Гуру модемостроения, поделитесь идеей, Создание АПЧ/AFC при большом Adjacent Channel Interference(+) Опции

[des00]

Добрый день уважаемые Гуру!!!

Ищу подходы к реализации системы АПЧ, для связного модема (круглые модуляции), при наличии большого хвоста от соседнего канала. Немного конкретики: скругление 0.15, модем должен работать при наличии соседнего канала с уровнем + 55дБ. Все методы АПЧ что я нашел, для сигналов с модуляцией без добавления преамбулы, привязываются к энергетике по краям спектра, и при наличии хвоста от соседа и более менее хороших расстройках (~5% от полосы) не работают(дают смещенную оценку). Методы с добавлением преамбулы, вкурил не до конца, но как понял они все завязаны на умножении сигнала на свою копию (привет ухудшению SNR) и той же работе по краям спектра.

Может быть прогрессивное человечество придумало что-то еще ?

[alexPec]

Методы с добавлением преамбулы, вкурил не до конца, но как понял они все завязаны на умножении сигнала на свою копию (привет ухудшению SNR) и той же работе по краям спектра.

Может быть прогрессивное человечество придумало что-то еще ?

Умножение имеете ввиду автокорреляцию? Я использовал другой метод - умножение на комплексно-сопряженную копию (оцифровка квадратурная) и вычисление угла поворота вектора (напрямую линейно связан с отстройкой от центральной частоты). Я этот метод прочуствовал. Кстати, скорость оценки какая нужна? Оценивал с усреднением на 10-15 символах, при SNR>10дб, получал точность оценки 1 Гц, при несущей 70 МГц. При SNR>20..25дб можно оценивать на 2-3 символах. Если интересно, могу подробней, с математикой.

PS Правда, я не гуру...

[des00]

Умножение имеете ввиду автокорреляцию? Я использовал другой метод - умножение на комплексно-сопряженную копию (оцифровка квадратурная) и вычисление угла поворота вектора (напрямую линейно связан с отстройкой от центральной частоты). Я этот метод прочуствовал. Кстати, скорость оценки какая нужна? Оценивал с усреднением на 10-15 символах, при SNR>10дб, получал точность оценки 1 Гц, при несущей 70 МГц. При SNR>20..25дб можно оценивать на 2-3 символах. Если интересно, могу подробней, с математикой.

Как я понял учебники, делается как вы говорите. Но не понятно следующее : последовательность нужно еще найти, ведь она занимает небольшую часть передаваемого пакета. АПЧ работает тогда, когда тактовая и фаза по несушке не в захвате. Как найти эту последовательность если там сдвиг ПЧ ну положим на 2% от символьной. Если модем пакетный, то можно по скачок мощности как то использовать, но у меня непрерывный и на вход летит сплошная каша, при хороших расстройках несушки.

Скорость оценки может быть любой, т.к. передача непрерывная и время готовности канала связи большое. Хотелось бы выйти на возможность захвата при SNR ~= 3дБ, точность оценки нужна такая, что бы петля ФАПЧ по фазе несушки захватилась, ширина ее порядка 1КГц.


По алгоритму, если я правильно понял, вы имели в виду тот что на скрине №1 или что на скрине №2 ?

Эскизы прикрепленных изображений

 

[alexPec]

Как я понял учебники, делается как вы говорите. Но не понятно следующее : последовательность нужно еще найти, ведь она занимает небольшую часть передаваемого пакета. АПЧ работает тогда, когда тактовая и фаза по несушке не в захвате. Как найти эту последовательность если там сдвиг ПЧ ну положим на 2% от символьной. Если модем пакетный, то можно по скачок мощности как то использовать, но у меня непрерывный и на вход летит сплошная каша, при хороших расстройках несушки.

Скорость оценки может быть любой, т.к. передача непрерывная и время готовности канала связи большое. Хотелось бы выйти на возможность захвата при SNR ~= 3дБ, точность оценки нужна такая, что бы петля ФАПЧ по фазе несушки захватилась, ширина ее порядка 1КГц.


По алгоритму, если я правильно понял, вы имели в виду тот что на скрине №1 или что на скрине №2 ?

