现代通信原理-(电子信息类)

说明
    电子信息技术的发展水平是衡量一个国家现代化水平和综合国力的重要标志，
是我国今后20年高科技发展的重点。目前，随着我国电子信息技术及理论研究的快
速发展，电子信息技术的各个领域急需大量的应用型工程技术人才。他们既掌握着
比较丰富的基础理论知识，又具有比较强的动手能力和一定的专业实践经验，能够
在实际工作中比较好地分析问题、解决问题；有较高的综合素质，能够在基层一线
对自己所从事的工作和工程实际问题进行研究、探索，能够组织工程项目的实施。
    近年来新建本科院校大都以应用型为办学定位，形成了一批占全国本科高校总
数近30％的、与传统本科院校不同的应用型本科院校。教材是教学的主要依据，也
是教学改革的重要组成部分。教学改革的种种设想和试验，大多要通过教材建设来
具体体现；教材建设反过来又推动和促进教学改革。面对高等教育对象的扩展、教
学模式的变革、教材内容需求的变化，为了更好地适应当前我国高等教育这种发展
的需要，满足我国高校对电子信息类应用型人才培养的各种要求，北京理工大学出
版社组织知名专家、学者，以培养应用型人才为主题进行深入的研讨，确立了电子
信息类应用型本科教材的出版规划。
    本套教材在规划过程中体现了如下一些基本原则和特点：
    (1)定位明确。针对应用型本科“理论基础扎实，专业知识面广，实践能力
强，综合素质高，并有较强的科技运用、推广、转换能力”的特点，在选择教材内
容和确立编写体系时注意体现素质教育、创新能力与实践能力的培养，为学生知识、
能力、素质协调发展创造条件。    ．
    (2)注重培养学生职业能力。电子信息类专业学生要能紧跟电子信息产业的迅
 速发展，要有较强的适应工作的能力，具备使用先进应用软件的能力，在此套教材
中强调培养学生利用诸如protel、maxplusII、muhisim、matlab等工具软件进行电路设
计和仿真调试的能力。
    (3)体系完整。此套教材包括了电子信息工程和通信工程的专业基础课和部分
专业选修课。
    (4)保证质量。本套教材大多是在已经在学生中用过几轮并且经实际验证比较
优秀的课程讲义的基础上形成的。在教材出版后我们将选择并安排一部分比较好的
优秀教材修订再版，逐步形成精品教材。
    (5)提供教学软件包。可在北京理工大学出版社网站www．bitpress．com．cn下载。
    本套教材可作为应用型本科院校电子信息工程、通信工程等专业的课程教学用
书，也可以作为电子信息技术的技能培训用书。
 前言
    本书的编写目的是提供一本适合应用型本科院校学生使用的通信原理教材。近年来，随
着应用型本科教育的兴起及其规模的迅速扩大，应用型本科教育有普及的趋势。笔者一直从
事通信原理教学，就目前通信原理的应用型本科教材来说感觉有三点不足：一是可供选用的
教材较少；二是总体上仍偏难，理论分析过多，学生学习起来较吃力；三是实训环节薄弱，
特别是综合性实训如课程设计缺乏，造成理论与实践不能较好的结合。因此，编写一本简单
适用、通俗易懂的通信原理教材成为本教材编写的立足点与出发点。
    在认真总结和借鉴国内外众多高等院校通信类专业教学经验，并广泛征求通信课程教学
一线教师意见的基础上，对教学内容进行了适当地精简，减少了理论推导，强调通信技术的
基本概念、基本原理和分析方法的学习，并增加了实验与课程设计等内容，从而加强了针对
性和实用性，突出了本教材的特色。同时，考虑到通信技术的飞速发展，在教材中适当地对
一些通信领域的新技术加以简单介绍，以使该教材具有一定的先进性。
    全书共分8章，主要内容有绪论、模拟调制系统、数字基带传输系统、数字信号的频带
传输、信源编码、信道复用及多址技术、同步技术、实验与课程设计等基本知识。
    本书由黄小虎主编，李伟民、徐敏、郭晓功、黄印君参编。其中李伟民编写第5章；徐
敏编写第6章和第7章；郭晓功编写第4章并协助进行了部分章节插图的整理；黄印君编写
第8章；黄小虎编写第1章、第2章和第3章。全书由黄小虎统稿。本书编写过程中，得到
了湖北众友科技实业股份有限公司的大力支持，该公司的技术开发人员对本书实践部分进行
了悉心指导。
    本书由柳春锋副教授主审。他认真审阅了书稿，并提出许多宝贵意见。在本书出版之
际，表示衷心感谢!
