Восстановление носителя

A система восстановления несущей - это схема, используемая для оценки и компенсации разностей частот и фаз между несущей <82 принимаемого сигнала>и гетеродин приемника для когерентной демодуляции.

Пример QPSK восстановления несущей фазовой ошибки, вызывающей фиксированное вращательное смещение созвездия принятого символа , X, относительно предполагаемого созвездия, O. Пример QPSK восстановление несущей ошибка частоты, вызывающая поворот принятого символа созвездие, X относительно предполагаемого созвездия, O.

В передатчике системы связи несущей несущая волна модулируется сигналом основной полосы. В приемнике информация основной полосы частот извлекается из входящего модулированного сигнала.

В идеальной системе связи генераторы несущего сигнала передатчика и приемника должны быть идеально согласованы по частоте и фазе, что обеспечивает идеальную когерентную демодуляцию модулированного сигнала основной полосы частот.

Однако передатчики и приемники редко используют один и тот же генератор несущей. Системы приемников связи обычно не зависят от передающих систем и содержат собственные генераторы с частотными и фазовыми сдвигами и нестабильностями. Доплеровский сдвиг может также способствовать разнице частот в мобильных радиочастотных системах связи.

Все эти изменения частоты и фазы должны оцениваться с использованием информации в принятом сигнале для воспроизведения или восстановления сигнала несущей в приемнике и обеспечения когерентной демодуляции.

• 1 Методы
  • 1.1 Без данных
    • 1.1.1 Умножение-фильтр-деление
    • 1.1.2 Цикл Костаса
  • 1.2 Ориентированный на принятие решения
• 2 См. Также
• 3 Примечания
• 4 Ссылки

Для тихой несущей или сигнала, содержащего доминирующую несущую спектральную линию, восстановление несущей может быть выполнено с помощью простого диапазона: пропускать фильтр на несущей частоте или с контуром фазовой автоподстройки частоты, или и тем, и другим.

Однако многие схемы модуляции делают этот простой подход непрактичным, поскольку большая часть сигнала посвящен модуляции - где присутствует информация - а не несущей частоте. Уменьшение мощности несущей приводит к повышению эффективности передатчика. Для восстановления носителя в этих условиях необходимо использовать разные методы.

Без данных

Способы восстановления несущей без данных / «слепого» восстановления не полагаются на какие-либо сведения о символах модуляции. Они обычно используются для простых схем восстановления несущей или в качестве начального метода грубого восстановления несущей частоты. Замкнутый контур системы без данных часто являются детекторами частотных ошибок максимального правдоподобия.

Умножение -filter-div

В этом методе восстановления несущей без поддержки данных к модулированному сигналу применяется нелинейная операция (умножитель частоты ) для создания гармоник несущей частоты с модуляция удалена (см. пример ниже). Гармоника несущей затем фильтруется полосовым фильтром и разделяется по частоте для восстановления несущей частоты. (За этим может следовать ФАПЧ.) Множественное разделение фильтров является примером восстановления несущей без обратной связи, которое предпочтительнее в пакетных транзакциях (тактовая частота пакетного режима и восстановление данных ), поскольку время сбора данных обычно короче, чем у синхронизаторов с обратной связью.

Если фазовый сдвиг / задержка системы умножения-разделения-фильтра известен, он может быть скомпенсирован для восстановления правильной фазы. На практике применение этой фазовой компенсации затруднительно.

В общем, порядок модуляции соответствует порядку нелинейного оператора, необходимого для создания гармоники чистой несущей.

В качестве примера рассмотрим сигнал BPSK. Мы можем восстановить несущую частоту RF, $\omega \; RF\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; omega\; \_\; \{RF\}\}$возведением в квадрат:

$VBPSK\; (t)\; =\; A\; (t)\; cos\; \; (\omega \; RF\; t\; +\; n\; \pi );\; n\; =\; 0,\; 1\; VBPSK\; 2\; (t)\; =\; A\; 2\; (t)\; cos\; 2\; \; (\omega \; RF\; t\; +\; n\; \pi )\; VBPSK\; 2\; (t)\; =\; A\; 2\; (t)\; 2\; [1\; +\; cos\; \; (2\; \omega \; RF\; t\; +\; п\; 2\; \pi )]\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; begin\; \{align\}\; V\_\; \{BPSK\}\; (t)\; \{\}\; =\; A\; (t)\; \backslash \; cos\; (\backslash \; omega\; \_\; \{RF\}\; t\; +\; n\; \backslash \; pi);\; n\; =\; 0,1\; \backslash \backslash \; V\_\; \{BPSK\}\; ^\; \{2\}\; (t)\; \{\}\; =\; A\; ^\; \{2\}\; (t)\; \backslash \; cos\; ^\; \{2\}\; (\backslash \; omega\; \_\; \{RF\}\; t\; +\; n\; \backslash \; pi)\; \backslash \backslash \; V\_\; \{BPSK\}\; ^\; \{2\}\; (t)\; \{\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{A\; ^\; \{2\}\; (t)\}\; \{2\}\}\; [1+\; \backslash \; cos\; (2\; \backslash \; omega\; \_\; \{RF\}\; t\; +\; n2\; \{\backslash \; pi\})]\; \backslash \; end\; \{align\}\}\}$

Создает сигнал с удвоенной несущей частотой RF без фазовой модуляции (по модулю $2\; \pi \; \{\backslash \; displaystyle\; 2\; \backslash \; pi\}$фаза фактически равна 0 модуляция)

Для сигнала QPSK мы можем взять четвертую степень:

