环法比一般的平方变换法具有更好的性能，因而得到广泛的应用。
②同相正交环法（科斯塔斯环）图2-4同相正交环法提取载波同相正交环法（科斯塔斯环）是利用锁相环提取载波的另一种常用方法，由于加到上下两个相乘器的本地信号分别为压控振荡器的输出信号和它的正交信号，因此常称这种环路为同相正交环，有时也被称为科斯塔斯环（Costas）环。
如图2-4所示。
（2）插入倒频法（外同步法）定义：是在发端发送信息码元的同时，再发送一个（或多个）包含载波信息的倒频信号，并且要求这个倒频信号不随传播的信息变换，在接收端根据倒频信号提取载波。
基于OFDM的低压电力线窄带载波通信技术及其应用
基于OFDM的低压电⼒线窄带载波通信技术及其应⽤基于固定频点的传统窄带调制技术在实际应⽤中存在通信速率低、抗窄带⼲扰和多径衰落能⼒差、可靠性不⾼等局限。
结合基于OFDM 的PRIME 和G3-PLC 标准，对国内外OFDM 技术研究现状进⾏了介绍。
通过分析OFDM 基本原理和同步、信道估计、峰均功率⽐等关键技术，验证了基于OFDM 的低压窄带载波具有通信速率⾼、抗多径延时﹑频率选择性衰落和突发性⼲扰能⼒强、通信可靠性⾼等优点，在远程⾃动抄表、家居智能化以及新型智能化⼩区等⽅⾯具有⼴阔的应⽤前景。
关键词电⼒线通信；正交频分复⽤；窄带载波基于OFDM 的低压电⼒线窄带载波通信技术及其应⽤王智慧，李建歧，渠晓峰，赵涛（中国电⼒科学研究院北京100192）摘要1引⾔低压电⼒线载波（power line carrier ，PLC ）通信技术利⽤⼰有的380V/220V 低压配电线作为传输媒介，⽆需另外敷设专⽤通道即可实现⼏乎所有点之间的数据传递和信息交换，被⼴泛认为是楼宇⾃动化、远程抄表、安防监控等领域替代专⽤⽹络的⼀种重要的数字通信⽅式[1~3]。
从使⽤带宽的⾓度来说，PLC 通信分为窄带电⼒线载波通信和宽带电⼒线载波通信。
窄带电⼒线通信技术是指带宽限定在3～500kHz 、通信速率⼩于1Mbit/s 的电⼒线载波通信技术，多采⽤普通的频率键控（FSK ）、相位键控（PSK ）等频带传输技术；宽带电⼒线(broadband over power line ，BPL)通信技术是指带宽限定在2～30MHz 、通信速率通常在1Mbit/s 以上的电⼒线载波通信技术，多采⽤直接序列扩频（DSSS ）、线性调频（Chirp ）和正交频分复⽤（OFDM ）等扩频通信技术[4~6]。
低压电⼒线载波信道信号衰减、噪声及输⼊阻抗的频率选择性、时变性和随机性使得基于固定频点的传统窄带调制技术在实际应⽤中存在⼀系列局限性[7]。
数字通信技术考点
第二章语音编码技术2 简述波形编码和参量编码的基本原理和特点。
波形编码以重构语音波形为目的，力图使重建语音波形保持原话音信号的波形。
特点：适应能力强、话音质量好、实现简单但所需速率较高，占频带较宽。
参量编码不以重构原始信号波形为目的，将语音信号分段，提取表征语音段特征的参数，在解码端重构一个新的有相似声音但波形与原始波形不尽相同的语音信号。
特点：编码速率低。
3 如何评价语音编码的质量？主观评定方法和客观评定方法。
4 评价语音编码性能的指标有哪些？对语音编码的要求是什么？语音编码性能可以从四个方面来评价：比特率、语音质量、信号时延和复杂度。
移动通信对数字语音编码的要求如下: 速率较低, 纯编码速率应低于16 kb/s;在一定编码速率下的音质应尽可能高;编码时延要短, 要控制在几十毫秒之内;编码算法应具有较好的抗误码性能, 计算量小, 性能稳定;编码器应便于大规模集成。
两种载波同步方法的比较1、直接法的优缺点(1) 不占用导频功率，因此信号功率比可以大一些。
(2) 可防止插入导频法中导频和信号由滤波不好引起的互相干扰，也可防止信道不理想引起的导频相位误差。
(3) 有的调制系统不能用直接法(如SSB系统)。
2、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，另一方面可以用它作自动增益控制。
