Återställning av operatören

Ett bärvågsåtervinningssystem är en krets som används för att uppskatta och kompensera för frekvens- och fasskillnader mellan en mottagen signals bärvåg och mottagarens lokala oscillator i syfte att koherent demodulering .

Exempel på QPSK- bärvågsåterställningsfas som orsakar en fast rotationsförskjutning av den mottagna symbolkonstellationen, X , i förhållande till den avsedda konstellationen, O.

Exempel på QPSK- bärvågsåterställningsfrekvensfel som orsakar rotation av den mottagna symbolkonstellationen , X , i förhållande till den avsedda konstellationen, O.

I sändaren i ett kommunikationsbärvågssystem moduleras en bärvåg av en basbandssignal . Vid mottagaren extraheras basbandsinformationen från den inkommande modulerade vågformen.

I ett idealiskt kommunikationssystem skulle bärvågssignaloscillatorerna för sändaren och mottagaren vara perfekt anpassade i frekvens och fas, och därigenom tillåta perfekt koherent demodulering av den modulerade basbandssignalen.

Men sändare och mottagare delar sällan samma bärvågsoscillator. Kommunikationsmottagarsystem är vanligtvis oberoende av sändningssystem och innehåller deras oscillatorer med frekvens- och fasförskjutningar och instabiliteter. Dopplerskifte kan också bidra till frekvensskillnader i mobila radiofrekvenskommunikationssystem .

Alla dessa frekvenser och fasvariationer måste uppskattas med användning av informationen i den mottagna signalen för att reproducera eller återskapa bärvågssignalen vid mottagaren och tillåta koherent demodulering.

Metoder

För en tyst bärvåg eller en signal som innehåller en dominant bärvågsspektrallinje kan bärvågsåtervinning åstadkommas med ett enkelt bandpassfilter vid bärvågsfrekvensen eller med en faslåst slinga, eller båda.

Men många moduleringsscheman gör detta enkla tillvägagångssätt opraktisk eftersom den mesta signaleffekten ägnas åt modulering – där informationen finns – och inte till bärvågsfrekvensen. Att minska bärareffekten resulterar i högre sändareffektivitet. Olika metoder måste användas för att återvinna bäraren under dessa förhållanden.

Icke-datastödd

Icke-datastödda/”blinda” bärvågsåterställningsmetoder förlitar sig inte på kunskap om moduleringssymbolerna. De används typiskt för enkla bärvågsåterställningsscheman eller som den initiala återvinningsmetoden för grov bärvågsfrekvens. Slutna system utan datastödda system är ofta feldetektorer för maximal sannolikhet för frekvens.

Multiplicera-filter-dela

I denna metod för icke-datastödd bärvågsåterställning, appliceras en icke-linjär operation ( frekvensmultiplikator ) på den modulerade signalen för att skapa övertoner av bärvågsfrekvensen med moduleringen borttagen (se exempel nedan) ^{[ ytterligare förklaring behövs ]} . Bärvågsövertonen bandpassfiltreras sedan och frekvensdelas för att återställa bärvågsfrekvensen. (Detta kan följas av en PLL.) Multiply-filter-divide är ett exempel på open-loop- bärvågsåterställning, som gynnas vid burst-transaktioner ( burst-lägesklocka och dataåterställning) eftersom inhämtningstiden vanligtvis är kortare än för nära- slingsynkronisatorer.

Om fasförskjutningen/fördröjningen av multipliceringsfilter-delningssystemet är känd, kan det kompenseras för att återställa den korrekta fasen. I praktiken är det komplicerat att tillämpa denna faskompensation.

I allmänhet matchar moduleringens ordning den olinjära operatorn som krävs för att producera en ren bäraröverton.

