О структуре модема для сигнала с манипуляцией 8psk/16apsk Опции

[mesat88]

Добрый день!

Мне необходимо понять устройство модема, и каким образом ошибки в синхронизации, восстановлении несущей частоты влияют на ОСШ и BER.
Решил начать разбираться с построения компьютерной модели.
Передача сигнала ведется с борта низколета или геостационара, работа в Х- и Ка-диапазонах. Символьная частота более 266 МГц.
Символ для маппера собирается с 3-х(4-х) кодеров TPC(LDPC), в начале каждого пакета делается вставка преамбулы.

Изучив литература, спобос организации модема на уровне идеи представляю следующим образом:
1) МШУ и понижение частоты
2) Расщепитель на I,Q и АЦП
3) АРУ
4) Схема Костаса для восстановления несущей, и переноса частоты в 0. Фаза на длительности пакета устанавливается по преамбуле
5) Синхронизация символьной частоты
6) Получение мягких решений


Вопросы в следующем:
1) Правильна ли такая структура
2) Какой алгоритм синхронизации символьной лучше использовать (в литературе встречал разомкнутый и замкнутый)
3) Правильно ли я понимаю, что первичное понижение частоты нужно для попадания сигнала в диапазон частот работы АЦП
4) Можно ли при переносе на промежуточную частоту использовать генератор на фиксированной частоте,
а дрейф частот и влияние доплера устранять в цифре при переносе в 0
5) Какие еще варианты построения модема существуют

[Serg76]

ОГО!!! так Вам весь приемный тракт нужен, до демодуляции/декодирования еще добраться нужно, здесь бы хорошенько с приемником сначала разобраться, вряд ли Вы все сразу потянете

[mesat88]

ОГО!!! так Вам весь приемный тракт нужен, до демодуляции/декодирования еще добраться нужно, здесь бы хорошенько с приемником сначала разобраться, вряд ли Вы все сразу потянете

На данном этапе то как сделан МШУ и перенос на ПЧ мне достаточно только на уровне идеи, реализую как идеальный перемножитель, если мое понимание структуры верное. Меня интересует ГУН для сброса частоты в 0 и вся обработка после оцифрованных I,Q - понять, реализуется ли это в ПЛИС или же надо ставить серию микросхем; какие алгоритмы применять.
Суть вопроса - после МШУ и переноса на ПЧ и до мягких решений, от них и далее все более менее понятно в плане работы алгоритмов

[GenaGenin]

А какое значение ПЧ, полоса то большая - 266МГц?
У аналоговых расщепителей на I и Q довольно большой дисбаланс фазы (до 1%), есть также дисбаланс по амплитуде (см. напр. Analog.com).
И, как говорят, на деле встречались с куда более страшной картиной, чем в DataSheet.
Мы обычно на I и Q разваливаем в цифре, но для этого нужно оцифровать на ПЧ. Вроде есть АЦП до 500МГц.
После децимации/фильтрации, АРУ ставим тактовую синхронизацию (модифицированный Гарднер) и уже потом фазовую подстройку.
А вот по преамбуле можно отдельно завести петлю подстройки по несущей частоте.

[des00]

А какое значение ПЧ, полоса то большая - 266МГц?

266 МГц это символьная, полоса там где то под 300-350

Мы обычно на I и Q разваливаем в цифре, но для этого нужно оцифровать на ПЧ. Вроде есть АЦП до 500МГц.

АЦП есть до 20ГГц, но в данной конкретной задаче хватит и 1 ГГц с аналоговой полосой в 2 ГГц

ставим тактовую синхронизацию (модифицированный Гарднер) и уже потом фазовую подстройку.

а что такое модифицированный гарднер ?

[GenaGenin]

Название или какой фирмы АЦП, сколько разрядность и ENB ? Можно узнать, если не трудно?
Не удержался и сам посмотрел у TI - и увидел. Редко к ним заглядываю, предпочитаю AD (давняя любовь).
Гарднер межбодовый sample "тянет" к нулю, что хорошо (да и то не очень) для QPSK. Я "тяну" не к нулю и
работает хорошо (проверено до APSK32).

[tim_s80]

Гарднер межбодовый sample "тянет" к нулю, что хорошо (да и то не очень) для QPSK.

А почему не очень?

[thermit]

tim_s80:
А почему не очень?

Потому, что автору так показалось. К нулю - это нормально. К ненулю - какое-то пропраетарное изобретение автора.

[andyp]

Потому, что автору так показалось. К нулю - это нормально. К ненулю - какое-то пропраетарное изобретение автора.

Вообще не понял зачем там Гарднер, если у человека есть преамбулы и можно использовать что-то Data-Aided (ну или еще как-то использующее структуру преамбулы)

PS Если частота символов и несущая получаются из одной частоты , как это часто бывает, то восстанавливать тактовую отдельно необязательно, достаточно подстраиваться по сдвигу несущей.

