GNURadio-AET'ye dayalı CMA kör ekolayzer ve faz kilitli döngü kombinasyonunun tasarımı ve uygulaması
0 Önsöz
İletişim sisteminde, istenmeyen kanallar sinyal bozulmasına neden olacaktır Bunlar arasında en yaygın bozulmalar, sinyalin frekansının ve fazının kaymasına ve veri iletiminin güvenilirliğini azaltmasına neden olacak kanallar arası girişim ve semboller arası girişimdir. Bu nedenle, distorsiyon problemini çözmek için genellikle alıcı tarafta uygun telafi kullanılır. Bussgang benzeri kör eşitleme algoritması yinelemeli bir şekilde kör eşitleme gerçekleştirir Dezavantajı, algoritmanın uzun bir süre yakınsaması ve yakınsamadan sonraki kalıcı hal hatasının büyük olmasıdır [1]. Godard ilk olarak en yaygın kullanılan Bussgang kör eşitleme algoritması olan sabit modül algoritmasını (Sabit Modül Algoritması, CMA) önermiştir [2-3]. Guo Xiaoyu, Zhao Baofeng, vb. Sabit modül kör eşitleme algoritmasını geliştirdi [4-5]. Tong Benfeng, sinyal genliği değişimi ve faz kayması telafisi sorunlarını çözen faz kilitli bir döngüye [6] dayalı bir CMA kör ekolayzır tasarladı. Geliştirilmiş CMA kör ekolayzer, sinyal genliğini eşitleyebilir, performansı geleneksel CMA'dan daha iyidir, ikinci dereceden PLL, frekans kaymasını ve faz dönüşünü telafi edebilir, performansı birinci dereceden faz kilitli döngüden daha iyidir ve ikisinin kombinasyonu yakınsamayı iyileştirebilir Hız, sabit durum hatasını azaltın, gerçek zamanlı sinyalin bozulma işlenmesi için kullanılabilir. GNURadio ve USRP'yi (Evrensel Yazılım Radyo Çevre Birimi, Evrensel Yazılım Radyo Çevre Birimi) kullanan yazılım radyosu, şimdi yaygın olarak simülasyon uygulaması ve mühendislik projesi geliştirme için kullanılan açık ve yeniden programlanabilir bir radyo iletişim sistemidir [7]. İletişim modülü C ++ ve Python ile yazılmıştır ve gerekli iletişim sistemi GNURadio yazılımı ile USRP donanımı birleştirilerek tasarlanabilir. Bu nedenle, CMA kör ekolayzır ve PLL kombinasyonunun yazılım radyo platformuna dayanan sinyal işleme sistemi üzerine derin araştırmalar çok önemli bir öneme ve kullanım değerine sahiptir.
1 Kör ekolayzer prensibi ve kombinasyon tasarımı
1.1 Kör eşitleme ilkesi
Kör ekolayzer, eğitim sekansı olmadan kanalı tamamlayabilen bir tür eşitleme uyarlamalı teknolojidir.İlke Şekil 1'de gösterilmiştir.
Giriş sekansı x (n) 'nin bağımsız ve özdeş olarak dağıtılmış bir sekans olduğu varsayılır, bilinmeyen zamanla değişen ayrık zamanlı iletim kanalı h (n) vasıtasıyla, ilave kanal gürültüsü n (n) dikkate alınarak, ekolayzer alıcı sekansı y (n) elde edilir:
Y (n) 'nin x (n) ve h (n)' nin evrişimi ile oluştuğu görülebilir. X (n) 'yi y (n)' den elde etmek için, y (n) 'yi ters çevirmeniz veya çözmeniz gerekir. Ürün operasyonu.
1.2 Bussgang benzeri kör eşitleme algoritması
Şekil 4, simülasyonun her aşamasında sinyal takımyıldızı diyagramının Bussgang kör eşitleyicisinin şematik diyagramını göstermektedir. Bussgang benzeri kör eşitleme algoritmasının iki formülü vardır [2], formül (2) eşitleyici çıktısıdır, formül (3) dokunma katsayısı yinelemesidir.
Ekolayzer uzunluğu 2L + 1'dir,
, yineleme adım faktörüdür.
1.3 Sabit modül algoritması
Godard tarafından önerilen CMA, en yaygın olarak kullanılan Bussgang kör eşitleme algoritmasıdır [3]. Tablo 1, sabit modül algoritması formül listesini göstermektedir.
1.4 Sabit modül algoritması ve faz kilitli döngünün kombinasyonu
Geliştirilmiş CMA, kanalın neden olduğu sinyal genliğini eşitleyebildiğinden ve ikinci dereceden PLL, sinyalin frekans sapmasını ve faz sapmasını düzelttiğinden, geliştirilmiş CMA ve ikinci dereceden PLL'yi birleştirme yöntemi, kararlı durum ortalama kare hatasını azaltabilir ve neden olduğu kanalla ilgilenebilir. Bozulma yalnızca yakınsama hızını artırmakla kalmaz, aynı zamanda frekans hatasını ve faz hatasını da düzeltebilir. Şekil 3, iki kombine sinyal işlemenin temel diyagramını göstermektedir.
