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1、理解載波恢復簡介在數(shù)字通信系統(tǒng)中，信息可以通過載波基本特性的變化來進行傳輸。這些特性，如相位、頻率、和幅度，在發(fā)射端被修改并且必須在接收端被檢測到。因此，對于接收端來說，恢復載波的頻率、相位、和符號時序是絕對必需的。這一過程就被稱作載波恢復并且可以通過各種技術(shù)得以實現(xiàn)。在本演示（或文檔）中，我們將探討頻率偏移的影響以及載波恢復中存在的通道噪聲。ASCII碼文本的QAM調(diào)制（帶噪聲）幅度瞬時正弦波狀態(tài)：M(t)＜Φ(t)載波恢復基礎(chǔ)知識In-ClassDemos課堂演示RFAcademicBundle:UnderstandingCarrierRecov
2、ery2RF院校資源包：理解載波復原一個QAM發(fā)送端使用特定的相位和幅度來調(diào)制載波信號，而另一方面，如果接收器能夠確定原始信號的相位和頻率，那它就能準確地檢測到這個信號。因此，兩者之間的同步是必需的。在理想情況下，發(fā)送端和接收端將會完美地同步工作。換句話說，兩者將會以同樣的方式解釋信號的相位和頻率。然而，實際的硬件并不是完美的，而且即使利用某種糾錯機制，接收端也不可能精確地鎖定到與發(fā)送端完全相同的相位和頻率。為了彌補這些不盡完美的特性，采用鎖相環(huán)或PLL來匹配接收端和發(fā)送端之間的頻率（1）。利用星座圖，我們可以表示出每個符號的幅度和相位。此外，每個符
3、號覆蓋在另一個符號之上是為了說明與我們所能恢復載波的相位和幅度之間的一致性。理想情況下，當接收端的PLL能夠恢復載波，那么每個符號就會在星座圖上清楚地分布。然而，當載波由于通道噪聲或頻率誤差的原因而無法恢復時，星座圖也能表示來了。在右邊，我們示出了一幅符號出現(xiàn)在正確幅度處，但其相位正持續(xù)變化的星座圖。因為：Frequency=dΘ/dt頻率=dΘ/dt所以，當星座圖的相位持續(xù)變化時，我們能夠確定頻率估計是錯誤的。在這個特定的實例中，我們已經(jīng)通過在系統(tǒng)中引入足夠的噪聲來仿真頻率誤差，從而得以干擾PLL，甚至將噪聲去除之后，PLL仍然可能無法鎖定正確的頻
4、率。載波恢復步驟解決這個載波恢復問題的方法有兩個部分，它們可以粗略地分為以下兩個部分：頻率恢復和符號時序（相位）恢復。第一個部分需要頻率估計以便于接收端精確地鎖定至發(fā)射端頻率，第二個部分，符號時序恢復需要接收端精確地鎖定發(fā)射端相位。符號時序恢復使得接收端通過精確In-ClassDemos課堂演示RFAcademicBundle:UnderstandingCarrierRecovery3RF院校資源包：理解載波復原地鎖定發(fā)射端的相位來準確地恢復所生成的每一個符號。此外，由于存在多種方式來實現(xiàn)符合時序恢復，所以它更加值得注意。頻率估計在理想的通信系統(tǒng)中，
5、發(fā)送端和接收端將工作在完全相同的頻率上。然而，在實際系統(tǒng)中，發(fā)送端和接收端都十分容易受到誤差的影響。因此，兩端的頻率必須同步，且通常在接收端予以實現(xiàn)并以頻率估計作為同步的開始。FFT方式最簡單的頻率估計方式就是對進入的信號進行FFT變換并確定波峰。這種方式十分簡單而且可以使用常見的算法予以實現(xiàn)。但是，F(xiàn)FT方式具有一個很大的缺點，即它需要很長的處理時間。因此，它很少使用在商業(yè)應用中。兩階段算法方式第二種頻率估計方法就是使用兩階段頻率估計算法。第一階段僅僅需要粗略地測量期望頻率與接收端所觀察頻率之間的頻率差值，第二階段則通過運用額外的算法來提供一個更為
6、精確的估計。LabVIEW調(diào)制工具包中使用了這種方式，接下來將會更加深入地予以敘述。粗頻率偏移計算粗頻率補償?shù)膶崿F(xiàn)與調(diào)制方式無關(guān)。頻率估計過程中這一步驟的目的在于通過直接操作于復包絡輸入波形之上來消除頻率偏移。在數(shù)學上，我們可以將復包絡調(diào)制波形用如下等式表示：而且，當以特定的采樣速率Fs進行采樣時，我們可以進一步地表示如下：這里，?v(n)代表相位誤差，而相位誤差產(chǎn)生頻率偏移，因此，既然相位誤差造成頻率中的變化，我們就可以將頻率誤差表示如下：In-ClassDemos課堂演示RFAcademicBundle:UnderstandingCarrierR
7、ecovery4RF院校資源包：理解載波復原同樣，F(xiàn)s代表采樣速率。因而，為了修正這個粗頻率偏移，我們必須將??應用在初始的復包絡波形。為了實現(xiàn)這個目標，我們可以使用下述等式表示復波形：細頻率偏移補償盡管步驟一樣，但細頻率偏移補償中的數(shù)學公式更為復雜一些。同樣，我們可以使用如下的等式表示復包絡調(diào)制波形：此外，當以符號速率R進行采樣時，等式可以進一步展開如下式所示：在這個等式中，?v(n-1)表示了前一個符號的絕對相位。此時再應用最大相似度檢測并可以用下式表示：由此，我們可以用下式表示復包絡波形：同樣，F(xiàn)s表示采樣速率，我們可以用下式表示頻率偏移：因此
8、可以用下式表示細頻率偏移：相位估計一旦確定了系統(tǒng)的頻率偏移，就必須精確地估計載波相位以進行正確的符號恢復。通
