通信原理-同步原理_3

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。

第13章同步原理思考题13-1 何谓载波同步？为什么需要解决载波同步问题？答：（1）载波同步又称载波恢复，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，供给解调器作相干解调用。

（2）需要解决载波同步问题的原因：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和接收信号载波频率相同，但是为了使相位也相同，可能需要对分离出的载波相位作适当调整。

若接收信号中没有离散载频分量，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的相干载波。

13-2 插入导频法载波同步有什么优缺点？答：插入导频法载波同步的优缺点：（1）优点：建立同步的时间快。

（2）缺点：占用了通信系统的频率资源和功率资源。

13-3 哪些类信号频谱中没有离散载频分量？答：信号频谱中没有离散载频分量的信号频谱：先验概率相等的2PSK信号频谱中没有载频分量。

13-4 能否从没有离散载频分量的信号中提取出载频？若能，试从物理概念上作解释。

答：能从没有离散载频分量的信号中提取出载频。

设此信号可以表示为，式中：m（t）＝±1。

当m（t）取＋1和－1的概率相等时，此信号的频谱中无角频率ωc的离散分量。

将上式平方，得此式中已经将m2（t）＝1的关系代入。

由此式可见平方后的接收信号中包含2倍载频的频率分量。

所以将此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。

13-5 试对QPSK信号，画出用平方环法提取载波的原理方框图。

答：对QPSK信号，用平方环法提取载波的原理方框图如图13-1所示。

图13-1 QPSK平方环载波提取框图13-6 什么是相位模糊问题？在用什么方法提取载波时会出现相位模糊？答：（1）相位模糊问题是由于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，这就导致分频得出的载频存在相位含糊性。

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。

习题解答3-1．填空题（1） 在模拟通信系统中，有效性与已调信号带宽的定性关系是（ 已调信号带宽越小，有效性越好），可靠性与解调器输出信噪比的定性关系是（解调器输出信噪比越大，可靠性越好）。

（2） 鉴频器输出噪声的功率谱密度与频率的定性关系是（功率谱密度与频率的平方成正比），采用预加重和去加重技术的目的是（提高解调器输出信噪比）。

（3） 在AM 、DSB 、SSB 、FM 等4个通信系统中，可靠性最好的是（FM ），有效性最好的是（SSB ），有效性相同的是（AM 和DSB ），可靠性相同的是（DSB 、SSB ）。

（4） 在VSB 系统中，无失真传输信息的两个条件是：（相干解调）、（系统的频率特性在载频两边互补对称）。

（5） 某调频信号的时域表达式为6310cos(2105sin10)t t ，此信号的载频是（106）Hz ，最大频偏是（2500）Hz ，信号带宽是（6000）Hz ，当调频灵敏度为5kHz/V 时，基带信号的时域表达式为（30.5cos10t ）。

3-2．根据题3-2图（a ）所示的调制信号波形，试画出DSB 及AM 信号的波形图，并比较它们分别通过包络检波器后的波形差别。

解：设载波()sin c s t t ，（1）DSB 信号()()()DSB s t m t s t 的波形如题3-2图（b ）,通过包络后的输出波形为题3-2图（c)。

（2）AM 信号0()[()]sin AM c s t m m t t ，设0max ()m m t ，波形如题3-2图（d ）,通过包络后的输出波形为题3-2图（e)。

结论：DSB 解调信号已严重失真，故对DSB 信号不能采用包络检波法；而AM 可采用此法恢复。

3-3．已知调制信号()cos(2000)cos(4000)m t t t ，载波为4cos10t ，进行单边带调制,试确定该单边带信号的表示式，并画出频谱图。

解法一：若要确定单边带信号，需先求得()m t 的希尔波特变换题3-2图（a ）题3-2图(b)、(c)、(d)和(e)ˆ()cos(2000)cos(4000)22sin(2000)sin(4000)mt t t t t故上边带信号11ˆ()()cos ()sin 2211cos(12000)cos(14000)22USB c c s t m t t mt t t t下边带信号为11ˆ()()cos ()sin 2211cos(8000)cos(6000)22LSB c c s t m t t mt t t t其频谱图如题2-3图所示。

