11-1
《通信原理,第五十六讲
一,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；单边带（ SSB）信号，没有载波分量，对这些信号的载波提取，可以用插入导频法
（外同步法） 。
a) 在抑制载波的双边带信号中插入导频
采用插入导频法应注意,
1) 导频的频率应当是与载频有关的或者就是载频的频率；
2) 在已调信号频谱中的零点插入导频，且要求其附近的信号频谱分量尽量小。
对于模拟调制中的 DSB 或 SSB 信号，在载频
c
f 附近信号频谱为 0；但对于数字调制中的 2PSK 或 2DPSK 信号，在
c
f 附近的频谱不但有，而且比较大，因此对这样的信号，在调制以前先对基带信号进行相关编码，相关编码的作用是把如图 11-7（ a）所示的基带信号频谱函数变换成如图 11-7(b)所示的频谱函数，这样经过双边带调制以后可以在
c
f 处插入频率为
c
f 的导频。但应注意，在图 11-8
中插入的导频并不是加于调制器的那个载波，而是将该载波移相
0
90 后的所谓
“正交载波” 。
图 11-7 相关编码进行频谱变换
11-2
图 11-8 抑制载波双边带信号的导频插入
这样，就可组成插入导频的发端方框图 11-9。
图 11-9 插入导频法发端框图
设调制信号 m(t)中无直流分量，被调载波为 ta
c
ωsin,将它经 90°移相形成插入导频（正交载波） ta
c
ωcos?,其中 a 是插入导频的振幅。于是输出信号为
tattamtu
cc
ωω cossin)()(
0
= （ 11.2-17）
设收到的信号就是发端输出 )(
0
tu,则收端用一个中心频率为
c
f 的窄带滤波器提取导频 ta
c
ωcos?,再将它经 90°移相后得到与调制载波同频同相的相干载波 t
c
ωsin,收端的解调方框图如图 11-10 所示。
11-3
图 11-10 插入导频法收端框图
解调输出为
t
a
ttm
a
tm
a
ttattamttutv
cc
cccc
ωω
ωωωω
2sin
2
2cos)(
2
)(
2
sincossin)(sin)()(
2
0
=
=?=
（ 11.2-18）
经过低通滤除高频部分后，就可恢复调制信号 )(tm 。如果发端加入的导频不是正交载波，而是调制载波，则收端 v(t)中还有一个不需要的直流成份，这个直流成份通过低通滤波器对数字信号产生影响,这就是发端正交插入导频的原因。
2PSK 和 DSB 信号都属于抑制载波的双边带信号,所以上述插入导频方法对两者均适用。对于 SSB 信号，导频插入的原理也与上述相同。
b) 时域插入导频
这种方法在时分多址通信卫星中应用较多。 时域插入导频方法是按照一定的时间顺序,在指定的时间内发送载波标准,即把载波标准插到每帧的数字序列中，
如图 11-13（ a）所示。图中
32
~ tt 就是插入导频的时间。这种插入的结果只是在每帧的一小段时间内才出现载波标准，在接收端应用控制信号将载波标准取出。
时域插入导频法常用锁相环来提取同步载波。
11-4
图 11-13 时域插入导频法
二,载波同步系统的性能及相位误差对解调性能的影响
a) 载波同步系统的性能
载波同步系统的性能指标主要有效率,精度,同步建立时间和同步保持时间。
载波同步追求的是高效率、高精度、同步建立时间快，保持时间长。
1) 高效率 指为了获得载波信号而尽量少消耗发送功率。 直接法
由于不需要专门发送导频，因而效率高，而插入导频法由于插入导频要消耗一部分发送功率，因而效率要低一些。
2) 高精度 指接收端提取的载波与需要的载波标准比较,应该有
尽量小的相位误差。 如需要的同步载波为 t
c
ωcos, 提取的同步载波为
)cos(?ω?+t
c
, 就是载波相位误差。 通常 分为稳态相差
e
θ 和随机相差
σ 两部分，即
11-5
σθ? +=?