[Serg76]

Вообще не понял зачем там Гарднер, если у человека есть преамбулы и можно использовать что-то Data-Aided (ну или еще как-то использующее структуру преамбулы)

по преамбуле можно рассчитать начальные сдвиги по несущей и тактам, а как подстраиваться на длине пакета, особенно, если он длинный? не во всех передачах имеются вставки пилотов на длине пакета. например, в DVB-S2 имеются режимы как с пилотом, так и без. так что подстраиваться все равно придется по данным.

Сообщение отредактировал Serg76 - Mar 30 2013, 10:58

[andyp]

по преамбуле можно рассчитать начальные сдвиги по несущей и тактам, а как подстраиваться на длине пакета, особенно, если он длинный? не во всех передачах имеются вставки пилотов на длине пакета. например, в DVB-S2 имеются режимы как с пилотом, так и без. так что подстраиваться все равно придется по данным.

Не могу представить такой хреновый клок и такой длинны пакет, как Вы описываете. Предположим, что стабильность 1 ppm. Нужно четверть миллиона символов, чтобы он убежал на четверть такта. Проще по-моему периодичность посылки преамбулы подобрать.
PS ва исходном посте написано, что преамбулы есть.

Сообщение отредактировал andyp - Mar 30 2013, 11:09

[thermit]

andyp:
Не могу представить такой хреновый клок и такой длинны пакет, как Вы описываете. Предположим, что стабильность 1 ppm. Нужно четверть миллиона символов, чтобы он убежал на четверть такта. Проще по-моему периодичность посылки преамбулы подобрать.
PS ва исходном посте написано, что преамбулы есть.

Пакет может быть вообще бесконечным, а клок существенно хуже 1 ппм. Модемы для тфоп - пример тому.

[andyp]

Пакет может быть вообще бесконечным, а клок существенно хуже 1 ппм. Модемы для тфоп - пример тому.

я ориентировался на исходный вопрос. телефонные модемы - совсем другая история. Тут у автора спутниковая высокоскоростная система связи (== большой и сильно меняющийся допплер) + низкое рабочее ОСШ судя по использованным кодам. Ему бы иметь общий клок для несущей и символьной, и подстраивать приемник за доплером, автоматически подстраивая тактовую. NDA методы при низких ОСШ на первый взгляд будут работать не очень хорошо.

[thermit]

andyp:
телефонные модемы - совсем другая история

Да не сильно другая.

Тут у автора спутниковая высокоскоростная система связи (== большой и сильно меняющийся допплер) + низкое рабочее ОСШ судя по использованным кодам. Ему бы иметь общий клок для несущей и символьной, и подстраивать приемник за доплером, автоматически подстраивая тактовую. NDA методы при низких ОСШ на первый взгляд будут работать не очень

Никто не мешает с преамбулой работать датазависимым детектором а на рандомной последовательности использовать датанезависимый.

[andyp]

Да не сильно другая.

Никто не мешает с преамбулой работать датазависимым детектором а на рандомной последовательности использовать датанезависимый.

Да я вовсе не против Гарднера. Не зря ж про него в книжках записано :-). Просто, мне кажется, что на скорости 266 Msym/sec нужно подумать о каждом перемножителе и понять, действительно ли он нужен и на сколько он улучшает параметры модема.

[Fat Robot]

А как долго Вы предполагаете оценивать, чтобы точность оценки "потонула" в стабильнсти опоры?

Не могу представить такой хреновый клок и такой длинны пакет, как Вы описываете. Предположим, что стабильность 1 ppm. Нужно четверть миллиона символов, чтобы он убежал на четверть такта. Проще по-моему периодичность посылки преамбулы подобрать.
PS ва исходном посте написано, что преамбулы есть.

[andyp]

А как долго Вы предполагаете оценивать, чтобы точность оценки "потонула" в стабильнсти опоры?

Да я не про интервал оценки. Я про то, что если на четверь такта сползет, то потери при детектировании будут минимальны (впрочем, это зависит от АКФ того, что принимается).

[Fat Robot]

а я к тому, что, чтобы воспользоваться Вашим 1 ппм, на приемном конце Вам нужно иметь начальную оценку частоты опоры для передатчика лучше, чем 1 ппм. как-то так.

Да я не про интервал оценки. Я про то, что если на четверь такта сползет, то потери при детектировании будут минимальны (впрочем, это зависит от АКФ того, что принимается).

[andyp]

а я к тому, что, чтобы воспользоваться Вашим 1 ппм, на приемном конце Вам нужно иметь начальную оценку частоты опоры для передатчика лучше, чем 1 ппм. как-то так.

Если, как я и писал, несущая и тактовая связаны и вы оцениваете сдвиг несущей на 1 мегагерце до герца ну или до килогерца на 1 ГГц), то Вы получаете 1ppm. Как-то так.

PS стабильность Вашихз часов даст Вам то, что стабильность Вашей тактовой будет зависеть только от качества орценки несущей.

Сообщение отредактировал andyp - Mar 30 2013, 12:57

[Fat Robot]

Здесь идет речь про разрешающую способность устройства оценивания. И с этим проблем нет. Вам же, чтобы заработало то, о чем Вы говорите, нужна определенная точность оценки, а также допущение об интервале стационарности.

