通信原理第9章同步原理

网同步通信原理网同步通信原理是指在传输数据时，发送端和接收端由一个共享的时钟信号驱动，以保持数据传输的同步性。

在网同步通信中，同步信号由发送端产生，并通过通信链路传输到接收端，接收端根据同步信号来恢复发送端的时钟信号，以确保数据传输的正确性。

为了更好地理解网同步通信原理，我们可以从发送端和接收端的角度来分析。

在发送端，首先将待发送的数据按照一定的编码方式进行编码。

编码的目的是将原始数据转换为可以在物理链路上传输的电子信号。

常见的编码方式有非归零编码（NRZ）、曼彻斯特编码、差分曼彻斯特编码等。

接下来，发送端根据时钟信号将编码后的数据进行调制。

调制的目的是将数字信号转换为模拟信号，以便在物理链路上传输。

调制常用的方式有频移键控（FSK）、相移键控（PSK）、振幅键控（ASK）等。

经过调制后的信号被发送到物理链路上，通过传输介质传输到接收端。

在接收端，接收到发送端发送的调制信号后，需要进行解调和解码操作，以恢复原始数据。

首先，接收端对接收到的调制信号进行解调。

解调的目的是将模拟信号转换回数字信号。

解调采用与发送端相对应的调制方式，将模拟信号转换为数字信号。

接下来，接收端根据发送端的时钟信号，将解调后的数字信号进行解码。

解码的目的是将接收到的数字信号转换为原始数据。

解码使用与发送端相对应的解码方式，将数字信号转换为原始数据。

为了保证数据传输的同步性，发送端需要周期性地发送同步信号。

同步信号的作用是告诉接收端数据的开始和结束位置，以及数据的传输速度。

接收端根据同步信号来恢复发送端的时钟信号，使得数据能够按照正确的速度被接收和处理。

在网同步通信中，同步信号通常以比特流的形式传输。

同步信号可以是时钟信号本身，也可以是辅助的同步信号，例如同步码、同步字等。

接收端根据同步信号的边沿来恢复发送端的时钟信号。

需要注意的是，网同步通信要求发送端和接收端的时钟信号保持一致。

如果时钟信号不一致，就会导致数据传输中的位偏移和位错，从而引起数据传输错误。

通信原理简答题及答案第一章绪论1-2 何谓数字信号？何谓模拟信号？两者的根本区别是什么？答：数字信号：电信号的参量值仅可能取有限个值。

模拟信号：电信号的参量取值连续。

两者的根本区别是携带信号的参量是连续取值还是离散取值。

1-3何谓数字通信？数字通信偶哪些优缺点？答：利用数字信号来传输信息的通信系统为数字通信系统。

优点：抗干扰能力强，无噪声积累传输差错可控；便于现代数字信号处理技术对数字信息进行处理、变换、储存；易于集成，使通信设备微型化，重量轻；易于加密处理，且保密性好。

缺点：一般需要较大的传输带宽；系统设备较复杂。

1-4 数字通信系统的一般模型中各组成部分的主要功能是什么？答：信源编码：提高信息传输的有效性（通过数字压缩技术降低码速率），完成A/D转换。

信道编码/译码：增强数字信号的抗干扰能力。

加密与解密：认为扰乱数字序列，加上密码。

数字调制与解调：把数字基带信号的频谱搬移到高频处，形成适合在信道中传输的带通信号。

同步：使收发两端的信号在时间上保持步调一致。

1-5 按调制方式，通信系统如何分类？答：基带传输系统和带通传输系统。

1-6 按传输信号的特征，通信系统如何分类？答：模拟通信系统和数字通信系统。

1-7 按传输信号的复用方式，通信系统如何分类？答：FDM,TDM,CDM。

1-8 单工、半双工及全双工通信方式是按什么标准分类的？解释他们的工作方式。

答：按照消息传递的方向与时间关系分类。

单工通信：消息只能单向传输。

半双工：通信双方都能收发消息，但不能同时进行收和发的工作方式。

全双工通信：通信双方可以同时收发消息。

1-9 按数字信号码元的排列顺序可分为哪两种通信方式？他们的适用场合及特点？答：分为并行传输和串行传输方式。

并行传输一般用于设备之间的近距离通信，如计算机和打印机之间的数据传输。

串行传输使用与远距离数据的传输。

1-10 通信系统的主要性能指标是什么？答：有效性和可靠性。

1-11 衡量数字通信系统有效性和可靠性的性能指标有哪些？答：有效性：传输速率，频带利用率。

码元同步1．外同步法（1）外同步法的概念外同步法是指在发送码元序列中附加码元同步用的辅助信息，在信号中加入导频或数据序列，以达到提取码元同步信息的目的的技术，又称辅助信息同步法。

