7- 13 數(shù)字通信-載頻偏差與載波頻率同步

數(shù)字通信(第十四講)載頻偏差與載波頻率同步2010-11

1Blockdiagramofthecommunicationsystem發(fā)射信號(hào)被調(diào)制倒載頻上，載頻信號(hào)由發(fā)射機(jī)產(chǎn)生2接收機(jī)的載波解調(diào)將信號(hào)降到基帶，載波信號(hào)由接收機(jī)產(chǎn)生3載波頻率偏差發(fā)射/接收信號(hào)的載波頻率不同--器件固有頻率偏差發(fā)射/接收頻率受到溫度變化的影響--溫度漂移一般來(lái)講發(fā)射/接收頻率偏差在50ppm以下--1ppm為10-64CarrierfrequencyerrormodelAssumethetransmittedsignalisHerefcisthecarrierfrequencyofthetransmittedsignals.IfthefrequencyofthereceiverisThenthereceivedbasebandsignalbecomes5ThesampledsignalbecomesThefrequencydifferenceis相當(dāng)于在接收信號(hào)上附加了一個(gè)角度該角度的絕對(duì)值隨n的增大而增大6載波頻率偏差對(duì)單載波系統(tǒng)的影響 --頻偏值較大情況信號(hào)實(shí)部信號(hào)虛部7載波頻率偏差對(duì)單載波系統(tǒng)的影響--頻偏值較小情況，某時(shí)間段內(nèi)的采樣結(jié)果信號(hào)實(shí)部信號(hào)虛部8SourceCodingChannelEncodingDigitalModulationLowpassFilteringCarriermodulationChannelCarrierDemodulationLowpassFilteringDigitalDemodulationChannelDecodingCarrier&symbolsynchronizationChannelEqualizationSourcedecoding因此接收機(jī)前端一般具有載波同步模塊9如何進(jìn)行載頻同步1。發(fā)送用于同步的pilot頻率 發(fā)射的是單頻信息，沒(méi)有數(shù)據(jù)2。載頻信號(hào)上調(diào)制了已知信號(hào) 發(fā)射的是已知信號(hào)，稱為訓(xùn)練序列3。載頻信號(hào)上調(diào)制了未知信號(hào) 沒(méi)有專用的單頻信號(hào)或訓(xùn)練序列4。鎖相的環(huán)的基本原理106.2.載波同步的方法設(shè)發(fā)送調(diào)幅信號(hào)為接收機(jī)本地載波為11去掉2倍頻率項(xiàng)，接收信號(hào)幅度為則載頻解調(diào)后的信號(hào)為12載波偏差估計(jì)方法：MLcarrierestimator設(shè)發(fā)射/接收信號(hào)存在頻率偏差，傳輸?shù)氖禽d波信號(hào)，依據(jù)最大似然法則，有其最大似然函數(shù)為13Thelog-likelihoodfunctionExample6-2-1設(shè)接收信號(hào)為這里頻偏估計(jì)的途徑變成了需要找出如下公式中的角度值使下式最大化本地信號(hào)為14因此得到為此采用求導(dǎo)并令導(dǎo)數(shù)為零設(shè)滿足上式的角度為并將上式展開(kāi)，得到：15框圖表示16Xs(t)e(t)LPFg(t)v(t)VCO

r(t)InOut鎖相環(huán)：Thephaselockedloop功能：1。檢測(cè)出頻率/相位偏差 2。糾正（跟蹤）頻率/相位偏差Φ2(t)17接收信號(hào)：本地信號(hào)：相乘以后的結(jié)果為誤差信號(hào)為：經(jīng)過(guò)低通濾波后的信號(hào)為（去掉高頻成分）：其中g(shù)(t)為濾波器響應(yīng)函數(shù)18VCO是一個(gè)具有如下響應(yīng)的函數(shù)這里變化的相位部分為V(t)f19i(t)Xg(t)v(t)o(t)e(t)2K0+-以相位環(huán)表示系統(tǒng)，得到輸入輸出關(guān)系圖如下：20鎖相環(huán)的工作原理的傳輸函數(shù)表示（時(shí)域/頻域）展開(kāi)為：其相應(yīng)頻域表達(dá)式為21代入得到輸入輸出傳輸函數(shù)22鎖相環(huán)是一個(gè)非線性系統(tǒng)，但是當(dāng)相位誤差較小時(shí)，可以使用如下近似式：23Otherwayofderivation(Proakisbook)LowpassfilterG(s)24較小的相位誤差則或

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AWGN對(duì)相位估計(jì)的影響在有AWGN時(shí),環(huán)路濾波器的輸入噪聲的存在使用于相位調(diào)整的誤差信號(hào)不夠準(zhǔn)確，導(dǎo)致相位調(diào)整產(chǎn)生震蕩26有AWGN的PLL的等效模型27關(guān)于攜帶了信息序列的載頻處理當(dāng)傳輸信號(hào)攜帶已知信息時(shí),接收信號(hào)星座圖為條件：1。發(fā)射/接收信號(hào)均為已知2。接收信號(hào)存在高斯噪聲問(wèn)題：如何得到接收信號(hào)的相位偏差28關(guān)于攜帶了信息序列的載頻處理設(shè)發(fā)射信息為In，成型濾波器響應(yīng)函數(shù)為g(t)，未知相位值為等效低通信號(hào)表示為29似然函數(shù)

對(duì)每個(gè)T0=KT區(qū)間積分，得對(duì)數(shù)似然函數(shù)

30假設(shè)匹配濾波器的輸出為（采樣值）則隊(duì)是似然函數(shù)為ML估計(jì)是使似然函數(shù)達(dá)到最大值的估計(jì)31令該導(dǎo)數(shù)結(jié)果為零，得到物理意義說(shuō)明:1。對(duì)于接收的信號(hào)序列而言，相當(dāng)于求多個(gè)信號(hào)的平均角度2。對(duì)于求平均角度而言，上式的平均要優(yōu)于分別求角度以后的平均3。上式實(shí)際上也在進(jìn)行最大比合并32判決反饋：PAM當(dāng)接收信號(hào)攜帶信息時(shí)，接收信號(hào)判決后可以作為已知信號(hào)求平均33判決反饋:PSK346-2-5非面向判決環(huán)：無(wú)需進(jìn)行信號(hào)判決，即可獲得載頻對(duì)于PAM信號(hào)，使用平方環(huán)平方率器件的輸出3536平方率的運(yùn)算導(dǎo)致了噪聲的增加，多了“噪聲+

噪聲”項(xiàng)37多相位信號(hào)的載波估計(jì)3839科斯塔斯環(huán)XLowpass