CC BY
60
2010
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Радиофизика и радиотехника
№ 152
УДК 621.391.072
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМЫ ТАКТОВОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ НА БАЗЕ АВТОКОРРЕЛЯЦИОННОГО ДЕМОДУЛЯТОРА ДЛЯ ПРИЕМА СИГНАЛОВ МЧМ
А.А. КАНАТЧИКОВ, Г.В. КУЛИКОВ
В статье рассматривается возможность построения системы тактовой синхронизации (СТС) для приёмников сигналов с минимальной частотной манипуляцией (МЧМ) на основе автокорреляционного демодулятора (АКД). Исследована работа АКД с комплексной огибающей сигнала МЧМ. На основе машинного моделирования получены зависимости параметров тактового сигнала от неточностей выполнения элементов схемы.
Ключевые слова: тактовая синхронизация, МЧМ - сигнал, автокорреляционный демодулятор.
Введение
Как известно [1], модулированные сигналы с непрерывной фазой (МНФ) обладают хорошими спектральными характеристиками и высокой энергетической эффективностью. Эффективное использование полосы частот достигается за счёт сглаживания сигнала во временной области. Вместе с тем это приводит к уничтожению символьных переходов, от которых зависит работа схем тактовой синхронизации. Методы синхронизации приёмников сигналов МНФ можно разделить на зависящие и независящие от знаний об информационных символах. В статье рассматривается СТС, использующая поток принимаемых символов, получаемых с помощью АКД. Данная система исследовалась применительно к сигналу МЧМ, являющемуся частным случаем сигналов МНФ при индексе модуляции к = 0,5.
1. Структурная схема СТС
Рассмотрим СТС, работающую с действительным сигналом МЧМ. Её структурная схема изображена на рис. 1. Она состоит из АКД и схемы выделения тактовой частоты. Автокорреляционный демодулятор строится по классической схеме, описанной, например, в [2], и состоит из фазовращателя, элемента задержки на длительность тактового интервала Т, перемножителя и ФНЧ.
Рис. 1. Структурная схема СТС, работающей с действительным сигналом МЧМ
Так как АКД, по сути, является частотным детектором, то при подаче на его вход сигнала МЧМ на выходе получается поток принимаемых символов. Этот поток и используется для работы СТС. В спектре выходного сигнала АКД отсутствует гармоника с тактовой частотой, поэтому для её получения необходимо после АКД использовать нелинейный преобразователь. Пример спектра на выходе такого преобразователя показан на рис. 2.
и/Утах
Рис. 2. Пример спектра на выходе нелинейного преобразователя
В спектре видна ярко выраженная гармоническая составляющая с тактовой частотой (/Т = 1). Качество работы СТС напрямую зависит от величины этой гармоники, которая, свою очередь, зависит от структуры нелинейного преобразователя, поэтому был проведён выбор его схемы. В качестве вариантов рассматривались АКД с задержкой на Т/2, схема вычисления модуля и квадратор. Как показали исследования, наилучший результат даёт схема вычисления модуля.
Подобную СТС можно реализовать и при работе с комплексной огибающей сигнала МЧМ. Такое представление сигнала предполагает перенос его спектра на нулевую частоту, что достигается при помощи перемножителя и гетеродина с частотой, равной несущей частоте /0 сигнала.
Комплексный АКД строится по тому же принципу, что и АКД для действительного сигнала. Его выходное напряжение равно:
^АКД (О = У_90(І)Г(І _ Т), (1)
где У_90 (ї) - комплексная огибающая сигнала МЧМ (индекс «-90» указывает на наличие в схеме
фазовращателя на -900); У*(ї _ Т) - комплексно-сопряжённая огибающая, задержанная на время Т.
Поворот фазы комплексной огибающей на угол -900 эквивалентен следующей замене:
Re(F_9o(ї)) = Ы(Г (ї)),
Ьп(^_90(ї)) = _*& (ї)). (2)
В процессе автокорреляционной обработки начальная фаза гетеродина компенсируется и не влияет на параметры выходного сигнала АКД.
Учитывая (2), получим:
Г90 (ї) = Яе( ^90 (ї)) + уіп( ^90 (ї)) = Іп( V (ї)) _ jRe(V (ї)),
V* (ї _ Т) = Re(V(ї _ Т)) _ jIn(V(ї _ Т)) .
Следовательно,
Оакд (ї) = У_90(І )У'((_ Т) = [ііп(Г (ї)) _ іЖє^ (ї ))]■[ Яе(У (ї _ Т)) _ j^п(F (ї _ Т)) ] =
= Іп( V (ї )^е(У (ї _ Т)) _ Re( V (ї ))Іп( V (ї _ Т)) _ і [ Re( V (ї )^е( V (ї _ Т)) + Іп( V (ї ))Іп( V (ї _ Т)) ] =
= М^АКД (ї)) + і'М^акд (ї)).