（2）外同步法的原理在发送信号中插入频率为码元速率（1/T）或码元速率的倍数的同步信号；在接收端利用窄带滤波器将其分离出来，并形成码元定时脉冲。

（3）外同步法的特点优点：设备较简单。

缺点：需要占用一定的频带宽带和发送功率。

2．自同步法自同步法不需要辅助同步信息，而是从接收的码元序列中经过某种变换提取出定时信息的方法。

（1）开环码元同步法①开环码元同步法的概念开环码元同步法是指将解调后的基带接收码元先通过某种非线性变换，再送入一个窄带滤波电路，从而滤出码元速率的离散频率分量的同步方法，又称非线性变换同步法。

②开环码元同步法的方案a．延迟相乘法图13-6 延迟相乘法开环码元同步原理分析用延迟相乘的方法作非线性变换，延迟相乘后码元波形的后一半是正值，前一半当输入状态有改变时为负值，故变换后的码元序列的频谱中包含码元速率的分量；选择延迟时间，使其等于码元持续时间的一半，就可以得到最强的码元速率分量。

b．微分整流法图13-7 微分整流法开环码元同步原理分析用微分电路去检测矩形码元脉冲的边沿，输出正负窄脉冲，经过整流得到正脉冲序列，此序列的频谱中就包含有码元速率的分量。

③开环码元同步法的误差若窄带滤波器的带宽为，其中K为一个常数，则提取同步的时间误差比例为式中，为同步误差时间的均值；T为码元持续时间；E b为码元能量；n0为单边噪声功率谱密度。

（2）闭环码元同步法①闭环码元同步法的概念闭环码元同步是指将接收信号和本地产生的码元定时信号相比较，使本地产生的定时信号和接收码元波形的转变点保持同步的方法。

②闭环码元同步法的实现a．原理框图图13-8 超前／滞后门同步原理方框图图中有两个支路，每个支路都有一个与输入基带信号m(t)相乘的门信号，分别称为超前门和滞后门。

载波同步1．有辅助导频时的载频提取（1）锁相环的应用为了用相干接收法接收不包含载频分量的信号，在发送信号中加入一个或几个导频信号。

在接收端用锁相环将其从接收信号中滤出，用以辅助产生相干载频。

（2）锁相环的原理框图图13-1 锁相环原理方框图2．无辅助导频时的载波提取采用非线性变换的方法从信号中获取载频。

（1）平方环①原理框图图13-2 平方环原理方框图②原理分析（以2PSK信号模型为例）a．输入信号s(t)（13-1-1）式中：m(t)＝±1。

b．将式（13-1-1）平方，得s2(t)（13-1-2）c．由式（13-1-2）可知，接收信号中包含2倍载频的频率分量，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。

③存在问题a．相位含糊产生原因：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。

解决方法：发送端采用2DPSK体制。

b．错误锁定产生原因：平方后的接收电压中有可能存在其他的离散频率分量，致使锁相环锁定在错误的频率上。

解决方法：降低环路滤波器的带宽。

（2）科斯塔斯环（同相正交环法）①原理框图图13-3 科斯塔斯环法原理方框图②原理分析a．接收信号s(t)（式（13-1-1））送入二路相乘器，两相乘器输入的a点和b点的压控振荡电压分别为b．v a和v b分别和接收信号电压相乘，得到c点和d点的电压，经过低通滤波器，再通过相乘器，得g点的窄带滤波器输入电压，在（φ－θ）很小时，代入m(t)＝±1化简v g，得c．电压υg通过环路窄带低通滤波器，控制压控振荡器的振荡频率，这个电压控制压控振荡器的输出电压相位，使（φ－θ）尽可能地小，当φ＝0时，υg＝0。

压控振荡器的输出电压υa就是科斯塔斯环提取出的本地载波。

③特点a．同时兼有提取相干载波和相干解调的功能；b．两路低通滤波器的性能完全相同；c．科斯塔斯环法提取出的载频存在相位含糊性。

《数字通信原理》（冯穗力等编著）教辅材料习题汇编（修订稿）冯穗力余翔宇刘梦华周珮诗等编2014-7-1《数字通信原理》习题解答修订说明本习题是为配合《数字通信原理》第二版的修订稿，在修订稿中去除了第一版习题中有欠缺的内容，补充了部分更有针对性习题，使其能够更好的与教材的内容相适配。

