Uydu iletişiminde Gardner algoritmasına dayalı anti-taşıyıcı sapma yöntemi
Feng Bin1, Zhao Yanli2, Liu Jianfeng1, Liu Qilie2
(1. Ulusal Mobil Uydu Haberleşme Mühendisliği Teknolojisi Araştırma Merkezi, Nanjing 210000, Jiangsu; 2. İletişim ve Bilgi Mühendisliği Okulu, Chongqing Posta ve Telekomünikasyon Üniversitesi, Chongqing 400065)
: Gardner'ın geliştirilmiş algoritmasına (E-Gardner) dayanan, sinyal taşıyıcı frekans sapmasının neden olduğu büyük hata gibi eksiklikler ışığında, bir anti-taşıyıcı sapma saati hata tespit algoritması (AC-Gardner) önerilmiştir Bu algoritma E-Gardner'ı çözmektedir. -Gardner algoritması, taşıyıcı frekans farkı ve faz farkından etkilenir. Simülasyon sonuçları, AC-Gardner algoritmasının, taşıyıcı sapmasının etkisini etkili bir şekilde ortadan kaldırabildiğini ve Corazza kanal ortamında tüm sistemin senkronizasyon performansını iyileştirebileceğini göstermektedir.
Çin Kütüphanesi Sınıflandırma Numarası: TN927 Belge Tanımlama Kodu: A Makale Numarası: 0258-7998 (2014) 04-0103-03
Bilgisayar ve dijital sinyal işleme teknolojisinin gelişmesiyle birlikte, tamamen dijital alıcılar uydu iletişim teknolojisinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Doppler frekans kayması ve mobil terminal ile uydu arasındaki uzun yayılma gecikmesi nedeniyle, kaçınılmaz olarak bir örnekleme zamanı sapması vardır, bu da alıcı son veri örneklerinin mutlaka optimal örnekleme noktasında olmamasıyla sonuçlanır ve bu da bit hatalarına neden olur.
Bununla birlikte, uydu iletişim sisteminde, sinyal modülasyonu taşıyıcı frekansı, verilerin doğru demodülasyonu üzerinde ciddi bir etkiye sahip olacak büyük bir sapmaya sahiptir. Bu sorunu çözmek için, bu makale, Gardner'ın geliştirilmiş algoritması E-Gardner'a (Evolved Gardner) dayalı olarak dijital iletişim alıcısının saat hatası algılama modülü için bir anti-taşıyıcı sapma algoritması AC-Gardner (Anti Carrier Gardner) önermektedir. Algoritma, taşıyıcı sapmasının varlığında çalışabilir ve orijinal algoritmanın güvenilirliğini ve doğruluğunu artıran taşıyıcı sapmasının yokluğuna yakın performans gösterir.
Bu makale, tamamen dijital alıma dayalı geliştirilmiş zamanlama senkronizasyon döngüsü modelini kısaca tanıtır ve önerilen AC-Gardner algoritmasının ayrıntılı bir ilke açıklamasını ve matematiksel kanıtını verir. AC-Gardner algoritması simüle edilmiştir ve sonuç E-Gardner'a benzer Algoritmalar, S-eğrisi eğimi ve bit hata oranı açısından karşılaştırılır.
1 AC-Gardner hata algılama algoritması
Şekil 1, temel olarak dört bölümden oluşan geliştirilmiş bir zamanlama senkronizasyon döngüsü modelini göstermektedir: enterpolasyon filtresi, saat hatası detektörü TED (Zamanlama Hatası Detektörü), döngü filtresi ve zamanlama kontrolörü. Bu geliştirilmiş model ile geleneksel zamanlama senkronizasyon döngüsü arasındaki fark, TED modülünde sadece E-Gardner algoritmasının kullanılması değil, aynı zamanda taşıyıcı ofset tahmini ve telafi kısmının da eklenmesidir. Bu modül, yalnızca taşıyıcı sapma sinyali olmadan zamanlama hatası algılamasını gerçekleştiremez, aynı zamanda taşıyıcı sapma ile temel bant sinyalinde zamanlama hatası algılaması gerçekleştirebilir, ardından taşıyıcı frekans ofsetini ve faz ofsetini tahmin edebilir ve son olarak dijital alt dönüştürme sonrasında temel bant sinyali ile karmaşık sayılar gerçekleştirebilir. Çarpma işlemi, düzeltme sinyalini alır.
