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4.5 载波同步

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同步载波实验报告

同步载波实验报告

一、实验目的1. 理解同步载波在通信系统中的作用和重要性。

2. 掌握同步载波同步原理和实现方法。

3. 通过实验验证同步载波同步方法的有效性和可行性。

二、实验原理1. 同步载波的定义：同步载波是指接收端与发射端的载波相位保持一致，从而实现信号的正确接收和解调。

2. 同步载波同步原理：同步载波同步是通过调整接收端载波与发射端载波的相位差，使两者保持一致，从而实现信号的正确接收。

3. 同步载波同步方法：主要有插入导频法、相位锁定环法、频率锁定环法等。

三、实验设备与仪器1. 发射端：正弦波发生器、调制器、放大器、天线；2. 接收端：低通滤波器、解调器、示波器、频谱分析仪；3. 实验平台：通信实验箱、计算机。

四、实验步骤1. 设置发射端参数：正弦波发生器输出载波信号，频率为10MHz，幅度为1V。

2. 设置接收端参数：低通滤波器截止频率为10MHz，解调器为相干解调器。

3. 插入导频法同步载波实验：（1）将正弦波发生器输出信号作为导频信号，通过放大器放大后，与发射端载波信号叠加，形成导频信号。

（2）将导频信号传输到接收端，经过低通滤波器、解调器后，得到同步载波信号。

（3）使用示波器观察接收端同步载波信号的波形，并与发射端载波信号进行比较，验证同步效果。

4. 相位锁定环法同步载波实验：（1）将发射端载波信号作为相位参考信号，通过解调器解调后，得到相位信号。

（2）将相位信号与接收端载波信号进行比较，通过相位锁定环调整接收端载波相位，使其与发射端载波相位保持一致。

（3）使用示波器观察接收端同步载波信号的波形，并与发射端载波信号进行比较，验证同步效果。

5. 频率锁定环法同步载波实验：（1）将发射端载波信号作为频率参考信号，通过解调器解调后，得到频率信号。

（2）将频率信号与接收端载波信号进行比较，通过频率锁定环调整接收端载波频率，使其与发射端载波频率保持一致。

（3）使用示波器观察接收端同步载波信号的波形，并与发射端载波信号进行比较，验证同步效果。

载波同步的作用

载波同步的作用

载波同步的作用载波同步是现代电信网络中重要的一项功能，它起到极为重要的作用。

本文将就载波同步的作用进行详细的介绍：一、载波同步的定义载波同步（Carrier Synchronization）是将一个通信系统中的多个信号源的载波频率和相位同步地结合到一起，以获得一个完整，高效的传输系统。

载波同步是指对多个终端节点之间正常工作的前提，节点之间的时钟和频率差值非常小，甚至可以让时钟和频率的偏差非常小或者完全为零。

二、载波同步的作用1. 促进网络内部节点间的相互同步。

网络内节点间的时间和频率差异会影响网络的性能，严重影响网络数据传输的质量。

载波同步可以有效抑制节点间的时间和频率差异，从而提高网络性能和传输质量。

2. 减少网络系统故障率及抖动，保证网络中终端设备的正常工作。

频率和相位的正确同步可以使相关节点保持高可系统性，从而减少系统的抖动和故障率。

3. 提高网络的传输速率。

正确的载波同步保证了网络节点间的时钟同步，从而提高了网络的传输速率和效率。

三、载波同步的实现1. 基于硬件的实现方式。

通过硬件芯片实现载波同步，通过检测外界输入信号的频率，相位和幅值，来确保这些输入信号的同步，从而实现载波同步。

2. 基于软件的实现方式。

通过软件实现载波同步，通过检测信号的延时，相位和幅值，来确保信号的同步，从而实现载波同步。

四、总结载波同步的作用是把一个通信系统中的多个信号源的载波频率和相位同步地结合到一起，从而获得一个完整，高效的传输系统。

它的主要作用有：促进网络内部节点间的同步；减少网络系统故障率及抖动；提高网络的传输速率，保证网络正常工作。

此外，载波同步也可以基于硬件和软件的不同方式来实现，硬件实现的载波同步比软件实现的同步更稳定，也更加高效。

载波同步原理

载波同步原理

载波同步原理
载波同步原理是指在通信系统中，为了保证信号的稳定性和可靠性，需要对信号的载波进行同步。

载波同步原理是通信系统中非常重要的一部分，它可以有效地提高通信系统的性能和可靠性。

在通信系统中，信号的传输需要通过载波来进行传输。

载波是一种特殊的信号，它可以携带信息信号进行传输。

在传输过程中，如果载波的频率和相位发生了变化，就会导致信号的失真和误码率的增加。

因此，为了保证信号的稳定性和可靠性，需要对载波进行同步。

载波同步的原理是通过接收端的反馈信号来调整本地载波的频率和相位，使其与发送端的载波保持同步。

具体来说，接收端会将接收到的信号与本地载波进行混频，得到中频信号。

然后，通过解调器将中频信号转换为基带信号，再通过解码器将基带信号转换为原始数据。

在这个过程中，如果接收到的信号与本地载波不同步，就会导致解调器和解码器无法正确地解码信号，从而导致误码率的增加。

为了解决这个问题，接收端会将解码器输出的数据与发送端发送的数据进行比较，如果发现误码率过高，就会通过反馈信号调整本地载波的频率和相位，使其与发送端的载波保持同步。

