通信原理（Seminar）课件 第12课

通信原理1上次作业9.9编码输出11100011量化误差27均匀量化10011000002通信原理第13同步原理3同步，从信息内涵的意义，可分为:内容：X轴与Y轴的意义，影片中图象、声音空间：人物、物品、背景时间：通信中的同步为什么要同步？为使整个通信系统有序、准确、可靠地工作，收、发必须有一个统一的时间标准，即定时系统。依靠定时系统去完成收、发双方时间的一致性，即同步。（数字，模拟）4同步的分类按不同的功用分为：

载波同步：在接收端得到一个与发端同频同相的载波.

位同步：在接收端产生一个与接收码元频率和相位吻合的脉冲序列.

帧同步：在接收端产生一个标志每帧首尾的定时脉冲.F

网同步：整个网统一时间标准.5

按同步信息传输方式的不同分：

外同步法：由发端插入专门的同步信息，接收端提取检测出同步信息的方法。

自同步法：收端直接从信号中提取同步信息的方法。F6

载波同步

插入导频法对于不含载频分量的信号，如何在接收端提取出本地载波信号呢？采用的方法之一是在发送端的有用载波信号中插入一个导频信号，该导频信号在接收端被提取出来作为本地载波信号。导频信号的设计要考虑在接收端易于分离。在实际使用中，并不直接插入施加于调制器的那个载波作为导频信号，而是将该载波移相90º后得到所谓的“正交载波”再插入。插入导频法又分为频域插入导频法和时域插入导频法。7sm(t)=Af(t)cosw0t+asinw0t例

DSB信号： 频域插入信号频谱为零的位置插入正交导频8

sm(t)asin0t相乘调制器带通滤波器相加器振荡器-90º相移器f(t)Af(t)cos0tAcos

0t为使讨论的载波提取方法对于数字通信和模拟通信都适用，我们将模拟通信中所传输的信息信号f(t)与数字通信中所传输的数字基带信号sDIG(t)，都用来f(t)表示，还假设f(t)不含直流分量。采用正交滤波是为了防止恢复出来的原始信号中含有直流分量。9收端仍采用窄带滤波器将asinw0t分离，相移π/2后成为 本地载波。发送信号:Φ(t)=f(t)cosw0t+asinw0t10插入导频法的发送端框图滤除旁瓣、通过主瓣11插入导频法的接收端框图此2项会被低通滤掉12直接提取法(信号中含有载频分量时)带通

窄带滤波器

900相移低通13 非线性变换法(信号中不含有载频分量时)

1)平方变换法带通低通平方部件2分频窄带滤波Φ(t)u0(t)14被2fc窄带滤波器滤除此信号一定有直流其直流乘以2倍载频后将通过2fc窄带滤波器15抑制载波的双边带信号

经过平方变换(平方律部件)

m(t)无直流分量,m2(t)却有直流分量16令α表示m2(t)中的直流分量

表示m2(t)中的交流分量则e(t)经窄带滤波后,滤出2ωc

再经2分频,获所需载波,同时还有一部分调制自噪声及加性噪声,造成输出载波的随机抖动.直流低频2ωc调制自噪声17平方环法（属于一种锁相环）可以是乘法器，也可以其他鉴相器18Castas环法（也属于锁相环）19经过低通滤波器后分别得20θ是VCO输出信号与输入已调信号载波之间的相位误差当θ较小时,V7的大小与相位误差θ成正比,用V7去调整VCO输出信号的相位,最后使稳态相位误差减小到很小的数值.这样VCO的输出就是所需提取的载波.21载波相位误差对解调性能的影响

主要体现在所提取载波与接收信号中的载波的相位误差.相位误差为稳态相差与相位抖动之和提取的相干载波为则解调时,相乘器的输出经低通滤波后为221.直接法的优缺点（1）不占用导频功率，信噪比可以大一些；（2）防止插入导频法中导频和信号间由于滤波不好而引起的互相干扰。(3)有的调制系统不能用直接法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.(3)插入导频法要多消耗一部分不带消息的功率，因此与直接法比较，在总功率相同条件下信噪功率比还要小一些.23位同步导频法（注意这里导频不是载波fc而是fb）直接加入“位导频”利用载波包络携带“位导频”自同步法滤波法（最常用的是微分整流法）数字锁相法24位同步与载波同步的区别位同步是指在接收端的基带信号中提取码元定时的过程。在模拟通信中，没有位同步的问题，但当采用相干解调时，需要载波同步。但在数字通信中，一般都有位同步的问题，无论是相干解调还是非相干解调。数字通信时，相干解调既需要载波同步又需要位同步；非相干解调不需要载波同步25

