如何在软件中执行载波相位恢复？

#1 楼

要解调BPSK最简单的相移键控信号，必须恢复载波频率，相位和符号定时。

突发信号
某些信号是突发性的并提供称为前同步码或中间同步码的已知数据序列（取决于它出现在突发的开始还是中间）。解调器可以使用匹配的滤波器，“寻找”已知的数据序列，并使用它来确定突发的频率，相位和符号时序。他们为每个突发执行此操作，而不必担心“漂移”（随着小误差的累积，在解调器和接收信号之间逐渐建立的距离），因为突发通常足够短，以至于漂移不会问题。

连续信号
然后有连续信号。与突发信号相比，它们在许多方面都很难恢复，因为通常您没有已知的数据序列来帮助锁定信号，并且即使锁定信号后也确实要担心漂移。我将在较高层次上描述通常用于恢复连续信号的主要步骤。

载波恢复

通常，您知道要查找的信号将处于哪个频率，或者至少知道它可能处于哪个频率集。但是，即使掌握了这些知识，您通常也必须能够校正频率偏移，因为没有两个发射机以相同的频率进行发送。总是有一些错误。然后，通常的方法是混合您认为信号将达到的频率，然后校正残留频率误差。这可以通过Costas Loop或通过获取基带信号数据的四次幂并寻找频率尖峰来完成。载波偏移量* 4处应该有一个频率尖峰（例如，如果将数据进行FFT转换为4的幂，并且看到8300 Hz处的频率尖峰，则意味着载波偏移为8300/4 = 2075 Hz）。这是对频率偏移进行初始锁定的非常有效的方法。如果您偶尔进行重新调整，也可以使用它来补偿漂移。还有另一种补偿漂移的方法，我将在稍后进行介绍。是真实的，y轴是假的），它的外观应类似于以下内容：


线。这些是BPSK星座点。中间的点是星座点之间的过渡。一旦获得符号计时，这些将清除。线倾斜的原因是由于载波相位。这可以通过将所有具有负实数值的点乘以$ e ^ {j * \ pi} $



来镜像信号来测量然后取这些点的角度的平均值。计算完该角度后，通过将点乘以$ e ^ {j *-\ omega} $，将所有已去除载波偏移的点减去该角度。您也可以通过动态更新相位偏移来补偿载波偏移漂移。数据经过相位校正后，它应该看起来像这样-



一旦数据经过相位校正，您可以删除数据的虚部，因为它不会添加任何信息。

符号定时

通常，您应该先验地知道要解调的信号的符号周期。但是，如果确实需要确定符号周期/频率，则可以采用与检测载波偏移的方式类似的方式来进行。您可以对数据求平方，这将导致两倍于符号频率的频率尖峰。

与载波一样，您将必须正确调整相位（时序），然后补偿漂移。解决这两个问题的常用方法是寻找零交叉点。除非噪声非常严重，否则它应仅在符号从-1到1或从1到-1过渡的过程中越过零点。即使噪声确实导致这种情况发生在符号中间，也不会经常发生。或“眼图”。它有两个符号周期宽，并且有许多符号相互“堆叠”。我不知道您是否熟悉示波器，但是您可以让示波器显示这样的图片。无论如何，两个“ X”是符号转换。 X的高线到低线是当符号从1到-1转变时，X的低线到高线是当符号从-1到1转变时。粉色线是采样数据以查看符号是1还是-1的最佳位置。

可以使用相同的技术来处理符号定时漂移。取到之前的零交叉点和之后的零交叉点的距离的移动平均值。如果两个平均值大致相同，则一切都很好。如果一个大于另一个，则需要转移获取样本的位置。

在正确的位置对符号进行采样后，数据点应该看起来像经典的BPSK星座图点。



我希望这会有所帮助。