数字通信系统中的载波同步技术研究
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中南大学现代远程教育课程考试复习题及参考答案数字通信原理一、填空题:1.已知二进制数字信号每个码元占有的时间为1ms,0、1码等概率出现,则码元速率为__________,信息速率为__________;2。
从信息传输角度来看,数字通信系统的主要质量指标是__________和__________。
3.高斯白噪声是指噪声的概率密度服从__________分布,功率谱密度服从__________分布.4.通常,在纠、检错编码中引入的监督码元越多,信道的____ _ _____下降也越多。
5。
若要检出3个错码,则分组码的最小码距dmin 应__ __ ____。
6.码重是码组中__ __的个数。
7.对线性分组码,如果找到了码的 ,那么编码方法就完全确定了。
8.常用的简单差错控制码有奇偶监督码、水平奇偶监督码、水平垂直奇偶监督码、群计数码 和 码。
9。
已知(5,1)重复码,它的两个码组分别为00000和11111,则(5,1)重复码的最小码距为________,只用于检错,能检出________位错码。
10。
四进制数字信号的信息传输速率为800b/s,其码元速率为____________,若传送1小时后,接收到40个错误码元,其误码率为____________。
11。
数字信号有时也称离散信号,这个离散是指信号的_______是离散变化的,而不一定指_______离散 12。
如果在已知发送独立的符号中,符号“E"出现的概率为0。
125,则符号“E"所包含的信息量为 。
13.对线性分组码,如果找到了码的 ,那么编码方法就完全确定了。
14。
在2PSK 输出信号中存在倒相现象,其解决方法是采用___________。
15.假设分组码的最小码距为8,则它能检测误码的位数至多为16.假设线性分组码信息码元长为5。
若希望所编码字能够纠正1位错,码字最小码长为 。
17。
通信系统的性能指标主要有 和 ,在模拟通信系统中前者用有效传输带宽衡量,后者用接收端输出的 衡量。
一、实习目的通过对专业基础课与专业理论课的学习后,以及同学们都具备了一些有关模拟电路及数字电路分析、设计、调试能力。
本次实习主要是针对整个通信系统而言的。
1.掌握通信系统的整体概念及组成模块。
2.理解每个模块的原理及实现的功能。
3.根据自己所完成的模块载波同步模块:1. 掌握模拟锁相环的工作原理,以及环路的锁定状态、失锁状态、同步带、捕捉带等基本概念。
2. 掌握用平方环法从2DPSK信号中提取相干载波的原理及模拟锁相环的设计方法。
3. 了解相干载波相位模糊现象产生的原因。
二、实习要求在本实习我主要负责完成载波同步单元,该单元采用平方环从2DPSK信号中提取相干载波。
1. 观察模拟锁相环的锁定状态、失锁状态及捕捉过程。
2. 观察环路的捕捉带和同步带。
3. 用平方环法从2DPSK信号中提取载波同步信号,观察相位模糊现象。
三、实习内容(1)实习题目: 数字通信系统---载波同步(2)原理介绍:通信是通过某种媒体进行的信息传递。
在古代,人们通过驿站、飞鸽传书、烽火报警等方式进行信息传递。
到了今天,随着科学水平的飞速发展,相继出现了无线电,固定电话,移动电话,互联网甚至可视电话等各种通信方式。
通信技术拉近了人与人之间的距离,提高了经济的效率,深刻的改变了人类的生活方式和社会面貌。
:通信系统的一般模型如下在本次实验中, 通过动手焊接部分模块最后通过联试来完成整个通信系统的过程.主要目的是让大家更深刻的理解通信系统的整体概念及基本理论。
1.整个系统试验框图如下:TX-3 ͨÐÅÔÀí½ÌѧʳÑéϳͱ °¼¾ÖʾÒâͼ通信系统中常用平方环或同相正交环(科斯塔斯环)从2DPSK信号中提取相干载波。
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。
