載體恢復

載波恢復系統是用於估算和補償接收信號的載波波與接收器的局部振盪器之間的頻率和相位差的電路,以進行相干解調

QPSK載體恢復相誤差的示例,導致收到的符號星座X的固定旋轉偏移相對於預期的星座O。
QPSK載體恢復頻率誤差的示例,導致接收符號星座X相對於預期的星座,O。

在通信載體系統的發射機中,載波波由基帶信號調節。在接收器,基帶信息是從傳入的調製波形中提取的。

在理想的通信系統中,發射器和接收器的載體信號振盪器將在頻率和相位上完美匹配,從而允許對調製基帶信號的完美相干解調。

但是,發射器和接收器很少共享相同的載波振盪器。通信接收器系統通常獨立於傳輸系統,並以頻率和相位偏移和不穩定性包含其振盪器。多普勒偏移也可能導致移動射頻通信系統的頻率差異。

所有這些頻率和相位變化都必須使用接收信號中的信息估算,以重現或恢復接收器的載體信號並允許相干解調。

方法

對於安靜的載體或包含主要載體光譜線路的信號,可以在載體頻率相鎖環或兩者兼而有之的簡單帶通濾波器的載體恢復。

但是,許多調製方案使這種簡單的方法不切實際,因為大多數信號功率都致力於調製信息(在此處存在信息),而不是載體頻率。降低載體功率會提高發射機效率。在這些條件下,必須採用不同的方法來恢復載體。

非數據輔助

非數據輔助/“盲”載體恢復方法不依賴於調製符號的知識。它們通常用於簡單的載體恢復方案,或用作初始的粗大載體頻率恢復方法。閉環非數據輔助系統通常是最大的似然頻率誤差探測器。

乘過濾器偏移

在這種非數據輔助載體恢復的方法中,將非線性操作(頻率乘數)應用於調製信號,以在刪除調製後創建載波頻率的諧波(請參見下面的示例)。然後對載波諧波進行過濾,並分配頻率以恢復載體頻率。 (這可能是PLL。)多濾波器偏移是開環載體恢復的一個示例,因為收購時間通常比關閉 -循環同步器。

如果已知多濾波器偏移系統的循環偏移/延遲,則可以補償它以恢復正確的階段。實際上,應用此階段補償很複雜。

通常,調製訂單與產生乾淨的諧波所需的非線性操作員相匹配。

例如,考慮一個BPSK信號。我們可以恢復RF載波頻率, 通過平方:

這將在沒有相位調製的情況下以RF載體頻率的兩倍產生信號(Modulo 階段有效0調製)

對於QPSK信號,我們可以採用第四強度:

產生了兩個術語(加上DC組件)。適當的過濾器恢復此頻率。

科斯塔斯循環

可以使用適當訂單的Costas循環來實現載波頻率和相位恢復以及解調。 Costas循環是PLL的堂兄,它使用相干正交信號來測量相位誤差。此相誤差用於紀念循環的振盪器。一旦正確排列/恢復,正性信號也會成功解碼信號。 Costas循環載體恢復可用於任何M-ARY PSK調製方案。 Costas循環的固有缺點之一是在解調的輸出上存在360/m度相位的歧義。

決策指導

在載體恢復過程的開始時,可​​以在完整的載波恢復之前實現符號同步,因為可以在不了解載體相位或載體的較小頻率變化/偏移的情況下確定符號正時。在決策定向載體恢復中,符號解碼器的輸出被饋送到比較電路,並且解碼符號之間的相位差/誤差和接收信號用於紀念本地振盪器。決策指導的方法適用於小於符號率的頻率差異,因為比較是在符號速率或附近的符號上執行的。對於實現初始頻率採集,可能需要使用其他頻率恢復方法。

決策指導的載體恢復的一種常見形式始於正交相關器,產生了代表複雜平面中符號坐標的同相和正交信號。這一點應該對應於調製星座圖中的位置。使用弧形切線(或近似值)計算接收值和最近/解碼符號之間的相誤差。但是,弧形切線,只能計算0和0之間的相位校正 。大多數QAM星座也有相對稱。這兩個缺點都可以通過使用差分編碼來克服。

在低SNR條件下,符號解碼器會更頻繁地造成錯誤。專門使用矩形星座中的角符號或給它們更多的重量與較低的SNR符號減少了低SNR決策錯誤的影響。

也可以看看