Восстановление носителя - Carrier recovery

А восстановление носителя система - это схема используется для оценки и компенсации разностей частот и фаз между принимаемыми сигналами. несущая волна и гетеродин приемника для когерентного демодуляция.

Пример QPSK восстановление носителя фазовая ошибка вызывая фиксированное вращательное смещение полученного символа созвездие, X, относительно предполагаемого созвездия, O.

Пример QPSK восстановление носителя ошибка частоты вызывая вращение полученного символа созвездие, X, относительно предполагаемого созвездия, O.

В передатчике связи несущая система несущая волна модулируется основная полоса сигнал. В приемнике информация основной полосы частот извлекается из входящего модулированного сигнала.

В идеальной системе связи несущий сигнал генераторы передатчика и приемника будут идеально согласованы по частоте и фазе, что обеспечит 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 со сдвигами частоты и фазы и нестабильностями. Доплеровский сдвиг также может способствовать разнице частот в мобильных радиочастота системы связи.

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

Методы

Для тихого носителя или сигнала, содержащего доминирующий носитель спектральная линия восстановление несущей может быть выполнено с помощью простого полосового фильтра на несущая частота или с ФАПЧ, или оба.^[1]

Однако многие схемы модуляции делают этот простой подход непрактичным, потому что большая часть мощности сигнала направляется на модуляцию - где присутствует информация - а не на несущую частоту. Уменьшение мощности несущей приводит к повышению эффективности передатчика. Для восстановления носителя в этих условиях необходимо использовать разные методы.

Без данных

Способы «слепого» восстановления несущей без использования данных не полагаются на какие-либо сведения о символах модуляции. Обычно они используются для простых схем восстановления несущей или в качестве начального метода грубого восстановления несущей частоты.^[2] Замкнутый цикл Системы без данных часто являются детекторами частотных ошибок максимального правдоподобия.^[2]

Умножить-фильтр-разделить

В этом методе восстановления несущей без данных используется нелинейная операция (умножитель частоты ) применяется к модулированному сигналу для создания гармоник несущей частоты с удаленной модуляцией (см. пример ниже)^{[требуется дальнейшее объяснение ]}. Тогда несущая гармоника полосовой фильтр и частота делится для восстановления несущей частоты. (За этим может следовать ФАПЧ.) Умножение-разделение-фильтр является примером открытый цикл восстановление оператора связи, которое используется в пакетных транзакциях (часы пакетного режима и восстановление данных ), поскольку время сбора данных обычно короче, чем у синхронизаторов с обратной связью.

Если фазовый сдвиг / задержка системы с несколькими фильтрами и разделением известны, они могут быть скомпенсированы для восстановления правильной фазы. На практике применить эту фазовую компенсацию сложно.^[3]

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

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

${\displaystyle {\begin{aligned}V_{BPSK}(t)&{}=A(t)\cos(\omega _{RF}t+n\pi );n=0,1\\V_{BPSK}^{2}(t)&{}=A^{2}(t)\cos ^{2}(\omega _{RF}t+n\pi )\\V_{BPSK}^{2}(t)&{}={\frac {A^{2}(t)}{2}}[1+\cos(2\omega _{RF}t+n2{\pi })]\end{aligned}}}$

Это дает сигнал на удвоенной несущей частоте RF без фазовой модуляции (по модулю ${\displaystyle 2\pi }$ фаза фактически 0 модуляция)

Для сигнала QPSK мы можем взять четвертую степень:

${\displaystyle {\begin{aligned}V_{QPSK}(t)&{}=A(t)\cos(\omega _{RF}t+n{\frac {\pi }{2}});n=0,1,2,3\\V_{QPSK}^{4}(t)&{}=A^{4}(t)\cos ^{4}(\omega _{RF}t+n{\frac {\pi }{2}})\\V_{QPSK}^{4}(t)&{}={\frac {A^{4}(t)}{8}}[3+4\cos(2\omega _{RF}t+n{\pi })+\cos(4\omega _{RF}t+n2\pi )]\end{aligned}}}$

Производятся два члена (плюс компонент постоянного тока). Соответствующий фильтр вокруг ${\displaystyle 4\omega _{RF}}$ восстанавливает эту частоту.

Петля Костаса

Восстановление несущей частоты и фазы, а также демодуляция могут быть выполнены с использованием Петля Костаса соответствующего порядка.^[4] 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 петли Костаса может использоваться для любого M-арного PSK схема модуляции.^[4] Одним из недостатков, присущих петле Костаса, является фазовая неоднозначность на 360 / M градусов на демодулированном выходе.

Направленный на решение

В начале процесса восстановления несущей можно достичь синхронизации символов до полного восстановления несущей, поскольку синхронизация символа может быть определена без знания фазы несущей или незначительного изменения / смещения частоты несущей.^[5] При решающем восстановлении несущей выходной сигнал декодера символов подается в схему сравнения, а разность фаз / ошибка между декодированным символом и принятым сигналом используется для дисциплины гетеродина. Способы, направленные на принятие решения, подходят для синхронизации разностей частот, которые меньше скорости передачи символов, потому что сравнения выполняются для символов со скоростью передачи или близкой к ней. Для достижения начального захвата частоты могут потребоваться другие методы восстановления частоты.

Обычная форма управляемого решения восстановления несущей начинается с квадратурных фазовых корреляторов, генерирующих синфазные и квадратурные сигналы, представляющие координату символа в комплексная плоскость. Эта точка должна соответствовать местоположению в модуляции диаграмма созвездия. Фазовая ошибка между полученным значением и ближайшим / декодированным символом вычисляется с использованием арктангенс (или приближение). Однако по арктангенсу можно вычислить поправку фазы только между 0 и ${\displaystyle \pi /2}$. Наиболее QAM созвездия также имеют ${\displaystyle \pi /2}$ фазовая симметрия. Оба эти недостатка удалось преодолеть за счет использования дифференциальное кодирование.^[2]

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.

Смотрите также

• Восстановление часов
• Фазовый детектор

Примечания

1. Брегни 2002
2. Гибсон 2002
3. Фейгин 2002
4. Николозо 1997
5. Барри 2003

Рекомендации

• Барри, Джон Р .; Ли, Эдвард А .; Мессершмитт, Дэвид Г. (2003). Цифровые коммуникации (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 От –3 до 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 дизайн. Группа электронного дизайна. Архивировано из оригинал (PDF) на 2012-02-11. Получено 2008-05-01.
• Николозо, Стивен П. (июнь 1997 г.). «Исследование методов восстановления несущей для сигналов, модулированных PSK в CDMA и многолучевых мобильных средах» (PDF). Тезис. Политехнический институт Вирджинии и государственный университет. Получено 2020-09-26.