Действительная часть комплексного выходного сигнала АКД представляет собой поток принимаемых символов, а мнимая часть связана с действительной преобразованием Г ильберта, поэтому не несёт дополнительной информации и может быть исключена из дальнейшей обработки. Следовательно, выходной сигнал АКД:
иакд (ї) = Re(UАкд (ї)) = Іп(V(ї)^є(V(ї _ Т)) _ Re( V(ї))Ьп(V(ї _ Т)) . (3)
Схема, реализующая процедуру (3), изображена на рис. 3.
Рис. 3. Структурная схема СТС, работающей с комплексной огибающей сигнала МЧМ 2. Исследование характеристик СТС
Система тактовой синхронизации, работающая с действительным сигналом
Работа схемы СТС исследовалась для двух значений величины /0Т: 2,75 и 0,75. Важным элементом схемы (рис. 1) является элемент задержки на Т. Известно [3], что неточность выполнения этого элемента может существенно влиять на качество работы схем, поэтому было проведено исследование влияния относительной неточности задержки АТ/Т на характеристики сигнала на выходе нелинейного преобразователя, а именно, на уровень гармонической составляющей _/гакт=1/Т и на величину смещения тактовых моментов. На рис. 4 приведены результаты моделирования схемы (кривые 1,2). Видно, что относительный уровень указанной гармоники существенно зависит от величины АТ/Т, причём при большем значении/0Т влияние неточности задержки выражено сильнее. Подобный вывод следует и из анализа рис. 5 (кривые 1,2), где показана зависимость относительного фазового сдвига тактовой сетки АФ/2п от величины АТ/Т. Например, при /0Т = 2,75 и АТ/Т = 4,5% и/итах= 0,05, АФ/2п = 26%, а при /0Т = 0,75 и той же величине АТ/Т и/итах=0,9, АФ/2п = 5% .
Установлено также, что величина начальной фазы сигнала МЧМ не влияет на параметры сигнала тактовой синхронизации.
Рис. 4. Зависимость уровня гармонической составляющей /такт от неточности задержки: 1 - /0Т = 2,75 ; 2 - /0Т = 0,75 ; 3 - комплексная огибающая
ДФ/2п,%
-30
Рис. 5. Зависимость относительного фазового сдвига тактовой сетки от неточности задержки:
1 - /0Т = 2,75 ; 2 - /0Т = 0,75 ; 3 - комплексная огибающая
Система тактовой синхронизации, работающая с комплексной огибающей сигнала
Аналогичные исследования проводились и для схемы, работающей с комплексной огибающей сигнала МЧМ. На рис. 4 и 5 кривые 3 соответствуют этому случаю. Видно, что влияние величины АТ/Т ощущается значительно слабее. Так как в данной СТС присутствует схема переноса спектра на нулевую частоту, то дополнительно исследовалось влияние относительной расстройки частоты гетеродина А///0 на параметры тактового сигнала. На рис. 6 и 7 показаны зависимости АФ/2п и и/итах от величины расстройки. В реальных устройствах величина А/Т/0 не превышает долей процента, следовательно, этим фактором можно пренебречь.
ДФ/2п,%
от расстройки частоты гетеродина
и/Утах
Рис. 7. Зависимость уровня гармонической составляющей /такт от расстройки частоты гетеродина
Заключение
Проведенный анализ даёт основание полагать, что более предпочтительной для практической реализации является СТС, работающая с комплексной огибающей сигнала МЧМ. Хотя её схема и сложнее, но влияние неточностей выполнения элементов на характеристики выходного сигнала ощущается значительно слабее, а в реальных условиях ими зачастую можно пренебречь.
ЛИТЕРАТУРА
1. Спилкер Дж. Цифровая спутниковая связь / пер. с англ.; под ред. Макарова В.В. - М.: Связь, 1979. - 592 с.
2. Парамонов А.А., Куликов Г.В. Автокорреляционный демодулятор сигналов ЧМНФ // Радиотехника. -1985. - № 5. - С. 47 - 51.
3. Куликов Г.В., Черепнев А.А. Влияние характеристик линии задержки на помехоустойчивость автокорреляционного демодулятора сигналов с минимальной частотной манипуляцией // Наукоемкие технологии. - 2006. -№ 7-8.
RESEARCH OF THE AUTOCORRELATION DEMODULATOR FOR USING IN MSK SYMBOL
TIMING SYNCHRONIZATION SYSTEM
Kanatchikov A.A., Kulikov G.V.
The autocorrelation MSK demodulator is considered for using in minimum shift keying (MSK) symbol timing synchronization system. Complex amplitude autocorrelation demodulator is investigated. The performance of timing synchronization system is received on the basis of computer model depending on discrepancy of elements from nominal values.
Сведения об авторах
Канатчиков Алексей Анатольевич, 1985 г.р., студент 5 курса Московского государственного института радиотехники, электроники и автоматики (технического университета), область научных интересов - радиосвязь, системы передачи дискретной информации.
Куликов Геннадий Валентинович, 1959 г.р., окончил МИИГА (1981), доктор технических наук, профессор, декан Московского государственного института радиотехники, электроники и автоматики (технического университета), автор свыше 80 научных работ, область научных интересов - радиосвязь, системы передачи дискретной информации.
