[科普中国]-载波恢复

载波恢复的概念

载波恢复（carrier recovery）是指载波的恢复，从已调信号中恢复原载波的过程。

接收信号的解调有相干解调和非相干解调，相干解调需要在接收端恢复出载波，要求这个相干载波要与接收到的信号中的被调制载波同频同相，才能在解调中进行相干解调。相干载波的恢复是相干解调的先决条件。在接收端恢复出与被调制载波同频同相载波就是所谓载波同步问题。

载波恢复的方法一般有两种：一类是在发送端发送数字信号序列的同时也发送载波或与它有关的导频信号，在接收端可用窄带滤波器或锁相环直接提取载波；一种是接收信号为抑制载波的已调信号，通过对数字信号进行非线性变换或采用特殊的锁相环来获得相干载波。

用特殊的锁相环来获得载波恢复按其信号所述频段范围可划分为两大类：一类为中频处理方式；另一类是基带处理方式。中频处理方式有倍频环、逆调制和再生调制环。60年代末至70年代中期产生和发展了倍频环，70年代初至中期逆调制环和再生调制环甚为流行。70年代后期开始，同步解调的研究多转向基带处理方式，有利于高速化通用化集成化，且高效调制信号矢量点变多，直接对键控点信号进行非线性处理较复杂，因为采用基带处理方式。

在设计相干载波提取电路时，要考虑可实现和经济性，要求伪锁少，还要考虑干扰及多径失真条件下的相位抖动性能。1

载波恢复的基本原理非线性变换——滤波法接收的抑制载波的双边带已调信号一般可表示为：

式中，是携带数字信息的信号幅度，是载波相位，是加性噪音。对PAM信号，若幅度电平对零点是对称的，则在接收信号中没有载波分量。对相移键控信号MPSK，在信号流0、1随机等概条件下都是抑制载波的。相移键控的载波相位只能取有限的几个离散值，于是就包含了参考载波的相位信息，要用非线性处理去掉相位信息并产生于载波有一定关系的分类，恢复出同步解调所需要的参考相位载波。噪音电平决定产生载波估值的质量因数，然而在所述的载波恢复方法中，噪音项是不重要的，因此在下述讨论中忽略噪音的存在。

对M相相移键控信号MPSK，可采用M次方环，M次方环的方框示意图示于图4.1。例如2PSK信号只有0、π两种调制相位，采用平方环可以把信号中的相移键控倍增为2π，从而可消除或可大大抑制调制相位变化，平方环（或称倍频环）所用平方律器件的输出是

上式中的第二项包含了的谱线，可以滤波器选出此频率分量送至鉴相器，如果压控振荡器VCO送给鉴相器的信号为

式中是的估值，有令A=1，则鉴相器输出为

对于MPSK的M相相移键控信号则应采用M次方环，但所得载波有M个相位模糊不确定性。倍频环电路较易实现，成本低。

同相——正交环同相——正交环又称科斯塔（costas）环，这种环路中，压控振荡器VCO输出互相正交的载波与接收中频信号S(t)鉴相后，经低通滤波器得到基带误差信号，此基带信号还包含码元信息，需将基带误差信号通过乘法器相乘，去掉码元信息，才能用来控制VCO。

设输入已调信号为2PSK信号

VCO输出的互相正交的两个信号分别为和则同相鉴相器的输出为

从4PSK信号中恢复载波的科斯塔环，要求产生4种不同相位的参考载波，实现起来较复杂，且准确的产生4种相位载波是困难的，因为这种电路实际上不被采用。2