第4篇载波恢复和时钟恢复.
载波恢复技术(带图)
载波恢复技术及其相关算法4.1 载波恢复的基本原理在数字传输系统中，接收端解调部分通常采用相干解调(同步解调)的方法，因为相干解调无论在误码率、检测门限还是在输出信噪比等方面较非相干解调都具有明显优势。
相干解调要求在接收端必须产生一个与载波同频同相的相干载波。
从接收信号中产生相干载波就称为载波恢复。
相干解调的优越性是以接收端拥有准确相位的参考载波为前提的，如果频率有误差，解调就不能正常工作，如果相位有误差，解调的性能就会下降。
因为星座点数多的QAM(如64QAM,256QAM)对载波相位抖动非常敏感，所以对DVB-C 系统的QAM 调制方式来说，在接收端取得精确频率和相位的相关载波尤为重要。
在数字传输系统中，由于收发端的本振时钟不精确相等或者信道特性的快速变化使得信号偏离中心频谱，都会导致下变频后的基带信号中心频率偏离零点，从而产生一个变化的频偏，同时，信号的相位在传输中也会受到影响，引起信号的相位抖动。
为了消除因此产生的载波频偏Δf 和相偏Δθ，在数字传输系统接收端的QAM 解调器中需要通过载波恢复(Carrier recovery)环路来计算出信号中载波频偏与相偏，并将载波频偏与相偏的值反馈回混频器来消除载波频偏与相偏。
本文论述采用特殊的锁相环来获得相干载波的方法，其基本思想是：对于经过了下变频、滤波器、定时恢复和均衡之后的信号，应用盲载波恢复，通过利用锁相环，提取出频偏并且跟踪相偏。
4.2 载波恢复的具体方法以下介绍从抑制载波的己调信号中恢复相干载波的常用的方法：四次方环法、同相正交环法、逆调制环法、判决反馈环法。
4.2.1 四次方环四次方环[6]的基本方法是将接收信号进行四次方运算，然后用选频回路选出4c f 分量，再进行四分频，取得频率为c f 的相干载波。
具体的四次方环载波恢复框图如图4-1所示。
图4-1中接收到的射频信号与本地振荡器混频，在中频处理阶段进行滤波和自动增益控制后，升为四次幂，送入锁相环。
高速通信系统中的时钟恢复技术
高速通信系统中的时钟恢复技术随着互联网的快速发展，高速通信系统的应用范围不断扩大。
高速通信系统通常需要在不同的设备之间传输大量的数据，而时钟同步问题是这些设备之间交流的重要问题之一。
为了保证高速通信系统的正确性和可靠性，时钟恢复技术显得尤为重要。
本文将对高速通信系统中的时钟恢复技术进行探讨。
一、时钟同步问题在高速通信系统中，时钟同步指的是保持不同设备之间的时钟频率、相位和时间的同步。
在通信系统中，时钟同步问题是非常重要的，因为任何精度误差都会导致数据传输损失和系统崩溃。
时钟同步问题的难点在于，不同设备之间的时钟是由不同的晶振驱动的。
而在不同的环境中，晶振的频率和精度会变化，导致时钟频率的不同，这就会引起时钟同步问题。
二、时钟恢复技术时钟恢复技术是用于解决时钟同步问题的一种重要技术。
它通过同步数据传输的时钟信号来恢复时钟的同步性。
在高速通信系统中，时钟恢复技术可以划分为两种类型：线性插值时钟恢复技术和非线性插值时钟恢复技术。
1、线性插值时钟恢复技术线性插值时钟恢复技术基于线性插值方法，通过许多样本的统计来恢复时钟。
它是一种精度高的时钟恢复技术，广泛应用于高速通信系统中。
该技术的原理是，通过利用两个相邻数据信号的时间间隔来计算时钟信号的周期。
这样可以在时钟信号中添加插值点，从而恢复数据传输的时钟同步性。
由于线性插值时钟恢复技术的精度高，因此它在高速通信系统中被广泛使用。
2、非线性插值时钟恢复技术非线性插值时钟恢复技术是一种新型的时钟恢复技术，它采用基于梳状滤波器的信号复原方法，从而实现了高精度的时钟恢复。
