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数据通信中的同步技术同步传输和异步传输
简单性
异步传输方式相对简单，不需要复杂的同步机制，因此实现起来较 为容易。
低速率
由于每个字符都需要单独发送，且需要附加起始位和停止位，因此 异步传输的速率相对较低。
异步传输的原理
起始位和停止位
异步传输中，每个字符前面都有一个起始位，用于指示字符的开始， 后面跟着一个或多个数据位，最后是一个停止位，表示字符结束。
同步传输和异步传输的定义
同步传输
指发送端和接收端保持同步，即发送 端发送数据时，接收端始终处于准备 接收状态，一旦收到数据，立即进行 处理。
异步传输
指发送端和接收端不保持同步，即发 送端发送数据时，接收端处于等待状 态，当数据到达时，接收端按照自己 的时钟对数据进行处理。
02 同步传输
CHAPTER
05 未来展望
CHAPTER
数据通信技术的发展趋势
1 2
5G和6G通信技术
随着5G网络的普及和6G技术的研发，数据通信 将更加高效、快速和可靠，支持更多样化的应用 场景。
云计算和边缘计算
云计算和边缘计算的发展将加速数据处理和分析 的效率，满足实时性要求高的应用需求。
3
物联网和智能家居
物联网和智能家居的普及将推动数据通信技术的 发展，实现设备间的无缝连接和智能化控制。
独立发送
每个字符在发送时都是独立的，发送端和接收端不需要保持时钟同 步。
字符间隔
字符之间的间隔是可变的，但必须满足最小位时间的要求，以确保接 收端能够正确识别起始位和停止位。
异步传输的应用场景
低速数据通信
由于异步传输速率较低，因此适用于低速数据通信，如控制设备、终端等。
兼容性较好
由于异步传输相对简单，因此在老式设备和标准上得到广泛应用，具有较强的 兼容性。
异步传输方式相对简单，不需要复杂的同步机制，因此实现起来较 为容易。
低速率
由于每个字符都需要单独发送，且需要附加起始位和停止位，因此 异步传输的速率相对较低。
异步传输的原理
起始位和停止位
异步传输中，每个字符前面都有一个起始位，用于指示字符的开始， 后面跟着一个或多个数据位，最后是一个停止位，表示字符结束。
同步传输和异步传输的定义
同步传输
指发送端和接收端保持同步，即发送 端发送数据时，接收端始终处于准备 接收状态，一旦收到数据，立即进行 处理。
异步传输
指发送端和接收端不保持同步，即发 送端发送数据时，接收端处于等待状 态，当数据到达时，接收端按照自己 的时钟对数据进行处理。
02 同步传输
CHAPTER
05 未来展望
CHAPTER
数据通信技术的发展趋势
1 2
5G和6G通信技术
随着5G网络的普及和6G技术的研发，数据通信 将更加高效、快速和可靠，支持更多样化的应用 场景。
云计算和边缘计算
云计算和边缘计算的发展将加速数据处理和分析 的效率，满足实时性要求高的应用需求。
3
物联网和智能家居
物联网和智能家居的普及将推动数据通信技术的 发展，实现设备间的无缝连接和智能化控制。
独立发送
每个字符在发送时都是独立的，发送端和接收端不需要保持时钟同 步。
字符间隔
字符之间的间隔是可变的，但必须满足最小位时间的要求，以确保接 收端能够正确识别起始位和停止位。
异步传输的应用场景
低速数据通信
由于异步传输速率较低，因此适用于低速数据通信，如控制设备、终端等。
兼容性较好
由于异步传输相对简单，因此在老式设备和标准上得到广泛应用，具有较强的 兼容性。
总线数据传输中的同步技术PPT课件
• 依据获得的时钟分量是源自信号内（信号本身）还是 信号外，同步传输可分为：
– 外同步
• 发送端发送数据之前先向接收端发送一串进行同步的时钟脉冲； 接收端收到同步信号后进行频率锁定，然后以同步频率为准接收 数据
– 自同步
• 发送端发送数据时将时钟脉冲作为同步信号包含在数据流中同时 传送给接收端，接收端从数据流中辨别同步信号，再据此接收数 据
• 粗同步与细同步两个阶段紧密合作就可 以完成两个图像传感器的VSYNC下降沿 之间的严格同步进而实现双目图像对的 同步采集工作
2024/3/14
27
系统集成与总线技术——计算机总线技术
基于输入时钟抑制的双目图像采 集同步的实现——端口定义
sensor_clk sensor_rs sensor_rs_f_pulse
2024/3/14
23
系统集成与总线技术——计算机总线技术
• 上述基本方案的问题：
– 时钟差异计数器的计数范围不可能很大（计 数范围越大越耗CPLD/FPGA资源）
