Синхронизация в цифровых радиоприемных устройствах

Лекция 9.  Синхронизация в цифровых радиоприемных устройствах

Фазовая и частотная синхронизация

Пример: QPSK сигнал

  - полезный сигнал

 - значение фазы определяется видом модуляции, например, при QPSK

 - напряжение гетеродина

 - случайное значение фазы гетеродина

 - нестабильность частоты сигнала и гетеродина

Способы построения систем синхронизации:

-  управляемыми решениями

- не управляемыми решениями

Способы устранения информационной составляющей:

- обобщение петли с квадрированием

- обобщение петли Костаса

1)  петля с квадрированием

Пример:  

Аналоговый удвоитель частоты на 2:

Цифровой удвоитель частоты на 2:

Аналоговый делитель частоты на 2:

Цифровой делитель частоты на 2:

,          ,           

 

Недостаток – шумы восстановленного несущего колебания

Внимание: неопределенность в значении фазы

2)  петля Костаса

Синхронизация -фазных сигналов

 - функция правдоподобия

 - усредненная по фазе функция правдоподобия

Если сигналы  попарно противофазны:

Условие синхронизации - максимум отношения правдоподобия:

Аппроксимация: 

Петлевой фильтр = пропорционально-интегрирующий фильтр первого порядка

Цифровой гетеродин (ГУН):

 - квадратурные составляющие

 - полная фаза  гетеродина

Пример 1:  DBPSK:

Пример 2: DQPSK -

   

Комбинация схемы Костаса и удвоителя частоты

                                    

Сигнал ошибки для -фазного сигнала:

При >>1  – комбинация метода квадрирования и петли Костаса

Пример 3:  DQPSK -

Структурная схема синхронизации по частоте и фазе в ИМС HSP50210 фирмы Intersil

Тактовая синхронизация в цифровых радиоприемных устройствах

Основные операции:

- измерение сдвига во времени импульсов тактового генератора относительно начала такта принимаемого сигнала,

- использование сдвига во времени в процессе дискретизации для коррекции временного положения отсчетов принимаемого сигнала

Схема тактовой синхронизации с обратной связью

ААФ – антиалайзинговый фильтр

АЦП – аналого-цифровой преобразователь

СФ – согласованный фильтр

ГТИ – генератор тактовых импульсов

Д – детектор сигнала ошибки

Ф - фильтр

Схема тактовой синхронизации без обратной связи

 - блок измерения временного положения импульса

В зависимости от управления дискретизацией в АЦП:

- синхронная дискретизация

- несинхронная дискретизация

Синхронная дискретизация

Несинхронная дискретизация

Частота дискретизации ≥  2×(символьная частота)

Синхронная дискретизация

 - сигнала детектора ошибки Д

 - временной параметр

 - оценка временного параметра  в момент времени

 - длительность такта ГТИ

 - имеет положительный наклон при переходе через 0

 - шумовая составляющая

Гибридный ГТИ =  цифровой ГТИ + таблица соответствия + ЦАП

 - входной сигнал цифрового ГТИ

 - выходной сигнал цифрового ГТИ

 - период «свободного хода» ГТИ  в долях системного такта

 - изменяет период ГТИ

 →  - таблица формирования функции.  Пример:

Тактовая синхронизация  при квазикогерентной демодуляции сигналов

Структурная схема квазикогерентного демодулятора

УПЧ – усилитель промежуточной частоты СД – синхронный детектор ФВ – фазовращатель ФНЧ – фильтр нижних частот

УВИ - устройство выделения информации ДЧ - делитель тактовой частоты на 2 ↓2 - прореживание сигнала в два раза РУ - решающие устройства

ДД - декодер относительных видов  модуляции УТС - устройство тактовой синхронизации  АРУ – автоматическая регулировка усиления ФК – формирователь квадратур

УВН - устройство выделения несущей частоты

Структурная схема квазикогерентного демодулятора при кратных   и

Структурная схема квазикогерентного демодулятора при некратных   и

Р – ресамплер,  удваивает частоту отсчетов сигнала

КГ – кварцевый генератор

КП – комплексный перемножитель

Система тактовой синхронизации ИМС HSP50210 фирмы Intersil

Система тактовой синхронизации – алгоритм Гарднера

Алгоритм Гарднера

- уровень сравнения равен нулю

 - ошибка тактовой синхронизации

 - оценка задержки для -го такта

Дискриминационная характеристика детектора ошибки

Регистр сдвига

 - длина регистра

 - время в долях системного такта

, ,    ,   ,  ,  -

отводы регистра

 - смещение относительно начала текущего такта АЦП

Интерполятор

- линейная интерполяция

- кубическая интерполяция

Вычислитель сигнала ошибки

- обнаружитель перехода символа ( - порог обнаружения)

- определитель направления перехода

.

- вычисление сигнала ошибки (уровень сравнения не равен нулю)

 - сигнал ошибки

- фильтр

,

.

 - корректированный коэффициент деления счетчика

 - априорный коэффициент деления счетчика

 - коэффициент деления счетчика

 

Система автоматической регулировки усиления

- логарифмирование устраняет зависимость постоянной времени АРУ от уровня сигнала