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 fin de realizar una demodulación coherente .
En el transmisor de un sistema portador de comunicaciones , una onda portadora es modulada por una señal de banda base . En el receptor, la información de la 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 perfecta y coherente de la señal de banda base modulada.
Sin embargo, los transmisores y receptores rara vez comparten el mismo oscilador portador. Los sistemas receptores de comunicaciones suelen ser independientes de los sistemas transmisores y contienen sus osciladores con desfases e inestabilidades de frecuencia y fase. El desplazamiento 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 filtro de paso de banda simple 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 no sea práctico porque la mayor parte de la potencia de la señal se dedica 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 el soporte en estas condiciones.
Los métodos de recuperación de portadora “ciegos” o sin ayuda de datos no dependen del conocimiento de los símbolos de modulación. Por lo general, se utilizan para esquemas simples de recuperación de portadora o como método inicial de recuperación de frecuencia de portadora aproximada. [2] Los sistemas de circuito cerrado no asistidos por datos son frecuentemente detectores de errores de frecuencia de máxima probabilidad. [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 ejemplo a continuación) [ se necesita más explicación ] . Luego, el armónico de la portadora se filtra en paso de banda y se divide la frecuencia para recuperar la frecuencia de la portadora. (Esto puede ir seguido de un PLL.) Multiplicar-filtro-división es un ejemplo de recuperación de portadora de bucle abierto , que se favorece en transacciones en ráfaga ( reloj en modo ráfaga y recuperación de datos ), ya que el tiempo de adquisición suele ser más corto que en el caso de operaciones en ráfaga. sincronizadores de bucle.
Si se conoce el desfase/retraso del sistema de multiplicación-filtro-división, se puede compensar para recuperar la fase correcta. En la práctica, aplicar esta compensación de fases resulta complicado. [4]
En general, el orden de la modulación coincide con el operador no lineal necesario para producir una armónica portadora limpia.
Como ejemplo, considere 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 producen dos términos (más un componente DC). Un filtro adecuado recupera esta frecuencia.
La frecuencia portadora y la recuperación de fase, así como la demodulación, se pueden lograr utilizando un bucle Costas del orden apropiado. [5] Un bucle de 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 en cuadratura también demodulan con éxito la señal. La recuperación de la portadora del bucle Costas se puede utilizar para cualquier esquema de modulación M-ary PSK . [5] Una de las deficiencias inherentes del Costas Loop es una ambigüedad de fase de 360/M grados presente en la salida demodulada.
Al inicio del proceso de recuperación de la portadora, es posible lograr la sincronización de símbolos antes de la recuperación total de la portadora porque la temporización de los símbolos se puede determinar sin conocimiento de la fase de la portadora o de la variación/desplazamiento de frecuencia menor de la portadora. [6] En la recuperación de 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 a decisiones son adecuados para sincronizar diferencias de frecuencia que son menores que la velocidad de símbolo porque las comparaciones se realizan en símbolos a la velocidad de símbolo o cerca de ella. Es posible que sean necesarios otros métodos de recuperación de frecuencia para lograr la adquisición de frecuencia inicial.
Una forma común de recuperación de portadora dirigida por decisiones comienza con correlacionadores 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/decodificado se calcula utilizando un arco tangente (o una aproximación). Sin embargo, el arco tangente solo puede calcular una corrección de fase entre 0 y . La mayoría de las constelaciones QAM también tienen simetría de fase. Ambas deficiencias se superaron mediante el uso de codificación diferencial . [2]
En condiciones de SNR baja, el decodificador de símbolos cometerá errores con mayor frecuencia. Usar exclusivamente los símbolos de las esquinas en constelaciones rectangulares o darles más peso en comparación con símbolos de menor SNR reduce el impacto de los errores de decisión de baja SNR.
![{\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{alineado} }}](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{alineado}}}](https://wikimedia.org/api/rest_v1/media/math/render/svg/fc66362df5808a47ca4da66753cf850ace4e52c8)