Да вроде и там и там одно и то же, т.е. берем сигнал и умножаем его на сигнал со сдвигом. Сдвиг на время между началом защитного интервала и тем местом в символе, с которого этот защитный интервал копировали. Т.е. чтоб перемножались "копии" сигнала. В идеале перемножаться будут одинаковые (с той лишь разницей, что к-с) отсчеты. LPF непонятно зачем на первой картинке. На выхлопе перемножителя организуется "скользящая" сумма. Количество отсчетов суммы = количеству отсчетов защитного интервала. При SNR 3 дб тоже будет работать, побольше усреднить и все. НО это точная подстройка. И чтобы подстраивать так нужно знать момент синхронизации. Как раз в момент синхронизации выхватывается значение скользящей суммы. В другое время она бесполезна. Если нет символьной синхронизации, то метод бесполезен. И работает этот метод в диапазоне отстроек от идеальной частоты в пределах от -(половина частотного расстояния между поднесущими) до +(половина частотного расстояния между поднесущими). Если нужна грубая настройка - этот метод не подойдет. Попадались какие то методы грубой оценки частотного сдвига, но я не вникал, не надо было.

[des00]

Если нет символьной синхронизации, то метод бесполезен. И работает этот метод в диапазоне отстроек от идеальной частоты в пределах от -(половина частотного расстояния между поднесущими) до +(половина частотного расстояния между поднесущими).

вот и у меня сложилось такое впечатление что этот метод хорош для работы когда символьная есть %)

Да вроде и там и там одно и то же, т.е. берем сигнал и умножаем его на сигнал со сдвигом.

разница там в том, что один метод слепой, а второй по известной последовательности

[petrov]

Передаём периодически известную последовательность с хорошей АКФ, несколько параллельных фильтров согласованных со сдвигом по частоте на 1/T, где T длина последовательности, на выходе пороги и максимумы, по максимальному фильтру и соседним определяем сдвиг по частоте, методы те же самые что и для определения частоты тона, конечно всё это затратно по вычислительным ресурсам.

[des00]

Передаём периодически известную последовательность с хорошей АКФ, несколько параллельных фильтров согласованных со сдвигом по частоте на 1/T, где T длина последовательности, на выходе пороги и максимумы, по максимальному фильтру и соседним определяем сдвиг по частоте, методы те же самые что и для определения частоты тона, конечно всё это затратно по вычислительным ресурсам.

Спасибо за ответ, но вот вопрос, как это будет работать в случае мощного соседнего канала ? ведь часть информации будет скрыто его хвостами? Или согласованные фильтры все вырежут ?

[petrov]

Спасибо за ответ, но вот вопрос, как это будет работать в случае мощного соседнего канала ? ведь часть информации будет скрыто его хвостами? Или согласованные фильтры все вырежут ?

Ну всё зависит от того насколько помеха мощная в полосе полезного сигнала и насколько последовательность длинная, некоррелированная помеха на выходах согласванных фильтров будет размазана как шум, а пик АКФ должен его превышать.

[des00]

Передаём периодически известную последовательность с хорошей АКФ, несколько параллельных фильтров согласованных со сдвигом по частоте на 1/T, где T длина последовательности, на выходе пороги и максимумы, по максимальному фильтру и соседним определяем сдвиг по частоте, методы те же самые что и для определения частоты тона, конечно всё это затратно по вычислительным ресурсам.

я правильно понял, вы имели в виду систему вроде той, что в приложении ? Там для простоты взят самый длинный баркер (13 бит), длинна пакета 100 бит, BPSK, на выбор пакет рандомный и с заполнением нулями и всего 3 фильтра. делалось в 2007а

Мда, комплексные фильтры это сильно затратно....

Ну всё зависит от того насколько помеха мощная в полосе полезного сигнала и насколько последовательность длинная, некоррелированная помеха на выходах согласванных фильтров будет размазана как шум, а пик АКФ должен его превышать.

понятно, на коротких последовательностях качественно не сделать.

Прикрепленные файлы

 barker_gen.zip ( 15.06 килобайт ) Кол-во скачиваний: 33

 

[proxi]

как это будет работать в случае мощного соседнего канала ?

Собственно проблема теоретическая или практическая? Имеется в виду реальное перекрытие хвостов спектра? здесь ниодного слова собственно о линейности тракта, фильтрах преселекторах полосе ( 28МГц? ) модуляции и тд а это носитель, как ни крутись. Избыточное кодирование свертки и все такое есть конечно гуд.