– 而某些严重的干扰（如电源扰动，剧烈震动 等）可能会导致两个图像传感器的VSYNC 下降沿之间的差异时钟个数很大
– 这种情况下仅靠VSYNC下降沿差异计数器 无法在短时间内使两个图像传感器达到同步
12
系统集成与总线技术——计算机总线技术
全双工通信
• 在同一时刻，位于通信线路两端的每台 设备既是信源，又是信宿
• 位于通信线路一端的设备可以在同一时 刻既接收数据，也发送数据
2024/3/14
13
系统集成与总线技术——计算机总线技术
全双工通信
• 在同一时刻，位于通信线路两端的每台 设备既是信源，又是信宿
sensor2_vsync sensor2_href sensor1_vsync sensor1_href
– 外同步
• 发送端发送数据之前先向接收端发送一串进行同步的时钟脉冲； 接收端收到同步信号后进行频率锁定，然后以同步频率为准接收 数据
– 自同步
• 发送端发送数据时将时钟脉冲作为同步信号包含在数据流中同时 传送给接收端，接收端从数据流中辨别同步信号，再据此接收数 据
• 粗同步与细同步两个阶段紧密合作就可 以完成两个图像传感器的VSYNC下降沿 之间的严格同步进而实现双目图像对的 同步采集工作
2024/3/14
27
系统集成与总线技术——计算机总线技术
基于输入时钟抑制的双目图像采 集同步的实现——端口定义
sensor_clk sensor_rs sensor_rs_f_pulse
2024/3/14
23
系统集成与总线技术——计算机总线技术
• 上述基本方案的问题：
– 时钟差异计数器的计数范围不可能很大（计 数范围越大越耗CPLD/FPGA资源）
– 而某些严重的干扰（如电源扰动，剧烈震动 等）可能会导致两个图像传感器的VSYNC 下降沿之间的差异时钟个数很大
– 这种情况下仅靠VSYNC下降沿差异计数器 无法在短时间内使两个图像传感器达到同步
12
系统集成与总线技术——计算机总线技术
全双工通信
• 在同一时刻，位于通信线路两端的每台 设备既是信源，又是信宿
• 位于通信线路一端的设备可以在同一时 刻既接收数据，也发送数据
2024/3/14
13
系统集成与总线技术——计算机总线技术
全双工通信
• 在同一时刻，位于通信线路两端的每台 设备既是信源，又是信宿
sensor2_vsync sensor2_href sensor1_vsync sensor1_href
总线数据传输中的同步技术
高速总线传输的稳定性与可靠性
异步数据传输与同步数据传输的兼容性
多总线架构下的同步技术难题
未来总线标准的发展方向与挑战
汇报人：
总线数据传输的基本原理
总线数据传输的分类
总线数据传输的优缺点
总线数据传输的步
硬件同步的特点：稳定可靠，适用于高速数据传输
软件同步的特点：灵活性强，适用于低速数据传输
定义：异步传输和同步传输是两种不同的数据传输方式
添加标题
特点：异步传输具有简单的接口和较低的传输成本，但传输效率较低；同步传输具有较高的传输效率和可靠性，但接口较复杂且成本较高
软件同步方法：通过软件编程实现数据传输的同步，包括数据包格式、通信协议和数据校验等。
混合同步方法：结合硬件和软件同步方法，通过硬件提供稳定的时钟信号和控制信号，通过软件实现数据的传输和校验。
常见同步技术：包括异步传输、同步传输、差分传输和曼彻斯特编码等，各自具有不同的优缺点和适用场景。
工业自动化领域：在工业自动化领域中，总线数据传输中的同步技术可以用于实现设备之间的实时通信，提高生产效率和产品质量。
添加标题
汽车电子领域：在汽车电子领域中，总线数据传输中的同步技术可以用于实现车辆控制系统、传感器和执行器之间的实时通信，提高车辆的安全性和性能。
添加标题
航空航天领域：在航空航天领域中，总线数据传输中的同步技术可以用于实现飞机、卫星和地面站之间的实时通信，提高航空航天器的安全性和可靠性。
添加标题
医疗设备领域：在医疗设备领域中，总线数据传输中的同步技术可以用于实现医疗设备之间的实时通信，提高医疗诊断的准确性和效率。
添加标题
应用场景：异步传输适用于对数据传输效率要求不高、成本较为敏感的场合；同步传输适用于对数据传输效率和可靠性要求较高的场合
同步工程概述(共10张PPT)
1.研讨作业性
10
2
同步工程工作的主要内容－分析内容（建议项）
一、冲压(Press)
1.产品图分析
①有无开裂/起皱现象? ②修边(裁剪)条件是否好? ③有无降低模具强度的地方? ④是否可以4序以内?