Zamanlama döngüsü modeline göre, alınan sinyal aşağıdakileri elde etmek için aşağı dönüştürülür:
Bunlar arasında, bir ortogonal QPSK sembollerinin iletim dizisi, an = exp (j · in), in = 0,1,2,3, Es = 1 sembol enerjisi, n sembol dizisi, T sembol genişliği, Vericiden alıcıya normalleştirilmiş yayılma gecikmesi, g (t) yükseltilmiş kosinüs darbesidir, fd, Doppler frekans kaymasıdır, alıcı-verici taşıyıcı, faz farkında sabitlenmiştir ve n (t), ilave beyaz Gauss gürültüsüdür.
Y (t) 'yi örnekleyerek ve zamanlama senkronizasyon döngüsüne girerek elde edilen E-Gardner algoritmasının ifadesi şöyledir:
Zamanlama senkronizasyon döngüsü kararlı bir duruma girdiğinde, sürekli QPSK sinyali yerel sabit saat tarafından örneklenir ve enterpolasyon filtresi, her sembol için en iyi örnekleme noktasını elde etmek için kullanılır. İletilen sinyalin genliğinin aynı olduğu ve yayılma işlemi sırasında zayıflamanın tutarlı olduğu varsayıldığında, alınan sinyalin optimal örnekleme noktasının genliği yaklaşık olarak aynıdır. Öyleyse şunu al:
Bu nedenle, Doppler frekans kaymasının fd'nin TED modülünün zamanlama hatası algılama performansı üzerindeki etkisi doğrusal değil, Şekil 2'de gösterildiği gibi periyodiktir.
Doppler frekans kaymasının TED modülünün performansı üzerindeki etkisini ortadan kaldırmak için, Doppler frekansı, frekans kayması üzerinde neredeyse hiçbir etkisinin olmadığı bir aralığa taşınmalıdır, yani yalnızca Doppler frekans kayması fd'nin 2 / T'nin tam sayı katına taşınması gerekir. İşte bu, bu yüzden hareketli frekansın boyutu hesaplanmalıdır.
Kosinüs fonksiyonu bir periyot olduğundan, tüm aralıktaki kaydırma frekansı şöyledir:
Bu nedenle, hesaplanan transfer frekansı ve sayısal alt dönüştürme sonrasında temel bant sinyali, karmaşık çarpmaya tabi tutulur ve son olarak düzeltilmiş temel bant sinyali elde edilir.
2 Simülasyon sonuçları ve performans analizi
Kanal ortamı: Kırsal gölge ortamına dayalı Corazza kanal modeli altında AC-Gardner algoritmasının performansını simüle etmek için Matlab'ı kullanın Simülasyon parametresi yapılandırma tablosu Tablo 1'de gösterilmektedir.
Bir zamanlama hatası algılama algoritması için, S eğrisi, algoritmanın performansını doğrudan yansıtabilir. Genel olarak, S eğrisi ne kadar düzgün ve dikse, ilgili algoritmanın performansı o kadar iyi olur. Bu nedenle, AC-Gardner algoritmasının performansını daha fazla doğrulamak için açık döngü simülasyonu gereklidir. Şekil 3, E-Gardner algoritması ve AC-Gardner algoritmasının taşıyıcı sapmasına sahip olduğu S eğrisi diyagramıdır. Sıfır noktasındaki S eğrisinin eğiminin doğruluğu temsil ettiği standarda göre, AC-Gardner algoritmasının doğruluk performansı doğrulanmıştır Önceki türetmeden, taşıyıcı frekans farkı fd TED performansı üzerinde periyodik bir etkiye sahiptir. Dolayısıyla, basitlik uğruna, sadece taşıyıcı frekans farkı fd'daki iki algoritmanın doğruluğunu hesaplamamız gerekir ve Tablo 2, S-eğrisi doğruluğunun iyileştirilmesi için bir karşılaştırma tablosudur. Bu tablodan, taşıyıcı sapması olduğunda, AC-Gardner algoritmasının doğruluk performansının, E-Gardner algoritmasına kıyasla yaklaşık% 37 ~% 89 oranında iyileştirildiği bilinmektedir.