т.е. нужно оценить до герца-килогерца от истинного значения. а это уже немного другая задача

Если, как я и писал, несущая и тактовая связаны и вы оцениваете сдвиг несущей на 1 мегагерце до герца ну или до килогерца на 1 ГГц), то Вы получаете 1ppm. Как-то так.

[andyp]

Здесь идет речь про разрешающую способность устройства оценивания. И с этим проблем нет. Вам же, чтобы заработало то, о чем Вы говорите, нужна определенная точность оценки, а также допущение об интервале стационарности.

т.е. нужно оценить до герца-килогерца от истинного значения. а это уже немного другая задача

Если резюмировать, то я хотел сказать следующее:
1. При связанных тактовой-несущей можно оценить несущую.
2. Добиться погрешности оценк несущей 1ppm не очень сложно (здесь даже не надо разрешать две синусоиды), достаточно посмотреть на сдвиг фаз с выхода СФ настроенного на фрагмент преамбулы (в простейшем случае, если фрагменты повторяются).
3. При таком раскладе (1ppm) убегание тактовой будет определяться стабильностью опорного генератора приемника, которая как правило хуже 1 ppm для дешевого оборудования.

Так обычно работают модемы для всяких сотовых систем связи/широкополосный OFDM. Ни в коем случае не отрицаю неоходимость отдельного восстановления (ну и слежения) за тактовой, если например не выполняется пункт 1.

Сообщение отредактировал andyp - Mar 30 2013, 15:35

[Fat Robot]

Все работает. Я не спорю. Только накладные расходы на вхождение в связь и поддержание синхронизма при такой схеме высоки.

Так обычно работают модемы для всяких сотовых систем связи/широкополосный OFDM. Ни в коем случае не отрицаю неоходимость отдельного восстановления (ну и слежения) за тактовой, если например не выполняется пункт 1.

[andyp]

Все работает. Я не спорю. Только накладные расходы на вхождение в связь и поддержание синхронизма при такой схеме высоки.

Согласен с Вами, что все это - болтология и нужно смотреть на количество операций на символ. Для >200 Msym/sec должен быть выбран алгоритм с минимумом вычислений, обеспечивающий рабочие параметры модема. Это и будет определять структуру синхронизатора.

[GenaGenin]

Отвечая на пост 7
"A Modified Gardner Detector for Symbol Timing Recovery of M-PSK Signals" Dongmin Lim, Member, IEEE
"Symbol-Timing Recovery with Modified Gardner Detectors" W. Gappmair, S. Cioni, G. E. Corazza, 0. Koudelka

[Виктор39]

добрый день, товарищи эксперты! нуждаюсь в вашей помощи.
вопрос согласован с данной темой.
могу ли я использовать схему тактовой и символьной синхронизации(схема petrov-a), которая предназначена для QPSK сигнала, в случае 8psk. смысл ее в следующем. по Гарднеру осуществляется символьная синхронизация. а уже по имеющей символьной синхронизации идет фазавая подстройка несущей. + реализован ару.
почему такой вопрос я задаю. в статье Гарднера описывается алгоритм синхронизации для bpsk и qpsk. там все понятно. например в qpsk берем к примеру real часть сигнала, который представляет из себя две информационных уровня, ну и переходы между этими уровням. и далее, когда идет вывод алгоритма, все понятно, как это работает для двух полезных позиций. т.е. отыскиваются отсчеты оптимального (максимального) уровня сигнала. в случае 8psk, если брат real часть модулированного сигнала на нулевой частоте, мы имеем уже 4 информационных уровня, в моем ограниченном представлении тактовая синхронизация не будет корректно отрабатывать. прав ли я в этом? дело в том, что автору темы предлагают использовать для тактовой синхронизации именно модифицированную схему Гарднера. или весь смысл в том, что модифицированная схема чем-то отличается от описанной мной и предназначена именно для синхронизации 8psk?
может быть вопрос возник именно из-за того, что я не смог найти, где можно скачать следующие статьи:

"A Modified Gardner Detector for Symbol Timing Recovery of M-PSK Signals" Dongmin Lim, Member, IEEE
"Symbol-Timing Recovery with Modified Gardner Detectors" W. Gappmair, S. Cioni, G. E. Corazza, 0. Koudelka

[petrov]

Можно Гарднера использовать и для 8psk, модифицированные схемы меньше джиттер буду иметь при том же усреднении.

[Виктор39]

Можно Гарднера использовать и для 8psk, модифицированные схемы меньше джиттер буду иметь при том же усреднении.

согласно статье "A Modified Gardner Detector for Symbol Timing Recovery of M-PSK Signals" Dongmin Lim, Member, IEEE в модифицированном гарднере сигнал ошибки вычисляется таким образом

if ( real( y(i-2)*(y(i))') <= (imag(y(i-2)*(y(i))'))/tau(pi/M) )
sign = 1;
else
sign = -1;
end

error = sign*real( (y(i-2) - y(i)) * (y(i-1))' ) ;

не подскажете, в выражении tau(pi/M), что такое tau? что это за функция?
M - это количество позиций фаз конкретной модуляции. т.е. для bpsk - 2; qpsk - 4; 8psk - 8 и так далее

[petrov]

тангенс