欢迎各位使用本教材的老师提出进一步的修改意见。

冯穗力2014-7-1目录第一章绪论 (4)第二章信号分析基础 (5)第三章模拟信号的数字编码 (9)第四章信息论基础 (12)第五章数字基带传输系统 (17)第六章数字载波调制传输系统 (22)第七章传输信道 (27)第八章差错控制编码 (31)第九章同步原理与技术 (36)第十章扩展频谱通信技术 (40)第十一章信道复用与多址技术 (42)第一章绪论1.1数字通信系统有哪些主要的功能模块，这些功能模块各起什么作用？1.2对于已调的数字信号，呈现为连续的信号波形，如何理解它传输的是一个数字信号？1.3已知一个数字传输系统的比特速率为64kbps，如果采用一个十六进制的系统传输这些数据，其符号速率是多少？该系统的频带利用率为多少？1.4试述数字通信的优点有哪些？为什么？1.5已知二进制信号在3min内共传送了72000个码元，（1）问其码元速率和信息速率分别是多少？（2）如果码元脉冲宽度保持不变，但改为八进制数字信号，则其码元速率和信息速率又为多少？1.6已知某八进制数字传输系统的信息速率为3600 bit/s,接收端在1h内共收到216个错误码元，求系统的误码率。

1.7已经A、B两个八进制数字传输系统，他们的码元传输速率相同，在接收端相同时间Tm 个错误比特，试比较两个系统那个性分钟内，A共接收到m个错误码元，B共接收到3能比较好？为什么？第二章 信号分析基础2.1 若确知信号为()()t u e t f at -=，试求其能量谱密度、能量和自相关函数。

2.2 （a ）试证明题图2.2所示的三个函数在区间（－2，2）上两两正交。

usart同步通信原理USART（Universal Synchronous/Asynchronous Receiver Transmitter）是一种通用的同步/异步收发器，常用于计算机与外设之间的串行通信。

