1數字通信(第十四講)載頻偏差與載波頻率同步2010-11

2Blockdiagramofthecommunicationsystem發射信號被調制倒載頻上，載頻信號由發射機產生3接收機的載波解調將信號降到基帶，載波信號由接收機產生4載波頻率偏差發射/接收信號的載波頻率不同--器件固有頻率偏差發射/接收頻率受到溫度變化的影響--溫度漂移一般來講發射/接收頻率偏差在50ppm以下--1ppm為10-65CarrierfrequencyerrormodelAssumethetransmittedsignalisHerefcisthecarrierfrequencyofthetransmittedsignals.IfthefrequencyofthereceiverisThenthereceivedbasebandsignalbecomes6ThesampledsignalbecomesThefrequencydifferenceis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7載波頻率偏差對單載波系統的影響 --頻偏值較大情況信號實部信號虛部8載波頻率偏差對單載波系統的影響--頻偏值較小情況，某時間段內的采樣結果信號實部信號虛部9SourceCodingChannelEncodingDigitalModulationLowpassFilteringCarriermodulationChannelCarrierDemodulationLowpassFilteringDigitalDemodulationChannelDecodingCarrier&symbolsynchronizationChannelEqualizationSourcedecoding因此接收機前端一般具有載波同步模塊10如何進行載頻同步1。發送用于同步的pilot頻率 發射的是單頻信息，沒有數據2。載頻信號上調制了已知信號 發射的是已知信號，稱為訓練序列3。載頻信號上調制了未知信號 沒有專用的單頻信號或訓練序列4。鎖相的環的基本原理116.2.載波同同步的的方法法設發送送調幅幅信號號為接收機機本地地載波波為12去掉2倍頻率率項，，接收收信號號幅度度為則載頻頻解調調后的的信號號為13載波偏偏差估估計方方法：：MLcarrierestimator設發射射/接收收信號號存在在頻率率偏差差，傳傳輸的的是載載波信信號，，依據據最大大似然然法則則，有有其最大大似然然函數數為14Thelog-likelihoodfunctionExample6-2-1設接收收信號號為這里頻頻偏估估計的的途徑徑變成成了需需要找找出如如下公公式中中的角度值值使下下式最最大化化本地信信號為為15因此得得到為此采采用求求導并并令導導數為為零設滿足足上式式的角角度為為并并將將上式式展開開，得得到：：16框圖表表示17Xs(t)e(t)LPFg(t)v(t)VCOr(t)InOut鎖相環環：Thephaselockedloop功能：：1。檢檢測出出頻率率/相相位偏偏差2。糾糾正（（跟蹤蹤）頻頻率/相位位偏差差Φ2(t)18接收信信號：：本地信信號：：相乘以以后的的結果果為誤誤差信信號為為：經過低低通濾濾波后后的信信號為為（去去掉高高頻成成分））：其中g(t)為濾波波器響響應函函數19VCO是一個個具有有如下下響應應的函函數這里變變化的的相位位部分分為V(t)f20i(t)Xg(t)v(t)o(t)e(t)2K0+-以相位位環表表示系系統，，得到到輸入入輸出出關系系圖如如下：：21鎖相環環的工工作原原理的傳輸輸函數數表示示（時時域/頻域域）展開為為：其相應應頻域域表達達式為為22代入得到輸輸入輸輸出傳傳輸函函數23鎖相環環是一一個非非線性性系統統，但但是當當相位位誤差差較小小時，，可以以使用用如下下近似似式：：24Otherwayofderivation(Proakisbook)LowpassfilterG(s)25較小的的相位位誤差差則或26AWGN對相位位估計計的影影響在有AWGN時,環路濾濾波器器的輸輸入噪聲的的存在在使用用于相相位調調整的的誤差差信號號不夠夠準確確，導導致相相位調調整產產生震震蕩27有AWGN的PLL的等效效模型型28關于攜攜帶了了信息息序列列的載載頻處處理當傳輸輸信號號攜帶帶已知知信息息時,接接收信信號星星座圖圖為條件：：1。發發射/接收收信號號均為為已知知2。接接收信信號存存在高高斯噪噪聲問題：：如何得得到接接收信信號的的相位位偏差差29關于攜攜帶了了信息息序列列的載載頻處處理設發射射信息息為In，成型型濾波波器響響應函函數為為g(t)，未未知相相位值值為等效低低通信信號表表示為為30似然函函數對每個個T0=KT區間積積分，，得對數似似然函函數31假設匹匹配濾濾波器器的輸輸出為為（采采樣值值）則隊是是似然然函數數為ML估計是是使使似然然函數數達到到最大大值的的估計計32令該導導數結結果為為零，，得到到物理意意義說說明:1。對于于接收收的信信號序序列而而言，，相當當于求求多個個信號號的平平均角角度2。對于于求平平均角角度而而言，，上式式的平平均要要優于于分別別求角角度以以后的的平均均3。上式式實際際上也也在進進行最最大比比合并并33判決反反饋：：PAM當接收收信號號攜帶帶信息息時，，接收收信號號判決決后可可以作作為已已知信號求平均均34判決反反饋:PSK356-2-5非面向向判決決環：：無需需進行行信號號判決決，即即可獲獲得載載頻對于PAM信號，，使用用平方方環平方率率器件件的輸輸出3637平方率率的運運算導導致了了噪聲聲的增增加，，多多了了““噪聲聲+噪聲””項項38多相位位信號號的載載波估估計3940科斯塔塔斯環環XLowpassfilter90phaseshiftVCOLoopfilterXLowpassfilterXSamplingdecisioncl