通信原理-同步原理

《通信原理》§11.3 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（11.3-1）利用含有位同步信号的某种波形对 s 1 (t ) 进行幅度调制，若这种波形为升余弦波形，则其表示式为（11.3-2）式中的 ∧ = 2π / T ，T 为码元宽度。

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。

通信原理同步试题及答案一、选择题1. 在数字通信系统中，以下哪个因素不是影响信号传输质量的主要因素？A. 发射功率B. 信道衰减C. 天气变化D. 信号的调制方式答案：C2. 以下哪个选项是模拟信号数字化的基本步骤之一？A. 采样B. 滤波C. 量化D. 所有以上选项答案：D3. 在无线通信中，多普勒效应会导致以下哪种现象？A. 信号失真B. 频率偏移C. 信号衰减D. 信道容量增加答案：B二、填空题4. 信号的带宽是指信号最高频率与最低频率之________。

答案：差5. 在数字通信中，________编码用于将数字数据转换为适合传输的形式。

答案：脉冲编码调制（PCM）6. 信噪比（SNR）是指信号功率与________功率的比值。

答案：噪声三、简答题7. 请简述香农定理在通信系统中的应用及其重要性。

答案：香农定理是通信系统理论的基石，它描述了在给定的信噪比下，通过一个通信信道的最大数据传输速率。

香农定理的应用在于指导工程师设计能够最大化数据传输速率而不出错的通信系统。

它的重要性在于为通信系统的设计提供了理论上限，确保了在噪声影响下信息传输的可靠性。

8. 解释什么是调制，并给出两种常见的调制技术。

答案：调制是将信息信号（基带信号）转换为适合在信道中传输的形式的过程。

调制的目的是将低频信号转换为高频信号，以便于在无线信道中传输。

两种常见的调制技术包括：- 调幅（AM）：载波的振幅随基带信号的幅度变化而变化。

- 调频（FM）：载波的频率随基带信号的幅度变化而变化。

四、计算题9. 假设一个通信系统的数据传输速率为2400波特率，每个信号单元携带4比特信息，计算该系统的比特率。

答案：比特率是数据传输速率乘以每个信号单元携带的比特数。

因此，比特率为 2400 波特率 * 4 比特/信号单元 = 9600 比特/秒。

10. 如果一个信道的信噪比为30dB，计算其信噪比的功率比值。

答案：信噪比（SNR）的功率比值可以通过10^(SNR/10)来计算。

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。

第13章同步原理一、判断题1．中国和欧洲PCM所采用的一次群的同步周期为125微秒。

（）[南邮2009研] 【答案】对【解析】中国和欧洲PCM采用E体系，其中抽样频率为8 kHz，抽样周期为1/8kHz ＝125μs。

2．位同步和帧同步都是数字通信所特有的同步方式，模拟通信没有。

（）[南邮2009研]【答案】错【解析】模拟通信系统有时也需要帧同步，如在模拟电视信号中，为正确区分各行各帧，必须在视频信号中加入行同步脉冲和帧同步脉冲。

二、选择题1．同步系统中用于相干解调的是（）同步，用于抽样判决的是（）同步。

[南邮2009研]A．高频，低相B．大，小C．载波，位D．群，帧【答案】C【解析】载波同步又称为载波恢复，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载波，供给解调器作相干解调用。

在接收数字信号时，接收端需要产生与接收码元严格同步的时钟脉冲序列，用来确定每个码元的积分区间和抽样判决时刻，二进制码元同步又称为位同步。

2．数字系统和模拟系统都可能具有的同步是（）同步。

[南邮2009研]A．载波B．网C．码元D．帧【答案】A【解析】“码元”和“帧”是数字系统中的概念；模拟系统和数字系统都需要载波将信号调制到射频以便于发射，故数字系统和模拟系统都可能具有的同步是载波同步。

3．准同步数字序列一次群帧结构含有（）个非话路时障，故非话音比特的速率为（）kbit/s。

[南邮2010研]A．30，2B．2，128C．2，64D．32，2【答案】B【解析】准同步数字序列一次群帧结构包含32路，其中30路承载PCM电话信号，2路承载传输信令、同步码等非话路信号；每路比特率为64kbit/s，故非话音比特速率为64×2＝128kbit/s。