Som ett exempel, betrakta en BPSK- signal. Vi kan återställa RF-bärvågsfrekvensen, $\omega _{RF}$ att kvadrera:

{\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}}

Detta producerar en signal vid två gånger RF-bärvågsfrekvensen utan fasmodulering (modulo $2\pi$ fas är i praktiken 0 modulering)

För en QPSK-signal kan vi ta den fjärde styrkan:

{\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}}

Två termer (plus en DC-komponent) produceras. Ett lämpligt filter runt $4\omega _{RF}$ återställer denna frekvens.

Costas loop

Bärvågsfrekvensen och fasåterställningen, såväl som demodulering, kan åstadkommas med hjälp av en Costas-slinga av lämplig ordning. En Costas-loop är en kusin till PLL:n som använder koherenta kvadratursignaler för att mäta fasfel. Detta fasfel används för att disciplinera slingans oscillator. När väl de är korrekt inriktade/återställda demodulerar kvadratursignalerna också signalen framgångsrikt. Costas loopbärvågsåterställning kan användas för alla M-är PSK- moduleringsscheman. En av Costas Loops inneboende brister är en 360/M graders fastvetydighet som finns på den demodulerade utgången.

Beslutsstyrd

I början av bärvågsåterställningsprocessen är det möjligt att uppnå symbolsynkronisering före full bärvågsåterställning eftersom symboltid kan bestämmas utan kunskap om bärvågsfasen eller bärvågens mindre frekvensvariation/offset. Vid beslutsriktad bärvågsåterställning matas utsignalen från en symbolavkodare till en jämförelsekrets och fasskillnaden/felet mellan den avkodade symbolen och den mottagna signalen används för att disciplinera lokaloscillatorn. Beslutsstyrda metoder är lämpade för att synkronisera frekvensskillnader som är mindre än symbolhastigheten eftersom jämförelser utförs på symboler vid eller nära symbolhastigheten. Andra frekvensåtervinningsmetoder kan vara nödvändiga för att uppnå initial frekvensinsamling.

En vanlig form av beslutsstyrd bärvågsåterställning börjar med kvadraturfaskorrelatorer som producerar i-fas- och kvadratursignaler som representerar en symbolkoordinat i det komplexa planet . Denna punkt bör motsvara en plats i moduleringskonstellationsdiagrammet . Fasfelet mellan det mottagna värdet och närmaste/avkodade symbol beräknas med hjälp av bågtangens (eller en approximation). Dock kan bågtangens endast beräkna en faskorrigering mellan 0 och $\pi /2$ . De flesta QAM- konstellationer har också $\pi /2$ fassymmetri. Båda dessa brister kom att övervinnas genom att använda differentialkodning .

Vid låga SNR-förhållanden kommer symbolavkodaren att göra fel oftare. Att enbart använda hörnsymbolerna i rektangulära konstellationer eller ge dem mer vikt jämfört med lägre SNR-symboler minskar effekten av beslutsfel med låga SNR.

Se även

Anteckningar

Barry, John R.; Lee, Edward A.; Messerschmitt, David G. (2003). Digital kommunikation (3:e upplagan). Springer. s. 727 -736. ISBN 0-7923-7548-3 .
Gibson, Jerry D. (2002). The Communications Handbook (2:a upplagan). CRC. s. 19 –3 till 19–18. ISBN 0-8493-0967-0 .
Bregni, Stefano (2002). Synkronisering av digitala telenät . Wiley. s. 3 –4. ISBN 0-471-61550-1 .
Feigin, Jeff (januari 2002). "Praktisk Costas loop design" (PDF) . RF-design . Electronic Design Group. Arkiverad från originalet (PDF) 2012-02-11 . Hämtad 2008-05-01 .
Nicoloso, Steven P. (juni 1997). "En undersökning av tekniker för återställning av bärare för PSK-modulerade signaler i CDMA- och flervägsmobilmiljöer" ( PDF) . Avhandling . Virginia Polytechnic Institute och State University . Hämtad 2020-09-26 .
Steber, J. Mark (1984). PSK-demodulering: Del 1 . s. 8 –10.