空母の回復

搬送波再生システムは、コヒーレント復調を目的として、受信信号の搬送波と受信機の局部発振器間の周波数と位相の差を推定し、補正するために使用される回路です。

通信搬送システムの送信機では、搬送波がベースバンド信号によって変調されます。受信機では、入力された変調波形からベースバンド情報が抽出されます。

理想的な通信システムでは、送信機と受信機の搬送信号発振器の周波数と位相が完全に一致し、変調されたベースバンド信号の完全なコヒーレント復調が可能になります。

ただし、送信機と受信機が同じ搬送波発振器を共有することはほとんどありません。通信受信機システムは通常、送信システムから独立しており、周波数と位相のオフセットと不安定性を持つ発振器を備えています。ドップラーシフトも、モバイル無線周波数通信システムの周波数差に寄与する場合があります。

これらすべての周波数と位相の変化は、受信信号の情報を使用して推定し、受信機で搬送波信号を再生または回復して、コヒーレント復調を可能にする必要があります。

静かな搬送波や支配的な搬送波スペクトル線を含む信号の場合、搬送波再生は搬送波周波数での単純なバンドパスフィルタ、位相同期ループ、またはその両方によって実現できます。^[1]

しかし、多くの変調方式では、信号電力のほとんどが変調（情報が存在する場所）に充てられ、搬送周波数には充てられないため、この単純なアプローチは実用的ではありません。搬送電力を減らすと、送信機の効率が向上します。このような状況で搬送波を回復するには、別の方法を使用する必要があります。

非データ支援型/「ブラインド」キャリア回復法は、変調シンボルの知識に依存しません。これらは通常、単純なキャリア回復方式、または初期の粗いキャリア周波数回復法として使用されます。^[2] 閉ループ非データ支援システムは、多くの場合、最大尤度周波数誤差検出器です。^[2]

このデータ非利用型搬送波回復法^[3]では、変調信号に非線形演算（周波数逓倍器）を適用して、変調を除去した搬送波周波数の高調波を生成します（下記の例を参照）。 ^{[さらに説明が必要]}次に、搬送波高調波をバンドパスフィルタにかけ、周波数分割して搬送波周波数を回復します（この後にPLLが続く場合があります）。逓倍-フィルタ-分割は、オープンループ搬送波回復の一例であり、取得時間がクローズドループ同期装置よりも通常短いため、バーストトランザクション（バーストモードクロックおよびデータ回復）で好まれます。

乗算フィルタ分割システムの位相オフセット/遅延が分かっている場合は、それを補正して正しい位相を回復することができます。実際には、この位相補正を適用するのは複雑です。^[4]

一般に、変調の順序は、クリーンな搬送波高調波を生成するために必要な非線形演算子と一致します。

例として、BPSK信号を考えてみましょう。次の式を二乗することで、RF 搬送周波数を復元できます。 ${\displaystyle \omega_{RF}}$

${\displaystyle {\begin{aligned}V_{BPSK}(t)&{}=A(t)\cos(\omega _{RF}t+n\pi );n=0,1\\V_{BPSK}^{2}(t)&{}=A^{2}(t)\cos ^{2}(\omega _{RF}t+n\pi )\\V_{BPSK}^{2}(t)&{}={\frac {A^{2}(t)}{2}}[1+\cos(2\omega _{RF}t+n2{\pi })]\end{aligned}}}$

これにより、位相変調なしでRF搬送周波数の2倍の信号が生成されます（モジュロ位相は実質的に0変調です）。 ${\displaystyle 2\pi }$

QPSK 信号の場合は、4 乗を取ることができます。

${\displaystyle {\begin{aligned}V_{QPSK}(t)&{}=A(t)\cos(\omega _{RF}t+n{\frac {\pi }{2}});n=0,1,2,3\\V_{QPSK}^{4}(t)&{}=A^{4}(t)\cos ^{4}(\omega _{RF}t+n{\frac {\pi }{2}})\\V_{QPSK}^{4}(t)&{}={\frac {A^{4}(t)}{8}}[3+4\cos(2\omega _{RF}t+n{\pi })+\cos(4\omega _{RF}t+n2\pi )]\end{aligned}}}$

2 つの項 (および DC 成分) が生成されます。適切なフィルターがこの周波数を復元します。 ${\displaystyle 4\omega _{RF}}$

搬送周波数と位相の回復、および復調は、適切な順序のコスタスループを使用して実行できます。 ^[5]コスタスループは、位相誤差を測定するためにコヒーレントな直交信号を使用する PLL の親戚です。この位相誤差は、ループの発振器を規律するために使用されます。正しく調整/回復されると、直交信号は信号を正常に復調することもできます。コスタスループの搬送波回復は、任意の M-ary PSK変調方式に使用できます。^[5]コスタスループの固有の欠点の 1 つは、復調出力に存在する 360/M 度の位相の曖昧さです。

キャリア回復プロセスの開始時に、キャリア位相やキャリアの小さな周波数変動/オフセットを知らなくてもシンボルタイミングを決定できるため、完全なキャリア回復の前にシンボル同期を実現できます。^[6]決定指向キャリア回復では、シンボルデコーダの出力が比較回路に送られ、デコードされたシンボルと受信信号間の位相差/誤差を使用して局部発振器を調整します。決定指向方法は、シンボルレートまたはシンボルレートに近いシンボルで比較が実行されるため、シンボルレート未満の周波数差を同期するのに適しています。初期の周波数取得を実現するには、他の周波数回復方法が必要になる場合があります。

一般的な形式の決定指向型搬送波再生は、複素平面のシンボル座標を表す同相信号と直交信号を生成する直交位相相関器から始まります。この点は、変調星座図の位置に対応している必要があります。受信値と最も近い/復号化されたシンボル間の位相誤差は、アークタンジェント(または近似値) を使用して計算されます。ただし、アークタンジェントでは、0 と の間の位相補正しか計算できません。ほとんどのQAM星座には位相対称性もあります。これらの欠点は両方とも、差動符号化を使用することで克服されました。^[2]${\displaystyle \pi /2}$${\displaystyle \pi /2}$

SNR が低い場合、シンボル デコーダーはより頻繁にエラーを起こします。長方形の星座でコーナー シンボルのみを使用するか、コーナー シンボルに低 SNR シンボルよりも大きな重みを与えると、低 SNR 決定エラーの影響が軽減されます。

• クロックリカバリ
• 位相検出器

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• スティーバー、J. マーク (1984)。PSK 復調: パート 1。 8～10ページ。