4．群同步系统有两个工作状态：（）态和（）态。

[南邮2009研]A．维持，相干B．相位，波形C．维持，捕捉D．连续，离散【答案】C【解析】群同步系统有两个工作状态：维持态和捕捉态。

第一章绪论1．以无线广播和电视为例，说明图1-3模型中的信息源，受信者及信道包含的具体内容是什么在无线电广播中，信息源包括的具体内容为从声音转换而成的原始电信号，收信者中包括的具体内容就是从复原的原始电信号转换乘的声音；在电视系统中，信息源的具体内容为从影像转换而成的电信号。

收信者中包括的具体内容就是从复原的原始电信号转换成的影像；二者信道中包括的具体内容分别是载有声音和影像的无线电波2．何谓数字信号，何谓模拟信号，两者的根本区别是什么数字信号指电信号的参量仅可能取有限个值；模拟信号指电信号的参量可以取连续值。

他们的区别在于电信号参量的取值是连续的还是离散可数的3．何谓数字通信，数字通信有哪些优缺点传输数字信号的通信系统统称为数字通信系统；优缺点：1.抗干扰能力强；2.传输差错可以控制；3.便于加密处理，信息传输的安全性和保密性越来越重要，数字通信的加密处理比模拟通信容易的多，以话音信号为例，经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算进行加密，解密处理；4.便于存储、处理和交换；数字通信的信号形式和计算机所用的信号一致，都是二进制代码，因此便于与计算机联网，也便于用计算机对数字信号进行存储，处理和交换，可使通信网的管理，维护实现自动化，智能化；5.设备便于集成化、微机化。

数字通信采用时分多路复用，不需要体积较大的滤波器。

设备中大部分电路是数字电路，可用大规模和超大规模集成电路实现，因此体积小，功耗低；6.便于构成综合数字网和综合业务数字网。

采用数字传输方式，可以通过程控数字交换设备进行数字交换，以实现传输和交换的综合。

另外，电话业务和各种非话务业务都可以实现数字化，构成综合业务数字网；缺点：占用信道频带较宽。

一路模拟电话的频带为4KHZ带宽，一路数字电话约占64KHZ。

4．数字通信系统的一般模型中的各组成部分的主要功能是什么数字通行系统的模型见图1-4所示。

其中信源编码与译码功能是提高信息传输的有效性和进行模数转换；信道编码和译码功能是增强数字信号的抗干扰能力；加密与解密的功能是保证传输信息的安全；数字调制和解调功能是把数字基带信号搬移到高频处以便在信道中传输；同步的功能是在首发双方时间上保持一致，保证数字通信系统的有序，准确和可靠的工作。

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。

通信原理教学大纲一、课程基本信息课程名称：通信原理课程类别：专业必修课学分：＿____总学时：＿____适用专业：通信工程、电子信息工程等相关专业二、课程性质与教学目标（一）课程性质通信原理是通信工程、电子信息工程等专业的一门重要的专业基础课程，是研究通信系统中信息传输基本原理和方法的课程。

