载波频率偏移、旋转星座和相关器

信息处理 离散信号 数字通信 频率 匹配过滤器 星座图
2022-01-25 20:12:53

我一直在进一步阅读载体恢复方法,但我不清楚:

据说载波频率偏移会导致旋转星座图,但是如果您在 RRC 等相关器的输出端进行采样,我不清楚为什么会出现这种情况。

对于全数字接收器,ADC 样本将在进入相关器之前进行旋转,但看起来相关过程连同频率偏移将比旋转星座图做得更多。

我错了吗?

3个回答

相关器只是一个过滤操作。因此,在通带脉冲幅度调制 (PAM) 的情况下,例如 QPSK 或 QAM,在解调和采样之前(无噪声)接收到的分析信号可以写为

(1)r(t)=ej((ωc+Δω)t+ϕ))kAkp(tkT)

在哪里Δω是频率偏移,ϕ是相位偏移,ωc是接收机估计的载波频率,Ak是复数数据符号,并且T是符号周期。脉搏p(t)表示发射滤波器、信道上的线性失真和接收滤波器(相关器)的组合。

解调与ejωct并以符号率采样1/T

(2)r~[n]=ej(ΔωnT+ϕ)kAkp((nk)T)

如果为简单起见,我们假设组合脉冲p(t)满足奈奎斯特准则p(kT)=δ[k](即,没有符号间干扰),那么(2)简化为

(3)r~[n]=ej(ΔωnT+ϕ)An

这应该清楚地表明,t=nT接收到的符号是原始符号的旋转版本,其中旋转具有恒定分量ϕ(相位偏移)和时间相关分量ΔωnT频偏引起的。因此,如果Δω0,星座旋转。

在频域中,具有载波偏移的信号如下所示:

带有载波偏移的信号

这通常被建模为所需的基带信号(在频域中)与频率等于载波偏移的复音进行卷积。

带有载波偏移的分解信号

您可能已经知道,频域中的卷积相当于时域中的乘法。因此,基带信号逐个样本地与时域中的复音相乘。由于复音以与其频率成比例的速度围绕复平面旋转,这导致基带信号也旋转。我们可以看到,当我们认识到极性值的乘积会导致相位相加时,因此音调的相位会添加到基带信号的相位上,从而导致旋转。

那么,鉴于此,符号匹配滤波器的输出是否也会旋转?是的。

让我们看一个简单的例子:BPSK,符号为简单的 +1,初始相位偏移为 0。

旋转信号

尽管信号从 0 相位开始,但每个样本都将其围绕复平面旋转得越来越远。您的主要问题似乎是应用符号匹配过滤器时会发生什么,特别是您提出了升根余弦(RRC)过滤器。RRC 滤波器只是一个加权 boxcar 滤波器。在对每个样本应用权重后,它会汇总顺序样本。为了便于绘制,我们假设一个只有三个抽头的 RRC 滤波器。中间的抽头最大,边缘较小。

应用 RRC 过滤器后的样本

希望很明显,这些加权样本/向量之和的角度不会为 0。现在想象接下来的三个样本。它们会比前三个旋转更多,它们的加权和也会旋转更多。当然,这确实会继续。

在这一点上,希望很清楚匹配滤波器不会阻止旋转,它只是对其进行平均。

原帖提到:“我一直在进一步阅读载体恢复方法”。

只是为了澄清 - 即使这个线程已经有几年了 - 你的意思是符号恢复方法而不是“载体恢复”方法吗?

原始帖子还提到:“据说载波频率偏移会导致旋转星座图,但如果您在 RRC 等相关器的输出端进行采样,我不清楚为什么会出现这种情况。”

在这里 - 我们需要做一些假设 - 例如输入波形是正交波形(例如 QAM),具有正弦载波 --- 同相载波和正交载波。并且还假设一个理想的沟通渠道。

如果进行了下变频,并且接收器振荡器的频率略有不同(相对于发射器振荡器),那么下变频器的时域输出将是包含发射器端 QAM 版本的波形符号(或“向量”),除了那些向量(在接收器端)将旋转。矢量旋转多少(每一段时间)取决于发射器和接收器之间的频率差异程度。此外,旋转方向(顺时针或逆时针)将取决于接收器的振荡器频率是高于还是低于发射器的振荡器频率。

所以 - 当存在载波频率偏移时,关于矢量旋转的内容(或曾经写过)是正确的(在下变频器的输出处)。但是 - 如果您参考下游的某个点 - 例如在应用频率偏移校正或补偿或去除技术之后,那么这是从不同角度的观点。