插入导频法（外同步法）相加调制位定时导频信道插入导频法时，一般是在基带数字信号功率谱的零点处插入所需要的位同步导频信号。26因为导频信号不是原数字基带信号的成分，前者的存在或多或少地会影响到后者的解调性能。因此，导频信号一经提取，就应设法从接收到的信号中将它消除，这样送到数字基带信号解调器时就不包含同步导频信号了。相减器窄带滤波器相移器含有导频信号的数字基带信号消除位导频信号的原理框图数字基带信号位同步信号输出相移器是用来校准导频信号的相位的。27导频法（及与载波导频区别）插入导频法基带信号功率谱调制后功率谱载波导频载波导频与位导频的关系图28

直接法（自同步法）对没有位同步频率分量的序列，例如不归零二进制单极性序列等，可通过非线性变换使之包含位同步分量，然后通过滤波提取。

1．非线性变换——滤波法窄带滤波器脉冲形成器移相波形变换非归零码fbcp位定时脉冲所谓自同步法，就是借助于位同步电路从所收到的数字基带信号中直接提取位同步信息的方法，29111100000t0t0t0t0tcp30开环码元同步法延迟相乘法原理方框图相乘器输入和输出的波形： 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。延迟时间等于码元时间一半 时，码元速率分量最强。c延迟T/2ab放大限幅窄带滤波(c)(b)(a)31锁相法数据传输中，采用数字锁相环路提取位同步信号。基本原理是在接收端利用一个相位比较器，比较接收码元与本地码元(位定时)脉冲的相位，若两者相位不一致，即超前或滞后，就会产生一个误差信号，通过控制电路去调整定时脉冲相位，直至获得精确的位同步为止。32数字锁相环法提取位同步把正弦波变成数字时钟异或电路+低通+比较器33异或门数字鉴相器输出示意图34帧同步(群同步)载波同步解决了同步解调问题；位同步确定数字通信中各个码元的抽样判决问题；群同步的任务就是在位同步的基础上识别出数字信息的起始时刻

a.外同步:

b.自同步:插入特殊码组作为标志(集中插入法、分散插入法)。利用接收序列本身提取。35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。止起止36连贯式插入法

在每群的开头集中插入群同步码组的方法群同步码应有特性能很快地识别检出，位置准确群同步码应有尖锐的自相关函数巴克码是一种常用的群同步码巴克码是一种非周期序列，一个n位的巴克码为

{x1，x2，x3，…，xn}x1的取值为±137巴克码组列表： 表中各码组的反码（即正负号相反的码）和反序码（即时间顺序相反的码）也是巴克码。N巴克码1＋2＋＋，＋－3＋＋－4＋＋＋－，＋＋－＋5＋＋＋－＋7＋＋＋――＋－11＋＋＋―――＋――＋－13＋＋＋＋＋――＋＋－＋－＋38j=0j=1j=2，3，…7R(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。397R（j）-1-7-5-3-11357j40判决相加01010101010101输入码元移位方向7位巴克码识别器“1”存入移存器1端→+10端→-1“0”存入移存器1端→-10端→+141当7位巴克码全部进入7级移位寄存器,7个移位寄存器都输出+1,相加后得最大输出+7,若判决器的判决门限电平定为6,在巴克码的最后一位“0”进入识别器时,识别器输出一群同步脉冲表示一群的开头。42

13.4.6自群同步唯一可译码假设现共有4种天气状态需要传输，将其用二进制编码表示，如下表所示：当接收端收到的数字序列为“1110110110”时，它将唯一地可以译为“雨晴阴阴”。保证唯一可译的充分条件是在编码中任何一个码字都不能是其他码字的前缀。满足这个条件的编码又称为瞬时可译码。

晴云阴雨010111011143瞬时可译码其码字的边界可以由当前码字的末尾确定，而不必等待下一个码字的开头。例如，下表中的编码是唯一可译码，但是不是瞬时可译码：例如，在收到“10”后，必须等待下一个符号是“0”还是“1”，才能确定译为“雨”还是“阴”。在这种编码中，“晴(1)”是“阴(10)”的词头，并且“阴(10)”是“雨(100)”的词头。晴阴雨11010044网同步网同步目的：使全网各站能够互连互通，正确地接收信息码元。网同步方法分类：单向通信系统：