2. 模具工程分割表
①板料/模具的尺寸是否满足于冲压线? ②模具高度对废料处理上有无问题?
③模具材质是否适当?
④自动化方式是否适当?
成型容易，材料利用率也好
重量增加 平均单价 金额增加 1.34kg /台 ￥7/kg ￥ 9.38 /台
7
同步工程输出物－SE建议项详细内容（焊装）
1.改善焊接作业性 Side Asm与 Dash Asm的焊点，通过更改零件形状避免对焊枪的干扰
A A
干涉
SE前
SEC AA
SE后
8
同步工程输出物－SE建议项详细内容（涂装）
②车身内部电泳品质评价分 a 电泳孔通电性评价 b 前处理电泳孔流溢性评价 c 防止气穴的孔位
评价
四、总装 (Assembly) 1.总装基准分析
①零件装配性研 ②装配方法及基准分析
2.零件公差配合分析 ① 內,外观)装配公差及目标品质设定②装配公差分析
3.组装可行性分析
①常用工具使用与否及干涉研讨 ②装配操作难易性研讨 ③装配可视性研讨
Re
国内做过同步工程的汽车公司有江铃、奇瑞、长安、华晨、江淮、柳汽、福田等，南汽也曾举办“汽车开发同步工程讲座”。
一、冲压(Press)
在国外，同步工程在美国、日本和欧洲许多发达国家的汽车行业中得到了较为普遍的应用。
③研究焊接A 方法及操作性
④研究密封部位的断面结构
SIDE OUTER PANEL的结合形式如下图所示，结构防锈性能脆弱.
10
2
同步工程工作的主要内容－分析内容（建议项）
一、冲压(Press)
1.产品图分析
①有无开裂/起皱现象? ②修边(裁剪)条件是否好? ③有无降低模具强度的地方? ④是否可以4序以内?
2. 模具工程分割表
①板料/模具的尺寸是否满足于冲压线? ②模具高度对废料处理上有无问题?
③模具材质是否适当?
④自动化方式是否适当?
成型容易，材料利用率也好
重量增加 平均单价 金额增加 1.34kg /台 ￥7/kg ￥ 9.38 /台
7
同步工程输出物－SE建议项详细内容（焊装）
1.改善焊接作业性 Side Asm与 Dash Asm的焊点，通过更改零件形状避免对焊枪的干扰
A A
干涉
SE前
SEC AA
SE后
8
同步工程输出物－SE建议项详细内容（涂装）
②车身内部电泳品质评价分 a 电泳孔通电性评价 b 前处理电泳孔流溢性评价 c 防止气穴的孔位
评价
四、总装 (Assembly) 1.总装基准分析
①零件装配性研 ②装配方法及基准分析
2.零件公差配合分析 ① 內,外观)装配公差及目标品质设定②装配公差分析
3.组装可行性分析
①常用工具使用与否及干涉研讨 ②装配操作难易性研讨 ③装配可视性研讨
Re
国内做过同步工程的汽车公司有江铃、奇瑞、长安、华晨、江淮、柳汽、福田等，南汽也曾举办“汽车开发同步工程讲座”。
一、冲压(Press)
在国外，同步工程在美国、日本和欧洲许多发达国家的汽车行业中得到了较为普遍的应用。
③研究焊接A 方法及操作性
④研究密封部位的断面结构
SIDE OUTER PANEL的结合形式如下图所示，结构防锈性能脆弱.