载波同步提取方法载波同步提取方法是数字通信中非常重要的一部分,它主要用于接收端对于发送端发出的信号进行恢复。
在数字通信中,载波同步提取方法是非常必要的,因为发送端的信号往往会受到频率偏移、相位噪声等各种干扰,使得接收端很难对信号进行准确的解调和恢复。
因此,载波同步提取方法的研究和应用对于数字通信系统的性能至关重要。
载波同步提取方法主要包括信号检测、频率估计和相位同步三个方面。
首先,信号检测是通过接收端对接收到的信号进行初步处理,识别出信号的存在和基本特征。
接着,频率估计是对信号的频率进行估计和补偿,以纠正由于频率偏移而引起的信号失真。
最后,相位同步是对信号的相位进行调整,以使得接收端的信号与发送端的同步,从而实现准确的解调和信号恢复。
在实际的数字通信系统中,载波同步提取方法有多种实现方式,下面将介绍一些常见的方法:1. 相关估计法:这是一种基于相关函数的频率估计方法。
它通过计算接收信号和本地参考信号的相关函数来估计两者之间的相位差和频率偏移,从而实现相位同步和频率校正。
2. Costas环路:这是一种常用的数字调制解调中采用的相位同步方法。
它通过在接收端引入一个Costas环路来实现相位同步,从而可以在有载波情况下对QAM、PSK等调制信号进行解调。
3. PLL环路:PLL(Phase-Locked Loop)是一种广泛应用于载波同步提取的方法。
它通过不断调整本地振荡器的相位和频率,使得其与接收信号的相位和频率保持同步,从而实现信号的准确解调。
除了上述方法,还有很多其他的载波同步提取方法,如最大似然估计法、瞬时频率估计法、均值估计法等。
这些方法各有特点,可以根据具体的通信系统要求和环境来选择合适的方法。
总的来说,载波同步提取方法是数字通信系统中不可或缺的一部分,它对于系统的性能和可靠性有着重要的影响。
因此,在设计和实现数字通信系统时,需要认真考虑载波同步提取方法的选择和优化,以确保系统能够在各种复杂的通信环境下都能够实现稳定、准确的信号恢复和解调。
基于OFDM的电力线载波通信的研究-基础电子引言电力线载波通信是以电力线为传输媒介,通过载波方式传输模拟或数字信号的技术,而且无外架通信线路。
介绍正交频分复用的基本原理,根据利用正交频分复用OFDM(Orthogal Frequency Division Multiplexing)技术能够较好调制解调信号的特性,提出一种基于OFDM 的电力线载波通信系统设计方案,利用电力线实现载波通信。
2 电力线载波通信电力线载波通信是电力系统特有的一种通信方式,可用于传输电话、远动数据和远方保护等信号,是确保电网安全、优质、经济运行,实现调度自动化和管理现代化的重要通信方式。
它以电力线路为传输通道,具有通道可靠性高,投资少见效快,与电网建设同步等优点。
图1为电力线载波通信系统组成图。
其基本原理是将载有信息的高频信号施加到电力线上进行数据传输,再通过电力线调制解调分离出电力线信道的高频信号,然后传送到终端设备。
各种成熟的调制解调技术已应用到电力线载波通信系统,针对适应高速率传输,正交频分复用调制解调技术是解决传输频带利用率的有效方法。
电力线载波通信技术在高、中、低压3个电压等级的应用技术、线路状况和应用要求都有所不同,高压电力线载波是指应用于35 kV及以上电压等级的载波通信设备。
载波线路状况良好,主要传输调度电话、远动、高频保护及其他监控系统的信息。
3 OFDM调制解调技术OFDM是一种将若干个彼此独立的信号合并为一个可在同一信道上传输的复合信号的方法。
其数据传输的基本原理是把串行数据流转换成N路速率较低的并行数据流,用它们分别调制N路子载波后并行传输,子载波相互正交其频谱相互重叠,从而具有很强的抗信道衰落能力和较高的频谱利用率,并能很好地抑制码间干扰。
其中第n个子载波频率选择为:式中,X(k)是接收端第k路子载波的输出信号。
从式(4)看出,它与发送端的第k路子载波信号相等,这样可正确解调出该载波的原信号X0,X1,…XN-1。