[des00]

Собственно проблема теоретичесская или практичесская? Имеется в виду реальное перекрытие хвостов спектра? здесь ниодного слова собственно о линейности тракта, фильтрах преселекторах полосе ( 28МГц? ) модуляции и тд а это носитель, как ни крутись. Избыточное кодирование свертки и все такое есть конечно гуд.

проблема практическая, я же писал %). по ТЗ модем должен работать с запасом 6дБ от чутья при соседнем канале(частотный разнос несущих == полосе) с превышением мощности соседнего канала над основным более 50дБ. Если интересно диапазон частот 390-450 МГц, полоса 0.93/1.86/3.72

Из-того что реально измерено на железе на полосе 1.86 модем работает с запасом 6дБ, при превышении 54дБ(есть резерв работать до 60ти, но упираюсь в наводки на приемный тракт). Правда маски спектров по интермодуляции использовались не хуже 45дБ. Но есть один минус, используемой схеме АПЧ рвет башню, она работает только до 40дБ %(

[proxi]

A модуляция FSK ? и может повторить фильтр ПЧ ? Надеюсь что ПАВ не мешало бы на шит взглянуть.

[des00]

A модуляция FSK ? и может повторить фильтр ПЧ ? Надеюсь что ПАВ не мешало бы на шит взглянуть.

нет, BPSK....QAM64 %) цифры которые назвал сняты в режиме QPSK %)

[proxi]

нет, BPSK....QAM64 %) цифры которые назвал сняты в режиме QPSK %)

QPSK ИМХО худший вариант в силу своей чувствительности к инфлуенциям. Ну а шаг co channel, шаг то может быть большой а спектр относительно узкий и о ПЧ. Что там за фильтры? полоса, селективность-прямоугольность.

[des00]

QPSK ИМХО худший вариант в силу своей чувствительности к инфлуенциям. Ну а шаг co channel, шаг то может быть большой а спектр относительно узкий и о ПЧ. Что там за фильтры? полоса, селективность-прямоугольность.

иначе не получить нужные скорости. шаг там фиксирован и определяется сеткой частот, при разносе на ширину спектра 1.86 спектры одинаковой мощности "соприкасаются" в точке -30дБ, относительно несушки (теперь поднимите один на 50Дб и получите нужную картину). Основная фильтрация делается в цифре, в аналоге достаточно простой фильтр с полосой порядка 4МГц на фиксированную ПЧ ~70МГц.

[alex_os]

Может быть прогрессивное человечество придумало что-то еще ?

Кажется все уже придумано до нас . Еще можно предложить преамбулу в виде немодулированной несущей, либо последовательность символов вроде 0, 180, 0, 180 ... градусов (как в древних телефонных модемах). Такую штуку детектировать и измерять сдвиг несущей
не сильно затратно будет.

[des00]

Кажется все уже придумано до нас . Еще можно предложить преамбулу в виде немодулированной несущей, либо последовательность символов вроде 0, 180, 0, 180 ... градусов (как в древних телефонных модемах). Такую штуку детектировать и измерять сдвиг несущей
не сильно затратно будет.

это и предлагалось в самом начале темы(Data Aided synchronization) %) . Вы предлагаете методы, которые работают при небольших расстройках и в предположении что какая то начальная синхронизация есть(особенно по символьной). Иначе вы не сможете определить когда у вас пошли данные и когда уже пора эстимировать отстройку по частоте.

[alex_os]

это и предлагалось в самом начале темы(Data Aided synchronization) %) .

Да что-то такое уже было..

Вы предлагаете методы, которые работают при небольших расстройках и в предположении что какая то начальная синхронизация есть(особенно по символьной). Иначе вы не сможете определить когда у вас пошли данные и когда уже пора эстимировать отстройку по частоте.

Да очень приличная может быть расстройка. Зависит от того как эту преамбулу обрабатывать. Например "перевертыш" фазы (0-180-0-180) выглядит в спектральной области как две палки разнесенные на частоту манипуляции. Находите
нечто похожее в спектре сигнала тем или иным способом ( скажем FFT или банки фильтров) и измеряете отстройку. Никакая синхронизация при этом не нужна.

