fc
f2
f1 fC f m f1 f 2 fC f r f 2
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
f 1 fC f m f 1 f 2 fC f r f 2
接收信号
f1窄带滤 波/PLL
f2窄带滤 波/PLL
– 条件1：低通滤波器LF的带宽大于信号带宽 KP 截止角频率为Kp的 VP ( s ) K FM M ( s ) s KP 低通滤波器 – 条件2： K P / 2 B B为信号带宽
VP ( s ) K FM M ( s )
锁相环在通信系统中的应用
• 锁相环在通信系统中有很多应用，包括：高稳定FM 信号产生、FM鉴频、调幅信号的相干解调、倍频、 频率合成以及数字系统中的比特同步等等 • NFM信号的相干解调
vi(t)
鉴相器 PD
vD(t)
压控振荡 器VCO
环路低通 滤波器LF
vP(t)
vo(t)
PLL的主要性能指标， 主要取决于环路滤波 器的设计
压控振荡器
• 压控振荡器
自由振荡频率或 中心（角）频率 电压控制部分
(t ) 0 gv P (t )
(t)
(t ) 0 KV v P (t )
锁相环PLL由鉴相器、环路（低通滤波器）和 压控振荡器三个基本部件组成相位反馈控制系统 锁定、跟踪（同步带）、捕捉
锁相环基本原理
锁定、失锁、跟踪（同步带）、捕捉
v P (t )
f0
同步带 捕捉带
f
鉴相器
鉴相器完成输入信 号与压控振荡器之间 相位差到电压的转换
vo(t) -

e(t)
vi(t) vo(t)
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
H ( s) 1
e ( s )（ t ) o s0 ) i( ） s t(
i ( ss ) / s
i ( s) s s K P H ( s) e ( s) i ( s) （ t） t t 0 s KP i ( s ) / s 2 s e ( s ) lims i ( s) s 0 s K P
DSB 插入导频的方案讨论
讨论：
– 能否在插入同相导频 相干解调后 有直流分量
f 0 fC-fm fC fC+fm
DSB信号的导频插入
– 能否在带外插入导频
– SSB怎么插入导频
f 0 fC-fm fC fC+fm
DSB信号的导频插入
பைடு நூலகம்
VSB 插入导频的方案之一
发送端：
H(f)
f
1
fr
f
2
f1 fc-fm
i(s) o(s)

KP
H(S)
1/S
锁相环应用分析例
• 分析锁相环成为FM鉴频器的条件
VP ( s ) s o ( s ) sT ( s ) i ( s ) K P H ( s) K FM M ( s ) s K P H ( s)
i(s) o(s)

KP
H(S)
1/S
发送端：
m(t) 相乘 调制 带通 滤波
/ 2
相 输出 加 s(t)
f 0 fC-fm fC fC+fm
aC cos C t
~
DSBÐ Å º Å µ Ä µ ¼ Æ µ ² å È ë
s(t ) ac m(t ) cosc t ac sinc t
已调信号 插入导频
DSB 插入导频的方案之一
i(s) o(s)

KP
H(S)
1/S
锁相环的复频域模型
两种锁相环分析示例
( s) K P H ( s) T ( s) o i ( s) s K P H ( s)
e ( s) i ( s) o ( s)
s s K P H ( s)
i ( s)
vP(t)
0 (t ) 0 t KV v P ( )d 0 ( t ) KV v P ( )d
锁相环的环路方程
i (t ) o (t ) v D K D sin
i (t )
vi(t) vD(t)
VCO
v P (t ) v D (t ) h(t )
s o ( s ) K P o ( s ) i ( s )H ( s ) T ( s)
o ( s) K P H ( s) i ( s) s K P H ( s)
K P KV K D
不同的环路滤波器，可以求 出相位不同的传输函数，进 行分析，得到稳态相差、稳 定度等指标
接收端：
r(t)
带通 滤波
fc窄带滤 波/PLL
相乘 v(t) 低通 m(t) 器 滤波
/ 2
相干载波恢 复
v ( t ) r ( t ) cos c t s( t ) cos c t ac m( t ) cos2 c t ac cos c t si n c t ac ac ac m( t ) cos 2 c t si n2 c t 2 2 2
e ( s) 0
e ( s ) KP
只有相差 有频率差
两种锁相环分析示例
K H ( s) s K
e ( s)
s s K P H ( s)
s 0
（ t） t 0 i ( s ) / s
i ( s)
（ t） t
f2-f1
低通
fc窄带 /PLL
载波 输出
移相
1
q次 分频
3
4
2
VSB 插入导频的方案之一
f 1 fC f m f 1
接收端：
1
f 2 fC f r f 2
– f1、f2相乘滤波取差频 cos(2f1t 1 ) cos(2f 2 t 2 )
1 cos2 ( f r f 2 f m f 1 )t 2 1 2 f f 1 1 cos 2 ( f r f 2 )(1 m )t 2 1 2 f r f 2
鉴相器 PD
vD(t) vD(t)
vo(t) -

e(t)
v D f i (t ) 0 (t )
i ( t ) o ( t ) K D si n2 0 t i ( t ) o ( t ) K D si n
环路低通滤波器
• 环路滤波器的主要功能： – 滤除误差信号中的高频分量 – 为锁相环提供一个短时记忆，如果系统由于瞬时 噪声而失锁，可确保锁相环路迅速重新捕获信号。 • 环路滤波器的设计对环路的各项性能都有重要影响 – 稳态相差、跟踪时间、捕捉带宽、稳定性等。
t0
e ( s) lims
s
s K P H ( s)
i ( s)
i ( s ) / s 2
e ( s) 0 e ( s) 0
只有相差 有频率差
锁相环应用分析例
• 分析锁相环成为FM鉴频器的条件
v i ( t ) A cos c t K FM
插入的导频：位置、强度、 与传输信号关系？
载波同步---插入导频法
导频与信号 同时（频带）传输 互不干扰
导频插入 在任意位置 （一般在 通带内）
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
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
在信号频 带外，单 独传输？
DSB 插入导频的方案之一

m ( )d
vi(t)
i ( t ) K FM m ( )d i ( s ) K FM
1 M ( s) s
vD(t)
VCO
H(f) LF
vP(t) vo(t)
VP ( s ) s o ( s ) sT ( s ) i ( s ) K P H ( s) K FM M ( s ) s K P H ( s)
已调信号含 有同步信息

信道
载波恢复
相干解调
AM
载波同步
已调信号
插入 载波/导频

信道
载波恢复
相干解调
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。
R
1 Cs
1 Cs 1 RC s 1 RC
H ( s) 1
1 H ( s ) Cs K s K
R

两种锁相环分析示例
（t） t 0 i ( s ) / s （t） t t 0 i ( s ) / s
2
只有相差
有频率差
两种锁相环分析示例