这样，就可以有效地降低误码率，提高通信系统的性能和可靠性。

载波同步原理是通信系统中非常重要的一部分，它可以有效地提高通信系统的性能和可靠性。

通过对载波进行同步，可以保证信号的
稳定性和可靠性，从而提高通信系统的传输效率和质量。

载波同步的设计与实现

载波同步的设计与实现

目录摘要 (1)一、设计要求 (2)二．设计目的 (2)三．设计原理 (2)3.1二进制移相键控(2PSK)原理 (2)3.2载波同步原理 (3)3.2.1直接法（自同步法） (4)3.2.2插入导频法 (6)四．各模块及总体电路设计 (7)4.1调制模块的设计 (7)4.2调制模块的设计 (10)4.3载波同步系统总电路图 (12)五．仿真结果 (13)六．心得体会 (15)参考文献 (16)摘要载波同步又称载波恢复（carrier restoration），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（local oscillation），供给解调器作相干解调用。

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与接收信号载波频率相同，但为了使相位也相同，可能需要对分离出的载波相位作适当的调整。

若接收信号中没有离散载波分量，例如在2PSK信号中（“1”和“0”以等概率出现时），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要的相干载波；相干载波必须与接收信号的载波严格地同频同相。

电路设计特点：载波提取电路采用直接法，即直接从发送信号中提取载波，电路连线简单，易实现，成本低。

关键字：载波同步，EWB仿真，2PSK信号⎥⎢发送概率为1-P-cosω180°,号2PSK当恢复的相干载波产生180°倒相时，解调出的数字基带信号将与发送的数字基带信( ) = 2( ) 2= 2( )2 + 2( ) 2 ( ) = 2( ) 2 =+ 2 滤波器¶þ·ÖƵ载波输出部件3.2.1 直接法（自同步法）有些信号（如抑制载波的双边带信号等）虽然本身不包含载波分量，但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，这就是直接法提取同步载波的基本原理。

波同步技术位同步技术群同步帧同步技术网同步技术

波同步技术位同步技术群同步帧同步技术网同步技术
❖ 为了解决主从同步方式的不足，提出互同步 方式，这种方式是在没有主时钟的情况下， 使互相联接的数字网高度地同步。它所采用 的同步方式是相互的，没有上述的主从关系， 网内各交换点（站）都有自己的时钟，但它 们相互联结，相互影响，最后统一到同一时 钟频率（平均值）上。
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40
（3）码速调整法
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5
同步信号的获取方式
❖ 同步也是一种信息，按照传输同步信息方式的不同，
❖
由发送端发送专门的同步信息，接收端把这个专门的同 步信息检测出来作为同步信号的方法，称为外同步法。
❖ 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。
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❖ （a）基带信号x(t)频谱函数
❖ （b）对x(t)进行相关编码得到的频谱函数
❖ （c）双边带调制后得到的频谱函数
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12
插入导频
双边带调制系统发送端电路框图
❖ 码变换器将Sd(t)频谱中的直流和相邻的低频信号滤掉或衰减 ❖ 经低通滤波器加给环行调制器，由带通滤波器取出上、下边
带送给加法器。 ❖ 同时送给加法器的还有载波移相90°的Acsinωct。（发送端
28
3 群同步（帧同步）技术
❖ 在计算机数据通信系统中，接收端为了正确 恢复所传输的内容，必须知道每个码元序列 的起始与结束位置。由于数据的信号结构是 遵照通信协议事先规定好的，因此在接收端 很容易得到一帧信息。为了实现群同步，要 在数据序列中插入特殊的同步码或同步字符。
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29
群同步系统的要求
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3
群同步（帧同步）
❖ 对于数字信号传输来说，数字信号是按照一 定数据格式传送的，一定数目的信息码元组 成一个“字”，若干个“字”组成一“句”， 若干“句”构成一帧，从而形成群的数字信 号序列。

