Un sistema de recuperación de portadora es un circuito que se utiliza para estimar y compensar las diferencias de frecuencia y fase entre la onda portadora de una señal recibida y el oscilador local del receptor con el propósito de demodulación coherente .
En el transmisor de un sistema de portadora de comunicaciones , una onda portadora es modulada por una señal de banda base . En el receptor, la información de banda base se extrae de la forma de onda modulada entrante.
En un sistema de comunicaciones ideal, los osciladores de la señal portadora del transmisor y el receptor estarían perfectamente adaptados en frecuencia y fase, lo que permitiría una demodulación coherente perfecta de la señal de banda base modulada.
Sin embargo, los transmisores y receptores rara vez comparten el mismo oscilador portador. Los sistemas de recepción de comunicaciones suelen ser independientes de los sistemas de transmisión y contienen sus propios osciladores con desviaciones e inestabilidades de frecuencia y fase. El desplazamiento Doppler también puede contribuir a las diferencias de frecuencia en los sistemas de comunicaciones por radiofrecuencia móviles.
Todas estas variaciones de frecuencia y fase deben estimarse utilizando información en la señal recibida para reproducir o recuperar la señal portadora en el receptor y permitir una demodulación coherente.
Métodos
Para una portadora silenciosa o una señal que contiene una línea espectral de portadora dominante , la recuperación de la portadora se puede lograr con un filtro de paso de banda simple en la frecuencia de la portadora o con un bucle de bloqueo de fase , o ambos. [1]
Sin embargo, muchos esquemas de modulación hacen que este enfoque simple no sea práctico porque la mayor parte de la potencia de la señal se dedica a la modulación, donde la información está presente, y no a la frecuencia portadora. La reducción de la potencia de la portadora da como resultado una mayor eficiencia del transmisor. Deben emplearse diferentes métodos para recuperar el portador en estas condiciones.
Sin ayuda de datos
Los métodos de recuperación de portadora no asistidos por datos / "ciegos" no se basan en ningún conocimiento de los símbolos de modulación. Por lo general, se utilizan para esquemas simples de recuperación de portadora o como método inicial de recuperación de frecuencia de portadora aproximada. [2] Los sistemas de circuito cerrado no asistidos por datos son frecuentemente detectores de errores de frecuencia de máxima verosimilitud. [2]
Multiplicar-filtrar-dividir
En este método de recuperación de portadora no asistida por datos, se aplica una operación no lineal ( multiplicador de frecuencia ) a la señal modulada para crear armónicos de la frecuencia portadora con la modulación eliminada (ver ejemplo a continuación) [ se necesita más explicación ] . A continuación, el armónico de la portadora se filtra en paso de banda y se divide la frecuencia para recuperar la frecuencia de la portadora. (Esto puede ir seguido de un PLL). Multiplicar-filtrar-dividir es un ejemplo de recuperación de portadora de bucle abierto , que se favorece en transacciones en ráfagas ( reloj en modo ráfaga y recuperación de datos ) ya que el tiempo de adquisición suele ser más corto que para el cierre sincronizadores de bucle.
Si se conoce el desfase / retardo del sistema de multiplicación-filtro-división, se puede compensar para recuperar la fase correcta. En la práctica, aplicar esta compensación de fase es difícil. [3]
En general, el orden de la modulación coincide con el orden del operador no lineal requerido para producir un armónico portador limpio.
Como ejemplo, considere una señal BPSK . Podemos recuperar la frecuencia portadora de RF, cuadrando:
Esto produce una señal al doble de la frecuencia de la portadora de RF sin modulación de fase (módulo fase es efectivamente 0 modulación)
Para una señal QPSK, podemos tomar la cuarta potencia:
Se producen dos términos (más un componente de CC). Un filtro apropiado alrededor recupera esta frecuencia.
Bucle de costas
La frecuencia portadora y la recuperación de fase, así como la demodulación, se pueden lograr utilizando un bucle Costas del orden apropiado. [4] Un bucle de Costas es un primo del PLL que usa señales de cuadratura coherentes para medir el error de fase. Este error de fase se utiliza para disciplinar el oscilador del bucle. Las señales en cuadratura, una vez alineadas / recuperadas correctamente, también demodulan con éxito la señal. La recuperación de portadora de bucle de Costas se puede utilizar para cualquier esquema de modulación M-ary PSK . [4] Una de las deficiencias inherentes del Costas Loop es una ambigüedad de fase de 360 / M grados presente en la salida demodulada.
Dirigido a la decisión
Al comienzo del proceso de recuperación de la portadora, es posible lograr la sincronización de símbolos antes de la recuperación completa de la portadora porque la temporización de los símbolos se puede determinar sin conocer la fase de la portadora o la variación / desplazamiento de frecuencia menor de la portadora. [5] En la recuperación de portadora dirigida por decisión, la salida de un decodificador de símbolos se alimenta a un circuito de comparación y la diferencia / error de fase entre el símbolo decodificado y la señal recibida se usa para disciplinar el oscilador local. Los métodos dirigidos a decisiones son adecuados para sincronizar diferencias de frecuencia que son menores que la velocidad de símbolo porque las comparaciones se realizan en símbolos a la velocidad de símbolo o cerca de ella. Pueden ser necesarios otros métodos de recuperación de frecuencia para lograr la adquisición de frecuencia inicial.
Una forma común de recuperación de portadora dirigida por decisión comienza con correladores de fase en cuadratura que producen señales en fase y en cuadratura que representan una coordenada de símbolo en el plano complejo . Este punto debe corresponder a una ubicación en el diagrama de constelación de modulación . El error de fase entre el valor recibido y el símbolo más cercano / decodificado se calcula usando un arco tangente (o una aproximación). Sin embargo, el arco tangente, solo puede calcular una corrección de fase entre 0 y. La mayoría de las constelaciones QAM también tienensimetría de fase. Ambas deficiencias se superaron mediante el uso de codificación diferencial . [2]
En condiciones de baja SNR, el decodificador de símbolos cometerá errores con mayor frecuencia. El uso exclusivo de los símbolos de las esquinas en constelaciones rectangulares o dándoles más peso en comparación con los símbolos de SNR más bajos reduce el impacto de los errores de decisión de SNR bajos.
Ver también
Notas
Referencias
- Barry, John R .; Lee, Edward A .; Messerschmitt, David G. (2003). Comunicaciones digitales (3ª ed.). Saltador. págs. 727 –736. ISBN 0-7923-7548-3.
- Gibson, Jerry D. (2002). The Communications Handbook (2ª ed.). CRC. pp. 19 -3 a 19-18. ISBN 0-8493-0967-0.
- Bregni, Stefano (2002). Sincronización de Redes de Telecomunicaciones Digitales . Wiley. págs. 3 –4. ISBN 0-471-61550-1.
- Feigin, Jeff (enero de 2002). "Práctico diseño de bucle de Costas" (PDF) . Diseño RF . Grupo de Diseño Electrónico. Archivado desde el original (PDF) el 11 de febrero de 2012 . Consultado el 1 de mayo de 2008 .
- Nicoloso, Steven P. (junio de 1997). "Una investigación de técnicas de recuperación de portadora para señales moduladas PSK en entornos móviles CDMA y multirrutas" (PDF) . Tesis . Instituto Politécnico de Virginia y Universidad Estatal . Consultado el 26 de septiembre de 2020 . CS1 maint: parámetro desalentado ( enlace )