第一章 载波同步原理
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图1.6 残留边带信号形成滤波器的传输函数
那么提取出的载波也应该有相同的频偏和相偏，才能达到真正的相干解调。由图1.7可见，两导频信号经相乘器相乘后的输出应为
图1.7 残留边带信号形插入导频法收端方框图
滤波器输出差频信号为
（1-20）
式中：
，对进行q次分频后可得
（1-21）
式（1-21）中为分频输出的初始相位，它是一个常数。将与乘取差频，再通过中心频率为的窄带滤波器，就可得到
（1-22）
经移相电路的处理，就可以得到包含反映信道特性的频偏和相偏的载波。由分频次数的表示式看出，通过调整
和
可以得到整数的q，增大
或
有利于
相
减小信号频谱对导频的于扰，然而，这样需要加宽信道的带宽。因此，应根据实际情况正确选择
和
。
插入导频法提取载波要使用窄带滤波器，这个窄带滤波器也可以用锁相环来代
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载波提取电路的设计与实现
替，这是因为锁相环本身就是一个性能良好的窄带滤波器，因而使用锁相环后，载波提取的性能将有改善。 1.2.3 时域插入导频法
除了在频域插入导频的方法以外，还可以在时域插入导频以传送和提取同步载波。时域插入导频法中对被传输的数据信号和导频信号在时间上加以区别，具体分配情况如图1.8（a）所示。在每一帧中，除了包含一定数目的数字信息外，在的时隙中传送位同步信号，在送载波同步信号，而在
的时隙内传送帧同步信号，在
的时隙内传
时间内才传送数字信息。可以发现这种时域插入导频
方式，只是在每帧的一小段时间内才作为载频标准，其余时间是没有载频标准的。
图1.8时域插入导频法
在接收端用相应的控制信号将载频标准取出以形成解调用的同步载波。但是由于发送端发送的载波标准是不连续的，在一帧内只有很少一部分时间存在，因此如果用窄带滤波器取出这个间断的载波是不能应用的。对于这种时域插入导频方式的载波提取往往采用锁相环路，其方框图如图1.8（b）所示。在锁相环中，压控振荡器的自由振荡频率应尽量和载波标准频率相等，而且要有足够的频率稳定度，鉴相器每隔一帧时间与由门控信号取出的载波标准比较一次，并通过它去控制压控振荡器。当载频标准消失后，压控振荡器具有足够的同步保持时间，直到下一帧载波标准出现时再进行比较和调整。适当地设计锁相环路，就可以使恢复的同步载波的频率和相位的变化控制在允许的范围以内。
第一章 载波同步原理
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1.3 载波同步系统的性能指标
载波同步系统的主要性能主要包括：效率、精度、同步建立时间和同步保持时间。在以上四个性能指标中，对于效率的指标没有必要讨论，因为载波提取的方法本身就确定了效率的高低。因此，下面主要对其它三个指标作必要的讨论。 1.3.1 精度
精度是指提取的同步载波与载波标准比较，它们之间的相位误差大小。通常又习惯地将这种误差分为稳态相位误差和随机相位误差。 （1）稳态相位误差
当利用窄带滤波器提取载波时，假设所用的窄带滤波器为一个简单的单调谐回路，其Q值一定。那么，当回路的中心频率出的载波同步信号引起一稳态相差Δφ。若
与载波频率与
之差为
不相等时，就会使输，且
较小时，可得
(1-23)
由式（1-23）可见Q值越高，所引起的稳态相差越大。
当利用锁相环构成同步系统时，当锁相环压控振荡器输出与输入载波信号之间会存在频率差
时，它也会引起稳态相差。该稳态相差可以表示为
(1-24)
式中
为环路直流增益。只要使
足够大，
就可以足够小。同时观察式
都是
（1-23）和式（1-24）可以看到，无论采用何种方法进行载波同步的提取，产生稳态相位误差的重要因素。 （2）随机相位误差
从物理概念上讲，正弦波加上随机噪声以后，相位变化是随机的，它与噪声的性质和信噪功率比有关。经过分析当噪声为窄带高斯噪声时，随机相位功率比r之间的关系式为
(1-25)
显然，信噪功率比越大随机相位误差越小。
如果用窄带滤波器提取载波，设噪声为高斯白噪声，其单边功率谱密度为，
与信噪
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载波提取电路的设计与实现
为滤波器的等效噪声带宽，如果窄带滤波器用的是简单谐振电路，则
(1-26)
为谐振电路的谐振频率，由此得信噪功率比为
(1-27)
将式（1-27）带入式（1-25）可以得到
(1-28)
由式（28）可见，滤波器的Q值越高，随机相位误差越小。但从式（1-23）又可看出，Q值越高，稳态相位误差越大。可见，在用这种窄带滤波器提取载波时，稳态相位误差和随机相位误差对其Q值的要求是相互矛盾的。 1.3.2 同步建立时间和保持时间
当窄带滤波器采用单谐振电路时，假设信号在t = 0时刻加到单谐振电路上，则回路两端输出电压为
(1-29)
在实际应用中，通常把同步建立的时间确定为u（t）的幅度达到U一定百分比k即可。这样，u(t)达到kU的时间被定义为同步建立时间，可以求得
(1-30)
在当同步建立以后，如果信号突然消失，（例如时域插入导频法，或者信号出现短时间的衰落），同步载波应能保持一定时间，保持时间tc可以按振幅下降到kU来计算。信号消失，回路两端电压为
(1-31)
利用式（1-31），可以求出
(1-32)
通常令k = 1/e，此时可求得
第一章 载波同步原理
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(1-33)
从式（1-33）可以看到，要使建立时间变短，Q值需要减小；要延长保持时间，Q值要求增大，因此这两个参数对Q值的要求是矛盾的。
1.4 两种载波同步方法的比较
直接法的优缺点主要表现在以下几方面：
(1) 不占用导频功率．因此信噪功率比可以大一些；
(2) 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互相干扰，也可以
防止信道不理想引起导频相位的误差； (3) 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主要表现在以下几方面：
(1) 有单独的导频信号，一方面可以提取同步载波，另一方面可以利用它作为自动
增益控制；
(2) 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；
(3) 插入导领法要多消耗一部分不带信息的功率。因此，与直接法比较，在总功率
相同条件下实际信噪功率比要小一些。