信号同步的基本概念

信号同步的基本概念

信号同步的基本概念
信号同步是一个重要的概念，主要涉及通信系统中的时间标准。

在信息交互的通信中，各种数据信号的处理和传输通常在规定的时间隙内进行。

为了确保整个数据通信系统能够有序、准确、可靠地工作，发送和接收双方需要有一个统一的时间标准。

这个时间标准是通过定时系统来实现的，以确保发送和接收双方的时间一致性，即同步。

信号同步可以分为多种类型，例如载波同步、码元/位同步、帧同步和时钟同步。

载波同步指的是发送和接收双方使用的载波信号具有相同的频率和相位。

码元/位同步是指确保接收方正确解码和识别发送方发送的每一个码元或位。

帧同步则是接收方能够准确地确定帧的起始和终止位置，以便正确解析出每一帧的数据。

时钟同步是指发送和接收双方的时间保持一致，类似于两个人使用同样的手表来对时。

总之，信号同步是确保通信系统正常、高效运行的关键因素之一，通过实现发送和接收双方的时间一致性，可以避免数据传输的混乱和错误，提高通信的可靠性和效率。

通信原理8-同步技术

通信原理8-同步技术
多个用户相互通信而组成了数字通信网 为了保证通信网内各用户之间可靠的进行
数据交换，必须实现网同步 使得在整个通信网内有一个统一的时间节
拍标准
二. 同步信号的获取方式
外同步法
– 由发送端发送专门的同步信息， 接收端把这个专门的同步信息检 测出来作为同步信号的方法
– 需要传输独立的同步信号，需付 出额外的功率和频带
三. 同பைடு நூலகம்的技术指标
同步误差小 相位抖动小 同步建立时间短 同步保持时间长
数字通信系统中，要求同步信息传输的可靠性 高于信号传输的可靠性
载波同步是相干解调的基础。
判断
只有数字调制系统存在载波同步
无论是模拟调制信号还是数字调制信 号，都必须有相干载波才能实现相干 解调。
1. 载波同步
载波同步产生的本地载波应该与接收到的信 号中的调制载波同频同相，而不是与发送端 调制载波同频同相
在接收信号中，发送端调制的载波成分可能 存在，也可能不存在。
– 只有定时脉冲正确，才谈得上正确地抽样判 决
– 位同步是正确抽样判决的基础
3. 群同步
包括字同步、句同步、帧同步 接收端为了正确恢复信息就必须识别
句或帧的起始时刻 接收端必须产生与字、句和帧起止时
间相一致的定时信号 群同步是正确译码和分路的基础 数字通信和模拟通信都存在群同步
4. 网同步
– 若接收信号中包含有载波，可用窄带滤波器直 接提取
– 若接收信号中不包含载波成分，则用载波同步 法提取
2. 位同步
是数字通信系统特有的一种同步
– 为了从接收波形中恢复出原始的基带信号， 须对它进行抽样判决，要求接收端提供“定 时脉冲序列”
– 定时脉冲序列的重复频率与码元速率相同， 相位与最佳抽样判决时刻一致

第5章-载波和符号同步

第5章-载波和符号同步
ML准则中，待估计参数被建模为确定的，但是未知的
跟踪环：连续不断地更新估计值。
注意：判决的结果是离散值，估计的结果是连续值 4
5.1 信号参数估计
似然函数： r(t ) s(t;) n(t )
假设用 N 个标准正交函数 n (t ) 对 r(t) 展开得到
r [r1 r2
rN ]
加性高斯白噪声，噪声分量相互独立：
第五章 载波和符号同步
5.1 信号参数估计 5.2 载波相位估计 5.3 符号定时估计 5.4 载波相位和符号定时的联合估计 5.5 最大似然估计器的性能特征
数字解调时需要采样时间；相干解调还需要知道参考相位，但是 未知的传播时延、未知的载波相位
1
5.1 信号参数估计
为什么要进行载波和符号同步 ?
(
)
C
exp
2 N0
r(t)s(t;)dt
T0
L( )
2 N0
2
5.1 信号参数估计
接收信号数学模型： r(t ) s(t; ) n(t )
待估计参数向量： ,
r(t) 是用于信号检测、参数估计的观测量，即从 r(t) 对信号参 数进行估计！为了实现参数估计，必须知道 r(t) 与信号参数 间的某种关联关系。
其概率描述: p(r(t ) | )
符号同步器控制抽样器和信号脉冲发生器的输出 若信号脉冲是矩形波，信号发生器可以略去
6
5.1 信号参数估计
M元PSK接收机方 框图
用两个相关器使接收信号与两个正交载波相关 检测器是一个相位检测器，它将接收信号相位与可能的发送信 号相位进行比较。
7
5.1 信号参数估计
图5.1-3 M进制 PAM 接收机方框图 注意：这里需要使用幅度检测， 但仍然只需要一个支路

信号同步的概念

信号同步的概念

信号同步的概念信号同步的定义在信息交互的通信中,各种数据信号的处 理和传输都是在规定的时隙内进行的，为了使整个数据通信系统有序,准确,可靠地工作,收、发双方必须要有一个统一的时间标准，这个时间标准就是靠定时系统去完成收、发双方时间的一致性，即同步。

同步是实现信息传输的关键同步性能的好坏将直接影响通信质量的好坏,甚至会影响通信能否正常进行.因此,在数据通信系统中,为了保证信息的可靠处理和传输,要求同步系统应该有更高的可靠性。

按照同步的功用来区分:通信中有载波通信,位同步,群同步和网同步等4种。

1 载波同步在频带传输系统中,接收方若采用相干解调的方法,从接受的一条信号中恢复原发送信号,则需获取与发送法同频同向的载波,这个过程为载波同步.可以说,载波同步是现实相干解调的先决条件 .2 位同步位同步又称比特同步,码元同步等.在数据通信系统中,数据信号最基本单元是位,或码元,他们通常均具有同向的持续时间..发送端发送的一定数率的数据信号,经信道传输到达接收端后,必然是混有噪声和干扰的失真了的波形,为了从该勃兴中恢复出原始的数据信号,就必须对他进行取样判决 。