$VQPSK\; (t)\; =\; A\; (t)\; cos\; \; (\omega \; RF\; t\; +\; n\; \pi \; 2);\; n\; =\; 0,\; 1,\; 2,\; 3\; VQPSK\; 4\; (t)\; =\; A\; 4\; (t)\; cos\; 4\; \; (\omega \; RF\; t\; +\; n\; \pi \; 2)\; VQPSK\; 4\; (t)\; =\; A\; 4\; (t)\; 8\; [3\; +\; 4\; cos\; \; (2\; \omega \; RF\; T\; +\; N\; \pi )\; +\; соз\; \; (4\; \omega \; RF\; t\; +\; n\; 2\; \pi )]\; \{\backslash \; displaystyle\; \{\backslash \; begin\; \{align\}\; V\_\; \{QPSK\}\; (t)\; \{\}\; =\; A\; (t)\; \backslash \; cos\; (\; \backslash \; omega\; \_\; \{RF\}\; t\; +\; n\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; pi\}\; \{2\}\});\; n\; =\; 0,1,2,3\; \backslash \backslash \; V\_\; \{QPSK\}\; ^\; \{4\}\; (t)\; \{\}\; =\; A\; ^\; \{4\}\; (t)\; \backslash \; cos\; ^\; \{4\}\; (\backslash \; omega\; \_\; \{RF\}\; t\; +\; n\; \{\backslash \; frac\; \{\backslash \; pi\}\; \{2\}\})\; \backslash \backslash \; V\_\; \{QPSK\}\; ^\; \{4\}\; (t)\; \{\}\; =\; \{\backslash \; frac\; \{A\; ^\; \{4\}\; (t)\}\; \{8\}\}\; [3\; +\; 4\; \backslash \; cos\; (2\; \backslash \; omega\; \_\; \{RF\}\; t\; +\; n\; \{\backslash \; pi\})\; +\; \backslash \; cos\; (4\; \backslash \; omega\; \_\; \{RF\; \}\; t\; +\; n2\; \backslash \; pi)]\; \backslash \; end\; \{align\}\}\}$

Создаются два термина (плюс компонент постоянного тока). Соответствующий фильтр около $4\; \omega \; R\; F\; \{\backslash \; displaystyle\; 4\; \backslash \; omega\; \_\; \{RF\}\}$восстанавливает эту частоту.

Петля Костаса

Восстановление несущей частоты и фазы, а также демодуляция могут быть выполнены с использованием петли Костаса соответствующего порядка. Петля Костаса является двоюродным братом ФАПЧ, которая использует когерентные квадратурные сигналы для измерения фазовой ошибки. Эта фазовая ошибка используется для дисциплины генератора контура. Квадратурные сигналы, после того как они правильно выровнены / восстановлены, также успешно демодулируют сигнал. Восстановление несущей контура Костаса может использоваться для любой схемы модуляции M-ary PSK. Одним из недостатков, присущих петле Костаса, является фазовая неоднозначность на 360 / M градусов на демодулированном выходе.

Направление принятия решения

В начале процесса восстановления несущей можно достичь синхронизации символов до полного восстановления несущей, поскольку синхронизация символа может быть определена без знания фазы несущей или несущей незначительное изменение / смещение частоты. При решающем восстановлении несущей выходной сигнал декодера символов подается на схему сравнения, а разность фаз / ошибка между декодированным символом и принятым сигналом используется для дисциплины гетеродина. Способы, ориентированные на принятие решений, подходят для синхронизации разностей частот, которые меньше скорости передачи символов, поскольку сравнения выполняются на символах со скоростью передачи или близкой к ней. Для достижения начального захвата частоты могут потребоваться другие методы восстановления частоты.

Обычная форма управляемого принятия решения восстановления несущей начинается с квадратурных фазовых корреляторов, генерирующих синфазные и квадратурные сигналы, представляющие координату символа в комплексной плоскости. Эта точка должна соответствовать положению на диаграмме сигнального созвездия модуляции. Фазовая ошибка между принятым значением и ближайшим / декодированным символом вычисляется с использованием арктангенса (или приближения). Однако по арктангенсу можно вычислить фазовую коррекцию только между 0 и $\pi \; /\; 2\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; pi\; /\; 2\}$. Большинство созвездий QAM также имеют фазовую симметрию $\pi \; /\; 2\; \{\backslash \; displaystyle\; \backslash \; pi\; /\; 2\}$. Оба эти недостатка удалось преодолеть за счет использования дифференциального кодирования.

. В условиях низкого отношения сигнал / шум декодер символов будет чаще делать ошибки. Использование исключительно угловых символов в прямоугольных созвездиях или придание им большего веса по сравнению с символами с более низким SNR снижает влияние ошибок принятия решения о низком SNR.

• Восстановление тактовой частоты
• Фазовый детектор

• Barry, John R.; Ли, Эдвард А.; Мессершмитт, Дэвид Г. (2003). Цифровая связь (3-е изд.). Springer. Стр. 727 –736. ISBN 0-7923-7548-3.
• Гибсон, Джерри Д. (2002). Справочник по коммуникациям (2-е изд.). CRC. стр. 19 –3–19–18. ISBN 0-8493-0967-0.
• Брегни, Стефано (2002). Синхронизация цифровых телекоммуникационных сетей. Вайли. стр. 3 –4. ISBN 0-471-61550-1.
• Фейгин, Джефф (январь 2002 г.). «Практическая конструкция петли Костаса» (PDF). RF Design. Группа электронного дизайна. Архивировано из оригинального (PDF) 11 февраля 2012 г. Проверено 1 мая 2008 г.
• Николозо, Стивен П. (июнь 1997 г.). «Исследование методов восстановления несущей для сигналов, модулированных PSK в CDMA и многопутевых мобильных средах» (PDF). Тезис. Политехнический институт Вирджинии и Государственный университет. Проверено 26 сентября 2020 г.