与其他通信接口相比，USART具有使用简便、传输速率高、可靠性强等优点，广泛应用于工业自动化、通信设备、嵌入式系统等领域。

本文将详细介绍USART 同步通信的原理。

一、USART概述USART是一种支持同步和异步通信的串行通信接口。

它包含了发送和接收两个单独的模块，可以独立进行串行数据的发送和接收。

USART的工作模式可以是同步模式，也可以是异步模式。

同步模式下，由外设设备提供时钟信号，数据通过USART与时钟信号同步传输。

异步模式下，USART通过内部时钟信号进行数据传输。

二、USART同步通信原理USART同步通信是指数据传输的时钟信号由外部设备提供的通信方式。

在同步模式下，数据包含位同步的时钟信号，可以实现更稳定可靠的数据传输。

USART同步通信的原理如下：1. 产生时钟信号：在USART同步模式下，时钟信号由外设设备提供。

外设设备通常会产生一个固定频率的时钟信号，用于同步数据传输。

时钟信号可以是周期性的矩形波形。

2. 数据传输：数据传输分为发送和接收两个过程。

发送过程：当发送数据时，USART根据时钟信号的上升沿或下降沿来判断数据位的变化。

一般情况下，数据传输的时刻是在每个时钟信号的下降沿或上升沿进行的。

每个数据位都映射到一个时钟信号的周期。

发送方按照时钟信号的节拍，将数据按位发送。

接收过程：当接收数据时，接收方根据时钟信号的上升沿或下降沿来采样传输的数据。

接收方在每个时钟信号的节拍来临时，采样接收到的数据位。

发送和接收过程通常以字节为单位进行，即发送或接收一个字节的数据。

USART通信支持多种数据位宽，如8位、9位等。

一个字节的数据包括起始位、数据位、校验位和停止位。

3. 通信协议：USART同步通信需要一种规定的通信协议，以确保发送方和接收方之间的数据传输正确可靠。

同步通信原理同步通信原理是指在通信过程中，发送方和接收方通过协调和配合的方式进行交互，以确保信息的准确和完整传输。

在同步通信中，发送方在发送数据之前必须等待接收方发送确认信号，确认接收方已经准备好接收数据，并且在接收数据之后发送确认信号给发送方，表示数据已经成功接收。

同步通信原理的基本步骤如下：1. 发送方发起数据传输请求：发送方向接收方发送数据传输请求信号，告知接收方即将开始数据传输。

2. 接收方确认准备就绪：接收方接收到数据传输请求后，发送确认信号给发送方，表示已经准备好接收数据。

3. 发送方发送数据：接收到接收方的确认信号后，发送方开始发送数据。

4. 接收方确认接收：接收方在接收完数据后，发送确认信号给发送方，表示数据已经成功接收。

同步通信原理的优点包括：1. 数据可靠性高：通过等待接收方的确认信号，可以确保数据在传输过程中不会丢失或损坏。

2. 同步性强：发送方和接收方通过协调和配合的方式进行交互，使得数据的传输速度更加稳定和可控。

3. 适用于实时性要求高的应用：同步通信原理可以在通信过程中实时地确认数据传输的状态，使得在实时性要求高的应用中得到更好的表现。

然而，同步通信原理也存在一些缺点：1. 通信效率相对较低：由于发送方需要等待接收方发送确认信号，因此在数据传输过程中会产生一定的延迟，导致通信效率相对较低。

2. 对于网络传输不稳定：如果网络传输不稳定或延迟较大，同步通信原理可能导致传输失败或延迟过高。

3. 对硬件资源要求较高：同步通信原理需要发送方和接收方通过协调和配合的方式进行交互，因此需要较高的硬件资源支持。

总之，同步通信原理通过发送方和接收方的协调和配合，实现了数据的准确和完整传输。

在实际应用中，我们需要根据具体的通信需求和网络环境选择合适的通信原理。

通信原理同步在通信领域中，同步是一个非常重要的概念，它指的是发送端和接收端在数据传输过程中保持一致的时钟信号和数据格式，以确保数据的准确传输和解析。

在通信原理中，同步技术是至关重要的，它可以分为外部同步和内部同步两种方式，下面我们将详细介绍这两种同步方式及其应用。

首先，外部同步是指通过外部时钟信号来实现发送端和接收端的同步。

在数字通信中，常用的外部同步方式包括同步字、同步码和同步信号等。

同步字是一种特殊的数据序列，它被插入到数据流中，用来帮助接收端找到正确的数据起始点。

同步码则是一种特殊的编码方式，它可以在数据流中识别出同步位置，从而实现数据的同步解析。

而同步信号则是通过特定的时钟信号来指示数据传输的开始和结束，以确保发送端和接收端的同步传输。

其次，内部同步是指在数据传输过程中，发送端和接收端通过自身的时钟信号来实现同步。

在数字通信中，常用的内部同步方式包括时分复用和频分复用等。

时分复用是指将不同的数据流分配到不同的时间片中进行传输，接收端根据时钟信号来解析数据。

而频分复用则是将不同的数据流分配到不同的频率带宽中进行传输，接收端根据频率信号来解析数据。

在实际应用中，外部同步和内部同步常常结合使用，以确保数据传输的稳定和可靠。

例如，在无线通信系统中，发送端通过外部时钟信号将数据流分配到不同的时间片和频率带宽中进行传输，接收端则通过内部时钟信号来解析数据，从而实现同步传输。

而在有线通信系统中，发送端和接收端通常通过外部时钟信号来保持同步，以确保数据的准确传输和解析。

总之，同步技术在通信原理中起着至关重要的作用，它可以确保数据传输的稳定和可靠。

在实际应用中，我们需要根据不同的通信系统和需求来选择合适的同步方式，以确保通信系统的正常运行和数据传输的准确性。

希望本文对同步技术有所帮助，谢谢阅读！。

通信原理同步
通信原理是指信号的传递和处理过程中所涉及的基本原理和方法。

其中，同步是通信原理中的一个重要概念。

在通信中，同步是指发送端和接收端之间的时钟信号保持一致，以确保数据的准确传输。

同步可以分为硬件同步和软件同步两种方式。

硬件同步通常通过传输中的特殊信号来实现，例如串口通信中的RTS（Request to Send）和CTS（Clear to Send）信号线，
以及以太网通信中的同步帧等。

接收端根据发送端发送的同步信号来确定数据的传输时机，以保证数据的正确接收。

软件同步则是通过通信协议或者算法来实现的。

发送端和接收端通过预先约定的规则来保持同步，例如在通信协议中规定每个数据帧的起始和结束标志位，接收端根据这些标志位来判断数据的边界，并进行相应的处理。

同步在通信中起到了关键的作用。

它能够确保数据的准确传输，并保证发送端和接收端之间的数据一致性。

在实际的通信系统中，同步技术得到了广泛的应用，例如在电话通信、数据传输、计算机网络等领域都有同步的应用。

总之，同步是通信原理中不可或缺的一部分，它通过时钟信号、特殊信号或者通信协议来确保数据的准确传输和接收端的同步，为通信系统的正常运行提供保障。

《通信原理》§ 位同步位同步是指在接收端的基带信号中提取码元定时的过程。

位同步是正确取样判决的基础，只有数字通信才需要，所提取的位同步信息是频率等于码速率的定时脉冲，相位则根据判决时信号波形决定，可能在码元中间，也可能在码元终止时刻或其他时刻。

