Компенсация сдвига частоты для PAM, PSK или QAM
CoarseFrequencyCompensator Система object™ компенсирует сдвиг частоты принимаемых сигналов.
Для компенсации сдвига частоты сигнала PAM, PSK или QAM:
Определите и настройте объект компенсатора грубой частоты. См. раздел Строительство.
Звонить step для компенсации сдвига частоты сигнала PAM, PSK или QAM в соответствии со свойствами comm.CoarseFrequencyCompensator. Поведение step относится к каждому объекту на панели инструментов.
Примечание
Начиная с R2016b, вместо использования step для выполнения операции, определенной объектом System, можно вызвать объект с аргументами, как если бы это была функция. Например, y = step(obj,x) и y = obj(x) выполнять эквивалентные операции.
CFC = comm.CoarseFrequencyCompensator создает объект компенсатора грубого сдвига частоты, CFC. Этот объект использует метод с разомкнутым контуром для оценки и компенсации сдвига несущей частоты в принятом сигнале.
CFC = comm.CoarseFrequencyCompensator(Name,Value) создает объект компенсатора грубого сдвига частоты, CFC, с указанным свойством Name установить в указанное значение Value. Можно указать дополнительные аргументы пары имя-значение в любом порядке как Name1,Value1,...,NameN,ValueN.
|
Тип модуляции Укажите тип модуляции сигнала как | |||||||||
|
Алгоритм, используемый для оценки смещения частоты Укажите алгоритм оценки как один из В таблице показаны допустимые комбинации типа модуляции и алгоритма оценки.
Используйте алгоритм на основе корреляции для реализаций HDL и для других ситуаций, в которых вы хотите избежать использования FFT. Это свойство появляется, когда | |||||||||
|
Частотное разрешение (Гц) Задайте разрешение частоты для оценки частоты смещения как положительный, реальный скаляр типа данных | |||||||||
|
Максимальный измеряемый сдвиг частоты (Гц) Укажите максимальное измеряемое смещение частоты как положительный, реальный скаляр типа данных Значение этого свойства должно быть меньше fsamp/M, где fsamp - частота дискретизации, а M - порядок модуляции. В качестве наилучшей практики, набор | |||||||||
|
Частота дискретизации (Гц) Укажите частоту дискретизации в выборках в секунду как положительный, реальный скаляр типа данных | |||||||||
|
Образцы на символ Укажите число выборок на символ s в качестве действительного положительного конечного целого скаляра, например s ≥ 2. Значение по умолчанию: Это свойство появляется, когда |
| информация | Характеристическая информация о компенсаторе грубой частоты |
| шаг | Компенсация смещения частоты |
Скомпенсировать сдвиг частоты 4 кГц, наложенный на шумный сигнал QPSK.
Задайте параметры примера.
nSym = 2048; % Number of input symbols sps = 4; % Samples per symbol nSamp = nSym*sps; % Number of samples fs = 80000; % Sampling frequency (Hz)
Создайте квадратный корень с увеличенным косинусным фильтром передачи.
txfilter = comm.RaisedCosineTransmitFilter(... 'RolloffFactor',0.2, ... 'FilterSpanInSymbols',8, ... 'OutputSamplesPerSymbol',sps);
Создайте объект фазового сдвига частоты, чтобы ввести сдвиг частоты 4 кГц.
freqOffset = comm.PhaseFrequencyOffset(... 'FrequencyOffset',-4000, ... 'SampleRate',fs);
Создайте объект компенсатора грубой частоты для компенсации смещения.
freqComp = comm.CoarseFrequencyCompensator(... 'Modulation','QPSK', ... 'SampleRate',fs, ... 'FrequencyResolution',1);
Генерируют символы QPSK, фильтруют модулированные данные, пропускают сигнал через канал AWGN и применяют сдвиг частоты.
data = randi([0 3],nSym,1);
modData = pskmod(data,4,pi/4);
txSig = txfilter(modData);
rxSig = awgn(txSig,20,'measured');
offsetData = freqOffset(rxSig);
Скомпенсировать сдвиг частоты с помощью freqComp. Когда сдвиг частоты является высоким, выгодно выполнять грубую компенсацию частоты перед фильтрацией приема, поскольку фильтрация подавляет энергию в полезном спектре.