因此要在接受段产生一个”码元定时脉冲序列”其频率和相位要与接受码元一致我们把接受端产生与接受码元的重复频率和相位一致的’定时脉冲序列’的过程称为位同步,’定时脉冲序列’被称为位同步脉冲。

3 群同步群同步又称为桢同步,在数据传输系统中,为了有效地传输数据报文,通常还要对传输码元序列按一定长度进行分住、分桢或打信息包，这样,接收端要准确地恢复这些数据报文,就需要知道这些住、桢、包的起止时刻,接收端获得这些定时序列成为群同步。

4 网同步在数据通信网中,传送和交换时有一定的传输输率比特流,这就需要网内各种设备具有相同频率,以相同的时标来处理比特流，这就是网同步的概念,所谓网同步就是网中各设备的时钟同步。

通信原理—同步观测

通信原理—同步观测

附页:第一部分——载波同步实验1. 科斯塔斯环同步载波信号观察示波器一个通道观测 4TP9（发端载波）并作同步，示波器另一通道测 5TP3（本地载波）；通过“载波频率”按钮，将发端载波频率调节到：1000Khz （1M ）；观测 5TP3 信号频率和相位变化，直到两路载波频率完全同步为止；图1.12. Costas 环同步带测量在 costas 环同步的状态下，通过“载波频率”按钮，通过鼠标滚轮，逐渐向上调节 发端载波频率，直到接收端载波无法跟踪发端载波，记录锁相环同步带上限； 然后通过鼠标，逐渐向下调节发端载波频率，直到接收端载波无法跟踪发端载波，记 录锁相环同步带下限； 重新完成两次该步骤，记录三次测量数据，取平均值；表1 同步带上限数据 表2 同步带下限数据3. Costas 环捕捉带测量用鼠标点击流程图“载波频率”按钮，将发端载波频率调节到 950K（可以调到更小）；通过转动鼠标滚轮逐渐增大发端频率，直到接收端载波完全同步为止，记录锁相环捕捉带下限。

将发端载波频率调节到 1070K，通过转动鼠标滑轮逐渐减小发端载波频率，直到接收端载波完全同步位置，记录锁相环捕捉带上限。

重新完成两次该步骤，记录三次测量数据，取平均值表1 捕捉带上限数据表2 捕捉带下限数据第二部分——位同步提取实验2.HDB3 位同步时钟提取(1). HDB3 编码观测将基带时钟设置为 64K，编码类型为 HDB3，用示波器观测 2P4 位同步输出的 HDB3 编码。

尝试修改基带类型为16bit，设置数据，将数据设置为全“0”，全“1”，其他数据，观察HDB3编码输出，并注意其是否包含位同步信息。

图2.1 全“0”码HDB3编码图2.2 全“1”码HDB3编码图2.3 16bit（1100 1111 0011 0111）(2). 伪随机序列 HDB3 编码位同步信息提取将基带信号设置为 PN-15，观测 2P2 位定时信息，2P8 提取时钟，2P9 本地补全的位同步信息。

同步原理(载波同步与位同步)

同步原理(载波同步与位同步)
• 方法二：
• 对于移相信号上述两种方法同样都存在载 波相位的模糊问题，其解决方法可采用相 对移相信号予以克服。
2021/10/10
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载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
•载波同步，插入导频法
•不含有载波分量的发送信号有：
1，抑制载波的双边带信号；
2， 残留边带信号；（虽含有载波分量，但 很难从已调信号中提取。）
• Costas环与平方环具有相同的鉴相特性，如下图：
• 由图可知，θ=nπ（n为任意整数）为PLL的稳定 平衡点。PLL工作时可能锁定在任何一个稳定平 衡点上，考虑到在周期π内θ取值可能为0或π，这
意味着恢复出的载波可能与理想载波同相，也可 能反相。这种相位关系的不确定性，称为0，π的 相位模糊度。
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载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
• 式中： • Kd为鉴相灵敏度，是常数。 仅与相位差有关，
它通过环路滤波器去控制压控振荡器的相位和频 率，环路锁定之后，θ一个很小的量。因此VCO 的输出经过二分频后，就是所需的相干载波。
2021/10/10
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载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
• 载波同步直接法 • 二：同相正交环法（或称为科斯塔斯（Costas）环法） • 同相正交环法电路框图：
2021/10/10
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载波同步的基本原理，实现方法和性能指标
• 插入导频系统的接收端框图：
• 插入的导频为何要与载波正交？
• 因为接收端收到 后，利用窄带滤波器就
可提取导频信号
，经900移相可得与
调制载波同频同相的信号
，
则乘法器输出：
2021/10/10
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载波同步的基本原理，实现方法和性能指标