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
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
通信原理--同步原理
相位误差通常由稳态相差和随机相差组成。 稳态相差主要是指载波信号通过同步信号提取电路以后，在稳态下所引起的相差；随机相差是由于随机噪声的影响而引起同步信号的相位误差。 实际的同步系统中，由于同步信号提取电路的不同，信号和噪声形式的不同，相位误差也就不同。
第三节 位同步
对于全占空的随机二进制序列，不论是单极性还是双极性的，当P（1）=P（0）=0.5时，都没有fB ，2fB等线谱的，因而不能直接从其中滤出位同步信号。但是，若对该信号进行某种变换，例如，变成归零脉冲后，则该序列中就有fB=1/TB的位同步信号分量。
一、自同步法
抑制载波双边带信号的导频插入
插入导频法发端方框图
设调制信号为m(t)，m(t)中无直流分量，被调载波为acsin2pfct，调制器假设为一相乘器，插入导频是被调载波移相90°形成的，为-accos2pfct，其中，ac是插入导频的振幅。于是输出信号为
插入导频法收端方框图
设u0(t)无失真地传到收端，则收端用一个中心频率为fc的窄带滤波器就可取得导频-accos2pfct ，再将它移相p/2，就可得到与调制载波同频同相的信号sin2pfct 。
随机相差是由于随机的噪声叠加在载波信号上而引起的。假设载波信号的初始相位为零，则θn就是随机相差，经计算得相位误差的分布f(θn)。随机相差θn的方差与信噪比r有如下关系所以随机相差θn的方差与信噪比r是反比关系。
当用单调谐电路作为窄带滤波器时，设回路的谐振频率f0与Q 值已经给定。如果在t=0 时刻将信号接入电路，则输出电压为
随着数字通信的发展，多个用户需相互通信，从而组成了数字通信网。为了保证通信网内各用户之间可靠地进行数据交换，在整个通信网内必须有一个统一的时钟标准，这就是网同步。
提取载波的方法分两种：一种是直接法，该方法不专门发送导频，而在接收端直接从发送信号中提取载波。第二种是插入导频法，即在发送有用信号的同时，在适当的频率位置上，插入一个（或多个）称作导频的正弦波，接收端就由导频提取出载波。
第三节 位同步
对于全占空的随机二进制序列，不论是单极性还是双极性的，当P（1）=P（0）=0.5时，都没有fB ，2fB等线谱的，因而不能直接从其中滤出位同步信号。但是，若对该信号进行某种变换，例如，变成归零脉冲后，则该序列中就有fB=1/TB的位同步信号分量。
一、自同步法
抑制载波双边带信号的导频插入
插入导频法发端方框图
设调制信号为m(t)，m(t)中无直流分量，被调载波为acsin2pfct，调制器假设为一相乘器，插入导频是被调载波移相90°形成的，为-accos2pfct，其中，ac是插入导频的振幅。于是输出信号为
插入导频法收端方框图
设u0(t)无失真地传到收端，则收端用一个中心频率为fc的窄带滤波器就可取得导频-accos2pfct ，再将它移相p/2，就可得到与调制载波同频同相的信号sin2pfct 。
随机相差是由于随机的噪声叠加在载波信号上而引起的。假设载波信号的初始相位为零，则θn就是随机相差，经计算得相位误差的分布f(θn)。随机相差θn的方差与信噪比r有如下关系所以随机相差θn的方差与信噪比r是反比关系。
当用单调谐电路作为窄带滤波器时，设回路的谐振频率f0与Q 值已经给定。如果在t=0 时刻将信号接入电路，则输出电压为
随着数字通信的发展，多个用户需相互通信，从而组成了数字通信网。为了保证通信网内各用户之间可靠地进行数据交换，在整个通信网内必须有一个统一的时钟标准，这就是网同步。
提取载波的方法分两种：一种是直接法，该方法不专门发送导频，而在接收端直接从发送信号中提取载波。第二种是插入导频法，即在发送有用信号的同时，在适当的频率位置上，插入一个（或多个）称作导频的正弦波，接收端就由导频提取出载波。
数据通信中的同步技术同步传输和异步传输
异步传播经过传播字符旳“起止位”和“停止 位”而进行收发双方旳字符同步，但不需要每 位严格同步；而同步传播不但需要每位精确同 步，还需要在数据块旳起始与终止位置，进行 一种或多种同步字符旳双方字符同步旳过程。