在非线性插值时钟恢复技术中，时钟信号被转换为等间隔离散样本，并通过梳状滤波器来进行时钟恢复。
这样可以在高速通信系统中完成高精度的时钟恢复，以便高速数据传输。
三、时钟恢复技术的应用时钟恢复技术在许多场合都被广泛应用。
在高速通信系统中，独立时钟链的时钟恢复技术在网络中被广泛应用，这种技术可以确保时间同步的可靠性。
理解载波恢复
理解载波恢复简介在数字通信系统中，信息可以通过载波基本特性的变化来进行传输。
这些特性，如相位、频率、和幅度，在发射端被修改并且必须在接收端被检测到。
因此，对于接收端来说，恢复载波的频率、相位、和符号时序是绝对必需的。
这一过程就被称作载波恢复并且可以通过各种技术得以实现。
在本演示（或文档）中，我们将探讨频率偏移的影响以及载波恢复中存在的通道噪声。
ASCII 码文本的QAM 调制（带噪声）幅度瞬时正弦波状态：M(t)＜Φ(t)载波恢复基础知识In-Class Demos一个QAM 发送端使用特定的相位和幅度来调制载波信号，而另一方面，如果接收器能够确定原始信号的相位和频率，那它就能准确地检测到这个信号。
因此，两者之间的同步是必需的。
在理想情况下，发送端和接收端将会完美地同步工作。
换句话说，两者将会以同样的方式解释信号的相位和频率。
然而，实际的硬件并不是完美的，而且即使利用某种纠错机制，接收端也不可能精确地锁定到与发送端完全相同的相位和频率。
为了弥补这些不尽完美的特性，采用锁相环或PLL 来匹配接收端和发送端之间的频率（1）。
利用星座图，我们可以表示出每个符号的幅度和相位。
此外，每个符号覆盖在另一个符号之上是为了说明与我们所能恢复载波的相位和幅度之间的一致性。
理想情况下，当接收端的PLL 能够恢复载波，那么每个符号就会在星座图上清楚地分布。
然而，当载波由于通道噪声或频率误差的原因而无法恢复时，星座图也能表示来了。
在右边，我们示出了一幅符号出现在正确幅度处，但其相位正持续变化的星座图。
因为：Frequency = d Θ / dt频率= d Θ / dt所以，当星座图的相位持续变化时，我们能够确定频率估计是错误的。
在这个特定的实例中，我们已经通过在系统中引入足够的噪声来仿真频率误差，从而得以干扰PLL ，甚至将噪声去除之后，PLL 仍然可能无法锁定正确的频率。
载波恢复步骤解决这个载波恢复问题的方法有两个部分，它们可以粗略地分为以下两个部分：频率恢复和符号时序（相位）恢复。
载波恢复详解
为解调抑制载波相位键控(PSK)信号而设计的该相干载波恢复电路，涉及到多种权衡和性能考虑。
虽然有很多的方法是可用的，但本文将把焦点集中在一个多用途PSK解调器上，该解调器不需要改变任何结构，就能适用于不同的调制方案中的不同数据率。
这种解调器对卫星地面站接收来自具有不同有效载荷特性的各种遥感卫星的数据是很理想的。
图1展示了一个PSK解调器的简化结构。
它由一个输入自动增益控制(AGC)放大器、相干载波恢复电路和相干检波器组成。
中频(IF)信号加上噪声经带通滤波AGC放大器放大后,并行加到载波恢复电路和相干数据检波器上。
载波恢复电路再生了加到相干数据检波器的解调相干基准。
相干数据检波器提取了同相(I)和正交(Q)数据流,该数据流经低通滤波后，送到相应的位同步插件和信号调节器(BSSC)单元。
该BSSC单元恢复了用来使数据与符号时钟同步的相干符号时序。
在这种情况下，BSSC单元还提供串行数据和时钟输出。
利用如下的三种载波恢复电路之一，就能满足大多数应用场合：增倍环(像BPSK的平方环)、科斯塔斯(Costas)环和再调制环。
其它类型的载波恢复方案都是这些技术的延伸或改进。