[des00]

Да очень приличная может быть расстройка. Зависит от того как эту преамбулу обрабатывать. Например "перевертыш" фазы (0-180-0-180) выглядит в спектральной области как две палки разнесенные на частоту манипуляции. Находите
нечто похожее в спектре сигнала тем или иным способом ( скажем FFT или банки фильтров) и измеряете отстройку. Никакая синхронизация при этом не нужна.

И снова все сводиться к банкам фильтров или FFT, определение расстройки с точностью ~3КГц, при полосе 1.86МГц потребует FFT порядка 512.

Ну и при наличии мощного соседнего канала, одна из палок полностью пропадает в его хвосте, к чему центрироваться ? Просто модель такой системы у меня есть, уже со всех сторон ее рассмотрел (ну или почти со всех сторон).

[alex_os]

И снова все сводиться к банкам фильтров или FFT, определение расстройки с точностью ~3КГц, при полосе 1.86МГц потребует FFT порядка 512.

Ну и при наличии мощного соседнего канала, одна из палок полностью пропадает в его хвосте, к чему центрироваться ? Просто модель такой системы у меня есть, уже со всех сторон ее рассмотрел (ну или почти со всех сторон).

Может фильтр (или FFT ) сделать покороче и попробовать интерполировать оценку ?
Из-за помехи от соседнего канала не должна палка пропасть. Все же половина энергии сигнала в этой палке сосредоточена ( считаем что по соседнему каналу идут случайные данные ).

А время синхронизации критично?

[des00]

Из-за помехи от соседнего канала не должна палка пропасть. Все же половина энергии сигнала в этой палке сосредоточена ( считаем что по соседнему каналу идут случайные данные ).

Не в том смысле что она совсем пропадет, она даст смещенную оценку %) , т.к. хвост соседа усложнит поиск именно нужной палки. В приложении приблизительная модель с формированием спектра по тому методу, что вы предложили (2007а)

А время синхронизации критично?

40-60 секунд приемлемое время входа в синхронизм, после входа АПЧ отключается и работает только ФАПЧ по несушке.

Прикрепленные файлы

 afc_sample.zip ( 30.17 килобайт ) Кол-во скачиваний: 26

 

[petrov]

я правильно понял, вы имели в виду систему вроде той, что в приложении ? Там для простоты взят самый длинный баркер (13 бит), длинна пакета 100 бит, BPSK, на выбор пакет рандомный и с заполнением нулями и всего 3 фильтра. делалось в 2007а

Сечас нет времени смотреть модель, но думаю там то что имелось ввиду.

Мда, комплексные фильтры это сильно затратно....


понятно, на коротких последовательностях качественно не сделать.

Собственно для надёжной синхронизации в условиях помех выбора особо и нет.

ИМХО у вас ошибка на уровне разработки системы или ТЗ.

И снова все сводиться к банкам фильтров или FFT, определение расстройки с точностью ~3КГц, при полосе 1.86МГц потребует FFT порядка 512.

Откуда такие гигантские сдвиги? При сквозной нестабильности опорных генераторов 20 ppm будет 10 килогерц всего. Если все передатчики будут друг на друга налазить половиной ширины полосы никакой радиосвязи не будет.

[des00]

ИМХО у вас ошибка на уровне разработки системы или ТЗ.

Откуда такие гигантские сдвиги? При сквозной нестабильности опорных генераторов 20 ppm будет 10 килогерц всего. Если все передатчики будут друг на друга налазить половиной ширины полосы никакой радиосвязи не будет.

хмм, спектр формируется на нуле, заброс идет сразу на несушку. При несущей 450МГц и нестабильности генераторов в 20ppm, в худшем случае модемы разойдутся на 450*20*2 = 18КГц + запас. Система спроектирована для работы в диапазоне +-24КГц. Можно было бы поставить 1ppm генераторы, но они стоят совершенно другие деньги. А тут обычный TCXO, с хорошими фазовыми шумами, но плохой начальной расстройкой.
Ну и я смотрю в будущее, на диапазоны несущих 4-11 ГГц. На 4GHz 10ppm это уже 80КГц %))

Про ошибку не совсем понял что имелось в виду

[proxi]

достаточно простой фильтр с полосой порядка 4МГц на фиксированную ПЧ ~70МГц.

мдя... тяжелый случай а фильтр то какой ПАВ или что то другое.

