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立刻彻底搞懂qpsk costas环

 搞通信同学都知道,相干解调的难点是载波同步和位同步,其中载波同步用到锁相环,对于初学者来说锁相环简直就是噩梦,例如你看到的锁相环是这样的

还有个牛逼的名字,叫松尾环,或者叫极性costas环。

或者是这样的:

它也有个牛逼的名字,叫改进型costas环。 然后后面就是一大堆高大上的公式,看着令人瞌睡,或者令人骂娘,这tmd是给人看的?写书的咋想的?

其实qpsk的锁相环非常好理解,可以一句话概括:如果收到的星座图点发生了逆时针旋转,则往顺时针方向拉它;反之亦然。请看下图:如果接收到的点在A点,很明显A点离第一象限的理想点小黑比较近,它相对于小黑发生了逆时针偏移,那么A点需要乘上一个exp(-1i*sita)。这里的sita是A点与小黑的夹角。因为复数乘法的意义是模相乘角度相加。故乘上一个exp(-1i*sita)后A点发生了sita角度的旋转,与小黑重合,锁定成功。到此,讲完。

不过很多同学就不高兴了,前面那么牛逼的框图,你乘个 exp(-1i*sita)就搞定了?吹牛皮的吧?谁告诉你sita是多少的?环路滤波器干啥吃的?低通滤波器干嘛的?

这里这个sita确实不太好算,需要求个angle(A*conj(小黑))。或者你即使算出来了也不能直接拿sita去纠正这个相位。因为有噪声的话直接拿当前的sita去调整的话就震荡的乱七八糟了,也就是说调整时不能那么快,要慢慢调节。只要调节的方向没错就行,例如在A点就向下拉,在B点就向上拉,最终拉向第一象限的小黑。如果在C点,它离第二象限的小黑比较近,那么就顺时针拉向第二象限的小黑。注意,离哪个近就拉向谁也有个牛逼的名字,叫判决。判决完了拉的过程叫反馈。合起来就叫判决反馈环。

根据上述思想就产生了很多鉴相器,鉴相器是误差角度sita和输出的关系。例如松尾环就只鉴别方向,如上述星座图中的“+”区域和“-”区域,三维图表示如下:

 再来一个改进的costas环,图形如下:

 这个玩意sita越大输出误差控制信号也越大,感觉比松尾环牛逼一点。当然了,具体哪个好要仿真测试哈。

然后鉴相器的误差电压经过二阶环路滤波器给DDS,做出相应的调整。二阶环路滤波器一般就是自动控制上讲的比例环节加积分环节,环路稳定误差、锁定时间等等就用上了。

一般的理论框图是对频带的实信号分析的,故需要正交下变频和低通滤波,滤除2倍频分量。这种操作流程与直接在基带复信号做复数下变频是等价的。复数操作可以省去低通滤波的过程。

悦读

道可道,非常道;名可名,非常名。 无名,天地之始,有名,万物之母。 故常无欲,以观其妙,常有欲,以观其徼。 此两者,同出而异名,同谓之玄,玄之又玄,众妙之门。

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