例如，用于MPSK的增倍环(图2)是利用了先用带通滤波器滤除调制的第M阶非线性平方律函数。
一个传统的PLL，工作频率为M×f c，M是谐波乘数，f c是载波频率，锁定在非线性输出的第M谐波分量，而压控振荡器(VOC)除以M，以得到要求到的基准载波频率。
在BPSK Costas环(图3)中，通过将附加噪声的输入压缩载波分别与VCO的输出和经90度相移后的VCO输出信号相乘，对这两个乘积的结果进行滤波，并用这两个滤波后的信号的乘积去控制VCO信号的相位和频率。
当在I和Q臂的滤波器由积分陡落(integrate-and-dump)电路控制时,这个环叫做带有源滤波器的Costas环。
最佳的相位评估器需要在I路滤波器之后的双曲正切[tanh(KE b/N O)]非线性特性。
湖南省数字电视地面广播系统技术研究(上)
方案易实现等主要技术优势不支持移动接收
欧洲ＤＶ — 数字 电视地面广播 系统 。 ＢＴ 利用频域 变换技术
地面广播 的环境下被优化地使用。美 、欧已有 的系统都反映
出这一特 点：即在 实验 室的白噪声环境下 ，两者都接近理论
将信号样值 由成千个载波分别传输 ，欧洲 系统之所 以被称为
ＯＤ 值 ， 一旦处于实 际的地面广播环境下 ， 但 两套 系统性能都发 Ｃ Ｆ Ｍ是因为频域信号样值是经信道纠错保护编码之后的编
模型极 为接近 ，系统性能可 以接近理论值。而地面广播的环 境显然不是 白噪声模型 ， 没有任何信道 编码调制技术可 以在
和 时钟恢复 还加入 了两 电平场 同步信号 。用于系统 同步和
均衡器 训练 。另外 ，系统配 以 强的内外信道编码纠错保护 较 措施 。 此设计使美 国系统具备噪声 门限低 （ 如 接近于 １． Ｂ ４ ｄ ９ 的理论值 ） 传输容量达 （ＭＨ 带宽传输 １． ｂ ｓ 和接收 ， ６ ｚ ９ Ｍ ｐ） ３
・数字电视接收应至少与现有模拟电视接收一样好。电
至少是在车辆行驶速度范围内）地面广播的应用范围和 ． 视观众可使用接收模拟电视信号的设施容易地接收到稳定地 收 （ 移动接收的传输容量要明显低于固 无线数字电视信号 ． 包括在室内采用简单、小型和低增益天 形式会大大增加。当然．
线实现稳 定接收。 在数字电视服务区边缘地带及其他 一些信 定接收的传输容量。 号微弱地区 ． 可以通过使用带方向性 ， 高增益的室外天线接 ●系统应方便频谱分配并支持差转广播。数字电视系统
所谓需求条件 ，就是设计一个系统所需达到的主要性 字电视广播信号．需要确定。 术上寻找对应的最佳解决方案或是经过折中的相对最佳解 定型阶段大多没有充分考虑系统的移动接收性能。事实上．
光通信系统中的时钟恢复与同步技术研究
光通信系统中的时钟恢复与同步技术研究随着信息时代的到来，光通信作为一种高速、高容量的通信传输方式，已经成为人们交流信息的重要手段之一。
然而，在光通信系统中，由于光信号传输过程中的存在时延、传播损耗等问题，时钟恢复与同步技术成为了光通信系统中亟需解决的核心问题。
时钟在光通信系统中扮演着至关重要的角色。
它用于调度数据包的发送和接收，确保通信双方的时序一致性。
然而，由于信号在光纤中传播的速度非常快，即使微小的时钟不一致也可能导致通信中断或数据丢失。
因此，时钟恢复与同步技术的研究对于光通信系统的稳定性和可靠性至关重要。
在光通信系统中，时钟恢复技术扮演着一个重要的角色。
时钟恢复指的是通过接收信号并从中提取时钟信息，使其与本地设备的时钟保持一致。
光通信系统中的时钟恢复技术主要包括：自适应等化、相位锁定环和拉伸振荡器等。
自适应等化是一种常用的时钟恢复技术。
在光信号传输的过程中，由于光纤的特性和光模式的干扰，信号在传输中会发生失真。
