載波同步又稱載波恢復（carrierrestoration），即在接收設備中產生一個和接收信號的載波同頻同相的本地振盪（localoscillation），供給解調器作相干解調用。當接收信號中包含離散的載頻分量時，在接收端需要從信號中分離出信號載波作為本地相干載波；這樣分離出的本地相干載波頻率必然與接收信號載波頻率相同，但為了使相位也相同，可能需要對分離出的載波相位作適當的調整。若接收信號中沒有離散載波分量，例如在2PSK信號中（“1” 和“0”以等機率出現時），則接收端需要用較複雜的方法從信號中提取載波。因此，在這些接收設備中需要有載波同步電路，以提供相干解調所需要的相干載波；相干載波必須與接收信號的載波嚴格地同頻同相。
基本介紹
- 中文名：載波同步
- 外文名：carrier restoration
- 學科：計算機學
- 方法：外同步法
1．插入導頻法,2．直接提取法,
實現載波同步的二種分類：
載波同步分為外同步法(插入導頻法)和自同步法(直接提取法)兩種。
1．插入導頻法
插入導頻法用在已調製的數位訊號中沒有載波分量以及雖然有載波分量，但難以分出載波的情況，如抑制載波的雙邊帶調製。插入導頻的方法有幾種，這裡只介紹頻域接入。
抑制載波雙邊帶調製和兩相數字調製信號的頻譜如圖1所示。在信號頻譜零點f0處，插入所需要的導頻f0，相位與被調製的載頻差90°。接收端提取這一導頻，相移90°後作為相干載波。
圖1 抑制載波雙邊帶信號的導頻插入
傳送端插入導頻和接收端提取導頻的方框圖由圖2給出。
圖2導頻的插入和提取
提取導頻用的窄帶濾波器用鎖相環代替，同步性能會有所改善。
2．直接提取法
直接提取載波的方法可分為兩類：(1)如果接收的已調信號中包含載波分量，則可用帶通濾波器或鎖相環直接提取；(2)若已調信號中沒有載波分量，例如抑制載波的雙邊帶信號及兩相數字調製信號等，就要對所有接收的已調信號進行非線性變換或採用特殊的鎖相環來提取相干載波。
第一種方法和圖2提取導頻的方法類似，只是用窄帶濾波器提取導頻後，不必經過相移，就可進行相干解調。
第二種情況有幾種提取載波的方法
（1）平方變換法和平方環法
設調製信號為，且無直流分量，則抑制載波雙邊帶信號為：
接收端將此信號進行平方變換：
上式第二項具有頻率分量，經過窄帶濾波器將濾出，再經二分頻，便可得到所需載波分量，如圖3所示。
圖3 平方變換法
由於二分頻用的是雙穩態觸發器，它們起始狀態常常是不確定的，因而所恢復的相干載波的初相也是隨機的，它可能和收到的載波同相，也可能反相，這就是所謂的“相位模糊”問題。對於相移鍵控(PSK)信號來說可以用差分碼的DPSK來解決這個問題，如表1所示。
表1 差分碼能清除絕對相移
鍵控“相位模糊”
鍵控“相位模糊”
原碼{an} | 01011101 | |||||||||
差分碼{bn} | 10010110 | 譯出反碼{} | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
{bn－1} | 01001011 | {} | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | |
{a’n=+bn－1} | 01011101 | {a’’n=bn+} | 1 | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | |
採用DPSK方式，在傳送端將原碼{an}經碼型變換，變為差分碼{bn}，再由差分碼{bn}對載波進行PSK調製。在接收端經相干檢測後，得到差分碼{bn}。再經碼型變換得原碼{an}。從表2.11可見，即使經相干解調後得到相位相反的{bn}，最終恢復{a’’n}={an}。從而解決了“相位模糊”的問題。
若用鎖相環代替圖2.37平方變換法中的窄帶濾波器提取載波，則為平方環法。由於鎖相環具有良好的跟蹤、窄帶濾波器和記憶性能，在提取載波中得到了廣泛的套用。不過，鎖相環中的壓控振盪器的頻率工作在2f0，當載頻很高時，實現2f0振盪有一定的困難。
（2）同相正交環法
如圖4所示，同相正交環法又稱科斯塔斯(Castas)環法，它的壓控振盪器(VCO)工作在f0頻率上。由於加在兩個乘法器相乘的本地載分別為VCO的輸出信號cos(ω0t+Δ)和它的正交信號sin(ω0t+Δ)，因此被稱為同相正交環。
圖4同相正交環法
類似的方法還有逆調製環法和判決反饋環法。逆調製環法提取載波環路和同相正交一樣也工作在載波頻率上；而判決反饋環法則工作在基帶頻率上，目前在數字微波中很受重視。以上這三種方法也都有“相位模糊”的問題。