载波同步技术

载波同步技术
当传输已知序列时 xPN (k)
通信信号处理
42ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
数据辅助的频偏估计器
将rc(k)经过长度为L的延时得到rc(k-L) 将rc(k)与rc(k-L)共轭相乘，并在长度L内求和 将求和的结果取复角，即可得载波频偏估计值
通信信号处理
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数据辅助的频偏估计器
具体推导
L −1
L −1
rc* (k )rc (k − L) = xP*N (k )e− j(ΔωkTs +Δϕ ) ⋅ xPN (k )e j[Δω(k −L)Ts +Δϕ ]
接收端直接从接收信号中提取载波信号18通信信号处理18外同步法19通信信号处理插入导频法用于已调制的数字信号中没有载波分量以及虽有载波分量但难以实现载波分离的情况可在适当的频率位置上插入一个低功率的线谱此线谱对应的时域正弦波称为导频信号接收端用窄带滤波器将导频取出经过适当处理得到相干载波插入导频的方法包括时域插入导频法20通信信号处理频域插入导频在载波中心频率f的位置插入导频信号插入的导频必须是正交导频导频与调制载波相差90度21通信信号处理频域插入导频22通信信号处理频域插入导频发射信号接收端sincossincossinsincossin23通信信号处理时域插入导频在时域中插入导频以传送和提取同步载波的方法时域插入法中对被传输数据信号和导频信号在时间上加以区别把一定数目的数字信号分作一组称为一帧在每一帧中除有一定数目的数字信号外在特定的时隙位置插入同步信号24通信信号处理时域插入导频信号帧结构图25通信信号处理时域插入导频接收机提取相干载波26通信信号处理26自同步法27通信信号处理自同步法直接从接收信号中提取同步载波的方法数据辅助的频偏估计器28通信信号处理非线性变换法适用于无载频分量的信号和抑制载频的双边带信号经过非线性变换后可以得到载频的倍频分量再用窄带滤波器或等效锁相环提取经过分频可得相干载波两种常用的方法平方环法29通信信号处理平方变换法平方律部件二分频2f30通信信号处理平方变换法经过平方变换之后的信号为t经过非线性变换平方律部件后得31通信信号处理平方变换法经过2f窄带滤波器可得到2倍频的载波信号经过2分频之后可以得到cost也可能是cost称为相位模糊32通信信号处理平方环法为了改善平方变换法的性能使恢复的相干载波更为纯净图中的窄带滤波器常用锁相环代替称为平方环法提取载波锁相环具有良好的跟踪窄带滤波和记忆功能平方环法比一般的平方变换法具有更好的性能

数字通信技术教学大纲

数字通信技术教学大纲

数字通信技术教学大纲一、课程简介数字通信技术是通信工程、电子信息工程、计算机科学与技术等专业的重要专业课程，主要介绍数字通信的基本原理、技术和系统。

本课程旨在培养学生掌握数字通信技术的理论知识和实践技能，为后续专业课程的学习和从事相关领域的工作打下坚实的基础。

二、课程目标1. 掌握数字通信的基本概念、原理和技术；2. 了解数字调制、解调、同步等关键技术；3. 熟悉数字通信系统的组成、工作原理和性能评估；4. 掌握数字通信系统的设计和优化方法；5. 培养学生的分析能力、解决问题的能力以及创新思维能力。

三、课程内容第一章：数字通信概述1.1 数字通信的定义和特点1.2 数字通信系统的组成和分类1.3 数字通信技术的发展和应用第二章：数字调制技术2.1 数字调制的基本原理2.2 线性调制技术2.3 非线性调制技术2.4 数字调制的应用和优化第三章：数字解调技术3.1 数字解调的基本原理3.2 线性解调技术3.3 非线性解调技术3.4 数字解调的应用和优化第四章：数字同步技术4.1 数字同步的基本原理4.2 锁相环技术4.3 载波同步技术4.4 位同步技术4.5 数字同步的应用和优化第五章：数字通信系统性能评估5.1 信噪比和误码率的概念5.2 误码率的性能评估5.3 频谱效率和数据速率的性能评估5.4 数字通信系统的优化设计第六章：数字通信系统设计和实现6.1 数字通信系统的设计流程和方法6.2 基于MATLAB的数字通信系统设计和模拟6.3 基于FPGA的数字通信系统设计和实现6.4 基于ARM的数字通信系统设计和实现6.5 数字通信系统的调试和优化方法介绍。