OFDM系统的同步问题分析摘要:OFDM 是一种新的高效的多载波调制技术,能够有效地对抗多径传播;但是,OFDM 系统对定时和频偏很敏感。
本文阐述了OFDM系统中的同步原理,并具体分析了几种同步技术对系统性能的影响。
关键字:OFDM 载波同步符号同步样值同步Abstract :The OFDM (orthogonal frequency division multiplexing) is a new efficient multiple carrier modulation techniques immune to the multi-path interference. On the other hand the OFDM system is sensitive to the timing and carrier frequency off set .this paper expatiates the principle of synchronization in the OFDM system,and analyse the influence of the several synchronization technology to the OFDM system concretely.Key words: OFDM ;carrier synchronization ;symbol synchronization ;sample synchronization1引言同步问题是任何一个通信系统都需要解决的实际问题,其性能直接关系到整个通信系统的性能。
可以说,没有准确的同步算法,就不可能进行可靠的数据传输,它是信息可靠传输的前提。
对于OFDM系统,除了数字通信系统中的载波同步和符号同步外,还应该包括样值同步,如图一所示.图一 OFDM 系统中的同步2同步原理图一中给出了OFDM 的系统模型以及几种同步技术在系统中所处的位置。
1载波同步简介载波同步技术是接收机关键技术之一,是系统稳定工作的保证。
在信号传播过程中,由于受到所经信道特性影响和振荡器不稳定因素的影响,通信系统接收到的调制信号与本地载波会存在一定的频偏和随机的相位误差。
这就需要进行载波同步,消除本地载波与接收到信号间的频率、相位误差,以保证相干解调的正确进行。
相干解调需要在接收端恢复出载波,载波恢复的方法一般有两种,一种是在发送端发送数字信号序列的同时发送载波或与它有关的导频信号,在接收端可用窄带滤波器或锁相环直接提取载波,实现载波同步。
另外一种是接收信号为抑制载波的己调信号,通过对数字信号进行非线性的变换或采用特殊的锁相环来获得相干载波,实现载波同步。
锁相环是一种相位反馈系统,它能使受控振荡器的频率和相位均与输入信号保持确定的关系。
锁相环路具有两种主要工作形式,其一为锁定状态下的跟踪过程,其二为由失锁进入锁定的捕获过程。
在锁定状态下,输入信号与受控振荡器输出信号之间的瞬时相差在为零或保持为一个较小的常数。
在捕获过程中,由于输入信号与受控振荡器输出信号之间可能存在较大瞬时相差,锁相环将控制振荡器的输出信号发生改变,以减小这个相差,从而起到“锁定”的作用。
在载波同步技术从传统的锁相环方式向全数字方式演进的过程中,首先出现的是零中频方式的载波同步方法。
在此种接收机中,本地载波是由高稳振荡器产生,且不需要反馈环路调整振荡器,经模拟下变频后,零中频信号经AD采样送入数字处理部分,然后以数字方式估计出载波误差,并以此估计值纠正输入的数据,从而去掉频偏造成的影响。
此种方法也被称为开环补偿法。
2.载波同步的理论分析与仿真验证2.1环路滤波器介绍环路滤波器是Costas的重要组成部分,它是一种具有低通特性的滤波器,会直接影响到整个环路的性能。
数字环中使用的数字环路滤波器与模拟环中使用的环路滤波器作用一样,都对噪声及高频分量起抑制作用,并且控制着环路相位校正的速度与精度,对环路的捕获带宽和速度有很大的影响,同时稳定环路的跟踪过程。
