文档介绍：锁相环及载波同步
锁相环及载波同步
锁相环基本原理
锁相环
相位检测器（鉴相器）
环路滤波器
压控振荡器
锁相环的环路方程
简要分析
锁相环在通信系统中的应用
锁相环基本原理
锁相环PLL由鉴相器、环路（低通滤波器）相干解调的先决条件。
已调信号
插入
载波/导频
+
载波恢复
相干解调
信道
载波同步
已调信号含
有同步信息
+
载波恢复
相干解调
信道
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，称为外同步法。发送端不发送专门的同步信息，接收端设法从收到的信号中提取同步信息的方法，称为自同步法。
已调信号不
含同步信息
插入
载波/导频
+
载波恢复
相干解调
信道
AM
SSB
载波同步
已调信号
插入
载波/导频
+
载波恢复
相干解调
信道
同步本身虽然不包含所要传送的信息，但只有收发设备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。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。
载波同步---插入导频法
抑制载波的双边带信号（如DSB、等概的2PSK）本身不含有载波， 残留边带（VSB）信号虽含有载波分量，但很难从已调信号的频谱中把它分离出来。对这些信号的载波提取， 可以用插入导频法（外同步法）。尤其是单边带（SSB）信号， 它既没有载波分量又不能用直接法提取载波，只能用插入导频法
所谓插入导频，就是在已调信号频谱中额外插入一（多）个低功率的线谱，以便接收端作为载波同步信号加以恢复，此线谱对应的正弦波称为导频信号
插入的导频：位置、强度、与传输信号关系？
导频插入
在任意位置
（一般在
通带内）
载波同步---插入导频法
导频与信号
同时（频带）传输
互不干扰
导频线谱的强度
远大于信号谱，
以便于接收端滤波
或锁相跟踪
导频插在信号谱
的零点或与信号
正交传输，以保
证不干扰信号
在信号频带外，单独传输？
DSB 插入导频的方案之一
发送端：
已调信号
插入导频
DSB 插入导频的方案之一
接收端：
相干载波恢复
DSB 插入导频的方案讨论
讨论：
能否在插入同相导频
能否在带外插入导频
SSB怎么插入导频
相干解调后有直流分量
VSB 插入导频的方案之一
发送端：
VSB 插入导频的方案之一
接收端：
目标：利用f1、f2的和、差、倍关系得到fc
1
2
3
4
VSB 插入导频的方案之一
接收端：
f1、f2相乘滤波取差频
q次分频
1
2
q
VSB 插入导频的方案之一
接收端：
与f2相乘滤波取差频
移相电路调整相位得到相干载波
3
4
VSB 插入导频的方案讨论
1
2
3
4
f2-f1
fr+Df2
fC
通过调整△f2、△f1可得到整数倍的q
增大△f2或△f1有利于减少信号频谱对导频的干扰，但所需频带加宽。
直接提取载波
信号中含有载波分量，利用PLL或滤波器可直接提取载波。
信号经过非线性变换后含有“载波分量”
平方环提取载波
利用平方变换提取DSB 载波
DSB信号：
经过平方律器件：
二分频后产生180相位模糊问题
对模拟解调，相位模糊造成解调信号反向，影响不大
对数字信号解调，相位模糊影响较大，需要采取一定的措施
二倍频分量
利用同相正交变换提取DSB 载波
利用锁相环提取载波分量的另一种方法称为同相正交变换法。即压控振荡器输出分两路：同相信号，正交信号。通常称为同相正交或科斯塔斯（Costas）环法
利用同相正交变换提取DSB 载波
输入信号：
VCO输出：
q 很小时
反馈调整
最终q0
变换法提取载波
信号中不含有载波分量，可以将信号经过非线性变换后提取载波分量。
Costas环与平方环都是利用锁相环（PLL）提取载波的常用方法。Costas环与平方环相比，虽然在电路上要复杂一些， 但它的工作频率即为载波频率，而平方环的工作频率是载波频率的两倍，显然当载波频率很高时，工作频率较低的Costas环易于实现；其次，当环路正常锁定后，Costas环可直接获得解调输出，而平方环则没有这种功能。
数字通信中常使用多相移相信号，可以采用