为 psk 恢复信号

信息处理 信号检测 qpsk
2022-01-11 07:18:51

我目前正在开发一种产品(不能透露实际项目的太多细节),其中一些数据是通过用 dqpsk 编码的可听(但在较高频率)声音发送的。

但是,有时它会变得非常不准确,因为接收器和广播器没有相同的采样窗口。我没有接受过 DSP 的学术培训,因此在找出要搜索的正确术语时遇到了很多问题。

基本上经过大量调试和模拟,我发现最大的问题是相位信息变得越来越不准确,因为输出和输入越来越不同步......有没有一些技巧可以找到开始的样本中的实际信号?数据不只包含在一个示例窗口中(它们可以跨越相当多的窗口)

谢谢!(我将不胜感激任何形式的帮助,即使这只是我应该用来在谷歌上搜索的一些术语......)

另外,当时间相对准确时,我已经能够正确解码数据,所以我对 psk 方面并没有太大问题

2个回答

为了补充 Cassman 在其回复中提供的出色信息,这里是使用决策导向方法的 QPSK 和 QAM 调制解调器的载波恢复环路的框图。我在这篇文章中详细介绍了决策定向鉴相器BPSK 中的相位同步如何纠正 QPSK IQ 数据的相位偏移,而下面的框图显示了它如何适合完整的恢复环路(和解调器)。

NCO 输出将输入信号引导至 0 频率(消除载波偏移)所需的复数频率(正弦和余弦,用于在一个方向上移动载波频率偏移)。我在这里有更多关于 NCO 实现的详细信息:Numerically Controlled Oscillator (NCO) for phasor implementation?如果复频和“单向”频移的概念令人困惑,请参阅这篇文章:正交混合信号的频移

频率设置由环路滤波器提供,该滤波器根据需要向上或向下累积相位误差以将误差保持在 0。如图所示,此实现是 2 类二阶锁相环路。

下面的框图显示了它在 QAM 解调器中的使用。如果相位检测器只有一个判决阈值而不是所示的 4 个(对于 16 QAM),那么这将连贯地跟踪和解调 QPSK。正如 Dilip 在评论中所说,您不需要使用 DQPSK 进行相干解调,但这在任何一种情况下都可以使用。

在此处输入图像描述

此外,这与 Gardner Loop 用于定时恢复(每个符号需要 2 个样本)非常有效,因为 Gardner Loop 对载波偏移不是很敏感。(虽然 M&M 同步器,另一种常见的定时恢复方法非常敏感)。时序恢复将在框图中的载波恢复之前,每个符号 2 个样本(或更多),然后在符号中心的采样位置下采样到每个符号一个样本,用于所示的载波恢复实现。Gardner Loop 的更多细节在这篇文章中:Gardner Timing Recovery for Repeated Sybmols它在接收器中的位置可以在下面的框图中完成,根据实施情况,最好在匹配滤波器之后或匹配滤波器之前使用样本。

在此处输入图像描述

这是一个控制环路,其环路带宽由环路滤波器中的增益常数设置。有关使用什么 Loop BW 的指导,请参阅这篇文章:用于符号定时恢复的循环带宽我已经对 Gardner 和 M&M 恢复方法进行了试验,发现 Gardner 在匹配滤波器之前表现最好,而 M&M 在匹配滤波器之后表现最好,但这是特定于具有升余弦脉冲整形的波形,不同的脉冲整形会影响时序恢复. 这篇文章中给出了有关该比较的详细信息:匹配过滤器的位置

因此,您不仅需要进行时序同步来恢复波特时钟,还需要进行某种形式的开启检测。您可以在第一个样本处开始您的 PSK 同步,但是您从任何同步算法中获得的指标都会比没有信号存在的无意义更糟糕。

您应该阅读一些有关检测理论的内容https://en.wikipedia.org/wiki/Detection_theory如果信号开头有已知模式,例如均衡器训练序列,则可以使用匹配滤波器https://en.wikipedia.org/wiki/Matched_filter来检测信号。这具有为定时和相位同步提供度量的额外好处。如果您对信号开始时的数据一无所知,并且保证具有正 SNR,则可以简单地寻找信号能量的增加。您可以使用上升沿检测器来检测功率的增加,或者简单地寻找超过阈值的能量(如果噪声和信号功率将有效地保持不变)。如果您不担心任何同信道干扰并且您有足够的 SNR,您可以在时域中执行此操作。如果接收器链中最后一个滤波器的带宽允许大量噪声或频率附近可能有其他信号,则可以在频域中进行能量检测。

关于您所说的“随着输出和输入越来越不同步,相位信息变得越来越不准确”,您的意思是说,当您及时通过信号时,相位误差会逐渐增加,或者您已经从运行中看到运行它,如果你没有很好地锁定你会得到更糟糕的结果。如果是前者,那么我第二个建议是查找qpsk 同步在解调 psk 信号时,您需要跟踪符号时序、载波频率和载波相位。二阶 PLL 可以跟踪相位和频率。您还可以使用早晚门来跟踪符号时序。