AC-Gardner algoritmasının performansı, alıcı uçtaki QPSK sinyalinin bit hata oranıyla analiz edilebilir.Şekil 4'teki simülasyon sonuçlarından, sinyal-gürültü oranı arttıkça, taşıyıcı frekans kayması fd = 1.2 MHz olduğunda, bit hata oranı eğrisinin ideale yakın olmasına rağmen, görülebilmektedir. Gauss beyaz gürültü kanalı, ancak çok yollu solma ve gölge efektlerinden dolayı, sinyalin güçlü solması vardır ve büyük bir bit hata oranı vardır. Karşılaştırma yoluyla, AC-Gardner algoritmasının bit hata oranı eğrisinin Corazza kanal teorisi eğrisine çok yakın olduğu bulunmuştur. Sinyal-gürültü oranı 20 dB olduğunda, E-Gardner algoritmasının bit hata oranı yaklaşık 1.8 × 10-2 ve AC-Gardner algoritmasının bit hata oranı yaklaşık 2.5 × 10-3'tür, ikincisinin performansının yaklaşık 8.57 dB artacağı hesaplanır. Ayrıca, sinyal-gürültü oranı dB aralığında, AC-Gardner algoritmasının ortalama kazancı yaklaşık 8.46 dB'dir. Bu nedenle, sinyalde bir taşıyıcı frekans farkı ve faz farkı olduğunda, AC-Gardner algoritması daha iyi düzeltme performansına sahiptir.
Bu makale, uydu iletişimi sayısal alıcı ucunun TED modülüne uygun bir AC-Gardner algoritması önermekte ve algoritmanın matematiksel türetme sürecini vermektedir.Aynı zamanda, Corazza uydu kanalı ortamındaki frekans farkından, S eğrisinin eğiminden ve hata kodundan aralığı tahmin etmektedir. Doğruluk oranı dahil olmak üzere üç açıdan doğrulanmıştır. Simülasyon sonuçları, AC-Gardner algoritmasının yalnızca Gardner'ın performansını ve taşıyıcı sapmasına karşı geliştirilmiş algoritmasını geliştirmekle kalmayıp, aynı zamanda Gardner algoritmasının basit uygulama, düşük donanım tüketimi ve faz sapmasına duyarsızlık özelliklerini de miras aldığını göstermektedir. Bu nedenle, AC-Gardner algoritması, uydu iletişiminde Doppler kayması ve hızlanmasının zorluklarının üstesinden kolaylıkla gelebilir ve özellikle uydu mobil iletişim sistemlerinde, tüm dijital demodülasyonda yüksek uygulama değerine sahiptir.
Referanslar
MARAL G, BOUSQUET M. Uydu haberleşme sistemleri: sistemler, teknikler ve teknoloji 3. baskı: Wiley, 2011.
Zhang Gongli Tamamen dijital alıcıların teorisi ve teknolojisi Beijing: Science Press, 2005
LIM D. M-PSK sinyallerinin sembol zamanlamasının yeniden örtülmesi için değiştirilmiş bir Gardner detektörü IEEE İletişimi On Communi-cations, 2004,52 (10): 1643-1647.
Chen Yang, Wang Yongqu Tüm dijital alıcılar için bir sembol zamanlama senkronizasyon sisteminin tasarımı Mikrobilgisayar Bilgileri, 2010 (23): 071.
Liu Qiang, Chen Xihong, Zhou Jin Troposferik saçılmalı çok yollu kanal kestiriminin performans analizi.Elektronik Teknoloji Uygulaması, 2011, 37 (3): 94-97.
Fu Yongming, Zhu Jiang, Ju Yingjue. Gardner zamanlama senkronizasyon döngüsü parametre tasarımı ve performans analizi, Journal on Communications, 2012, 33 (6): 191-198.
Tang Yun. Senkron kafa destekli MPSK sinyalinin yüksek hassasiyetli frekans kayması tahmini Mikrobilgisayar ve Uygulama, 2011, 30 (20): 65-67.
