Odzyskiwanie przewoźnika - Carrier recovery

System odzyskiwania nośnej to układ używany do szacowania i kompensowania różnic częstotliwości i fazy między falą nośną odbieranego sygnału a lokalnym oscylatorem odbiornika w celu spójnej demodulacji .

W nadajniku systemu nośnej komunikacji fala nośna jest modulowana przez sygnał pasma podstawowego . W odbiorniku informacja o paśmie podstawowym jest wydobywana z przychodzącego zmodulowanego kształtu fali.

W idealnym systemie komunikacyjnym, oscylatory sygnału nośnego nadajnika i odbiornika byłyby idealnie dopasowane pod względem częstotliwości i fazy, umożliwiając w ten sposób doskonałą koherentną demodulację modulowanego sygnału pasma podstawowego.

Jednak nadajniki i odbiorniki rzadko dzielą ten sam oscylator nośny. Systemy odbiorcze komunikacji są zwykle niezależne od systemów nadawczych i zawierają własne oscylatory z przesunięciami częstotliwości i fazy oraz niestabilnościami. Przesunięcie Dopplera może również przyczyniać się do różnic częstotliwości w mobilnych systemach komunikacji radiowej .

Wszystkie te zmiany częstotliwości i fazy muszą być oszacowane z wykorzystaniem informacji w odebranym sygnale w celu odtworzenia lub odzyskania sygnału nośnego w odbiorniku i umożliwienia spójnej demodulacji.

Metody

W przypadku cichej nośnej lub sygnału zawierającego dominującą linię widmową nośnej, odzyskiwanie nośnej można osiągnąć za pomocą prostego filtru pasmowoprzepustowego na częstotliwości nośnej lub za pomocą pętli synchronizacji fazy , lub obu.

Jednak wiele schematów modulacji sprawia, że ​​to proste podejście jest niepraktyczne, ponieważ większość mocy sygnału jest poświęcona modulacji – gdzie informacje są obecne – a nie częstotliwości nośnej. Zmniejszenie mocy nośnej skutkuje większą wydajnością nadajnika. Aby odzyskać nośnik w tych warunkach, należy zastosować różne metody.

Niewspomagane danymi

Metody odzyskiwania nośnych bez wspomagania danymi/"ślepe" nie opierają się na żadnej znajomości symboli modulacji. Są one zwykle używane do prostych schematów odzyskiwania nośnej lub jako początkowa metoda odzyskiwania częstotliwości nośnej zgrubnej. Systemy z zamkniętą pętlą bez wspomagania danymi są często detektorami błędów o maksymalnej częstotliwości.

Pomnóż-filtr-podziel

W tej metodzie odzyskiwania nośnej bez wspomagania danymi operacja nieliniowa ( mnożnik częstotliwości ) jest stosowana do zmodulowanego sygnału w celu wytworzenia harmonicznych częstotliwości nośnej z usuniętą modulacją (patrz przykład poniżej). Harmoniczna nośna jest następnie filtrowana pasmowo i dzielona częstotliwościowo w celu odzyskania częstotliwości nośnej. (Może to nastąpić po PLL.) Multiply-filter-divide jest przykładem odzyskiwania nośnej w pętli otwartej , które jest preferowane w transakcjach seryjnych (zegar w trybie burst i odzyskiwanie danych ), ponieważ czas pozyskiwania jest zwykle krótszy niż w przypadku synchronizatory pętli.

Jeżeli znane jest przesunięcie fazowe/opóźnienie w systemie z wieloma filtrami i podziałem, można je skompensować, aby przywrócić prawidłową fazę. W praktyce zastosowanie tej kompensacji fazowej jest trudne.

Ogólnie rzecz biorąc, kolejność modulacji odpowiada kolejności operatora nieliniowego wymaganego do wytworzenia czystej harmonicznej nośnej.

