当前课程知识点：通信原理 > 第九章 同步系统 > 9.2 载波同步 > 视频
同学们好
今天我们来学习载波同步的相关知识
大家知道
通信系统中只要采用相干解调
都需要在接收端进行本地载波的获取
而获取本地载波的方法
主要包括自同步和外同步方法
在本次课中
我们将分别介绍这两种获取载波的方法
所谓自同步法是指通信系统不专门发送导频
而在接收端
直接从发送信号中提取载波的方法
这类方法也被称为直接法
但是 多数信号并不像AM信号那样带有载波分量
例如DSB信号
但是我们仍然
可以对信号进行某些非线性变换
从而
从这种变换后的信号中提取出载波分量
这就是载波自同步最为常规的实施办法
下面我们就来介绍其中的几种
首先我们来介绍一下平方变换法
设调制信号为m(t)
通常m(t)中没有直流分量
对于DSB信号
显然就没有载波分量
因此就无法直接
从已调信号中提取出载波同步
为此 我们在接收端
将DSB信号进行平方变换
此时DSB信号
就变化成为这样的一个信号表达形式
从这个形式中我们可以看出
这个信号是由两部分组成
前一部分我们不做讨论
我们来看后一部分
它具体表示为m(t)的平方再乘以cos2ωct
虽然前面我们已经强调
m(t)中无直流分量
但m(t)的平方却一定有直流分量
这是因为m(t)的平方必定是大于或者等于0的
因此 m(t)的平方的均值必大于0
而这个均值就是m(t)的平方的直流分量
由于作为调制信号的m(t)的平方
携带有直流信号
经cos2ωct调制以后
得到的已调信号就携带了2fc频率的载波分量
将上述平方后的DSB已调信号
通过中心频率为2fc窄带滤波器
就能够得到2fc频率分量
再经过1个二分频器
进而就得到了fc的频率成分
具体实现过程如图所示
但是从上图可以看到
虽然利用中心频率为
2fc窄带滤波器进行同步的提取
但随着同步信号的通过滤波器
2fc附近带内的噪声也将通过窄带滤波器
为了改善滤波性能
可以在平方变换法的基础上
把窄带滤波器用锁相环替代
这样就实现了平方环法同步提取方法
由于锁相环具有良好的跟踪
窄带滤波和记忆性能
因此 平方环法比平方变换法具有更好的性能
因而得到广泛的应用
需要注意
在上面给出的两个提取载波的方框图中
都包含有一个二分频电路
因此 提取出的载波存在π相位模糊问题
其原因在于
虽然cos2ωct
以及cos(2ωct+2π)是完全一样的信号
但是 经过2分频以后
信号可能得到cosωct
或者cos(ωct+π)
这就出现了π相位模糊
这种情况对模拟通信系统解调影响不大
但是对于数字通信系统来说
相位模糊就可以使解调后码元信号
出现反相的现象
即高电平变成了低电平
低电平变成了高电平
对于2PSK通信系统
信号就可能出现“反向工作”
因此 实际应用中一般采用2DPSK
而不用2PSK
我们用2DPSK
很好的解决了相位模糊情况
无论是平方变换法还是平方环路法
上述两种方法都需要对载波进行平方变换
这样处理之后
会使后续处理电路工作频率增加
实现的难度增大
为此人们提出了科斯塔斯环法
科斯塔斯环利用相乘器和较简单的低通滤波器
取代了平方器
克服了上述缺点
但它的性能和平方环法的性能完全一致
其具体电路就如图所示
加于两个相乘器的本地载波
为同一压控振荡器的产生
它们是正交的载波分量
但其中同相量与发送端载波存在相位偏差θ
设输入的抑制载波双边带信号
即DSB信号
也即m(t)cosωct
而乘法器输出的v3和v4分表可以表示为
经低通后的输出v5和v6分别由这个式子表示
v5和v6又输入到乘法器当中
乘法器的输出为v7
我们可以由这个表达式可以看到
当θ较小时
上式可以近似地表示为这样一个表达式
从这个式子可以看出
v7的大小与相位误差θ成正比
因此 v7就相当于1个鉴相器的输出
用v7去调整压控振荡器输出信号的相位
就可以使稳态相位误差θ减小到很小的数值
这样压控振荡器
输出的v1就是所需要的载波
不仅如此
当θ减小到很小的时候
我们来看下v5
v5就接近于调制信号m(t)
因此 科斯塔斯环在提取同步的同时
还具有了解调功能
目前在许多接收机中
都使用科斯塔斯环
同样 科斯塔斯环法也存在相位模糊的问题
关于这一点
请大家课后自行分析
上面我们讲解的都是载波同步的自同步法
接下来我们来学习外同步法
所谓外同步法是在发送有用信号的同时
在适当的频率位置上
插入1个被称作导频
也就是插入一个正弦波
接收端就利用适当的方法提取出载波
对于DSB信号
在载频处
已调信号的载频分量为零
这样就可以在fc处插入导频
此时 插入的导频对信号本身的影响最小
但插入的导频并不是直接插在导频位置上
而是将导频移相90°后
再进行插入
根据上述原理
我们可以构成插入导频的发送端方框图
具体情况如图所示
根据这个结构
我们可以得到输出信号可表示为
从这个式子我们可以看到
发送端发送的是一个正交载波
接下来我们来看一下接收端
插入导频后的DSB信号
一路经过带通滤波器进到乘法器
另一路经过窄带滤波器
然后进行90度移相以后
与乘法器另一路信号进行混合
实现相干解调
而乘法的输出可以表示为
上述信号经过低通滤波器后
就可以恢复出调制信号m(t)
这里请同学们思考一下
如果在发射端加入的不是正交载波
情况又会如何
同学们 本次课
我们分析了载波同步的相关知识
讲解了多种自同步和外同步方法
本次课内容就是这些 谢谢大家
-1.1 通信系统的基本概念
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--习题
-1.2 通信系统的组成
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-1.3 信息及其度量
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-1.4 通信系统的主要性能指标
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-讨论题：分析比较模拟通信和数字通信的各自有缺点和应用场景。
-课程思政
-课程使用教材
--教材介绍
-2.1 信道的基本概念
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-2.2 恒参信道分析
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-2.3 随参信道及其对所传信号的影响
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-2.4 随机过程基础
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-2.5 平稳随机过程
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-2.6 白噪声
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-2.7 高斯噪声
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-2.8 信号系统与噪声的关系
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-2.9 信道容量的概念
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-2.10 m序列的产生
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-2.11 m序列的性质
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-讨论题：结合实际生活或者工程实践，谈一下香农定理的意义所在。
-课程思政