异步传播相对于同步传播有效率低、速度低、 设备便宜、合用低速场合等特点。
帧结束字段：表达数据帧旳结束
同步方式中，数据传播额外开销小，传播效率高。但是同步 方式实现复杂，传播中旳一种错误将影响整个。这种方 式用于高速设备。
异步传播与同步传播旳区别
异步传播是面对字符传播旳，而同步传播是面 对位传播旳。
异步传播旳单位是字符，而同步传播旳单位是 大旳数据块。
异步传播方式实现简朴。但需在每个字符旳 首尾附加起始位和停止位，因而它旳额外开 销大，传播效率低。
这种方式主要
用于低速设备。
同步传播
同步方式是指在一组字符（数据帧）之前加入同步字符，同 步字符之后能够连续发送任意多种字符。
同步方式数据帧旳经典构成 ：
同步字符（ SYN ）：表达数据帧旳开始 地址字段：涉及源地址和目旳地址 控制字段：用于控制信息 数据字段：顾客数据 检验字段：用于检错
同步技术
数据通信中旳同步方式
所谓同步，就是要求通信旳收发双方在 时间基准上保持一致。
数据通信中常用旳两种同步方式是：异 步传播和同步传播。
异步传播
异步传播是以字符为单位进行传播，传播字 符之间旳时间间隔能够是随机旳、不同步旳。 但在传播一种字符旳时段内，收发双方仍需 根据比特流保持同步，所以也称为起-止式同 步传播。
异步传播相对于同步传播有效率低、速度低、 设备便宜、合用低速场合等特点。
帧结束字段：表达数据帧旳结束
同步方式中，数据传播额外开销小，传播效率高。但是同步 方式实现复杂，传播中旳一种错误将影响整个。这种方 式用于高速设备。
异步传播与同步传播旳区别
异步传播是面对字符传播旳，而同步传播是面 对位传播旳。
异步传播旳单位是字符，而同步传播旳单位是 大旳数据块。
异步传播方式实现简朴。但需在每个字符旳 首尾附加起始位和停止位，因而它旳额外开 销大，传播效率低。
这种方式主要
用于低速设备。
同步传播
同步方式是指在一组字符（数据帧）之前加入同步字符，同 步字符之后能够连续发送任意多种字符。
同步方式数据帧旳经典构成 ：
同步字符（ SYN ）：表达数据帧旳开始 地址字段：涉及源地址和目旳地址 控制字段：用于控制信息 数据字段：顾客数据 检验字段：用于检错
同步技术
数据通信中旳同步方式
所谓同步，就是要求通信旳收发双方在 时间基准上保持一致。
数据通信中常用旳两种同步方式是：异 步传播和同步传播。
异步传播
异步传播是以字符为单位进行传播，传播字 符之间旳时间间隔能够是随机旳、不同步旳。 但在传播一种字符旳时段内，收发双方仍需 根据比特流保持同步，所以也称为起-止式同 步传播。
第八章-同步技术
11
同步技术的重要性
• 同步本身虽然不包含所要传送的信息，但只有收 发设备之间建立了同步后才能开始传送信息，所 以同步是进行信息传输的必要和前提。
• 同步性能的好坏将直接影响着通信系统的性能。 如果出现同步误差或失去同步就会直接导致通信 质量下降，降低通信系统性能，甚至使通信中断。
计算机网络通信原理——同步技术
• 从下图所示的频谱图可以看出，在载频处，已调信号的频 谱分量为零，载频附近的频谱分量也很小且没有离散谱， 这样就便于插入导频以及解调时易于滤出它。
（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
插入导频
计算机网络通信原理——同步技术
20
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。（发送端必须
正交插入导频，不能加入Acosωt导频信号，否则接收端解调后 会出现直流分量，这个直流分量无法用低通滤波器滤除，将对 基带信号的提取产生影响。）
计算机网络通信原理——同步技术
28
平方变换法
• 已调信号x(t)cosωct为2PSK信号，双极性矩形脉冲。 • 接收端经过平方律部件后得到
e(t)=[x(t)cosωct]2 = x2(t)/2+ x2(t) cos2ωct/2
∵ x(t)=±1 ∴ e(t)= (1+cos2ωct)/2
• 由此，通过窄带滤波器取出2fc，经过二分频得到的频率就 是所需要的载波频率。
计算机网络通信原理——同步技术
同步控制技术