自适应等化通过信号处理算法，对接收的光信号进行均衡和补偿，以恢复原始信号的形状和时钟信息。
这种技术可以在一定程度上改善光信号的传输质量，提高系统的时钟恢复能力。
相位锁定环是另一种常见的时钟恢复技术。
它通过测量和比较输入信号的相位差，并根据比较结果调整本地时钟的相位，使其与输入信号保持同步。
相位锁定环一般由相位检测器、低通滤波器和控制电路组成。
相位检测器用于测量输入信号和本地时钟的相位差，而低通滤波器则用于滤除高频噪声，以保证系统的稳定性和精度。
通过不断地调整本地时钟的相位，相位锁定环可以实现时钟的恢复和同步。
除了时钟恢复技术外，同步技术也是光通信系统中的关键技术之一。
同步技术主要用于解决光通信系统中不同设备之间时钟不一致的问题。
在光通信系统中，不同设备的时钟可能存在微小的偏差，导致数据传输的时序不一致。
同步技术通过周期性地、准确地校准各个设备的时钟，以确保它们的时序一致性。
同步技术的研究方向主要包括：网络同步、时钟同步和频率同步。
高速数据传输系统中的时钟恢复与时序校准
高速数据传输系统中的时钟恢复与时序校准随着科技的不断进步，高速数据传输系统在现代通信中扮演着至关重要的角色。
然而，由于信号传输的复杂性和高速性，时钟恢复和时序校准成为了这些系统中的重要问题。
本文将介绍高速数据传输系统中的时钟恢复和时序校准的原理和方法。
时钟恢复是指在接收端恢复出与发送端相同的时钟信号。
在高速数据传输系统中，由于传输链路的噪声和失真，时钟信号可能会发生偏移和抖动，导致接收端无法准确地解读数据。
为了解决这个问题，可以使用时钟恢复电路。
时钟恢复电路通过对接收到的信号进行采样和重构，以恢复出准确的时钟信号。
常用的时钟恢复方法有边沿对齐和时钟数据恢复。
边沿对齐是一种常用的时钟恢复方法。
它基于传输信号的边沿来恢复时钟信号。
在接收端，时钟恢复电路会对传输信号进行采样，并根据采样到的边沿来生成时钟信号。
这种方法的优点是实现简单，但对传输信号的边沿要求较高。
时钟数据恢复是一种更为复杂的时钟恢复方法。
它通过对传输信号进行采样并解调，以恢复出准确的时钟信号和数据。
在接收端，时钟数据恢复电路会对传输信号进行采样，并解调出时钟信号和数据。
这种方法的优点是对传输信号的边沿要求较低，但实现难度较大。
时序校准是指在高速数据传输系统中对时钟和数据进行校准，以保证数据的准确传输。
在高速数据传输系统中，时钟和数据的传输速率往往不完全一致，容易导致时钟和数据之间的偏移。
为了解决这个问题，可以使用时序校准电路。
时序校准电路通过对时钟和数据进行延迟和对齐，以保证数据的准确传输。
常用的时序校准方法有延迟锁定环和自适应等化器。
延迟锁定环是一种常用的时序校准方法。
它通过对时钟和数据进行延迟和对齐，以保证数据的准确传输。
在接收端，延迟锁定环会对时钟和数据进行延迟，并通过反馈机制来调整延迟值，使得时钟和数据能够保持同步。
这种方法的优点是实现简单，但对传输信号的时钟和数据要求较高。
自适应等化器是一种更为复杂的时序校准方法。
它通过对传输信号进行采样和反馈，以自动调整等化器的参数，以保证数据的准确传输。
超高速光纤通信系统中时钟恢复技术研究
超高速光纤通信系统中时钟恢复技术研究随着信息通信技术的发展，超高速光纤通信系统在现代社会中起着至关重要的作用。
然而，由于超高速光纤通信系统中的光信号在传输过程中容易受到噪声和失真的影响，时钟恢复技术成为了确保通信系统稳定和正常运行的关键。
本文将重点探讨超高速光纤通信系统中时钟恢复技术的研究进展和应用。
时钟是光纤通信系统中信息传输的基础。
超高速光纤通信系统中，光信号的传输速度非常快，信号之间的间隔时间非常短，因此需要对信号进行精确的时钟恢复。
