Un sistema de recuperación de portadora es un circuito utilizado para estimar y compensar las diferencias de frecuencia y fase entre la onda portadora de una señal recibida y el oscilador local del receptor con el propósito de lograr una demodulación coherente .
En el transmisor de un sistema de comunicaciones , una onda portadora se modula mediante una señal de banda base . En el receptor, la información de banda base se extrae de la forma de onda modulada entrante.
En un sistema de comunicaciones ideal, los osciladores de la señal portadora del transmisor y del receptor estarían perfectamente adaptados en frecuencia y fase, permitiendo así una demodulación coherente perfecta de la señal de banda base modulada.
Sin embargo, los transmisores y receptores rara vez comparten el mismo oscilador portador. Los sistemas de recepción de comunicaciones suelen ser independientes de los sistemas de transmisión y contienen sus osciladores con desfases e inestabilidades de frecuencia y fase. El efecto Doppler también puede contribuir a las diferencias de frecuencia en los sistemas de comunicaciones móviles por radiofrecuencia .
Todas estas frecuencias y variaciones de fase deben estimarse utilizando la información de la señal recibida para reproducir o recuperar la señal portadora en el receptor y permitir una demodulación coherente.
Para una portadora silenciosa o una señal que contiene una línea espectral de portadora dominante , la recuperación de la portadora se puede lograr con un simple filtro de paso de banda en la frecuencia de la portadora o con un bucle de bloqueo de fase , o ambos. [1]
Sin embargo, muchos esquemas de modulación hacen que este enfoque simple sea poco práctico porque la mayor parte de la potencia de la señal se destina a la modulación (donde está presente la información) y no a la frecuencia portadora. La reducción de la potencia de la portadora da como resultado una mayor eficiencia del transmisor. Se deben emplear diferentes métodos para recuperar la portadora en estas condiciones.
Los métodos de recuperación de portadora sin ayuda de datos o “ciegos” no dependen del conocimiento de los símbolos de modulación. Se utilizan normalmente para esquemas de recuperación de portadora simples o como método inicial de recuperación de frecuencia de portadora gruesa. [2] Los sistemas sin ayuda de datos de bucle cerrado suelen ser detectores de error de frecuencia de máxima verosimilitud. [2]
En este método [3] de recuperación de portadora sin ayuda de datos, se aplica una operación no lineal ( multiplicador de frecuencia ) a la señal modulada para crear armónicos de la frecuencia portadora con la modulación eliminada (ver el ejemplo a continuación). [ se necesita más explicación ] Luego, el armónico de la portadora se filtra con un paso de banda y se divide en frecuencia para recuperar la frecuencia portadora. (Esto puede ir seguido de un PLL). La multiplicación-filtro-división es un ejemplo de recuperación de portadora de bucle abierto , que se favorece en transacciones de ráfaga ( reloj de modo ráfaga y recuperación de datos ) ya que el tiempo de adquisición suele ser más corto que para los sincronizadores de bucle cerrado.
Si se conoce el desfase o retardo del sistema de multiplicación-filtración-división, se puede compensar para recuperar la fase correcta. En la práctica, aplicar esta compensación de fase es complicado. [4]
En general, el orden de la modulación coincide con el operador no lineal requerido para producir un armónico portador limpio.
Como ejemplo, consideremos una señal BPSK . Podemos recuperar la frecuencia portadora de RF elevando al cuadrado:
Esto produce una señal al doble de la frecuencia portadora de RF sin modulación de fase ( la fase del módulo es efectivamente modulación 0).
Para una señal QPSK, podemos tomar la cuarta potencia:
Se generan dos términos (más un componente de corriente continua). Un filtro apropiado recupera esta frecuencia.
La recuperación de la frecuencia portadora y la fase, así como la demodulación, se pueden lograr utilizando un bucle Costas del orden apropiado. [5] Un bucle Costas es un primo del PLL que utiliza señales de cuadratura coherentes para medir el error de fase. Este error de fase se utiliza para disciplinar el oscilador del bucle. Una vez alineadas/recuperadas correctamente, las señales de cuadratura también demodulan con éxito la señal. La recuperación de la portadora del bucle Costas se puede utilizar para cualquier esquema de modulación PSK M-aria . [5] Una de las deficiencias inherentes del bucle Costas es una ambigüedad de fase de 360/M grados presente en la salida demodulada.
Al comienzo del proceso de recuperación de la portadora, es posible lograr la sincronización de símbolos antes de la recuperación completa de la portadora porque la sincronización de los símbolos se puede determinar sin conocer la fase de la portadora o la variación/desplazamiento menor de la frecuencia de la portadora. [6] En la recuperación de la portadora dirigida por decisión, la salida de un decodificador de símbolos se alimenta a un circuito de comparación y la diferencia/error de fase entre el símbolo decodificado y la señal recibida se utiliza para disciplinar el oscilador local. Los métodos dirigidos por decisión son adecuados para sincronizar diferencias de frecuencia que son menores que la tasa de símbolos porque las comparaciones se realizan en símbolos a la tasa de símbolos o cerca de ella. Pueden ser necesarios otros métodos de recuperación de frecuencia para lograr la adquisición de frecuencia inicial.
Una forma común de recuperación de portadora dirigida por decisión comienza con correladores de fase en cuadratura que producen señales en fase y en cuadratura que representan una coordenada de símbolo en el plano complejo . Este punto debe corresponder a una ubicación en el diagrama de constelación de modulación . El error de fase entre el valor recibido y el símbolo más cercano/descodificado se calcula utilizando la arcotangente (o una aproximación). Sin embargo, la arcotangente solo puede calcular una corrección de fase entre 0 y . La mayoría de las constelaciones QAM también tienen simetría de fase. Ambas deficiencias se pueden superar utilizando codificación diferencial . [2]
En condiciones de baja relación señal-ruido, el decodificador de símbolos cometerá errores con mayor frecuencia. El uso exclusivo de los símbolos de las esquinas en constelaciones rectangulares o la asignación de mayor peso a estos símbolos en comparación con los símbolos de baja relación señal-ruido reduce el impacto de los errores de decisión de baja relación señal-ruido.
![{\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}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/7d29afde0168376af38b2e3f474067e339cdf604)
![{\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}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fc66362df5808a47ca4da66753cf850ace4e52c8)
