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)射信號被調(diào)制倒載頻上，載頻信號由發(fā)射機產(chǎn)生2接收機的載波解調(diào)將信號降到基帶，載波信號由接收機產(chǎn)生3載波頻率偏差發(fā)射/接收信號的載波頻率不同--器件固有頻率偏差發(fā)射/接收頻率受到溫度變化的影響--溫度漂移一般來講發(fā)射/接收頻率偏差在50ppm以下--1ppm為10-64CarrierfrequencyerrormodelAssumethetransmittedsignalisHerefcisthecarrierfrequencyofthetransmittedsignals.IfthefrequencyofthereceiverisThenthereceivedbasebandsignalbecomes5ThesampledsignalbecomesThefrequencydifferenceis相當于在接收信號上附加了一個角度該角度的絕對值隨n的增大而增大6載波頻率偏差對單載波系統(tǒng)的影響 --頻偏值較大情況信號實部信號虛部7載波頻率偏差對單載波系統(tǒng)的影響--頻偏值較小情況，某時間段內(nèi)的采樣結果信號實部信號虛部8SourceCodingChannelEncodingDigitalModulationLowpassFilteringCarriermodulationChannelCarrierDemodulationLowpassFilteringDigitalDemodulationChannelDecodingCarrier&symbolsynchronizationChannelEqualizationSourcedecoding因此接收機前端一般具有載波同步模塊9如何進行載頻同步1。發(fā)送用于同步的pilot頻率 發(fā)射的是單頻信息，沒有數(shù)據(jù)2。載頻信號上調(diào)制了已知信號 發(fā)射的是已知信號，稱為訓練序列3。載頻信號上調(diào)制了未知信號 沒有專用的單頻信號或訓練序列4。鎖相的環(huán)的基本原理106.2.載波同步的方法設發(fā)送調(diào)幅信號為接收機本地載波為11去掉2倍頻率項，接收信號幅度為則載頻解調(diào)后的信號為12載波偏差估計方法：MLcarrierestimator設發(fā)射/接收信號存在頻率偏差，傳輸?shù)氖禽d波信號，依據(jù)最大似然法則，有其最大似然函數(shù)為13Thelog-likelihoodfunctionExample6-2-1設接收信號為這里頻偏估計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為14因此得到為此采用求導并令導數(shù)為零設滿足上式的角度為并將上式展開，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：本地信號：相乘以后的結果為誤差信號為：經(jīng)過低通濾波后的信號為（去掉高頻成分）：其中g(t)為濾波器響應函數(shù)18VCO是一個具有如下響應的函數(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)，得到輸入輸出關系圖如下：20鎖相環(huán)的工作原理的傳輸函數(shù)表示（時域/頻域）展開為：其相應頻域表達式為21代入得到輸入輸出傳輸函數(shù)22鎖相環(huán)是一個非線性系統(tǒng)，但是當相位誤差較小時，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對相位估計的影響在有AWGN時,環(huán)路濾波器的輸入噪聲的存在使用于相位調(diào)整的誤差信號不夠準確，導致相位調(diào)整產(chǎn)生震蕩26有AWGN的PLL的等效模型27關于攜帶了信息序列的載頻處理當傳輸信號攜帶已知信息時,接收信號星座圖為條件：1。發(fā)射/接收信號均為已知2。接收信號存在高斯噪聲問題：如何得到接收信號的相位偏差28關于攜帶了信息序列的載頻處理設發(fā)射信息為In，成型濾波器響應函數(shù)為g(t)，未知相位值為等效低通信號表示為29似然函數(shù)

對每個T0=KT區(qū)間積分，得對數(shù)似然函數(shù)

30假設匹配濾波器的輸出為（采樣值）則隊是似然函數(shù)為ML估計是使似然函數(shù)達到最大值的估計31令該導數(shù)結果為零，得到物理意義說明:1。對于接收的信號序列而言，相當于求多個信號的平均角度2。對于求平均角度而言，上式的平均要優(yōu)于分別求角度以后的平均3。上式實際上也在進行最大比合并32判決反饋：PAM當接收信號攜帶信息時，接收信號判決后可以作為已知信號求平均33判決反饋:PSK346-2-5非面向判決環(huán)：無需進行信號判決，即可獲得載頻對于PAM信號，使用平方環(huán)平方率器件的輸出3536平方率的運算導致了噪聲的增加，多了“噪聲+

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