通过本课程的学习，使学生掌握通信系统的基本组成、基本原理和性能分析方法，为后续的专业课程学习和从事通信领域的工作打下坚实的基础。

（二）教学目标1、知识目标掌握通信系统的组成、分类和性能指标。

理解模拟通信和数字通信的基本原理，包括模拟调制解调、数字基带传输和数字频带传输。

熟悉信道的特性、噪声对通信系统的影响以及信道编码和纠错编码的基本原理。

了解通信系统中的同步技术，包括载波同步、位同步和帧同步。

2、能力目标能够对简单通信系统进行性能分析和计算。

具备设计和实现基本通信系统的能力。

能够运用所学知识解决通信工程中的实际问题。

3、素质目标培养学生的工程思维和创新意识。

提高学生的自主学习能力和团队协作能力。

增强学生的职业道德和社会责任感。

三、教学内容与要求（一）绪论1、通信的基本概念通信的定义和目的。

通信系统的模型和组成部分。

2、通信系统的分类按传输媒介分类（有线通信和无线通信）。

按信号特征分类（模拟通信和数字通信）。

3、通信系统的性能指标有效性指标（传输速率、频带利用率）。

可靠性指标（误码率、误信率）。

（二）确知信号1、确知信号的分类周期信号和非周期信号。

能量信号和功率信号。

2、确知信号的频域特性傅里叶变换的基本性质。

周期信号的频谱。

3、确知信号的时域特性信号的自相关函数和互相关函数。

（三）随机过程1、随机过程的基本概念随机过程的定义和分类。

随机过程的数字特征（均值、方差、自相关函数）。

2、平稳随机过程平稳随机过程的定义和性质。

各态历经性。

3、高斯随机过程高斯随机过程的定义和性质。

高斯随机变量的概率分布。

（四）信道1、信道的定义和分类有线信道和无线信道。

第七章（同步原理）习题及其答案【题7－1】如下图所示的插入导频法发端方框图中，sin c c a t ω不经090相移，直接与已调信号相加输出，试证明接收端的解调输出中还有直流分量。

0()t c c【答案7－1】证明：接收端框图如下图所示0(u ()t由发送端框图（不经090相移），有[]0()()cos sin c c c u t a m t t t ωω=+在接收端解调后的输出[][][]20()()sin ()sin sin sin ()1sin 11()()1cos 2222c c c c c c c c c c c v t u t t a m t t t t a m t t a a a m t m t tωωωωωω==+=+=+-+经低通后，滤除高频分量cos2c t ω，输出为11()()22c cm t a a m t =+含有直流分量12c a ，证毕。

【题7－2】已知单边带信号的表达式为()()cos ()sin c c s t m t t m t t ωω=+，试证明不能用下图所示的平方变换法提取载波。

【答案7－2】证明：设平方律部件输出信号为()V t ，则222222222222()()()cos ()sin ()cos ()sin 2()()sin cos 11 ()(1cos 2)()(1cos 2)()()sin 22211 ()()()()22c c ccccc c c V t s t m t t m t t m t t m t t m t mt t t m t t m t t m t m t t m t m t m t m t ωωωωωωωωω⎡⎤==+⎣⎦=++=++-+⎡⎤⎡⎤=++-⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦ cos 2()()sin 2c c t m t m t t ωω+ 因为 22()()m t m t -及 ()()m t m t 中不含有直流分量，所以()V t 中不含有2c f 分量，即不能采用平方变换法提取载波。

串口同步通信原理
嘿，朋友们！今天咱们来聊聊串口同步通信原理。

这玩意儿啊，就像是信息世界里的一条特殊通道。

想象一下，你和朋友打电话，你说一句，朋友回一句，你们的对话很有秩序，这就有点类似串口同步通信。

在这个过程中，信息按照特定的节奏和规则来传递。

那串口同步通信到底是怎么工作的呢？简单来说，就是发送方和接收方按照一个固定的节拍来交换数据。

这个节拍就好像是一场舞蹈的音乐，大家都跟着它的节奏来行动。

比如说，发送方要发送一个数据，它就会在这个节拍的特定时刻把数据送出去。

接收方呢，也会在同样的时刻准备好接收这个数据。

这就好比两个人跳舞，一个出左脚，另一个也在同一时间出左脚，配合得特别默契。

而且啊，为了保证数据的准确性，还会有一些特殊的信号来帮忙呢！就像是交通信号灯，告诉大家什么时候可以走，什么时候要停下。

这些信号可以确保数据不会出错，能准确地到达目的地。

串口同步通信有很多优点呢！它很稳定，就像一个可靠的朋友，总是能把信息准确无误地传达。

它的传输速度也还不错，虽然不是最快的，但也能满足很多需求啦。

想想看，如果没有串口同步通信，我们的很多电子设备怎么能相互交流信息呢？从电脑到手机，从各种仪器到智能家电，都离不开它呀！
总之，串口同步通信原理真的很重要，它是现代科技世界里不可或缺的一部分！。