载波同步

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载波同步(Carrier Synchronization)

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什么是载波同步

  载波同步是指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。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与接收信号载波频率相同,但为了使相位也相同,可能需要对分离出的载波相位作适当的调整。若接收信号中没有离散载波分量,例如在2PSK信号中(“1” 和“0”以等概率出现时),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要的相干载波;相干载波必须与接收信号的载波严格地同频同相。

  载波同步的目的是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,用于相干解调。

  载波同步技术是接收机中最为关键的技术之一,如果载波同步性能不好,信号的后续处理将无法正常进行,因此载波同步性能的好坏直接影响系统的性能。一般要求载波同步系统应有高效率、高精度,即同步建立时间快、保持时间长。在工程实践中通常使用锁相环来获取并跟踪载波分量,最终达到载波同步,从而解调出接收到的信号。

载波同步的方法和要求

  接收信号中有载频分量时:需要调整其相位。

  接收信号中无载频分量时:需从信号中提取载波,或插入辅助同步信息。

  载波同步的方法通常有直接法(自同步法)和插入导频法(外同步法)两种:

  直接法又可分为非线性变换—滤波法和特殊锁相环法。 用直接法提取载波分量的另一途径是采用特殊的锁相环,这种特殊锁相环具有从已调信号中消除调制和滤除噪声的功能,所以能鉴别接收已调信号中被抑制了的载波分量与本地VCO输出信号之间的相位误差,从而恢复出相应的相干载波。通常采用的特殊环路有: 同相—正交环、逆调制环、判决反馈环和基带数字处理载波跟踪环等。

  插入导频法也可以分为两种:一种是在频域插入,即在发送信息的频谱中或频带外插入相关的导频;另一种是在时域插入, 即在一定的时段上传送载波信息。

  对载波同步的要求是:发送载波同步信息所占的功率尽量小,频带尽量窄。载波同步的具体实现方案与采用的数字调制方式有着一定的关系。也就是说,具体采用哪一种载波同步方式, 应视具体的调制方式而定。

两种载波同步方法的比较

  直接法的优缺点:

  不占用导频功率,因此信噪比较大;

  可以防止插入导频法中导频和信号间由于滤波不好而引起的相互干扰,也可以防止信道不理想引起的导频相位的误差

  有的调制系统不能用直接法(如SSB系统)。

  插入导频法的优缺点

  有单独的导频信号,一方面可以提取同步载波,另一方面可以利它作为自动增益控制(AGC);

  有些不能用直接法提取同步载波的调制系统只能用插入导频法;

  插入导频法要多消耗一部分不带信息的功率,信噪比较小。

载波同步的性能指标

  载波同步系统的主要性能指标有4个:

  效率:为获得同步,载波信号应尽量少消耗发送功率,在这方面直接法由于不需要专门发送导频,因此是高效率的,而插入导频法由于插入导频要消耗一部分发送功率,因此效率要低一些。

  精度:指提取的同步载波与需要的载波标准比较,应该有尽量小的相位误差Δφ,Δφ又分为稳态相位误差Δφo和随机相位误差 σφ 。

  同步建立时间ts:越短越好,这样同步建立得快。用PLL提取载波时,就是PLL的捕捉时间。

  同步保持时间tc:越长越好,这样一旦建立同步后,可保持较长时间。 用PLL提取载波时,为PLL的同步保持时间。

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