具有未知载波相位的 QAM 星座切片器

信息处理 数字通讯 阶段 解调
2022-01-11 19:12:54

如图所示,我有一个 16QAM 星座,由于相位旋转而未对齐。在这种情况下,您可以看到旋转量约为θ=π/4, 但一般情况下不会如此。对于真实世界的数据,相位可能是一个缓慢变化的时间函数,θ(t),因此仅应用一些固定的校正因子是不够的。

我知道由于星座具有解决相位模糊问题的差分映射方案π/2对称,但似乎θ必须仍然知道执行切片。

一种建议的解决方案是尝试将接收到的星座点映射到最近的 QAM 星座点,并将结果提供给锁相环,但目前尚不清楚这将如何执行θ随时间变化。

有哪些技术可以恢复符号?我已经尝试了基于反馈回路的各种载波恢复方案,但没有成功,并且对可能避免必须找到相位的决策导向方法感兴趣。

旋转 16QAM 星座

2个回答

您需要的是载波相位同步。这是一个复杂的话题,有许多不同的方法。您将选择的方法可能取决于以下内容:

  • 数据辅助与盲目:底层序列是否包含任何已知数据(例如某种训练或同步序列),您可以使用这些数据来预测相位偏移?或者,您是否必须在不了解调制符号的情况下进行同步?

    盲法更通用,但如果您有数据的帮助,您可以获得更好的相位估计性能。此外,盲法通常会在恢复的相位中引入模糊性(即存在多个同样满足盲优化标准的相位偏移解决方案)。

    我还没有遇到过在所有调制类型中同样有效的盲解决方案。例如,大多数盲相位估计器最适用于PSK信号。它们可以在 QAM 上以次优方式工作。文献中记录了 QAM 的各种盲载波相位估计器,但我对特定于 QAM 的估计器没有任何好的建议。PSK 类型信号最常用的盲估计器是幂律检测器。这是一篇讨论其在 QAM 中的应用的论文示例

  • 相干与差分:正如您所指出的,避免直接与载波相位同步的一种方法是使用差分调制。在这种情况下,信息由连续符号之间的相位差来承载。由于载波相位可能在两个符号时间段内大致恒定,因此载波分量被抵消。这使得同步更容易,但是对于差分相干调制与完全相干操作相比,符号错误率性能损失大约为 1-2 dB。

  • 前馈与反馈:您是在处理连续的、无限长的符号流,还是有一个有限大小的批次?锁相环这样的反馈方法可能适用于前者,而一次估计一个符号块的整体相位偏移的前馈技术最适合后者(反馈技术有一些采集周期,在此期间你会赢t 获得良好的输出;如果您一次只有很短的数据块,这可能是个问题)。

如果您正在寻找参考书籍,我的首选是 Mengali 的数字接收器同步技术它既昂贵又难以找到副本,但我发现它非常彻底。

杰森写了一个很好的答案,所以我只是补充一下:

可以避免必须找到相位的决策导向方法。

这不适用于 16QAM,因为在不知道决策边界网格如何旋转的情况下,您无法做出有意义的决策。

因此,从我的角度来看,这里唯一可行的方法总是必须要么

  • 方法一
    • 直接估计正确的相位并纠正
  • 方法二
    • 将星座旋转到一个模棱两可的地方0,π2,π要么32π, 然后
    • 用数据解决剩余的歧义。

例如,类型 1 的方法是与已知前导码的形状相关(没有决定!)。

例如,类型 2 的方法是对观察到的复数进行统计分析,以找到接收到的星座点的方形边界框,并将其旋转为平行于 I 轴和 Q 轴。请注意,这首先需要一致性!

在任何情况下,16QAM 通常用于高速率系统,在您恢复正确的相位一次后,您必须跟踪这些相位——无论是通过导频符号,还是通过连续运行的 PLL来自决策者的相位误差信息。