锁相技术第八章　数字通信中的锁相同步环路.ppt

第一节　载 波 同 步一、平方环　　接收信号本身虽然没有载波的频谱分量, 但其中含有载频的信息, 只要经过非线性变换即可产生载波的倍频分量, 例如BPSK信号 ui(t)=Uim(t) sin［ωot+θ1(t)］ (8-1)式中Ui为未调载波振幅, m(t)为信号调制, 当m(t)不包含直流分量时, ui(t)中就不含有载频ωo的频谱分量。 　　当ui(t)与噪声n(t)同时进入接收机之后, 只要经过平方律的非线性变换, 即可产生2ωo的频谱分量, 即　　 ［ui(t)+n(t)］2=U2im2(t) sin2［ωo(t)+θ1(t)］　　 +2Uim(t)sin［ωot+θ1(t)］n(t)+n2(t)　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(8-2)式中第一项展开即可得到2ωo的分量。应用锁相环路提取出这个2ωo 成分, 再经二分频即可获得BPSK信号的相干载波成分ωo。由此即可构成提取BPSK信号相干载波的平方环, 如图8-1所示。 图8-1　平方环 　　设输入带通滤波器的带宽Bi足够宽, 可以不失真地传输原始数据信号m(t), 而Bi与中心频率ωo相比又小得多, 故输出n(t)为带限白高斯噪声, 可表示为　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (8-3)式中 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (8-4) 　　将此代入(8-2)式, 经2ωo带通滤波器提取出2ωo附近的成分, 得输出信号为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(8-5) 它与压控振荡器输出电压 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(8-6)相乘, 经环路滤波器滤除4ωo的分量, 得到误差电压 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(8-7)式中 其中Km为相乘器的系数; 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(8-8)为等效噪声电压。 　　据此可建立环路方程 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(8-9)式中Ko是VCO的灵敏度, F(p)是LF的传输算子, 相应的等效模型如图8-2所示。图中等效鉴相器特性它仍是一个正弦鉴相器, 只是周期不是2π, 而是π。 图8-2　平方环的等效模型 　　经过线性近似, 即当θe(t)比较小时则方程(8-9)式简化为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(8-10) 图8-3　平方环线性化噪声相位模型 　　利用这个模型, 可在已知输入信号功率Ps、输入噪声单边功率谱密度No等条件下, 求得环路的输出相位噪声方差 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(8-11) 二、同相-正交环　　图8-4同相-正交环中, 除VCO和LF之外的所有部分的作用是, 在接收信号 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (8-12)和VCO输出信号 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 (8-13) 　　共同作用之下, 产生一个误差电压ud(t), 所以它完全等效为一个鉴相器。不难证明, 误差电压 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(8-14)式中 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(8-15) 是这个等效鉴相器的灵敏度; 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(8-16)是等效噪声电压。 　　　　　第二节　码 位 同 步一、非线性变换-滤波法　　归零码中含有码元速率的频谱谱线, 可以用锁相环路直接提取位同步信号。归零码所需的带宽约为非归零码的一倍, 因此更为常用的数据信号是非归零码。因为非归零码中没有码元速率的谱线, 码元同步的提取需先对码序列进行非线性变换,恢复其位信号之后才能用锁相环路来提取, 方法如图8-5所示。 图8-5　非归零码的位同步 二、同相-中相位同步环　　与同作载波同步的同相-正交环相类比, 可以构成用于位同步的同相-中相环,　如图8-6 所示。 图8-6　同相-中相位同步环 　　设输入信号为　　　　　　　　　x(t)=m(t－τ)　　　　　　　　　(8-17)式中，τ是传输时延。这里为便于说明工作原理, x(t)中未考虑噪声。　　环路实现跟踪之后, 获得对传输时延τ的估值　　 VCO的定时脉冲T1(t)=B(t－　 ), T2(t)=　　　　　　 式中T为码元宽度。 　　同相积分区间为 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　(8-18)