时钟恢复技术的目标是恢复出正确的时钟频率和相位，从而确保信息的准确传输。
在超高速光纤通信系统中，时钟恢复技术主要可以分为两种方法：基于数字信号处理的时钟恢复和基于光学技术的时钟恢复。
基于数字信号处理的时钟恢复技术是通过对光信号进行数字信号处理，恢复出正确的时钟信号。
其中最常用的方法是利用非线性光学效应实现时钟恢复。
常见的非线性光学效应包括自相位调制、光纤非线性和自发光等。
通过对这些效应的研究和利用，可以实现对光信号进行非线性转换，从而实现时钟的恢复。
此外，还可以通过数字信号处理算法对光信号进行处理，恢复出正确的时钟频率和相位。
基于光学技术的时钟恢复技术是利用光学器件来实现时钟的恢复。
其中最常用的方法是使用光锁相环技术。
光锁相环是一种利用延迟锁定原理的技术，通过调整光信号的相位和频率，使其与参考时钟同步。
通过引入光锁相环技术，可以实现对光信号进行相位和频率的同步，从而实现时钟的恢复。
此外，还有光电探测器和光纤光栅等光学器件也可以用于时钟恢复。
在超高速光纤通信系统中，时钟恢复技术的研究是非常重要的。
首先，时钟恢复技术可以提高光信号传输的稳定性和可靠性，保证信息的准确传输。
其次，时钟恢复技术可以提高光信号的传输速度和容量，满足日益增长的通信需求。
此外，时钟恢复技术还能够降低光信号传输的功耗和成本，提高通信系统的性能和效率。
然而，超高速光纤通信系统中时钟恢复技术仍然面临一些挑战和难题。
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平方差分SD算法及锁相环PLL算法都要求对接收信号 进行预处理。
能否有算法不做预处理？
第10章 载波恢复
思路： 1. 对接收信号r(kTs)=s(kTs) cos(2πf0kTs + 2 Φ)下 变换到 基带 即：LPF {r(kTs) cos(2πf0kTs + 2 θ)} 2. 再对变换的信号平方 （LPF {r(kTs) cos(2πf0kTs + 2 θ)}）2
第10章 载波恢复
此时的性能 函数为： JC(θ )= avg（LPF {r(kTs) cos(2πf0kTs + 2 θ)}）2 选择合适的低通滤波器的截止频率
JC(θ )= avg[1/2s(kTs)cos( θ- Φ)]2
=1/4avg[s 2(kTs)cos( θ- Φ)2 ]
故当代价函数极值化时，可得θ= Φ+n π
梯度算法方程为：
dJ SD ( ) [k 1] [k ] | [ k ] d
第10章 载波恢复
10.2 平方差分环路
dJSD ( ) davg[e 2 ( , k )] d [e 2 ( , k )] avg d d d d [e( , k )] 2avg{e( , k )} d avg{[ rp (kTs) cos(4f 0 kTs 2 )]sin(4f 0 kTs 2 )}
第10ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 载波恢复
将r2 (kTs)通过以2f0为中心的窄带带通滤波器则 rp(kTs) = (1/2)s2 avgcos(4πf0kTs + 2Φ + φ) 其中φ为中心窄带带通滤波器的相位偏移
程序示例：pllpreprocess.m
第10章 载波恢复
10.2 平方差分环路 经预处理的信号为： rp(kTs) = (1/2)s2 avgcos(4πf0kTs + 2Φ + φ) 现理想化方程 rp(t)=cos(4πf0kTs + 2θ) 并选择代价函数为： Jsd(θ)=avg{e2 (θ,k)} =1/4{(rp(kTs) - avgcos(4πf0kTs + 2 θ)} 2