Основная фильтрация делается в цифре

то что уже покареженно

-30дБ, относительно несушки

еще раз по уровням полезный к примеру -90dBm а мешающий -30dBm так что ли получается, у вас ворота то настеж открыты LNA по крайней мере, называется- заходи не бойся выходи не плачь и по ПЧ токмо фильтрация делается в цифре.
В системах которые я обмерял по Индусским, Пакистанским Российским и Белорусским стандартам там скорости другие конечно цифровой фильтрации - бейсбанд а РЧ нормальный ПЧ фильтр на 140МГц. Без этого не алле получалось, не знаю мож у вас все по другому.

[des00]

мдя... тяжелый случай а фильтр то какой ПАВ или что то другое.

то что уже покареженно

тяжелый не тяжелый, но все ложиться как по расчету (динамика тракта). фильтр на рассыпухе, да и какой бы не был фильтр, все равно запас по краям нужен, иначе эквалайзеру дюже постараться надо, чтобы RC характеристику восстановить, а именно туда и бьет соседний канал.

[petrov]

Система спроектирована для работы в диапазоне +-24КГц.

Про ошибку не совсем понял что имелось в виду

Прошу прощения, показалось что в большем диапазоне хотите работать. :)

Насколько большая помеха получается в полосе сигнала? Последовательности длиной 64-128 символов не хватит, чтобы над ней подняться? Согласованных фильтров несколько штук всего потребуется, вроде вполне реально такое сделать.

[des00]

еще раз по уровням полезный к примеру -90dBm а мешающий -30dBm так что ли получается, у вас ворота то настеж открыты LNA по крайней мере, называется- заходи не бойся выходи не плачь и по ПЧ токмо фильтрация делается в цифре.

ну да так и есть, у меня динамика приемного тракта от -6 до -100дБм. LNA + аналоговые/цифровые петли АРУ + динамика АЦП работают на это.

В системах которые я обмерял по Индусским, Пакистанским Российским и Белорусским стандартам там скорости другие конечно цифровой фильтрации - бейсбанд а РЧ нормальный ПЧ фильтр на 140МГц. Без этого не алле получалось, не знаю мож у вас все по другому.

Хмм, РЧ фильтр у меня есть, может я не так донес до вас инфу. Идет фильтр на рабочий диапазон частот, потом снос на ПЧ ~70МГц, на ней фильтр шириной порядка 4МГц, потом уже АЦП и основная фильтрация. В приемнике подавление зеркального соседнего канала составляет -133 дБ, от соседа остается только то, что уже залезло в рабочую полосу.

[proxi]

у меня динамика приемного тракта от -6 до -100дБм. LNA + аналоговые/цифровые петли АРУ + динамика АЦП работают на это.

-6 это круто в моих максимум -10-20dBm...

[des00]

Насколько большая помеха получается в полосе сигнала? Последовательности длиной 64-128 символов не хватит, чтобы над ней подняться? Согласованных фильтров несколько штук всего потребуется, вроде вполне реально такое сделать.

Страдает не столько полоса, сколько края спектра, в которых и сосредоточена информация о смещении несущей частоты. В приложении показано что происходит на краях спектра при действии соседнего канала.

Странно вы считаете, по моим расчетам нужна последовательность порядка 256 символов, что бы определить местоположение с точностью ~3КГц и потребуется 2*24/3 = 16 фильтров. Что то не понимаю ? %)

Эскизы прикрепленных изображений

 

[petrov]

Странно вы считаете, по моим расчетам нужна последовательность порядка 256 символов, что бы определить местоположение с точностью ~3КГц и потребуется 2*24/3 = 16 фильтров. Что то не понимаю ? %)

Длина последовательности определяется необходимым отношением сигнал/(шум+помеха) на выходе согласованного фильтра, а частоту вы сможете определить точнее по отклику максимального фильта и соседних с ним, fontp здесь много раз выкладывал статьи по расчёту частоты тона по амплитудам DFT.

[des00]

Длина последовательности определяется необходимым отношением сигнал/(шум+помеха) на выходе согласованного фильтра, а частоту вы сможете определить точнее по отклику максимального фильта и соседних с ним, fontp здесь много раз выкладывал статьи по расчёту частоты тона по амплитудам DFT.

ааа, понял, т.е. использовать двухстадийное детектирование, грубую оценку и потом уточнение. буду курить.