Разработка и исследование методов оценивания несущей частоты фазомодулированных сигналов в когерентных демодуляторах спутниковых систем связи

• Автор: Брусин, Ефим Александрович
• Шифр специальности: 05.12.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 135 с. : ил.

ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ
1. Состояние вопроса и задачи исследования 10 1Л. Основные особенности современных спутниковых систем передачи
дискретных сообщений
1.2. Проблема оценивания несущей частоты
1.3. Задачи исследования
2. Разработка алгоритмов оценивания несущей частоты
2.1. Постановка задачи
2.2. Оценивание в непрерывном режиме
2.2.1. Разработка алгоритма оценивания
2.2.2. Оценивание несущей частоты с использованием БПФ
2.3. Оценивание в пакетном режиме
3. Анализ эффективности оценок несущей частоты фазомодулированного сигнала
3.1. Постановка задачи
3.2. Оценивание в непрерывном режиме
3.3. Анализ воздействия «соседних каналов»
3.4.Оценивание в пакетном режиме
3.5. Выводы
4. Реализация алгоритмов оценивания несущей частоты ФМ сигнала
4.1. Аппаратная реализация алгоритмов оценивания
4.2. ССС с предоставлением каналов по требованию
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПЕРЕЧЕНЬ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ
АЧХ - амплитудно-частотная характеристика
БПФ - быстрое преобразование Фурье
ГСС - геостационарный спутник
мгд - минимальная граничная дисперсия
МГД-оценка - минимальная граничная дисперсия оценки
МДВР -многостанционный доступ с временным разделением каналов
МДЧР - многостанционный доступ с частотным разделением каналов
оке - общий канал сигнализации
ПКТ - предоставление каналов по требованию
ПЧ - промежуточная частота
ССС - система спутниковой связи
СФ - согласованный фильтр
ФАПЧ - фазовая автоподстройка частоты
ФМ сигнал - фазомодулированный сигнал
ФМ-2 - двухпозиционная фазовая модуляция
ФМ-4 - четырехпозиционная фазовая модуляция
ФМ-8 - восьмипозиционная фазовая модуляция
ФНЧ - фильтр нижних частот
ЧАП - частотная автоподстройка
DDS - digital direct synthesis
VSAT - very small aperture terminal

Актуальность темы. Последние десятилетия характеризуются бурным развитием различных систем телекоммуникаций. Особое место среди них занимают спутниковые системы связи (ССС), построенные на основе геостационарных спутников (ГСС). Развитию этих систем связи в последние годы придается большое значение [1-4].
Для передачи информации в ССС применяется специальный класс модемов -спутниковые модемы [5-7]. Спутниковые модемы предназначены для преобразования цифрового сигнала в модулированный радиосигнал на промежуточной частоте (ПЧ) и для обратного преобразования радиосигнала ПЧ в цифровой сигнал.
Основной особенностью ССС является работа в канале с крайне низкой энергетикой. Поэтому в спутниковых модемах, как правило, используется мощное помехоустойчивое кодирование. Широкое применение в модемах ССС находят три типа фазовой модуляции [8-15]: двухпозиционная - ФМ-2, четырехпозиционная - ФМ-4 и восьмипозиционная -ФМ-8. В последние годы используются также амплитудно-фазовые методы модуляции [16-21].
Низкая энергетика канала обуславливает требование малых энергетических потерь и когерентную обработку сигнала в демодуляторе. В приемной части модема (демодуляторе и декодере) осуществляются когерентная демодуляция принимаемого сигнала, декодирование помехоустойчивого кода и выделение переданной информационной последовательности. В модемах современных ССС применяется помехоустойчивое декодирование с использованием мягких решений. Последние годы широкое применение находят каскадные коды [6, 8, 10, 11], турбо-коды [22, 23] и коды с малой плотностью проверок на четность [21,24].
Следует заметить, что основные характеристики передающих частей спутниковых модемов (модулятор и кодер): используемые сигнально-кодовые конструкции и спектральные характеристики передаваемых сигналов стандартизированы [8-14, 18, 21, 23]. Поэтому для ССС наибольший интерес представляет разработка оптимальных (или близких к оптимальным) алгоритмов демодуляции сигнала. При разработке алгоритмов демодуляции особую значимость приобретают проблемы синхронизации. Характерной особенностью спутникового канала связи является существенная неопределенность принимаемого сигнала по несущей частоте (частотная неопределенность принимаемого сигнала). Поэтому для демодуляторов спутниковых модемов наиболее значимой является проблема синхронизации по частоте несущего колебания.

в противном случае
/, = /,'■
При к = М, вычисляется окончательная оценка несущей частоты принимаемого сигнала:
* = /*,•
Разрешение по частоте А/СТ, обеспечиваемое рассматриваемой процедурой, ограничено числом итераций и может быть определено следующим образом [91]:
^сГ ~ Г,ЛГ/2М' ‘ ^2-35^
Ясно, что эффективность оценок, обеспечиваемых процедурой дихотомического поиска, зависит от числа проведенных итераций. В работе [91] показано, что для реализации процедуры дихотомического поиска с достаточной эффективностью оценок в любом, заранее заданном, диапазоне отношения сигнал/шум, можно остановиться на таком числе итераций, чтобы
МЛ2 ={смв{у)-т%, (2.36)

(сЛ1б(н)-Т2)ПЙ1- минимального значения граничной дисперсии (2.18) в заданном диапазоне отношений сигнал/шум.
Для рассматриваемого минимального значения граничной дисперсии можно записать
1 3

максимальное отношение сигнал/шум на информационный символ в заданном диапазоне отношений сигнал/шум.
Пусть интервал наблюдения, равный содержит целое число тактовых
интервалов, т. е.
Ы/Г3
В таком случае на основании (2.35) выражение (2.36) перепишется в виде
1 1 1___3
К2 2Ш‘ ~ 4 2тг2 К1 (Е5 /Ы0 )гаах ’
В итоге после несложных преобразований для М1 получим: