QAM-Konstellationsschneider mit unbekannter Trägerphase

Wie im Bild gezeigt, habe ich eine 16QAM-Konstellation, die aufgrund einer Phasenrotation falsch ausgerichtet ist. In diesem Fall können Sie sehen, dass der Rotationsbetrag ungefähr beträgt , dies ist jedoch im Allgemeinen nicht der Fall. Für reale Daten könnte die Phase eine sich langsam ändernde Funktion der Zeit , so dass es nicht ausreicht, einen festen Korrekturfaktor anzuwenden.$\theta = \pi/4$$\theta(t)$

Mir sind differenzielle Abbildungsschemata bekannt, die das Phasenmehrdeutigkeitsproblem aufgrund der Konstellation mit Symmetrie lösen , aber es scheint, dass noch bekannt sein muss, um das Schneiden durchzuführen.$\pi/2$$\theta$

Eine vorgeschlagene Lösung bestand darin, zu versuchen, den empfangenen Konstellationspunkt auf den nächsten QAM-Konstellationspunkt abzubilden und eine Phasenregelschleife mit dem Ergebnis zu speisen. Es ist jedoch nicht klar, wie dies funktionieren würde, wenn sich im Laufe der Zeit .$\theta$

Welche Techniken gibt es, um die Symbole wiederherzustellen? Ich habe bereits verschiedene Carrier-Recovery-Schemata ausprobiert, die auf Rückkopplungsschleifen basieren, ohne Erfolg, und bin an entscheidungsgerichteten Ansätzen interessiert, bei denen es möglicherweise vermieden wird, die Phase zu finden.

Was Sie brauchen, ist die Trägerphasensynchronisation. Dies ist ein kompliziertes Thema mit vielen verschiedenen Ansätzen. Der Ansatz, den Sie wählen, kann von folgenden Faktoren abhängen:

• Datenunterstützt versus blind: Enthält die zugrunde liegende Sequenz bekannte Daten (z. B. eine Trainings- oder Synchronisationssequenz), mit denen Sie den Phasenversatz bestimmen können? Oder müssen Sie ohne Kenntnis der modulierenden Symbole synchronisieren?

  Blinde Ansätze sind allgemeiner, aber Sie können eine bessere Leistung bei der Phasenschätzung erzielen, wenn Sie von den Daten unterstützt werden. Außerdem führen blinde Ansätze häufig Mehrdeutigkeiten in die wiederhergestellte Phase ein (dh es gibt mehrere Phasenversatzlösungen, die das Kriterium der blinden Optimierung gleichermaßen erfüllen).

  Ich habe keine blinden Lösungen gefunden, die für alle Modulationstypen gleich gut funktionieren. Beispielsweise werden die meisten Blindphasenschätzer am besten auf PSK- Signale angewendet . Sie können dazu gebracht werden, suboptimal an QAM zu arbeiten. In der Literatur sind verschiedene Blindträgerphasenschätzer für QAM dokumentiert, aber ich habe keine guten Empfehlungen für QAM-spezifische Schätzer. Der am häufigsten verwendete Blindschätzer für Signale vom PSK-Typ ist der Potenzgesetzdetektor. Hier ist ein Beispiel eines Papiers, das über seine Anwendung auf QAM spricht .

• Kohärent versus Differential: Wie Sie bereits bemerkt haben, besteht eine Möglichkeit, die direkte Synchronisation mit der Trägerphase zu umgehen, in der Verwendung der Differentialmodulation. In diesem Fall wird die Information durch die durch Differenz in der Phase zwischen aufeinanderfolgenden Symbolen. Da es wahrscheinlich ist, dass die Trägerphase über einen Zeitraum von zwei Symbolen ungefähr konstant ist, wird die Trägerkomponente abgebrochen. Dies erleichtert die Synchronisation, es gibt jedoch einen Leistungsverlust der Symbolfehlerrate in der Größenordnung von 1 bis 2 dB für differentiell kohärente Modulationen im Vergleich zu vollständig kohärentem Betrieb.

• Feedforward versus Feedback: Verarbeiten Sie einen kontinuierlichen, unbegrenzt langen Strom von Symbolen oder haben Sie einen Stapel mit endlicher Größe? Ein Rückkopplungsansatz wie ein Phasenregelkreis könnte für den ersteren geeignet sein, während Vorwärtskopplungstechniken, die den Massenphasenversatz eines Symbolblocks gleichzeitig schätzen, für den letzteren am besten geeignet sind (Rückkopplungstechniken haben eine Erfassungsperiode, in der Sie gewonnen haben). Sie erhalten keine gute Ausgabe. Wenn Sie jeweils nur kurze Datenblöcke haben, kann dies ein Problem sein.

Wenn Sie nach einer Buchreferenz suchen, gehe ich zu Synchronisationstechniken für digitale Empfänger von Mengali . Es ist teuer und schwer, eine Kopie zu finden, aber ich finde es sehr gründlich.

Jason hat eine ausgezeichnete Antwort geschrieben, deshalb werde ich das nur ergänzen:

entscheidungsgerichtete Ansätze, die möglicherweise vermeiden, die Phase finden zu müssen.

Mit 16QAM funktioniert das nicht, da Sie keine aussagekräftige Entscheidung treffen können, ohne zu wissen, wie Ihr Entscheidungsgrenzgitter gedreht wurde.

Aus meiner Sicht müssen also auch hier immer die einzig möglichen Ansätze immer sein

• Methode 1
  • Schätzen Sie direkt die richtige Phase und korrigieren Sie diese
• Methode 2
  • derotieren die Konstellation zu einer Mehrdeutigkeit von $0$, $\frac \pi2$, $\pi$ oder $\frac 32 \pi$, und dann
  • Beheben Sie die verbleibende Mehrdeutigkeit mit Daten.

Verfahren vom Typ 1 wären beispielsweise eine Korrelation mit der Form einer bekannten Präambel (ohne Entscheidung!).

Methoden des Typs 2 würden beispielsweise eine statistische Analyse Ihrer beobachteten komplexen Zahlen durchführen, um einen quadratischen Begrenzungsrahmen für empfangene Konstellationspunkte zu finden, und diesen so ableiten, dass er parallel zur I- und Q-Achse verläuft. Beachten Sie, dass dies zuerst Kohärenz erfordern würde!

In jedem Fall wird 16QAM normalerweise in Hochgeschwindigkeitssystemen verwendet. Nachdem Sie die richtige Phase einmal wiederhergestellt haben, müssen Sie die Phase für diese nachverfolgen - sei es durch Pilotsymbole oder durch eine kontinuierlich laufende PLL, die abgerufen wird Phasenfehlerinfo vom Entscheider.