e
（ 11.3-1）
稳态相差与提取的电路密切相关，而随机相差则是由噪声引起。
3) 同步建立时间
s
t 指从开机或失步到同步所需要的时间。 显然
s
t 越小越好。
4) 同步保持时间
c
t 指同步建立后，若同步信号小时，系统还能
维持同步的时间。
c
t 越大越好。
这些指标与提取的电路、信号及噪声的情况有关。
b) 载波相位误差对解调性能的影响
相位误差 对不同信号的解调所带来的影响是不同的。我们首先研究 DSB
和 PSK 的解调情况。设 DSB 信号为 m(t) t
c
ωcos,所提取的相干载波为
)cos(?ω?+t
c
，这时解调输出 )(tm′ 为
=′ cos)(
2
1
)( tmtm （ 11.3-2）
若没有相位差，即 =0,cos =1，则解调输出 )(
2
1
)( tmtm =′,这时信号有最大幅度；若存在相位差，即 ≠ 0 时,cos 〈 1，解调后信号幅度下降，
使功率和信噪功率比下降
2
cos 倍。
对于 2PSK 信号，信噪功率比下降将使误码率增加。若 =0 时
)/(
2
1
0
nEerfcP
e
= （ 11.3-3）
则 ≠ 0 时
)cos/(
2
1
0
nEerfcP
e
= （ 11.3-4）
以上说明，载波相位误差 引起双边带解调系统的信噪比下降，误码率增加。当 近似为常数时，不会引起波形失真。
下面分析单边带信号。设单音基带信号 ttm?= cos)(,且单边带信号取上边带 t
c
)cos(
2
1
+ω,所提取的相干载波为 )cos(?ω?+t
c
，相干载波与已调信号相
11-6
乘得
t
c
)cos(
2
1
+ω )cos(?ω?+t
c
)]cos()2[cos(
4
1
ω+?+?+= ttt
c
经低通滤除高频即得解调输出
+==′ sinsin
4
1
coscos
4
1
)cos(
4
1
)( ttttm （ 11.3-5）
第一项与原基带信号相比，由于 cos 的存在，使信噪比下降了；而第二项是与原基带信号正交的项，它使恢复的基带信号波形失真，推广到多频信号时也将引起波形的失真。若用来通数字信号，波形失真会产生码间串扰，使误码率大大增加，因此应尽可能使 减小。
《通信原理,第五十六讲
一,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；单边带（ SSB）信号，没有载波分量，对这些信号的载波提取，可以用插入导频法
（外同步法） 。
a) 在抑制载波的双边带信号中插入导频
采用插入导频法应注意,
1) 导频的频率应当是与载频有关的或者就是载频的频率；
2) 在已调信号频谱中的零点插入导频，且要求其附近的信号频谱分量尽量小。
对于模拟调制中的 DSB 或 SSB 信号，在载频
c
f 附近信号频谱为 0；但对于数字调制中的 2PSK 或 2DPSK 信号，在
c
f 附近的频谱不但有，而且比较大，因此对这样的信号，在调制以前先对基带信号进行相关编码，相关编码的作用是把如图 11-7（ a）所示的基带信号频谱函数变换成如图 11-7(b)所示的频谱函数，这样经过双边带调制以后可以在
c
f 处插入频率为
c
f 的导频。但应注意，在图 11-8
中插入的导频并不是加于调制器的那个载波，而是将该载波移相
0
90 后的所谓
“正交载波” 。
图 11-7 相关编码进行频谱变换
11-2
图 11-8 抑制载波双边带信号的导频插入
这样，就可组成插入导频的发端方框图 11-9。
图 11-9 插入导频法发端框图
设调制信号 m(t)中无直流分量，被调载波为 ta
c
ωsin,将它经 90°移相形成插入导频（正交载波） ta
c
ωcos?,其中 a 是插入导频的振幅。于是输出信号为
tattamtu
cc
ωω cossin)()(
0
= （ 11.2-17）
设收到的信号就是发端输出 )(
0
tu,则收端用一个中心频率为
c
f 的窄带滤波器提取导频 ta
c
ωcos?,再将它经 90°移相后得到与调制载波同频同相的相干载波 t
c
ωsin,收端的解调方框图如图 11-10 所示。
11-3
图 11-10 插入导频法收端框图
解调输出为
t
a
ttm
a
tm
a
ttattamttutv
cc
cccc
ωω
ωωωω
2sin
2