现代数字通信技术 第四章 同步技术

现代数字通信技术 第四章 同步技术

4.1 概述
（3）帧同步（群同步） 帧（frame）,数字信号传输的一种基本单位。（例如， PCM30/32 体制的帧结构）。在一帧信号中，各路信号在 指定的时隙传送。接收端正确识别每一帧的起始时刻及各 路信号的时隙位置，并且产生相应的定时脉冲信号，被称 为帧同步。 （4）网同步 为保证通信网各点之间相互可靠地通信，在网内建立 一个统一的时间标准，被称为网同步。
4.3.2 自同步法
2. 包络检波法
（1）从中频已调信号中提取位同步信息
这种方法不需要先进行载波提取。和插入导频法中的 包络调制法不同的是，等幅PSK调制信号 由于带限信道 的作用，使得信号波形在码元相位变化时刻发生幅度 “平滑陷落”失真，因此包络中含有位同步信息。
4.3.2 自同步法
（2）从报头中提取位同步信息 这种方法用于时分多址数字卫星通信。报头为载波同步 信息和位同步信息，发射功率较大，而且报头宽度为码元宽 度整数倍
4.3.3 位同步性能指标
3.同步保持时间tc 从含有位同步信息的接收信号消失开始，到位同步提取 电路正常位同步信号中断止,越长越好。
4.同步带宽 位同步频率与码元速率之差。
4.4 帧同步
在多路信号组成的一帧信号中，加入一特殊标志，即 帧同步信号。 帧同步的任务是在位同步基础上，正确识别出帧起始位 置，进而确定出各路信号位置。要求： 1 正确建立同步概率要大，漏同步和假同步概率要小 2 捕获时间短 3 同步保持时间长 4 帧同步码长仅可能短 (1) 起止式同步法 早期电传机，微机RS232串口。
4.2 载波同步
一般有直接法（自同步法）和插入导频法（外同步 法）。具体实现方案与调制方式有关。 4.2.1 插入导频法 分为频域插入导频法和时域插入导频法。 （1）频域插入导频法 在抑制载波系统中，在已调信号频谱中，插入一较 低功率载频（正弦波）信号。接收端利用窄带滤波器提 取相干载波。有两个措施：

通信中的同步技术概述

通信中的同步技术概述

(3) 群同步
群同步包含字同步、句同步、分路同步，它有时也称帧 同步。在数字通信中，信息流是用若干码元组成一个“字”， 又用若干个“字”组成“句”。在接收这些数字信息时，必 须知道这些“字”、“句”的起止时刻，否则接收端无法正 确恢复信息。 对于数字时分多路通信系统，如PCM30/32电话 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。因此，在接收端产生与“字”、“句”及“帧” 起止时刻相一致的定时脉冲序列的过程统称为群同步。
(2) 位同步
位同步又称码元同步。在数字通信系统中，任何消息都 是通过一连串码元序列传送的，所以接收时需要知道每个码 元的起止时刻，以便在恰当的时刻进行取样判决。例如在最 佳接收机结构中，需要对积分器或匹配滤波器的输出进行抽 样判决，判决时刻应对准每个接收码元的终止时刻。这就要 求接收端必须提供一个位定时脉冲序列，该序列的重复频率 与码元速率相同，相位与最佳取样判决时刻一致。我们把提 取这种定时脉冲序列的过程称为位同步。
概述
所谓同步是指收发双方在时间上步调一致，故又称定时。 在数字通信中，按照同步的功用分为：载波同步、位同步、群 同步和网同步。
(1) 载波同步
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。这个载波的获取称为 载波提取或载波同步。在模拟调制以及数字调制学习过程中， 我们了解到要想实现相干解调，必须有相干载波。因此，载波 同步是实现相干解调的先决条件。
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。

现代通信技术-同步的基本概念

现代通信技术-同步的基本概念

02.同步的分类
外同步： 由 按传输 方式分：
发送 的同步信息， 把这个专门的同步信息 出来作 为同步信号的方法， 称为
自同步： 发送端 发送专门的同步信息，接收 端设法 同步信息 的方法，称为自同步法
谢谢
《现代通信技术》课程
同步的基本 概念
目 录
01 02
同步的定义
同步的分类
01.同步的定义
为什么要研究同步技术？
同步是数字通信中一个重要的实际问题，通 信系统如果出现同步误差或失去同步,就会使 通信系统性能降低或通信失效。
所谓同步是指收发双方在时间上步调一致，故又 称定时。
02.同步的分类
载波同步
按功用分：
位同步
ห้องสมุดไป่ตู้群同步
网同步
02.同步的分类
1、 载波同步： 相干解调中， 在接收端恢复相干载波（相 干载波与发送端载波同频，在相位上保持某 种同步关系）的过程称为载波同步（ 、 ）。
2、 位同步： 在接收端产生一个“码元定时脉冲序列”，其重复频率和
相位(位置)要与接收码元一致，以保证： ① 接收端的定时
脉冲重复频率和发送端的码元速率相同;② 取样判决时刻
对准最佳取样判决位置。这个过程称为“位同步”。
02.同步的分类
3、 群同步： 接收端产生与字、句和帧起止时间相一致 的定时信号的过程称为 (字、 句、 群)同 步。
4、 同步： 为保障数字通信网可靠地进行通信和数
据 ，全网产生一个统一的时间标准 的过程，称为网同步。