通信原理讲义第一章 绪论1．1 通信系统的组成 1．1．1 通信一般系统模型点对点通信模型：反映了通信系统的共性。

1．1．2 模拟通信与数字通信● 消息可以分成两类 离散消息：消息的状态是可数的或离散型的（如符号、文字等），也称为数字消息。

连续消息：状态连续变化的消息（如语音、图像），也称为模拟消息。

● 消息与电信号之间必须建立单一的对应关系。

通常，消息被载荷在电信号的某以参量上。

数字信号：电信号的参量携带离散消息，该参量离散取值。

模拟信号：电信号的参量携带连续消息，参量连续取值。

● 相应的通信系统分成两类 数字通信系统模拟通信系统● 模拟信号与数字信号之间可以相互转换在信息源中使用模-数（数-模）转换器，接受端使用数-模（模-数）转换器。

● 数字通信比模拟通信更能适应对通信技术越来越高的要求 （1） 数字传输的抗干扰能力强，中继时可以消除噪声的积累； （2） 传输差错可以控制；（3） 便于使用现代数字信号处理技术对信息进行处理； （4） 易于加密处理；（5） 可以综合传递各种消息，增强系统功能。

● 模拟通信系统模型（点对点）基带信号：携带信息，但具有频率很低的频谱分量，不适宜传输的原始电信号。

已调信号：基带信号经过调之后转换成其频带适合信道传输的信号，也称频带信号。

调制器：将基带信号转变为频带信号的设备。

解调器：将频带信号转变为基带信号的设备。

模拟通信强调变换的线性特性，既已调参量与基带信号成比例。

● 数字通信系统模型（点对点） 强调已调参量与基带信号之间的一一对应。

数字通信需要解决的问题：（2） 编码与解码：通过差错控制编码消除噪声或干扰造成的差错； （3） 加密和解密：对基带信号进行人为“搅乱”；（4） 同步：发送和接收节拍一致，包括：位同步（码元同步）和群同步、帧同步、句同步或码组同步。

数字通信模型：同步环节的位置不固定，图中没有出现。

数字基带传输模型：消息消息●数字通信的缺点 比模拟通信占据更宽的频带。

第二章2-1 试证明图P2-1中周期性信号可以展开为 （图略）04(1)()cos(21)21nn s t n t n ππ∞=-=++∑证明：因为()()s t s t -=所以000022()cos cos cos 2k k k k k k kt kt s t c c c T ππkt π∞∞∞======∑∑∑101()00s t dt c -=⇒=⎰1111221111224()cos ()cos cos sin 2k k c s t k tdt k tdt k tdt k πππππ----==-++=⎰⎰⎰⎰ 0,24(1)21(21)nk n k n n π=⎧⎪=⎨-=+⎪+⎩所以04(1)()cos(21)21nn s t n t n ππ∞=-=++∑2-2设一个信号可以表示成 ()s t ()2cos(2)s t t t πθ=+-∞<<∞试问它是功率信号还是能量信号，并求出其功率谱密度或能量谱密度。

解：功率信号。

22()cos(2)sin (1)sin (1)[2(1)(1)j ft j j s f t e dtf f e e f f τπττθθπθτπτπτπτπ---=+-+=+-+⎰τ21()lim P f s τττ→∞=2222222222sin (1)sin (1)sin (1)sin (1)lim 2cos 24(1)(1)(1)(1)f f f f f f f f ττπτπτπτπτθπτπτπτ→∞-+-+=++-+-+ 由公式w w w .k h da w.c o m课后答案网22sin lim ()t xt x tx δπ→∞= 和 sin lim ()t xt x xδπ→∞= 有()[(1)][(1)]441[(1)(1)]4P f f f f f ππδπδπδδ=-++=++-或者001()[()()]4P f f f f f δδ=-++2-3 设有一信号如下：2exp()0()0t t x t t -≥⎧=⎨<⎩试问它是功率信号还是能量信号，并求出其功率谱密度或能量谱密度。

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。

3-1设理想信道的传输函数为()d j 0e t H K ωω-=式中，K 0和t d 都是常数。

试分析信号s (t )通过该理想信道后的输出信号的时域和频域表示式，并对结果进行讨论。

解 设输入()s t 的频谱用()S ω表示，则通过上述信道后，输出信号的频谱可表示为0()()()()d j t o S S H K S e ωωωωω-==则输出信号为0()()o d s t K s t t =-可见该信道满足无失真条件，对信号的任何频率分量的衰减倍数及延迟相同，故信号在传输过程中无失真。

3-2设某恒参信道的传输函数具有升余弦特性()221cos ,2220,sT js s ssT T e T H T ωωπωωπω-⎧⎛⎫+≤⎪⎪⎪⎝⎭=⎨⎪>⎪⎩式中， T s 为常数。