2 Simülasyon uygulaması
Şematik diyagrama dayalı olarak QAM sinyali oluşturun, SNR = 10 dB Gauss kanalı aracılığıyla frekans kayması 100 Hz, faz kayması 10 ° modüle edin, sinyal takımyıldızı diyagramını izleyin.
Şekil 4'ün takımyıldız diyagramları şunlardır: (a) orijinal 4-QAM temel bant sinyalidir, (b) sinyal modüle edildikten ve ilave gürültü Gauss kanalından geçtikten sonra frekans kayması ve faz kayması olan sinyaldir, (c) değiştirilmiş CMA işlemidir Sinyal (d), geliştirilmiş CMA ve ikinci derece PLL tarafından işlenen sinyaldir. Aşamalı takımyıldız, genlik eşitleme etkisinin, geliştirilmiş CMA işlemesinden sonra açık olduğunu ve sinyal demodülasyon kümesinin, ikinci derece PLL işleminden sonra daha iyi yakınsadığını gösterir.
Şekil 5'teki sinyal CMA tarafından işlenmemiştir.Frekans yanıt süresi sayesinde, sinyalin stabilize etme eğiliminde olduğu ve zamanı önemli ölçüde artırdığı, fazın stabilize etme eğiliminde olduğu ve özellikle sinyal demodülasyonu takımyıldızı iyi bir şekilde yakınsamadığında, faz kayması dalgalanmalarının da önemli ölçüde arttığı görülebilir. , Bit hata oranı yüksektir. Ve Şekil 6, geliştirilmiş CMA ve ikinci derece PLL işlemeden sonraki sinyaldir, genel etkinin daha iyi olduğu görülebilir.
Yukarıdaki simülasyon durumuna bağlı olarak, geliştirilmiş CMA ve ikinci dereceden PLL kombinasyonu, sinyal genliği, frekansı ve fazının daha iyi dengelenmesine ve düzeltilmesine sahiptir ve performans daha iyidir.
3 Yazılım tanımlı radyo platformu uygulaması
3.1 GNURadio ve URSP yazılım radyo platformu
Bu makalenin odak noktası, GNURadio ve USRP yazılım radyo platformlarını incelemek ve sinyaldeki kanal bozulmasını ortadan kaldırmak için CMA + PLL kombinasyonunu uygulamaktır. GNURadio yazılım bölümü temel olarak Linux işletim sistemine dayanmaktadır.İletişim sistemi modeli C ++ ve Python dil programlamasından oluşur. C ++ dili çeşitli sinyal işleme modüllerini yazmak için kullanılır. Bu sinyal işleme modülleri GNURadio'da "bloklar" olarak adlandırılır; Python blokları bağlamak için kullanılır İletişim sisteminin bazı işlevlerini gerçekleştirmek için onu bir komut dosyası yapın ve bu komut dosyası "akış grafiği" olarak adlandırılır. USRP, donanım parçasıdır ve işlevi, radyo frekansı sinyallerini gönderip almak ve bunları PC'ye bağlanmak için temel bant sinyallerine dönüştürmektir [8].
GNURadio ve USRP yazılım radyo platformunun yazılım kısmı açık kaynaklı bir projedir, donanım kısmının fiyatı çok yüksek değildir ve teknik gereksinimler düşüktür [9].
3.2 Modüler uygulama
Sinyal işleme modülünü tasarlamak için GNURadio yazılımını kullanın, iletmek ve almak için USRP donanımını kullanın. Verici (Şekil 7): Rastgele sinyal üretme modülü, rastgele ikili veri üretir ve modülasyon modülü, MQAM (M = 4,16,64) temel bant sinyalleri veya MPSK (M = 2,4,8) (gri modüller) temel bant sinyalleri üretir; iki İki modül isteğe bağlıdır ve USRP yayın merkez frekansı 1 GHz olarak ayarlanmıştır. Alıcı (Şekil 8): USRP'yi alma merkez frekansı 1 GHz olarak ayarlanmıştır Sinyal kablosuz kanaldan geçtikten sonra parametrelerin kontrol edilemeyeceği düşünülerek, analog kanal modülü üzerinden çok yollu dağıtımı, frekans kaymasını ve faz kaymasını simüle etmek için bir analog kanal modülü eklenir. Parametreler, CMA kör eşitleme modülü ve PLL (Costas halkası seçili) modülü, sinyali kanal etkisinden sonra işler ve işlenen sinyal, sinyal demodülasyonu ve takımyıldızı izleme modülüne gönderilir.