-3.1 常规双边带调幅
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-3.2 抑制载波的双边带调制
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-3.3 单边带调制
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-3.4 残留边带调制
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-3.5 线性系统的抗噪声性能
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-3.6 角度调制的基本概念
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-3.7 频率调制FM
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-4.1 数字基带信号的常用码型
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-4.2 数字基带信号的频谱特性
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-4.3 数字基带传输系统
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-4.4 无码间串扰的基本思想
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-4.5 无码间串扰的基带传输系统
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-4.6 数字基带传输系统的性能分析
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-4.7 眼图
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-5.1 2ASK的基本原理
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-5.2 2ASK的抗噪声性能分析
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-5.3 2FSK的基本原理
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-5.4 2FSK的抗噪声性能分析
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-5.5 2PSK的基本原理和抗噪声性能
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-5.6 2DPSK的基本原理和抗噪声性能
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-5.7 二进制数字调制系统的性能比较
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-讨论题：2FSK信号的频谱的波峰有什么特点，与什么因素有关？
-6.1 假设检验模型
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-6.2 错误概率最小准则
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-6.3 二元确知信号的最佳接收机结构
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-6.4 匹配滤波器原理
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-6.5 匹配滤波器性质及应用
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-7.1 低通抽样定理
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-7.2 量化的基本概念和均匀量化
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-7.3 非均匀量化
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-7.4 13折线法的码位安排
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-7.5 简单增量调制
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-7.6 改进型增量调制
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-7.7 时分复用和多路数字电话系统
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-7.8 哈夫曼编码
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-8.1 信道编码基础
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-8.2 分类和工作方式
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-8.3 常用简单分组码
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-8.4 线性分组码的基本概念
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-8.5 线性分组码的矩阵描述
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-8.6 循环码的基本概念
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-8.7 循环码的矩阵描述
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-8.8 循环码代数形式的编译码
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-9.1 同步的定义与分类
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-9.2 载波同步
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-9.3 载波同步的性能分析
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-9.4 位同步
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-9.5 位同步的性能分析
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-9.6 群同步
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-9.7 群同步的性能分析
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