(2) 有些不能用直接法提取同步信息的调制系统只能用插入导频法。
(3) 要多消耗一部分不带信息的功率，与直接法比较在总功率相同条件下信噪功率比要小一些。
载波同步主要性能指标：(1)效率：为获得同步，载波信号应尽量少消耗发射功率。
(2)精度：精度是指提取的同步载波与发送端的调制载波的相位误差。
应有尽量小的相位误差（稳态相差和随机相差）。
(3)同步建立时间ts：越短越好，这样同步建立得快。
(4)同步保持时间tc：越长越好，这样同步建立后可以保持较长时间。
对位同步信号的要求：(1)使收端的位同步脉冲频率和发送端的码元速率相同（同频）。
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¾ 同步保持时间：从开始失去信号到失去载频同步的时间
显然希望同步保持时间越长越好。长的同步保持时间 有可能使信号短暂丢失时，或接收断续信号时，不需要重 新建立同步，保持连续提供稳定的本地载频。
7
载波同步的性能指标
同步建立时间和保持时间的关系 ¾ 在载波同步电路中的低通滤波器和环路滤波器都是通频
载波同步的性能指标
¾ 结论
在提取载频电路中的窄带滤波器对于信噪比有直接的 影响。对于给定的噪声功率谱密度，窄带滤 波器的通频 带越窄，使通过的噪声功率越小，信噪比就越大，这样随 机相位误差越小。另一方面，通频带越窄，要求滤波器的 Q值越大，则恒定相位误差Δϕ越大。所以，恒定相位误差 和随机相位误差对于Q值的要求是矛盾的。
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载波同步的性能指标
同步建立时间和保持时间 ¾ 同步建立时间：从开始接收到信号（或从系统失步状态）
到提取出稳定的载频所需要的时间 显然我们要求此时间越短越好。在同步建立时间内， 由于相干载频的相位还没有调整稳定，所以不能正确接收 码元。
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载波频率f0不相等，存在频率偏差Δf，则载波通过它时会 有附加相移。
Δϕ ≈ 2Q Δf fq
9 当提取载频的电路中采用锁相环时，若锁相环工作在稳态，
压控振荡电压的频率f0应当和信号载频fc相同，并且其相 位误差应当很小。
Δϕ = Δf Kd
3
载波同步的性能指标
¾ 随机误差分析 9 从物理概念上讲，正弦波加上随机噪声以后，相位变化
保持时间长
相位误差 ¾ 相位误差的种类 9恒定误差：由电路参量引起的 9随机误差：由噪声引起的
2
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载波同步的性能指标
¾ 恒定误差分析： 9 当提取载波电路中存在窄带滤波器时，若其中心频率fq和
带很窄的电路。一个滤波器的通频带越窄，其惰性越大。 当在其输入端加入一个正弦振荡时，它输出端振荡的建 立时间越长；当输入振荡截止时，输出端振荡的保持时 间也越长。显然，这个特性和我们对于同步性能的要求 是相左的
¾ 建立时间短和保持时间长是互相矛盾的要求，在设计同
步系统时只能折中处理
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第三十四讲 同步的概念和载波同步
第四节 载波同步的性能指标
1
载波同步的性能指标
载波同步系统的主要性能指标 ¾ 同步效率、精度、同步建立时间和同步保持时间。 ¾ 载波同步的目标是高效率、高精度、同步建立时间快，
是随机的，与噪声的性质和信噪比有关
θ n2 = π ⋅ n0 ⋅ f 0 1 = 2r 2 A2 ⋅Q
9 当大信噪比时，由窄带高斯噪声引起的随机相位误差的
方差大小直接和信噪比成反比。随机相位误差θn的标准 偏差称为相位抖动
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