    由于编者水平有限，错误与不妥之处在所难免，敬请同行专家及读者批评指正。
    编者

 第7章  同步原理
    7．1概  述
    在通信系统中，发同步器、收同步器分别为发射机、接收机提供各种同步信号，使收、
发设备能步调一致地进行工作，从而确保了信息的正确传输。可见，同步(synchronous)
是通信系统(尤其是数字通信系统)中的关键技术，也是通信系统必不可少的重要组成部
分之一。
    所谓同步，是指在通信系统中接收端必须具有或达到与发送端一致的参数标准。例如，
收、发两端时钟的一致；收、发两端载波频率和相位的一致；收、发两端帧和复帧的一致
等。通信系统中同步的种类很多，按照其功能和作用可以分为载波同步、位同步、群同步和
网同步四种。
    1．载波同步
    在前面的模拟调制和数字调制学习过程中，我们了解到要想实现相干解调，必须有相干
载波。可见，载波同步是实现相干解凋的先决条件。因而，无论是在模拟通信还是在数字通
信中，只要采用了相干解调，在接收端都需要提供一个与发送端完全同频同相的载波信号，
其获取方法就称为载波提取或载波同步。
    2．位同步
    位同步又称码元同步或比特同步。在数字通信系统中，接收端无论采用什么解调方式，
都要用到位同步，而在模拟通信中不存在位同步。数字通信中，任何消息都是通过一连串码
元序列表示且传送的，这些码元一般均具有相同的持续时间。接收端接收这些码元序列时，
必须知道每个码元的起止时刻，以便在恰当的时刻进行抽样判决。例如在抽样、判别、解
码、解密等环节上，都要用到码元同步。这就要求接收端必须提供一个码元定时脉冲序列，
该序列的重复频率和相位必须与接收到的码元重复频率和相位一致，以保证在接收端的定时
脉冲重复频率与发送端的码元速率相同，相位与*佳抽样判决时刻一致。我们把提取这种码
元定时脉冲序列的过程称为位同步。
    3．群同步
    数字通信的信息流是若干码元构成一个“字”，若干个“字”组成一“句”，称为帧结
 构。接收时，需识别这些“字”、“句”的起止时刻，此识别方法称为“字”同步、“句”
同步，否则接收端将无法正确恢复信息。对于数字时分多路通信系统，如PcM30／32电话系
统，各路信码都安排在指定的时隙内传送，形成一定的帧结构。为了使接收端能正确分离各
路信号，在发送端必须提供每帧的起止标记，在接收端检测并获取这一标志的过程，称为
“帧”同步。因此，在接收端产生与“字”、“句”及“帧”起止时刻相一致的定时脉冲序
列的过程统称为群同步。
    4．网同步
    在获得了以上讨论的载波同步、位同步、群同步之后，两点间的数字通信就可以有序、
准确而可靠地进行了。然而，随着数字通信的发展，尤其是计算机通信的发展，多个用户之
间的通信和数据交换，构成了数字通信网。显然，为了保证通信网内各用户之间可靠地进行
数据交换，全网必须有一个统一的时钟基准，这就是网同步需要讨论的问题，限于篇幅这里
不作介绍。
    同步也是一种信息，按照获取和传输同步信息方式的不同，可分为外同步法和自同
步法。
    所谓外同步法是由发送端发送专门的同步信息(常被称为导频)，接收端把这个导频提
取出来作为同步信号的方法，有时也称为插入导频法。
    所谓自同步法，是指发送端不发送专门的同步信息，接收端则是设法从收到的信号中提
取同步信息的方法，通常也称为直接法。
    自同步法是人们*希望的同步方法，因为采用这种方法可以把全部功率和带宽都分配给
信号传输，从而提高传输效率。在载波同步和位同步中，两种方法都采用，但自同步法正得
到越来越广泛的应用；而群同步一般都采用外同步法。
    同步本身虽然不包含所要传送的信息，但通信系统只有在收、发两端之间建立了同步后
才能开始传送信息，所以同步是进行信息传输的必要和前提。另外，同步性能的好坏又将直
接影响着通信系统的性能，如果出现同步误差或失去同步就会导致通信系统性能下降或通信
中断。因此，同步系统应具有比信息传输系统更高的可靠性和更好的质量指标，如同步误差
小、相位抖动小以及同步建立时间短、保持时间长等。
    本章主要介绍载波同步、位同步和群同步的基本工作原理和实现手段。
    7．2载波同步
    在模拟通信中，采用相干解调时要用到载波同步，在数字通信中，采用频带传输系统方
式时，也一定要用到载波同步。可见，载波同步是同步系统的一个重要方面。实现载波同步
的方法有直接法和插人导频法两种。
7．2．1直接法
    有些信号，如DSB、2PsK等，虽然本身不直接含有载波分量，但经过某种非线性变换
后，将具有载波的谐波分量，可从中提取出载波分量，产生与载波有关的信息，从而完成载
波的提取和系统的同步，这就是直接法提取同步载波的基本原理。下面介绍几种常用的变
换法。