4G和5G同步信号之异同

4G和5G同步信号之异同

4G和5G同步信号之异同在4G和5G网络中终端(UE)开机就开始对无线网络进行测量。

运营商在基站开通调测后所做的第一件事就是网络测试,测试覆盖范围,网络质量和服务水平。

LTE和NR网络中重要的测量项目包括:RSRP,RSRQ,RSSI,SINR,CQI,调制和吞吐量等。

测量指标中RSRP、RSSI、RSRQ和SINR在移动网络中都是下行链路信号的测量结果。

无线信号通过空中接口广播，终端(UE)在同步和信道上进行测量。

在LTE和5G网络中无线信道分别映射到RLC、MAC和物理层。

RLC层的逻辑信道在RLC和MAC之间传输数据。

传输信道(MAC)在MAC和物理层之间做同样的事情，物理信道通过基站和UE之间的空中接口传输控制和用户平面数据。

5G网络中下行链路信道和信号映射见表1。

物理下行链路信号分为两种:同步信号(SS)和参考信号(RS)。

在4G中同步信号用于同步,参考信号用于测量。

在5G中同步信号用于:同步和测量。

LTE 同步信号终端(UE)要接入LTE网络,首先要做的就是解码同步信号。

无论载波带宽是多少，同步信号(SS)都将位于62个中心子载波上，按照每5毫秒(半帧)以块的形式广播。

LTE中同步信号分为:主同步信号(PSS)和次同步信号(SSS)。

PSS/SSS块位置见图2中LTE无线帧。

PSS用于时域中的子帧,时隙和符号同步;也用于识别频域中信道带宽的中心，SSS仅用于帧同步。

PSS和SSS一起包含物理层小区标识信息(PCI)。

SSS帮助识别PCI 组,而PSS允许知道组内位置。

PCI被组织成168个组,每组3个位置,从而生成504个可用的PCI 。

Figure 2. LTE FDD 3-MHz Radio FrameLTE小区特定参考信号小区特定参考信号(CRS)用于计算LTE中的RSRP,RSSI,RSRQ和SINR。

