7-- 13 数字通信-载频偏差与载波频率同步

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,数字通信,(第十四讲),载频偏差与载波频率同步,20,10,-11,1,Block diagram of the communication system,发射信号被调制倒载频上，载频信号由发射机产生,2,接收机的载波解调将信号降到基带，载波信号由接收机产生,3,载波频率偏差,发射,/接收信号的载波频率不同,-器件固有频率偏差,发射,/接收频率受到温度变化的影响,-温度漂移,一般来讲发射,/接收频率偏差在,50ppm以下- 1ppm为10,-6,4,Carrier frequency error model,Assume the transmitted signal is,Here,f,c,is the carrier frequency of the transmitted signals.,If the frequency of the receiver is,Then the received base band signal becomes,5,The sampled signal becomes,The frequency difference is,相当于在接收信号上附加了一个角度,该角度的绝对值随,n的增大而增大,6,载波频率偏差对单载波系统的影响,-频偏值较大情况,信号实部,信号虚部,7,载波频率偏差对单载波系统的影响,-频偏值较小情况，某时间段内的采样结果,信号实部,信号虚部,8,Source,Coding,Channel,Encoding,Digital,Modulation,Lowpass,Filtering,Carrier,modulation,Channel,Carrier,Demodulation,Lowpass,Filtering,Digital,Demodulation,Channel,Decoding,Carrier &symbol,synchronization,Channel,Equalization,Source decoding,因此接收机前端一般具有载波同步模块,9,如何进行载频同步,1。发送用于同步的pilot频率,发射的是单频信息，没有数据,2。载频信号上调制了已知信号,发射的是已知信号，称为训练序列,3。载频信号上调制了未知信号,没有专用的单频信号或训练序列,4。,锁相的环的基本原理,10,6.2.,载波同步的方法,设发送调幅信号为,接收机本地载波为,11,去掉,2,倍频率项，接收信号幅度为,则载频解调后的信号为,12,载波偏差估计方法：,ML carrier estimator,设发射,/接收信号存在频率偏差，传输的是载波信号，依据最大似然法则，有,其最大似然函数为,13,The log-likelihood function,Example 6-2-1,设接收信号为,这里频偏估计的途径变成了需要找出如下公式中的,角度值使下式最大化,本地信号为,14,因此得到,为此采用求导并令导数为零,设满足上式的角度为 并将上式展开，得到：,15,框图表示,16,X,s,(,t,),e,(,t,),LPF,g,(,t,),v,(t),VCO,r,(,t,),In,Out,锁相环：,The phase locked loop,功能：,1。检测出频率/相位偏差,2。纠正（跟踪）频率/相位偏差,2,(,t,),17,接收信号：,本地信号：,相乘以后的结果为误差信号为：,经过低通滤波后的信号为（去掉高频成分）：,其中,g(t),为滤波器响应函数,18,VCO,是一个具有如下响应的函数,这里变化的相位部分为,V(t),f,19,i,(,t,),X,g(t),v,(,t,),o,(,t,),e,(,t,),2,K,0,+,-,以相位环表示系统，得到输入输出关系图如下：,20,锁相环的工作原理,的传输函数表示（时域,/频域）,展开为：,其相应频域表达式为,21,代入,得到输入输出传输函数,22,锁相环是一个非线性系统，但是当相位误差较小时，可以使用如下近似式：,23,Other way of derivation (Proakis book),Lowpass filter G(s),24,较小的相位误差,则,或,25,AWGN,对相位估计的影响,在有,AWGN,时,环路滤波器的输入,噪声的存在使用于相位调整的误差信号不够准确，导致相位调整产生震荡,26,有,AWGN,的,PLL,的等效模型,27,关于携带了信息序列的载频处理,当传输信号携带已知信息时, 接收信号星座图为,条件：,1。发射/接收信号均为已知,2。接收信号存在高斯噪声,问题：,如何得到接收信号的相位偏差,28,关于携带了信息序列的载频处理,设发射信息为,I,n,，成型滤波器响应函数为,g,(,t,)，未知相位值为,等效低通信号表示为,29,似然函数,对每个,T,0,=KT,区间积分，得,对数似然函数,30,假设匹配滤波器的输出为（采样值）,则队是似然函数为,ML,估计 是使似然函数达到最大值的估计,31,令该导数结果为零，得到,物理意义说明,:,1,。对于接收的信号序列而言，相当于求多个信号的平均角度,2,。对于求平均角度而言，上式的平均要优于分别求角度以后的平均,3,。上式实际上也在进行最大比合并,32,判决反馈 ：,PAM,当接收信号携带信息时，接收信号判决后可以作为已知,信号,求平均,33,判决反馈,: PSK,34,6-2-5,非面向判决环：无需进行信号判决，即可获得载频,对于,PAM,信号，使用平方环,平方率器件的输出,35,36,平方率的运算导致了噪声的增加 ， 多了 “噪声,+,噪声” 项,37,多相位信号的载波估计,38,39,科斯塔斯环,X,Lowpass filter,90,phase shift,VCO,Loop filter,X,Lowpass filter,X,Sampling decision,clock,e,(,t,),y,c,y,s,40,41,习题,习题,6-8,，,6-10,42,