1.插入导频法（外同步法） 插入导频法分为两种：一种是在发送信息的频谱中或频 带外插入相关的导频信号，称为频域插入导频法；另外一种 是在一定时间段上传送载波信息，称为时域导频法
数字复接与同步技术
（1）频域导频法 抑制载波的通信系统无法从接收信号直接提取载波，例 如DSB信号、2PSK信号、VSB信号和SSB信号等。这些信 号本身不含载频或含有载频不易取出，对于这些信号可以用 插入导频法。插入导频是在已调信号的频谱中再加入一个低 功率信号的频谱(其对应的正弦波即为导频信号)。在接收端 可以利用窄带滤波器把它提取出来，经过适当的处理形成接 收端的相干载波。插入导频的方法很多，但基本原理都是相 似的。插入导频的位置应该在信号频谱为零，否则导频与信 号频谱成分重叠，接收时不易取出。下面分两种情况讨论。 a.模拟调制信号 对于DSB和SSB这样的模拟调制信号，在载频fc附近信号 频谱为0，就可以插入导频，这时插入的导频对信号的影响 最小。
数字复接与同步技术
在接收端用相应的控制信号将载频标准取出以形成解调 用的同步载波。但是由于发送端发送的载波标准是不连续的， 在一帧内只有很少一部分时间存在，因此如果用窄带滤波器 取出这个间断的载波是不能应用的。对于这种时域插入导频 方式的载波提取往往采用锁相环路，其方框图如图6.17(b)所 示。在锁相环中，压控振荡器的自由振荡频率应尽量和载波 标准频率相等，而且要有足够的频率稳定度，鉴相器每隔一 帧时间与由门控信号取出的载波标准比较一次，并通过它去 控制压控振荡器。当载频标准消失后，压控振荡器具有足够 的同步保持时间，直到下一帧载波标准出现时再进行比较和 调整。适当地设计锁相环，就可以使恢复的同步载波的频率 和相位的变化控制在允许的范围以内。
数字复接与同步技术
b.数字调制信号 对于2PSK和2DPSK等数字调制信号，在载波fc附近的频 谱不但有，而且比较大，对于这样的信号，在调制之前先对 基带信号进行相关编码，经双边带调制后，在ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱc附近的频谱 分量很小，且没有离散谱，这样可以在fc处插入频率为fc的 导频，如图6.15所示。
数字复接与同步技术
（1）频域导频法 抑制载波的通信系统无法从接收信号直接提取载波，例 如DSB信号、2PSK信号、VSB信号和SSB信号等。这些信 号本身不含载频或含有载频不易取出，对于这些信号可以用 插入导频法。插入导频是在已调信号的频谱中再加入一个低 功率信号的频谱(其对应的正弦波即为导频信号)。在接收端 可以利用窄带滤波器把它提取出来，经过适当的处理形成接 收端的相干载波。插入导频的方法很多，但基本原理都是相 似的。插入导频的位置应该在信号频谱为零，否则导频与信 号频谱成分重叠，接收时不易取出。下面分两种情况讨论。 a.模拟调制信号 对于DSB和SSB这样的模拟调制信号，在载频fc附近信号 频谱为0，就可以插入导频，这时插入的导频对信号的影响 最小。
数字复接与同步技术
在接收端用相应的控制信号将载频标准取出以形成解调 用的同步载波。但是由于发送端发送的载波标准是不连续的， 在一帧内只有很少一部分时间存在，因此如果用窄带滤波器 取出这个间断的载波是不能应用的。对于这种时域插入导频 方式的载波提取往往采用锁相环路，其方框图如图6.17(b)所 示。在锁相环中，压控振荡器的自由振荡频率应尽量和载波 标准频率相等，而且要有足够的频率稳定度，鉴相器每隔一 帧时间与由门控信号取出的载波标准比较一次，并通过它去 控制压控振荡器。当载频标准消失后，压控振荡器具有足够 的同步保持时间，直到下一帧载波标准出现时再进行比较和 调整。适当地设计锁相环，就可以使恢复的同步载波的频率 和相位的变化控制在允许的范围以内。
数字复接与同步技术
b.数字调制信号 对于2PSK和2DPSK等数字调制信号，在载波fc附近的频 谱不但有，而且比较大，对于这样的信号，在调制之前先对 基带信号进行相关编码，经双边带调制后，在ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱc附近的频谱 分量很小，且没有离散谱，这样可以在fc处插入频率为fc的 导频，如图6.15所示。
数据传输的同步技术