一旦同步信号被解码并推导出PCI，UE就能够推导出时域和频域中的CRS分配。

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双边带信号 平方后
sm (t ) m(t ) cosct
e(t ) m(t ) cos ct
(4.5 - 1)
2
1 2 1 2 m (t ) m (t ) cos 2 ct (4.5 - 2) 2 2 若用一窄带滤波器将2ωc频率分量滤出，再进行二分 频，就可获得所需的相干载波。
2.
同相正交环法又叫科斯塔斯(Costas)环。在此环路 中，压控振荡器 (VCO) 提供两路互为正交的载波，与 输入接收信号分别在同相和正交两个鉴相器中进行鉴 相，经低通滤波之后的输出均含调制信号，两者相乘 后可以消除调制信号的影响，经环路滤波器得到仅与 相位差有关的控制压控，从而准确地对压控振荡器进 行调整。 VCO输出
S
m(t ) cos t sin t
解调原理图：
[m(t ).cos c t sin c t ].cos c t m(t ) cos 2 c t sin c t cos c t 1 1 m(t )(1 cos 2c t ) sin 2c t 2 2
2
VCO输出
v0 (t ) Asin(2ct 2 )
(4.5 - 6) (4.5 - 6)
鉴相器误差输出 vd Kd sin 2
输 入 已调 信 号
平 方 律 部 件
鉴相器
环路 滤波器
压控 振荡器
二分频
载 波 输出
锁 相 环
图4.5-2 平方环法提取载波
式中，Kd为鉴相灵敏度，是一个常数。vd仅与相 位差有关，它通过环路滤波器去控制压控振荡器的相 位和频率，环路锁定之后， θ 是一个很小的量。因此， VCO的输出经过二分频后，就是所需的相干载波。
输 入 已调 信 号 平 方 律 部 件 鉴相器 环路 滤波器 压控 振荡器 二分频 载 波 输出
锁 相 环
图4.5-2 平方环法提取载波
2PSK信号
当g(t)为矩形时
e(t ) an g (t nTS ) cos2 ct (4.5 - 4) n 1 1 e(t ) cos 2 c t (4.5 - 5) 2 2
（2）残留边带信号插入导频法
H( f )
f1
f1 f c f m f1
fr
f 2
f 2 f c f r f 2 且f1 (t ) cos(1t 1 ) f 2 (t ) cos(2t 2 )
f2
0
f1 f c f m
图4-35
fc
收信号
经低通滤波后可得：
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
m(t )
[m(t ) cos c t cos c t ] cos c t m(t ) cos c t cos c t
2 2
1 [1 m(t )](1 cos 2c t ) 2 经低通滤波后可得： m(t ) 1 存在直流分量
因而插入的导频应为正交载波，这样能够避免直流分量对信号的影响。
v1 cos(ct ) v2 sin(ct )
1 v3 m(t ) cos ct cos(ct ) = m(t )[cos cos(2ct )] 2 1 v4 m(t ) cos ct sin(ct ) = m(t )[sin sin(2ct )] 2 1 1 滤波后 v5 m(t ) cos v6 2 m(t ) sin 2 1 2 v5和v6相乘后 vd m (t ) sin 2 8
f1 窄带
f 2 窄带
a
f 2 f1
低通
1 vb (t ) cos[(2 1 )t ( 2 1 )] 2 1 = cos[2 ( f r f1 f m f 2 )t ] 2 f1 f m 1 = cos[2 ( f r f 2 )(1 )t ] 2 f r f 2
⑴ DSB信号的插入导频法
插入导频的位置应该在信号频谱为零的位置，否则导致导频与信号频 谱成分重叠在一起，接收时不易取出（信号会对导频产生影响）。
由图看出，被调载波除用于正常产生双边带信号外，经移相 2 产生一 个导频信号，它与被调载波的相位正交，（称正交载波），二者叠加 成输出信号： DSB c c
应当注意，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，使其输出的载波相 对于接收信号相位有 180°的相位模糊。相位模糊对 模拟通信关系不大，因为人耳听不出相位的变化。但 对数字通信的影响就不同了，它有可能使2PSK相干解 调后出现“反向工作”的问题，克服相位模糊度对相 干解调影响的最常用而又有效的方法是采用相对移相 （2DPSK），并且在解调后进行差分译码恢复信息。
d
f c 窄带
b
q次分频
l
移相 载波输出
c
图4-36
残留边带信号插入导频法
f1 f m 令q 1 .经q次分频后可得频率为( f r f 2 )的 f r f 2 单频信号 cos[2 ( f r f 2 ) q ], 再与 cos(2t 2 )相乘, 可得 d点及1点的信号 vd (t ) cos(2 f 2t 2 ) cos[2 ( f r f 2 ) q ] 1 v1 (t ) cos(c t 2 q ) 2 移相 1 cos(c t ) 2 NBF f c
v3 输出 输入已调 信号 v1 9 0° 相移 压控 振荡器 低通 环路 滤波器 vd 低通 v5
v1 cos(ct )
v2 v4
v2 sin(ct )
v6
图4.5-3 Costas 环法提取载波
v5和v6相乘后
1 2 vd m (t ) sin 2 8
当 m(t) 为矩形脉冲的双极性数字基带信号时 ， m2(t)=1 。即使 m(t) 不为矩形脉冲序列，式中的 m2(t) 可 以分解为直流和交流分量。由于锁相环作为载波提取 环时，其环路滤波器的带宽设计的很窄，只有 m(t) 中 的直流分量可以通过，因此vd
说明：解调输出信号幅度将有所下降
2.单边带相干解调中，相位误差对解调性 能的影响：
si (t ) cos(c m )t.cos(ct ) 1 [cos(2ct mt ) cos(mt )] 2
经低通滤波后输出信号为：
以上边带为例
1 s0 (t ) (cos mt.cos sin mt.sin ) 2
输出载波
2、 直接法
直接法也称自同步法。这种方法是设法从接收信 号中提取同步载波。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。下面介绍几种常用的方法。
1. 此方法广泛用于建立抑制载波的双边带信号的载 波同步。
4.5.0载波相位误差对相干解调性能的影响
1.在双边带相干解调中，相位误差对解调 性能的影响：
si (t ) m(t ).cos c t.cos(ct ) 1 m(t ). [cos(2c t ) cos( )] 2 1 经低通滤波后输出信号为： s0 (t ) m(t ).cos 2
vd Kd sin 2
如果我们把图 4.5-3 中除环路滤波器 (LF) 和压控振荡器 (VCO) 以外的部分看成一个等效鉴相器 (PD) ，其输出 vd正是我们所需要的误差电压。它通过环路滤波器滤
后去控制 VCO 的相位和频率，最终使稳态相位误差 减小到很小的数值，而没有剩余频差，此时
v1 cos(ct ) 1 1 解调输出为 v5 m(t ) cos m(t ) 2 2 由图可知，θ=nπ（n为任意整数）为 PLL的稳定平衡 点。PLL工作时可能锁定在任何一个稳定平衡点上， 考虑到在周期 π 内 θ 取值可能为 0 或 π ，这意味着恢复 出的载波可能与理想载波同相，也可能反相。这种 相位关系的不确定性，称为 0 ， π 的相位模糊度。这 是用 PLL 从抑制载波的双边带信号（ 2PSK 或 DSB ） 中提取载波时不可避免的共同问题。
(2) 位同步。
位同步又称码元同步。在数字通信系统中，任何消 息都是通过一连串码元序列传送的，所以接收时需要知 道每个码元的起止时刻，以便在恰当的时刻进行取样判 决。
(3) 群同步。
(4) 网同步。
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。
所需的同步载波为
Vd Kd 0 －Kd
图4.5-4 平方缓和Costas 环得鉴相特性


不但在上述两种环路中存在，在其他类型的载波恢 复环路，如逆调制环、判决反馈环、 松尾环等性能 更好的环路中，也同样存在；不但在2PSK 时存在， 在多相移相信号（MPSK）也同样存在相位模糊度问 题。 Costas环与平方环都是利用锁相环（PLL） 提取载波的常用方法。Costas环与平方环相比，虽然 在电路上要复杂一些，但它的工作频率即为载波频 率，而平方环的工作频率是载波频率的两倍，显然 当载波频率很高时，工作频率较低的Costas环易于实 现；其次，当环路正常锁定后，Costas环可直接获得 解调输出，而平方环则没有这种功能。
4-5 载波同步原理
4.5.1 概述
4.5.2 载波同步 4.5.3 位同步 4.5.4 群同步
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4.5.1 概述
所谓同步是指收发双方在时间上步调一致，故又称 定时。在数字通信中，按照同步的功用分为：载波同步、 位同步、群同步和网同步。 (1) 载波同步。 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。这个载 波的获取称为载波提取或载波同步。