试求信号s (t )通过该信道后的输出表示式，并对结果进行讨论。

解 设()s t 的频谱用()S ω表示，则通过上述恒参信道后，输出信号的频谱可表示为()222()1cos ()1cos ,2222()()()20,s s T T j jss ss s o sT T TT S e S e T S S H T ωωϕωωωπωωωωωωπω⎛⎫-- ⎪⎝⎭⎧⎛⎫⎛⎫+=+≤⎪⎪⎪⎪⎝⎭⎝⎭==⎨⎪>⎪⎩输出信号为0()()()()4224s s s s s T T T Ts t s t s t s t T =+-+- 分析可见，若信号频率1s s f f T >=，则信道对信号产生截止。

若信号频率1s sf f T ≤=，则信道对输入信号的幅度有函数加权，即信号中不同频率的分量分别受到信道不同的衰减，产生了幅频失真。

()2sT τω=-为常数即没有产生相频失真。

3-3假设某随参信道有两条路径，路径时差为τ =1ms ，试求该信道在哪些频率上传输衰耗最大？哪些频率范围传输信号最有利？解 假设该随参信道两条路径的衰减系数均为K ，该信道的幅频特性为()2cos 2H K ωτω⎛⎫=⎪⎝⎭当cos 12ωτ⎛⎫=⎪⎝⎭（即2n ωτπ=）时，对传输信号最有利，此时出现传输极点 2n πωτ=或 nf τ=当cos 02ωτ⎛⎫=⎪⎝⎭（即122n ωτπ⎛⎫=+ ⎪⎝⎭）时，传输损耗最大，此时出现传输零点 (21)n πωτ+=或 1/2n f τ+=3-4 在移动信道中，市区的最大时延差为5μs ，室内的最大时延差为0.04μs 。

第3章部分习题解答2解：（1）试确定每个频率分量的功率()()()()()()()()()202cos 300010cos 6000cos 220cos 2cos 2(1500)cos 2(1500)5cos 2(3000)5cos 2(3000)c c c c c c s t t t f t f t f t f t f t f t ππππππππ=++⎡⎤⎣⎦=+++−+++−()s t 的5个频率分量及其功率为：c f ： 功率为200w 1500c f +： 功率为0.5w 1500c f −：功率为0.5w 3000c f +: 功率为12.5w 3000c f −: 功率为12.5w（2）()()()()202cos 300010cos 6000cos 2c s t t t f t πππ=++⎡⎤⎣⎦()()()2010.1cos 30000.5cos 6000cos 2c t t f t πππ=++⎡⎤⎣⎦ 因此()()()0.1cos 30000.5cos 6000m t t t ππ=+调制指数()max 0.6AM m t β==⎡⎤⎣⎦。

（3）5个频率分量的全部功率为：20020.5212.5226total P w =+×+×=边带功率为：20.5212.526P w =×+×=边带 边带功率与全部功率之比：260.115226AMη=≈3解：已调信号为AM 信号，调制指数为：()max AM m m t A β==⎡⎤⎣⎦如果1m A >，即发生了过调制，包络检波器此时将无法恢复出()m t 。

因此要想无失真通过包络检波器解出()m t ，则需要1m A ≤。

4解：根据单边带信号的时域表达式，可确定上边带信号：()()()()()11ˆcos sin 22USB c c S t m t t mt t ωω=− ()()()41cos 2000cos 4000cos 102t t t πππ=+⎡⎤⎣⎦ ()()()41sin 2000sin 4000sin 102t t t πππ−+⎡⎤⎣⎦ ()()11cos 12000cos 1400022t t ππ=+ ()()()()()1[6000600070007000]4USB S f f f f f δδδδ=++−+++−同理，下边带信号为：()()()()()11ˆcos sin 22LSB c c S t m t t mt t ωω=+ ()()()41cos 2000cos 4000cos 102t t t πππ=+⎡⎤⎣⎦()()()41sin 2000sin 4000sin 102t t t πππ++⎡⎤⎣⎦()()11cos 8000cos 600022t t ππ=+ ()()()()()1[4000400030003000]4LSB S f f f f f δδδδ=++−+++−两种单边带信号的频谱分别如下所示：11解：记()m t 为基带调制信号，()ˆmt 为其希尔伯特变换，不妨设载波幅度为()222c A =。