数字通信系统的载波同步技术研究与实现数字通信系统的载波同步技术研究与实现摘要:数字通信系统的载波同步技术是保证通信系统正常运行的重要环节。
本文将介绍载波同步技术的基本原理和常见方法,并通过实验仿真的方式进行验证,展示了载波同步技术的实际应用效果。
一、引言在数字通信系统中,载波同步技术是一项基础而重要的技术之一。
载波同步技术的任务是保证发送端和接收端的载波信号在频率、相位和时间上保持一致,从而保证信息的可靠传输。
本文将重点介绍数字通信系统中的载波同步技术研究与实现。
二、载波同步技术的基本原理1. 频率同步频率同步是指在数字通信系统中实现发送端和接收端载波信号频率的一致性。
频率同步的主要目标是使接收端能够正确地解调出发送端传输的数字信号。
常见的频率同步方法包括:(1)基于周期和滤波器的频率同步方法:通过对接收信号进行周期测量,并利用滤波器对测量值进行平滑处理,从而得到准确的频率估计值。
(2)基于导频信号的频率同步方法:发送端在发送信号的头部添加导频信号,接收端通过检测导频信号的相位偏移来进行频率同步。
(3)基于相位锁定环的频率同步方法:利用相位锁定环对接收信号进行相位差测量,并通过反馈控制来实现频率同步。
2. 相位同步相位同步是指在数字通信系统中实现发送端和接收端载波信号相位的一致性。
相位同步的主要目标是在频率同步的基础上,使接收端能够正确地解调出发送端传输的数字信号。
常见的相位同步方法包括:(1)基于动态符号定时的相位同步方法:利用接收信号中的信号能量进行符号定时,从而得到准确的相位估计值。
(2)基于导频信号的相位同步方法:发送端在发送信号的头部添加导频信号,接收端通过检测导频信号的相位偏移来进行相位同步。
(3)基于相位锁定环的相位同步方法:利用相位锁定环对接收信号进行相位差测量,并通过反馈控制来实现相位同步。
三、载波同步技术的实现方法在实际的数字通信系统中,为了实现载波同步,通常会采用组合多种同步方法的方式。
数字通信系统中的载波同步技术研究
一、引言
在数字通信系统中解调方式可以决定数字调制系统的性能。
载波恢复是数字通信系统中一个必不可少的部分,补偿了信号在传输过程中造成的频偏损害且跟踪相位。
二、载波同步信号的性能要求
载波同步系统的主要性能指标是精度、效率、相位抖动、同步建立时间等。
(一)精度
精度是指提取载波与需要的载波标准比较,相位误差应该尽量小。
(二)效率
效率指获取载波信号的过程中尽量少消耗发送功率。
载波同步追求的是高效率。
(三)同步建立时间ts
同步建立时间是指从开机或失步到同步所需要的时间。
为了使同步建立的更快载波同步系统要求ts越小越好。
三、频偏及载波相位误差对数字通信系统的影响
对双边带信号设,是提取的相干载波,解调器滤波后输出低频信号m’(t)为(1)
如果提取的相干载波与输入载波没有相位差,即 =0, =1,则解调输出,这时信号幅度最大。
若存在相位误差,因为 <1,解调后输出信号幅度下降,信噪比下降倍,因此会使误码率增加。
对2psk信号当信噪比下降倍时,这时误码率将会变为
(2)
对于单边带解调和残留边带解调而言,相位误差不仅会使信噪比下降,而且在解调器输出中会产生原基带信号的正交项,使基带信号发生畸变,这种影响将随增大而严重。
(3)
在数字通信系统中因为发送端和接收端的本振时钟不一致,用在载频和中频上的射频振荡器的频率不确定性也会引起大的频偏,不同频偏时相邻符号间不仅有固定的相位差变化,而且还会随着时间的变化额外加上某个不确定相位。
星座图上表现出来的就是星座图不是在固定的几个点而是随着时间变化在旋转。
图1是用matlab工软件仿真的不同频率偏移时 -dqpsk通信系统的误码率曲线。
从图1可以看出频率偏移也会导致 -dqpsk通信系统在检测时误比特率(ber)性能变差,频偏对通信系统的误码率的影响很大,为此必须在接收端补偿这个频偏,这就需要进行载波恢复,评价接收机性能的重要标准之一就是载波提取性能的好坏,为了保证信息的可靠传输,对载波相位偏移以及频率偏移的估计方法的研究具有重要意义。