Схемы подавления несущей

До настоящего времени предполагалось при обсуждении контуров ФАПЧ, что входящая несущая – это достаточно устойчивая синусоида с некоторой известной средней положительной энергией. В системе связи с фазовой модуляцией несущая частота будет переносить положительную энергию, если дисперсия фазы несущей, вследствие модуляции, меньше радиан. В этом случае говорят, что в системе имеется остаточная составляющая несущей. В то же время остаточная составляющая несущей является в некотором смысле бесполезно растрачиваемой энергией, поэтому большинство современных систем фазовой модуляции являются системами с подавлением несущей. Это означает, что не существует сигнала, составляющего основу для отслеживания с помощью простого контура ФАПЧ, показанного на рисунке 4.1.

Рассмотрим в качестве примера сигнал с модуляцией BPSK

(4.18)

где с равной вероятностью.

Выражение (18) есть передача с подавлением несущей, т.к. средняя энергия на частоте равна нулю. Для отслеживания и синхронизации фазы несущей последствия модуляции необходимо устранить. Это можно сделать путем возведения сигнала в квадрат:

(4.19)

Второй член в правой части уравнения (4.19) зависит от несущей ( от удвоенной частоты несущей) и может быть отслежен с помощью простого контура ФАПЧ, показанного на рисунке 4.1. Соответствующая схема показана на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2. Схема контура возведения в квадрат

Изучение уравнения (4.19) позволяет предсказать некоторые потенциальные проблемы такой схемы. Одна из них = это просто удвоение всех фазовых углов. Следовательно, фазовый шум и случайное смещение фазы также удваиваются, а дисперсия фазовой ошибки в 4 раза больше по сравнению с исходным сигналом. Этот удваивающийся угол нейтрализуется схемой деления на 2 на выходе ГУН и, следовательно, не влияет на точность выходного сигнала контура, используемого для демодуляции данных. Но эта большая внутренняя дисперсия приведет к тому, что контур ФАПЧ потребует для поддержания фазовой синхронизации на 6дБ большего отношения сигнал/шум, чем система с остаточной несущей. Кроме того, вследствие взаимной корреляции между шумом и сигналом в уравнении (4.19) теперь существует два эффективных члена шума, которые еще больше снизят отношение сигнал/шум по сравнению с исходным сигналом.

Вторая проблема, связанная с контурами подавления несущей – это ложная синхронизация. Взаимодействие информационного потока с нелинейностями схемы возведения в квадрат будет порождать боковые полосы в спектре, поступающем на вход детектора фазы. Эти боковые полосы могут содержать компоненты с устойчивыми частотами, которые могут быть захвачены контуром слежения. Если контур захватит такую частоту, может создаться впечатление, что он функционирует нормально, но выход ГУН будет смещен по частоте от истинной несущей. Так как фильтры контуров остаточных несущих содержат меньше нелинейных компонентов, ложная синхронизация не является для них серьезной проблемой.