第六章数字通信[载波和符号同步].ppt

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第六章数字通信[载波和符号同步]

6 载波和符号同步 6载波和符号同步 在数字通信系统中,为了恢复发送信息,必须对解调器输出进行周期性的抽样,每个符号间隔抽样一次.因为在接收机中对发送机到接收机的传播延迟一般是未知的,为了对解调器输出同步抽样,必须从接收信号导出符号定时. 发送信号的传播延迟导致载波(相位)的偏移,如果检测器是相位相干的,接收机必须估计这种载波(相位)偏移,必须在接收机中导出载波同步。 信号参数估计 载波相位估计 符号定时估计 载波相位和符号定时联合估计 最大似然估计的性能特征 信号参数估计 接收机输入信号的数学模型 是传播延迟, 是等效低通信号, 由传播延迟 引起的载波相位。信号参数估计 和 。 信号参数估计 采用N个标准正交函数{fn(x)}得到r(t)的标准正交展开式,接收向量为r=[r1,…,rN}。令发送信号为 最大似然准则 最大后验概率估计准则 如果没有参数向量的先验知识,可假定参数的取值范围内是均匀的(常数值),在这种情况下,MAP和ML的估计是相同的。 似然函数 加性高斯白噪声 因为 所以信号参数的最大化等价于下列似然函数的最大化 信号解调中的载波恢复与符号同步 在每一个同步地传输信息的数字通信系统中,需要有符号同步;如果信号被相干检测,需要载波恢复。 二进制PSK接收机,载波相位估计用来产生参考信号,符号同步器控制抽样器和信号脉冲发生器。 信号解调中的载波恢复与符号同步 M元PSK接收机,载波相位估计用来产生参考信号,符号同步器控制抽样器和信号脉冲发生器。 信号解调中的载波恢复与符号同步 M元PAM接收机,载波相位估计用来产生参考信号,符号同步器控制抽样器和信号脉冲发生器。 信号解调中的载波恢复与符号同步 M元QAM接收机,载波相位估计用来产生参考信号,符号同步器控制抽样器和信号脉冲发生器。 载波和符号同步 信号参数估计 载波相位估计 符号定时估计 载波相位和符号定时联合估计 最大似然估计的性能特征 载波相位误差的影响 接受机中处理载波同步的两种方法: 复用法(multiplex,插入导频法) 从已调信号直接导出载波相位的估计值(自同步法) 假设一调幅信号 乘以 解调 通过低通滤波滤除倍频分量,得到 相位误差以因子 降低信号电压,以因子 降低信号功率。 载波相位误差的影响 对于QAM和M-PSK信号 采用如下正交载波解调 低通滤波后产生同相和正交分量 信号分量功率减少因子 ,同相和正交分量之间存在相互干扰。 最大似然载波相位估计 假设延时已知,极大似然相位估计 等价似然函数 最大似然载波相位估计 例:求载波相位最大化,研究未调载波 的传输。接收信号是 估计相位使得下式最大 导数为0 最大似然载波相位估计 采用一个PLL环路提取估计值 图6-2-1 最大似然载波相位估计 采用正交载波与接收信号互相关 图6-2-2 锁相环 锁相环路的组成和工作原理:锁相环路是一种关于时间的伺服系统,它是最重要的一种同步技术。锁相环路实现对周期信号的相位估计。锁相环路(PLL)由乘法器(鉴相器)、回路滤波器和压控振荡器(VCO)组成。 锁相环 假设锁相环输入和VCO的输出为 两信号乘积 通过环路滤波,回路滤波器是一个低通滤波器,并当相位误差比较小时。 锁相环 回路滤波器取简单的比例积分滤波器,传递函数为 其中设计参数 ,用来控制回路滤波器的带宽。回路滤波器的输出电压控制VCO。VCO产生一个正弦信号,它的相位为 VCO输出相位估计与输入电压之间是积分关系 锁相环 锁相环的等效闭环系统 锁相环 鉴相特性为 从鉴相特性可见,当相位误差 时,产生正的误差电压去控制VCO,使 增加,从而减小相位误差。当 时,产生负的误差电压去控制VCO,使 减小,从而使相位误差向正的方向增大。平衡点是 ,这是一个稳定的平衡点。 锁相环 当环路工作在跟踪模式时,这时相位误差很小,可以近似为 闭环方程和闭环传递函数为 代入此例积分滤波器G(s)的表示式,得到闭环传递函数为 锁相环 通过一些运算得到 其中 闭环传递函数的等效噪声带宽(单边) 锁相环 二阶环路的幅频特性曲线,阻尼系数为1导致临界阻尼环路响应,阻尼系数小于1为欠阻尼响应,阻尼系数大于1为过阻尼响应。 加性噪声对于锁相环相位估计的影响 考虑到加性噪声,锁相环的输入为 x(t)和y(t)是加性窄带噪声的同

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