Parametre ayarı: (1) Rastgele sinyal üretimi: tekrar tekrar 10.000 sembol üretilir; (2) Modülasyon modülü: MQAM (M = 4, 16, 64) modülasyon, Gri diferansiyel kodlama veya MPSK (M = 2, 4, 8) Modülasyon, Gri diferansiyel kodlama; (3) Gönderme ve alma birimi: IP192.168.10.3 gönderme, radyo frekansı 1 GHz, AGC kazancı 50 dB, IP192.168.10.2 alma, merkez frekansı 1 GHz; (4) Analog kanal: gürültü seviyesi , Normalleştirilmiş frekans kayması, faz kayması, çok yollu dağıtım; (5) çok fazlı saat senkronizasyonu; (6) CMA ekolayzer: kademe sayısı 15, kazanç parametreleri; (7) faz kilitli döngü: ikinci derece döngü Bant genişliği parametreleri; (8) Takımyıldız ekranı; (9) Spektrum ekranı.
Değişken parametreler: gürültü seviyesi, normalleştirilmiş frekans kayması, örnekleme zamanlama ofseti, çok yollu gecikme profili, ekolayzır kazancı, döngü bant genişliği.
Global değişkenler: samp_rate 32000, arrity 4, sps 4, taps 1 ve nfilts 32.
Genlik katsayısı sabiti: 0.5 + 0.5j, matematikten içe pi, gnuradio.filter'den içe aktarım, yükseltilmiş kosinüs şekillendirme filtre tasarım parametreleri: rcc_taps: firdes.root_raised_cosine (nfilts, nfilts, 1.0 / float (sps), 0.35, 11 * sps * nfilts).
Sistem kurulduktan sonra test, alıcı ve CMA + PLL modülü tarafından işlenen 4, 8-PSK ve 16, 64-QAM sinyallerini iletir Şekil 9 sinyal demodülasyon takımyıldızını gösterir.Sinyal sistemden geçtikten sonra takımyıldız diyagramının çok iyi yakınsadığı görülebilir.
4. Sonuç
Bu makale, sinyal bozulmasını işlemek için bir CMA kör ekolayzır ve PLL kombinasyon yöntemini analiz eder ve kombinasyon yöntemini geliştirir. MATLAB simülasyonu ile karşılaştırma ve gösterme, simülasyon sonuçları yöntemin etkinliğini kanıtlamaktadır. GNURadio ve USRP yazılım radyo platformuna dayalı CMA kör ekolayzır ve PLL'yi birleştiren bir sistemi araştırdı ve tasarladı. Sistem performansı, MQAM ve MPSK sinyal doğrulaması ile iyidir.
Referanslar
[1] Zhang Xiong Bussgang teknolojisine dayalı kör eşitleme algoritması araştırması [D] Taiyuan: Taiyuan Teknoloji Üniversitesi, 2003.
2 GARDNER F M. Sayısal modem parçalarının temellerinde enterpolasyon J. IEEE İletişim İşlemleri, 1993, 41 (3): 501-507.
3 SCHNITER P, JOHNSON C R. Titrek işaretli hata CMA: sağlam, hesaplamalı, verimli kör uyarlamalı eşitleme J. Sinyal İşleme IEEE İşlemleri, 1999 (47): 1959-1597.
[4] Guo Xiaoyu Geliştirilmiş Sabit Modüllü Kör Eşitleme Algoritması Araştırması D Taiyuan: Taiyuan Teknoloji Üniversitesi, 2005.
[5] Zhao Baofeng Değişken adım boyutu kör eşitleme algoritması üzerine araştırma [D] Taiyuan: Taiyuan Teknoloji Üniversitesi, 2004.
[6] Tong Benfeng Faz kilitli döngüye dayalı CMA perde ekolayzer tasarımı J. China New Communications, 2015, 17 (13): 113-114.
[7] Huang Ling GNU Radyo ve USRP [D] 'ye dayalı bilişsel radyo platformu araştırması Guangzhou: Güney Çin Teknoloji Üniversitesi, 2010.
[8] Wang Hong, Chen Zhuming, Sun Qingqing USRP ve GNU Radyo "Yazılım Radyosu" kurs deneyine dayanarak J Deneysel Bilim ve Teknoloji, 2013, 11 (4): 310-312.
[9] Cao Junjie. GNU Radyo ve USRP'ye Dayalı Bilişsel Radyo Spektrum Algılama Teknolojisi Araştırması [D] Xian: Xidian Üniversitesi, 2014.
(Geliş Tarihi: 2018-03-07)
Yazar hakkında:
Li Xiaoguang (1977-), muhabir yazar, erkek, usta, yardımcı araştırmacı, ana araştırma yönü: iletişim sinyali işleme. E-posta: 61425894@qq.com.
Pan Kegang (1977-), erkek, Ph.D., doçent, ana araştırma yönü: iletişim sinyali işleme.