[compensatedData,estFreqOffset] = freqComp(offsetData);
Отображение оценки смещения частоты.
estFreqOffset
estFreqOffset = -3.9999e+03
Вернуться к информации о freqComp объект. Для получения длины FFT необходимо вызвать freqComp перед вызовом info способ.
freqCompInfo = info(freqComp)
freqCompInfo =
struct with fields:
FFTLength: 131072
Algorithm: 'FFT-based'
Создайте объект анализатора спектра и постройте график смещенных и компенсированных спектров. Убедитесь, что компенсированный сигнал имеет центральную частоту 0 Гц и что сигнал смещения имеет центральную частоту -4 кГц.
specAnal = dsp.SpectrumAnalyzer('SampleRate',fs,'ShowLegend',true, ... 'ChannelNames',{'Offset Signal' 'Compensated Signal'}); specAnal([offsetData compensatedData])
Исправьте сдвиг фазы и частоты в шумном КАМ-сигнале с помощью синхронизатора несущей. Затем корректируют смещения, используя как синхронизатор несущей, так и компенсатор грубой частоты.
Задайте параметры примера.
fs = 10000; % Symbol rate (Hz) sps = 4; % Samples per symbol M = 16; % Modulation order k = log2(M); % Bits per symbol
Создайте модулятор QAM и канал AWGN.
channel = comm.AWGNChannel('EbNo',20,'BitsPerSymbol',k,'SamplesPerSymbol',sps);
Создайте объект диаграммы созвездия для визуализации эффектов методов компенсации смещения. Укажите диаграмму созвездия для отображения только последних 4000 выборок.
constdiagram = comm.ConstellationDiagram(... 'ReferenceConstellation',qammod(0:M-1,M), ... 'SamplesPerSymbol',sps, ... 'SymbolsToDisplaySource','Property','SymbolsToDisplay',4000, ... 'XLimits',[-5 5],'YLimits',[-5 5]);
Введите сдвиг частоты 400 Гц и сдвиг фазы 30 градусов.
phaseFreqOffset = comm.PhaseFrequencyOffset(... 'FrequencyOffset',400,... 'PhaseOffset',30,... 'SampleRate',fs);
Генерировать случайные символы данных и применять 16-QAM модуляцию.
data = randi([0 M-1],10000,1); modSig = qammod(data,M);
Создайте объект косинусного фильтра и отфильтруйте модулированный сигнал.
txfilter = comm.RaisedCosineTransmitFilter('OutputSamplesPerSymbol',sps, ... 'Gain',sqrt(sps)); txSig = txfilter(modSig);
Примените сдвиг фазы и частоты, а затем передайте сигнал через канал AWGN.
freqOffsetSig = phaseFreqOffset(txSig); rxSig = channel(freqOffsetSig);
Примените точную коррекцию частоты к сигналу с помощью синхронизатора несущей.
fineSync = comm.CarrierSynchronizer('DampingFactor',0.7, ... 'NormalizedLoopBandwidth',0.005, ... 'SamplesPerSymbol',sps, ... 'Modulation','QAM'); rxData = fineSync(rxSig);
Отображение диаграммы созвездий последних 4000 символов.
constdiagram(rxData)
Даже со временем схождения спиральный характер графика показывает, что синхронизатор несущей еще не компенсировал большой сдвиг частоты. Смещение 400 Гц составляет 1% от частоты дискретизации.
Повторите процесс с компенсатором грубой частоты, установленным перед синхронизатором несущей.
Создайте компенсатор грубой частоты, чтобы уменьшить сдвиг частоты до управляемого уровня.
coarseSync = comm.CoarseFrequencyCompensator('Modulation','QAM','FrequencyResolution',1,'SampleRate',fs*sps);
Передают принятый сигнал в компенсатор грубой частоты, а затем в синхронизатор несущей.
syncCoarse = coarseSync(rxSig); rxData = fineSync(syncCoarse);
Постройте график созвездия сигнала после грубой и точной компенсации частоты.
constdiagram(rxData)
Полученные данные теперь выравниваются с опорной совокупностью.