Jako przykład rozważ sygnał BPSK . Możemy odzyskać częstotliwość nośną RF, podnosząc do kwadratu: ${\ Displaystyle \ omega _ {RF}}$

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

Daje to sygnał o podwójnej częstotliwości nośnej RF bez modulacji fazy ( faza modulo jest efektywnie modulacją 0) ${\displaystyle 2\pi}$

Dla sygnału QPSK możemy przyjąć czwartą potęgę:

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

Tworzone są dwa terminy (plus składnik DC). Odpowiedni filtr wokół odzyskuje tę częstotliwość. ${\ Displaystyle 4 \ omega _ {RF}}$

Pętla Costas

Odzyskiwanie częstotliwości nośnej i fazy, a także demodulację można osiągnąć za pomocą pętli Costasa odpowiedniej kolejności. Pętla Costasa jest kuzynem PLL, który wykorzystuje spójne sygnały kwadraturowe do pomiaru błędu fazy. Ten błąd fazy jest używany do dyscyplinowania oscylatora pętli. Sygnały kwadraturowe, po odpowiednim wyrównaniu/odzyskaniu, również skutecznie demodulują sygnał. Odzyskiwanie nośnej pętli Costasa może być stosowane dla dowolnego schematu modulacji M-ary PSK . Jedną z nieodłącznych wad pętli Costasa jest niejednoznaczność fazy 360/M na demodulowanym wyjściu.

Ukierunkowany na decyzję

Na początku procesu przywracania nośnej możliwe jest osiągnięcie synchronizacji symbolu przed pełnym przywróceniem nośnej, ponieważ taktowanie symbolu może być określone bez wiedzy o fazie nośnej lub małej zmienności/przesunięciu częstotliwości nośnej. W ukierunkowanym na decyzje odzyskiwaniu nośnej sygnał wyjściowy dekodera symboli jest podawany do obwodu porównawczego, a różnica faz/błąd między zdekodowanym symbolem a odebranym sygnałem jest wykorzystywana do dyscyplinowania lokalnego oscylatora. Metody ukierunkowane na decyzje są odpowiednie do synchronizowania różnic częstotliwości, które są mniejsze niż szybkość transmisji symboli, ponieważ porównania są przeprowadzane na symbolach przy lub w pobliżu szybkości transmisji symboli. Aby uzyskać początkową akwizycję częstotliwości, konieczne mogą być inne metody odzyskiwania częstotliwości.

Powszechna forma ukierunkowanego na decyzje odzyskiwania nośnej rozpoczyna się od korelatorów fazy kwadraturowej wytwarzających sygnały w fazie i sygnały kwadraturowe reprezentujące współrzędną symbolu na płaszczyźnie zespolonej . Ten punkt powinien odpowiadać lokalizacji na diagramie konstelacji modulacji . Błąd fazy między otrzymaną wartością a najbliższym/zdekodowanym symbolem jest obliczany za pomocą tangensa łuku (lub przybliżenia). Jednak arcus tangens może obliczyć korekcję fazy tylko w zakresie od 0 do . Większość konstelacji QAM ma również symetrię fazową. Oba te niedociągnięcia zostały przezwyciężone przez zastosowanie kodowania różnicowego . ${\ Displaystyle \ pi /2}$${\ Displaystyle \ pi /2}$

W warunkach niskiego SNR dekoder symboli będzie częściej popełniał błędy. Wyłącznie użycie symboli narożnych w konstelacjach prostokątnych lub nadanie im większej wagi w porównaniu z symbolami o niższym SNR zmniejsza wpływ błędów decyzyjnych o niskim SNR.

Zobacz też

• Odzyskiwanie zegara
• Detektor fazy

Uwagi

Bibliografia

• Barry, John R.; Lee, Edward A.; Messerschmitt, David G. (2003). Komunikacja cyfrowa (3rd ed.). Skoczek. s.  727 -736. Numer ISBN 0-7923-7548-3.
• Gibson, Jerry D. (2002). Podręcznik komunikacji (wyd. 2). CRC. str.  19 3 do 19-18. Numer ISBN 0-8493-0967-0.
• Bregni, Stefano (2002). Synchronizacja cyfrowych sieci telekomunikacyjnych . Wileya. s.  3–4 . Numer ISBN 0-471-61550-1.
• Feigin, Jeff (styczeń 2002). „Praktyczny projekt pętli Costasa” (PDF) . Projektowanie RF . Grupa Projektowania Elektronicznego. Zarchiwizowane z oryginału (PDF) dnia 2012-02-11 . Pobrano 2008-05-01 .
• Nicoloso, Steven P. (czerwiec 1997). „Badanie technik odzyskiwania nośnej sygnałów modulowanych PSK w środowiskach mobilnych CDMA i wielościeżkowych” (PDF) . Teza . Instytut Politechniczny Wirginii i Uniwersytet Stanowy . Źródło 2020-09-26 .
• Steber, J. Mark (1984). Demodulacja PSK: Część 1 . s.  8 -10.