第10章 载波恢复
科斯塔斯环的梯度算法方程为： dJ C ( ) [k 1] [k ] | [ k ] d
dJC ( ) avg d dLPF{rp (kTs) cos(2f 0 kTs 2 )}2 d dLPF{rp (kTs) cos(2f 0 kTs 2 )}
JPLL(θ )=1/2LPF{r(kTs) cos(4πf0kTs + 2θ + ψ)} =1/2LPF{cos(4πf0kTs + 2Φ + φ) cos(4πf0kTs + 2θ + ψ)} = 1/4LPF{cos(2Φ - 2θ )cos(8πf0kTs + 2Φ +2θ +2 φ)} = 1/4cos(2Φ - 2θ ) 故当代价函数极值化时，可得θ= Φ
d d{rp (kTs) cos(2f 0 kTs 2 )} d
2avgLPF{rp (kTs) cos(2f 0 kTs 2 )}
2avgLPF{rp (kTs) cos(2f 0 kTs 2 )}LPF
第10章 载波恢复
科斯塔斯环的梯度算法方程为：
2avgLPF {rp (kTs) cos(2f0kTs 2 )}LPF{rp (kTs) sin(2f0kTs 2 )}
第10章 载波恢复
梯度算法方程为：
dJ PLL ( ) [k 1] [k ] | [ k ] d
dLPF{rp (kTs) cos(4f 0 kTs 2 } dJPLL ( ) | [ k ] | [ k ] d d LPF d{rp (kTs) cos(4f 0 kTs 2 } d | [ k ]
第10章 载波恢复
载波恢复 对于大载波条件下的AM调制. 应用FFT来恢复载波与相位，（想一想，为什么?） 对于抑制载波条件下的AM调制. 应用FFT来恢复载波与相位时，不能恢复相位偏移 量，且频谱最大值经常不出现在载波频率上 ，（想 一想，为什么?）
第10章 载波恢复
对于抑制载波条件下的AM调制可采用预处理方法 r2(kTs) = (1/2)s2(kTs)[1 + cos(4πf0kTs + 2 Φ)] 将s2(t)用平均值和偏移量的和来表示 s2 (kTs) = s2avg + v(kTs) r2 (kTs) =1/2s2 (kTs)[1 + cos(4πf0kTs + 2 Φ)]= (1/2)[s2avg +v(kTs)+s2avgcos(4πf0kTs +2 Φ) +v(kTs)cos(4πf0kTs + 2 Φ)]
LPF{rp (kTs) sin(4f0kTs 2[k ] )}
第10章 载波恢复
梯度算法方程为：
[k 1] [k ] LPF{rp (kTs) sin(4f0kTs 2[k ] )}
程序示例：pllconverge.m
第10章 载波恢复
10.4 科斯塔斯环
第10章 载波恢复
相位跟踪 平方差分 锁相环 科斯塔斯环 直接判决相位 频域跟踪
第10章 载波恢复
第10章 载波恢复
接收机的载波不同步时：当只有相位不同步
第10章 载波恢复
接收机的载波不同步时：当只有频率不同步
第10章 载波恢复
自适应方法 找到代价函数 检查调整参数是否达到最优 应用梯度算法，其中最关键的是计算更新因子 检查性能
[k 1] [k ] avg{[rp (kTs) cos(4f 0 kTs 2b)]sin(4f 0 kTs 2 )}
第10章 载波恢复
程序示例：pllsd
平方差相位跟踪算法的框图
第10章 载波恢复
10.3 锁相环路
利用已知频率为2f0,相位为2Φ + φ的余弦信号，调制 预处理的rp(t)，并通过低通滤波器。