Алгоритм оценки на основе корреляции, который может быть использован для оценки сдвига частоты для сигналов PSK и PAM, описан в [1]. Для определения сдвига частоты Δf алгоритм выполняет оценку максимального правдоподобия (ML) комплексного колебания exp(j2πΔft). Наблюдаемый сигнал, rk, представлен как
1≤k≤N,
где Ts - интервал дискретизации, λ - неизвестная случайная фаза, а N - число выборок. Оценка максимального правдоподобия сдвига частоты эквивалентна поиску максимума функции правдоподобия Λ (Δf),
m).
После упрощения проблема выражается как дискретное преобразование Фурье, взвешенное параболической оконной функцией. Выражается как
Ts} = 0,
где R (k) обозначает оцененную автокорреляцию последовательности rk и представлен как
0≤k≤N−1.
Термин k (N-k) является параболической оконной функцией. В [1] показано, что R (k) является плохой оценкой автокорреляции rk, когда k = 0 или когда k близок к N. Следовательно, оконная функция может быть выражена как прямоугольная последовательность 1 s для k = 1, 2,..., L, где L ≤ N - 1. Результаты представляют собой модифицированную стратегию оценки ML, в которой
kTs} = 0.
Это приводит к оценке ^, в которой
k)}.
Частота дискретизации, fsamp, является обратной для Ts. Количество элементов, используемых для вычисления автокорреляционной последовательности, L, определяется как
− 1,
где fmax - максимальное ожидаемое смещение частоты и round - ближайшая целочисленная функция. Оценка сдвига частоты улучшается, когда L ≥ 7, и приводит к рекомендации fmax ≤ fsamp/( 4M).
Алгоритмы на основе БПФ могут использоваться для оценки сдвига частоты для всех типов модуляции. Два варианта используются в comm.CoarseFrequencyCompensator.
Для BPSK, QPSK, 8PSK, PAM, или QAM модуляция используемого алгоритма на основе БПФ описана в [2]. Алгоритм оценивает ^ с использованием периодограммы m-й мощности принимаемого сигнала и приводится в виде
−Rsym2≤f≤Rsym2),
где m - порядок модуляции, r (k) - принимаемая последовательность, Rsym - скорость передачи символов, а N - число выборок. Алгоритм ищет частоту, которая максимизирует среднее по времени значение m-й мощности принимаемого сигнала, умноженное на различные частоты в диапазоне [-Rsym/2, Rsym/2]. Поскольку формой алгоритма является определение дискретного преобразования Фурье rm (t), поиск частоты, которая максимизирует среднее время, эквивалентен поиску пиковой линии в спектре rm (t). Количество точек, требуемых для БПФ, равно
⌉,
где fr - желаемое разрешение по частоте.
Для OQPSK модуляция используемого алгоритма на основе БПФ описана в [4]. Алгоритм ищет спектральные пики на +/- 200 кГц вокруг частоты символов. Этот метод определяет требуемые пики в присутствии помех от спектрального содержания вокруг частот основной полосы частот вследствие фильтрации.
[1] Луизе, М. и Р. Реджаннини. «Восстановление несущей во всех цифровых модемах для передачи в пакетном режиме». Транзакции IEEE ® по коммуникациям. том 43, № 2, 3, 4, февраль/мар/апрель, 1995, стр. 1169-1178.
[2] Ван, Я., К. Ши и Э. Серпеди. «Оценщики смещения несущей частоты без передачи данных для созвездий QAM: нелинейный подход с наименьшими квадратами». Журнал EURASIP по прикладной обработке сигналов. 2004:13, стр 1993–2001.
[3] Накагава, Т., М. Мацуи, Т. Кобаяси, К. Исихара, Р. Кудо, М. Мидзогути и Я. Миямото. «Устройство оценки частотного сдвига без помощи данных для оптических когерентных приемников QAM». Конференция и экспозиция оптоволоконной связи (OFC/NFOEC), 2011 год, и Национальная конференция инженеров оптоволоконной связи. Март 2011, стр. 1-3.
[4] Олдс, Джонатан. «Проектирование демодулятора OQPSK».
comm.CarrierSynchronizer | comm.PhaseFrequencyOffset | dsp.FFT