发送端将数字数据信号变换成模拟数据信号的过程称为调制 （Modulation），调制设备就称为调制器（Modulator）；接收端将模 拟数据信号还原成数字数据信号的过程称为解调（Demodulation）， 解调设备就称为解调器（Demodulator）。若进行数据通信的发送端和 接收端以双工方式进行通信时，就需要同时具备调制和解调功能的设 备，称为调制解调器（Modem）。
模拟 电话机
传输数字信号
模拟信号 程控
交换机
模拟 电话机
模拟信号
模拟 电话机
计算机 Modem
模拟信号
公用电话交换网
模拟信号 Modem 计算机
模拟信号
数字信号 PCM编码
PCM的工作原理
脉冲编码调制包括三部分：采样、量化和编码。 采样 每隔一定的时间间隔，采集模拟信号的瞬时电平值做为样本， 表示模拟数据在某一区间随时间变化的值。 量化 量化是将取样样本幅度按量化级决定取值的过程。 量化级可以分为8级、16级，或者更多的量化级，这取决于系统 的精确度要求。 编码 编码是用相应位数的二进制代码表示量化后的采样样本的量级。
数据的编码和调制技术
在计算机中，数据是以离散的二进制“0”、“1”比特序列方式 表示的。计算机数据在传输过程中的数据编码类型主要取决 于它采用的通信信道所支持的数据通信类型。
通信信道分为模拟信道和数字信道，而依赖于信道传输的数 据也分为模拟数据与数字数据。因此，数据的编码方法包括 数字数据的编码与调制和模拟数据的编码与调制。
φ=π φ=0
φ=0
φ=π
相对相移键控PSK
相位 偏移π φ不变 偏移π 偏移π φ不变 φ=0 φ=π φ=π φ=0 φ=π φ=π
多相调制
模拟 电话机
传输数字信号
模拟信号 程控
交换机
模拟 电话机
模拟信号
模拟 电话机
计算机 Modem
模拟信号
公用电话交换网
模拟信号 Modem 计算机
模拟信号
数字信号 PCM编码
PCM的工作原理
脉冲编码调制包括三部分：采样、量化和编码。 采样 每隔一定的时间间隔，采集模拟信号的瞬时电平值做为样本， 表示模拟数据在某一区间随时间变化的值。 量化 量化是将取样样本幅度按量化级决定取值的过程。 量化级可以分为8级、16级，或者更多的量化级，这取决于系统 的精确度要求。 编码 编码是用相应位数的二进制代码表示量化后的采样样本的量级。
数据的编码和调制技术
在计算机中，数据是以离散的二进制“0”、“1”比特序列方式 表示的。计算机数据在传输过程中的数据编码类型主要取决 于它采用的通信信道所支持的数据通信类型。
通信信道分为模拟信道和数字信道，而依赖于信道传输的数 据也分为模拟数据与数字数据。因此，数据的编码方法包括 数字数据的编码与调制和模拟数据的编码与调制。
φ=π φ=0
φ=0
φ=π
相对相移键控PSK
相位 偏移π φ不变 偏移π 偏移π φ不变 φ=0 φ=π φ=π φ=0 φ=π φ=π
多相调制
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“同步”
状态寄存 器
与 门
清“0”
漏同步保护 计数器N2
“失步”
工 作 控 制
群同步保护原理图
与 群同步 门 输出
状 态 指 示
第9章 同步技术
9.5 扩频同步
接收机本地生成的扩频序列与接收信号的同步通常经过两 个步骤完成：
– 第一步是搜索和捕获接收信号的粗略相位，使得相位 对准误差小于1个码元，通常称这一步为捕获或初始同 步；
第9章 同步技术
• 实际例子演示 • （蓝牙传输系统）
第9章 同步技术
• 例 ：设某数字传输系统中的群同步采用 7 位长 的巴克码（ 1110010 ），采用连 贯式插入法 （ 1 ）试画出群同步码识别器原理图； （ 2 ）若输入二进制序列为 01011100111100100 ， 试画出群同步码 识别器输出波形（设判决门限 为 4.5 ）。
第9章 同步技术
– 群同步系统的性能指标
• 漏同步概率
漏同步概率指由于识别已达到的同步码组的概率
• 假同步概率
m
P1 1
C
r n
P
r
(1
P)nr
r0
假同步概率指由于消息码元中出现与同步码组相同的码序 列而被识别器误认为同步码组，导致错误同步的概率
m
P2 2n Cnr r0
– 可以采用“填充脉冲”的方法或“水库法”调 整数码速率。
第9章 同步技术
– 填充脉冲同步