实现方法也有插入导频法（外同步）和直接法（自同步）。

一、插入导频法在基带信号频谱的零点处插入所需的位定时导频信号。

其中，图(a)为常见的双极性不归零基带信号的功率谱，插入导频的位置是 1/T；图(b)表示经某种相关变换的基带信号，其谱的第一个零点为1/2T，插入导频应在1/2T处。

图11-14 插入导频法频谱图在接收端，对图11-14（a）的情况，经中心频率为1/T 的窄带滤波器，就可从解调后的基带信号中提取出位同步所需的信号；对图 11-14（b）的情况, 窄带滤波器的中心频率应为1/2T，所提取的导频需经倍频后，才得所需的位同步脉冲。

图11-15 画出了插入位定时导频的系统框图，它对应于图11-14（b）所示谱的情况。

发端插入的导频为1/2T，接收端在解调后设置了1/2T窄带滤波器，其作用是取出位定时导频。

移相、倒相和相加电路是为了从信号中消去插入导频，使进入取样判决器的基带信号没有插入导频。

这样做是为了避免插入导频对取样 判决的影响。

(a)发送端 (b)接收端图 11-15 插入位定时导频系统框图 此外，由于窄带滤波器取出的导频为 1/2T ，图中微分全波整流起到了倍频的作用，产生与码元速率相同的位定时信号 1/T 。

图中两个移相器都是用来消除窄 带滤波器等引起的相移。

另一种导频插入的方法是包络调制法。

这种方法是用位同步信号的某种波形对 移相键控或移频键控这样的恒包络数字已调信号进行附加的幅度调制，使其包络 随着位同步信号波形变化；在接收端只要进行包络检波，就可以形成位同步信号。

设移相键控的表达式为（） 利用含有位同步信号的某种波形对 s (t ) 进行幅度调制，若这种波形为升余弦波形，则其表示式为（） 式中的 2/ T ，T 为码元宽度。

群同步1．概述（1）群同步码的插入方法①集中插入法②分散插入法（2）接收端同步电路的状态①捕捉态。

捕捉态时，确认搜索到群同步码的条件必须规定得很高，以防发生假同步；②保持态。

保持态时，应降低判断群同步的条件，以防因为噪声引起的个别错误导致认为失去同步。

2．集中插入法（1）集中插入法的概念集中插入法是指采用特殊的群同步码组，集中插入在信息码组的前面，使得接收时能够容易地立即捕获同步码组的方法，又称连贯式插入法。

（2）集中插入法的图示图13-10 集中插入法（3）集中插入法的条件要求群同步码的自相关特性曲线有尖锐的单峰，以便容易地从接收码元序列中识别出来。

（4）巴克码①定义：一个n位的巴克码组为{x1，x2，…，x n}，其自相关函数表示为（13-1-1）上式表明，巴克码的R(0)＝n，而在其他处的自相关函数R(j)的绝对值均不大于1，满足式（13-1-1）的码组称为巴克码。

②构造：巴克码的一般构造法尚未确立，只搜索到10组巴克码，见表13-1，表中各码组的反码（正负号相反的码）和反序码（时间顺序相反的码）也是巴克码。

表13-1 巴克码（5）集中插入法的群同步码检测图13-11 集中插入法群同步码检测流程3．分散插入法（1）分散插入法的定义分散插入法是指每隔一定数目的码元就插入一种具有周期性的同步码组序列的群同步方法，又称间隔式插入法。

（2）分散插入法的图示图13-12 分散插入法（3）分散插入法的群同步码检测①检测规则在规定数目的搜索周期内，在同步码的位置上都满足“1”和“0”交替出现的规律，则认为该位置就是群同步码元的位置。

②检测方法a．移位搜索法图13-13 移位搜索法流程图b．存储检测法图13-14 存储检测法示意图4．群同步性能指标（1）漏同步①定义：漏同步是指同步系统将正确的同步位置漏过而没有捕捉到，其主要原因是由于噪声的影响，使正确的同步码元变成错误的码元。

②漏同步概率P l式中，p为接收码元错误概率；n为需检验的同步码元数；m为检验时容许错误的最大码元数；为n中取r的组合数。