34-4 载波同步的性能指标

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。

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]。

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）。

第3章 模拟调制系统 87跌；门限点以上，DSB 、SSB 的信噪比比AM 高4.7dB 以上，而FM （6f m =）的信噪比比AM 高22dB 。

图3-34 各种模拟调制系统的性能曲线就频带利用率而言，SSB 最好，VSB 与SSB 接近，DSB 、AM 、NBFM 次之，WBFM 最差。

由表3-1还可看出，FM 的调频指数越大，抗噪性能越好，但占据带宽越宽，频带利用率越低。

3.7 载波同步在通信系统中，同步是一个非常重要的问题。

通信系统能否有效地可靠地工作，在很大程度上依赖于有无良好的同步系统。

当采用同步解调或相干检测时，接收端需要提供一个和发射载波同频、同相的本地载波，而这个本地载波的频率和相位信息必须来自接收信号，或是说需要从接收信号中提取载波同步信息。

这个本地载波的获取就称为载波提取，或称为载波同步。

3.7.1 载波同步的方法载波同步的方法有直接法（自同步法）和插入导频法（外同步法）两种。

直接法不需要专门传输导频（同步信号），而是接收端直接从接收信号中提取载波；插入导频法是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（同步载波），接收端就利用导频提取出载波。

下面分别加以介绍。

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。

下面介绍几种实现直接提取载波的方法。

（1）平方变换法和平方环法设调制信号为()m t ，()m t 中无直流分量，则抑制载波的双边带信号为c ()()cos s t m t t ω=（3.7-1） 接收端将该信号进行平方变换后，得到 22222c c 11()()cos ()()cos222s t m t t m t m t t ωω==+ （3.7-2）。

1.1位同步算法在软件无线电接收机中，要正确的恢复出发送端所携带的信号，接收端必须知道每个码元的起止时刻，以便在每个码元的中间时刻进行周期性的采样判决恢复出二进制信号[43]。

信号在传播过程中的延时一般是未知的，而且由于传输过程中噪声、多径效应等影响，造成接收到的信号与本地时钟信号不同步，这就需要位同步算法，恢复出与接收码元同频同相的时钟信号。

正确的同步时钟是接收端正确判断的基础，也是影响系统误码率的重要因素；没有准确的位同步算法，就不可能进行可靠的数据传输，位同步性能的好坏直接影响整个通信系统的性能[44]。

实现位同步算法的种类很多，按照处理方式的不同可分为模拟方式、半数字方式和全数字方式如图3-10所示。

a)b)c)图3-10 位同步算法模型Fig.3-10 Bit Synchronous Algorithm Model图3-10(a)模型为全模拟位同步实现技术，通过在模拟域计算出输入信号的位同步定时控制信号去控制本地时钟，对信号进行同步采样。

图3-10(b)模型为半模拟同步模型，该模型的主要思想是通过将采样后的信号经过一系列的数字化处理，提取出输入信号与本地时钟的偏差值，通过这个偏差来改变本地时钟的相位达到位同步。

(a)(b)两种方式都需要适时改变本地时钟的相位，不利于高速数字信号的实现且集成化程度较低。

图3-10(c)为全数字方式的位同步是目前比较常用方法，全数字方式的位同步算法十分适用于软件无线电的实现。

该方法通过一个固定的本地时钟对输入的模拟信号进行采样，将采样后的信号经过全数字化的处理实现同步；采用此种方法，实现简单，且便于数字化实现，对本地时钟的要求大大降低。

本次设计主要分析了基于内插方式的Gardner 定时恢复算法。

1.1.1 Gardner 定时恢复算法原理Gardner 定时恢复算法是基于内插的位同步方式，全数字方式的位同步算法模型中，固定的本地采样时钟不能保证能在信号的极值点处实现采样，所以需要通过改变重采样时钟或输入信号来实现极值处采样[45-46]。