插入导频法及其在相干接收中的应用

在载波遏止的单边带或双边带传输的方式中,如果把原始数据经过码型变换,变为双极性脉冲的基带信号,则基带信号具有图7.13(a)所示的新频谱,新频谱中没有直流分量,且低频能量减弱,在频率处为第一个零点。这样的基带信号经过低通滤波器,能阻止以上的频率,并让基带信号作为调制波进入平衡调幅器,将得到图7.13(b)所示的载波遏止的双边带信号。

图7.13 载波遏止的单边带或双边带传输的方式

在这种情况下,有可能在虚载频位置插入导频,如图7.14(a)所示,发送端的载波振荡相位频率ωc t经过90°相移,作为导频加入带通滤波器之后,载波和双边带一同从信道发送出去。如图7.13(b)所示,导频与双边带信号频谱成直角正交关系,这样安排是为了适应接收端解调的需要。这个导频和双边带合成的信号可写成

在接收端,信号u(t)经过带通滤波器后分开两路:一路进入解调器,另一路进入窄带滤波器把导频fc分离出来,分离出来的导频fc经过90°相移,恢复为原来的载波cosωc t,使得接收端载波与发送端的载波同步。也就是说,得到了解调所需的载波后,利用相干载波进行解调的结果为

图7.14 发送端插入导频和接收端分离导频框图(www.xing528.com)

解调出来的信号通过截止频率为的低通滤波器,获得需要的基带信号s(t),经过码型反变换和取样判决,最后恢复原始数据。

如果发送端插入的导频没有经过90°相移,导频就是a cosωc t,接收端选出这个导频后,经过解调将得

这意味着,插入导频在解调后会产生额外的直流分量a/2,这会影响基带信号s(t)。虽然低通滤波器可以采用隔直流办法来消除这额外的直流分量a/2,但s(t)仍会受到影响,其波形会发生畸变。

上述插入导频方法完全适用于载波遏止的单边带传输方式,如4 800 bit/s的数传机等。原始数据经过码型变换,由低通滤波器选取0 Hz至2 400 Hz的频带,进入平衡调幅器,对载波2 900 Hz进行调制,由带通滤波器选出500 Hz至2 900 Hz的下边带,这是载波遏止的单边带传输方式。导频2 900 Hz就加在单边带的带通滤波器之后,和单边带一同发送出去。

对于这种插入导频法,接收端可以考虑采用锁相环办法,以显著改善相干接收的质量。图7.14(c)是采用锁相环的方框图,可代替图7.14(b)所示的普通带通滤波器。这里锁相环的鉴相器可以作为解调器,因为两者实质上都是乘法器。压控振荡器的输出频率等于插入导频的频率,它们的相位保持固定差为90°,压控振荡器的输出频率就用作相干载波。这样,鉴相器输出就是相当于解调器输出信号,输出信号通过低通滤波器,就可恢复成基带信号。环路低通滤波器的带宽须取得足够窄,从而阻止解调输出信号对整个环路起作用。

载波同步即提取相干载波的问题。我们所讲述的载波同步主要指那些应用在单边带、双边带、残留边带传输方式和相干移相键控方式,接收端必须实现相干解调,即同步接收。实际上还有其他调制方式,如移频键控方式(采用非相干接收)及差分移相键控方式(依靠前后码元的比较来解调),这些调制方式都不需要在接收端提取相干载波。

不论接收是相干的或非相干的,在接收信号经过解调以后,信号还原回基带信号,但是它们还不是原来数据的矩形脉冲序列。那些不同调制的基带传输信号经过信道来到接收端后变得不像原来的数据脉冲,原因是它们都是频带受限制并包含噪声干扰和码间干扰的信号,波形是不理想的。因此,必须再经过取样判决和再生过程才能获得有用的、像原来数据一样的矩形脉冲序列。