填充脉冲同步方法又称正码速调整法
写
写
填充脉冲
读
读
合路缓冲存贮器
分路缓冲存贮器
第9章 同步技术
– 水库法
• 在通信网的各站设置极高稳定度的时钟源和容量足 够大的缓冲存贮器，使得在很长的时间间隔内缓冲
存贮器都不会发生“取空”或“溢出”，就像水库
– 为了改善同步系统性能，常用的群同步保护措施是将群同步 的工作划分为两种状态：捕捉态和维持态。处在捕捉态时， 也就是未同步状态，以降低假同步概率为目的；处在维持态 时，也就是同步建立之后，以降低漏同步概率为目的。
第9章 同步技术
位同步 分频器 置“0”
收码 识别器
门 限 电 平 调 整
假同步保护 计数器N1
一样既不会被抽干又很难将水灌满，因而无须进行 码速率调整。
• 若存贮器的位数为2n，起始为半满状态的n位，存
贮 器 读 写 速 率 差 为 ±∆f ， 则 发 生 一 次 “ 取 空 ” 或
“溢出”的时间间隔T为
T
n
fS
第9章 同步技术
• 当S=10-9,f=2048kb/s,n>=180, 可以算出：T>=24h 即存储器仅需360位就可以连续工作1天1夜
跟踪点
第9章 同步技术
• 9.6 网同步
• 为了保证数字信息的可靠复接和交换，必须使整个网各转 接点的时钟频率和相位相互协调一致，即实现网同步。
• 数字通信网同步的主要方式有3种： – 主从同步法 – 相互同步法 – 独立时钟同步法。
第9章 同步技术
• 主从同步法
在整个通信网中设置一个高稳定度 的主时钟源，它产生的时钟沿箭头 所示方向逐站传送至网内的各站， 使网内各站的频率和相位保持一致。
第9章 同步技术
• 平均建立时间
– 连贯式插入法
– 间隔式插入法 ts (1 P1 P2 )NT
采用逐码移位法检测同步码，其平均建立时间大致
ts N 2T
第9章 同步技术
• 群同步的保护
群同步可靠性: 漏同步概率，假同步概率都要低； 平均同步建立 时间尽量少；
– 群同步过程中存在漏同步和假同步现象，这两种情况的出现 概率越小越好。然而，要求漏同步概率小和要求假同步概率 小是相互矛盾的。
第9章 同步技术
– 串行搜索法
接收信号
T
0 dt
伪码 产生器
搜索 控制器
时钟
直序扩频信号的串行搜索捕获
门限值 比较器
捕获标志
第9章 同步技术
接收信号
带通 滤波器
平方津 检测器
跳频器
伪码 产生器
时钟
门限值 搜索控制 跳频信号的串行搜索捕获
积分器
比较器 捕获标志
第9章 同步技术
– 序贯估计法
接收信号
– 第二步是在捕获的前提下，使码相位误差进一步减小， 使得所建立的同步持续保护下去，通常称这一步为跟 踪。
第9章 同步技术
• 捕获
捕获的任务是搜索不确定时间相位或频率的接收信号，使 本地生成的扩频序列粗略同步到所接收的扩频信号上。常 用的捕获方法有串行搜索法，序贯估计法、前置同步法、 发射参考信号、突发同步法和匹配滤波器同步法等
伪随机序列 码片检测器
2 1
T
0 dt
比较器
门限 n级伪随机 序列发生器
搜索控制
时钟 捕获标志
第9章 同步技术
• 跟踪
– 延迟锁定环跟踪，也称早-迟门环跟踪
接收信号
中放
解调 信码
包络检波波
包络检波波
T/2 伪码产生器
n n-1
1
延迟锁定环跟踪接收机
a+ –
b
时钟中 放
低通中 放 c
a b c
复合相关特性
– 相互同步法的优点当某一站出故障时，网频率 将平滑过渡到一个新的平均值，其他站仍然能 够正常工作。克服了主从同步法过分依赖主时 钟源的缺点，提高了通信网工作的可靠性。
– 相互同步法的缺点是设备较复杂。
第9章 同步技术
• 独立时钟同步法
– 独立时钟同步又称准同步，或称异步复接。这 种方式是全网内各局都采用独立的时钟源，各 局的时钟频率不一定完全相等，但要求时钟频 率稍高于所传的信息码速率，并且信码速率的 波动也不会高于时钟频率。
主时钟源 M
S2
S1
2
– 主从同步法的优点是时钟稳定高、 设备简单。
– 主从同步法的缺点是，当时钟传递 路径中的某一站发生故障时，不仅
S3
S4
S5
S6
主从同步法的时钟传送
影响本站，还要影响它以下的各站。
第9章 同步技术
• 相互同步法
网内各站都有自己的时钟，并把它们相互连接 起来，使其相互影响，各站的时钟频率最终锁 定在网内各站固有时钟频率的平均值上 。