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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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