2cos)(
2
)(
2
sincossin)(sin)()(
2
0
=
=?=
（ 11.2-18）
经过低通滤除高频部分后，就可恢复调制信号 )(tm 。如果发端加入的导频不是正交载波，而是调制载波，则收端 v(t)中还有一个不需要的直流成份，这个直流成份通过低通滤波器对数字信号产生影响,这就是发端正交插入导频的原因。
2PSK 和 DSB 信号都属于抑制载波的双边带信号,所以上述插入导频方法对两者均适用。对于 SSB 信号，导频插入的原理也与上述相同。
b) 时域插入导频
这种方法在时分多址通信卫星中应用较多。 时域插入导频方法是按照一定的时间顺序,在指定的时间内发送载波标准,即把载波标准插到每帧的数字序列中，
如图 11-13（ a）所示。图中
32
~ tt 就是插入导频的时间。这种插入的结果只是在每帧的一小段时间内才出现载波标准，在接收端应用控制信号将载波标准取出。
时域插入导频法常用锁相环来提取同步载波。
11-4
图 11-13 时域插入导频法
二,载波同步系统的性能及相位误差对解调性能的影响
a) 载波同步系统的性能
载波同步系统的性能指标主要有效率,精度,同步建立时间和同步保持时间。
载波同步追求的是高效率、高精度、同步建立时间快，保持时间长。
1) 高效率 指为了获得载波信号而尽量少消耗发送功率。 直接法
由于不需要专门发送导频，因而效率高，而插入导频法由于插入导频要消耗一部分发送功率，因而效率要低一些。
2) 高精度 指接收端提取的载波与需要的载波标准比较,应该有
尽量小的相位误差。 如需要的同步载波为 t
c
ωcos, 提取的同步载波为
)cos(?ω?+t
c
, 就是载波相位误差。 通常 分为稳态相差
e
θ 和随机相差
σ 两部分，即
11-5
σθ? +=?
e
（ 11.3-1）
稳态相差与提取的电路密切相关，而随机相差则是由噪声引起。
3) 同步建立时间
s
t 指从开机或失步到同步所需要的时间。 显然
s
t 越小越好。
4) 同步保持时间
c
t 指同步建立后，若同步信号小时，系统还能
维持同步的时间。
c
t 越大越好。
这些指标与提取的电路、信号及噪声的情况有关。
b) 载波相位误差对解调性能的影响
相位误差 对不同信号的解调所带来的影响是不同的。我们首先研究 DSB
和 PSK 的解调情况。设 DSB 信号为 m(t) t
c
ωcos,所提取的相干载波为
)cos(?ω?+t
c
，这时解调输出 )(tm′ 为
=′ cos)(
2
1
)( tmtm （ 11.3-2）
若没有相位差，即 =0,cos =1，则解调输出 )(
2
1
)( tmtm =′,这时信号有最大幅度；若存在相位差，即 ≠ 0 时,cos 〈 1，解调后信号幅度下降，
使功率和信噪功率比下降
2
cos 倍。
对于 2PSK 信号，信噪功率比下降将使误码率增加。若 =0 时
)/(
2
1
0
nEerfcP
e
= （ 11.3-3）
则 ≠ 0 时
)cos/(
2
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= （ 11.3-4）
以上说明，载波相位误差 引起双边带解调系统的信噪比下降，误码率增加。当 近似为常数时，不会引起波形失真。
下面分析单边带信号。设单音基带信号 ttm?= cos)(,且单边带信号取上边带 t
c
)cos(
2
1
+ω,所提取的相干载波为 )cos(?ω?+t
c
，相干载波与已调信号相
11-6
乘得
t
c
)cos(
2
1
+ω )cos(?ω?+t
c
)]cos()2[cos(
4
1
ω+?+?+= ttt
c
经低通滤除高频即得解调输出
+==′ sinsin
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coscos
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)( ttttm （ 11.3-5）
第一项与原基带信号相比，由于 cos 的存在，使信噪比下降了；而第二项是与原基带信号正交的项，它使恢复的基带信号波形失真，推广到多频信号时也将引起波形的失真。若用来通数字信号，波形失真会产生码间串扰，使误码率大大增加，因此应尽可能使 减小。
