uprinmatusИзвестия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроениеProceedings of the Southwest State University. Series: IT Management, Computer Science, Computer Engineering. Medical Equipment Engineering2223-1536Юго-Западный государственный университетuprinmatus-249Research ArticleИНФОРМАЦИОННЫЕ И ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫINFORMATION AND INTELLIGENT SYSTEMSСПОСОБ ТАКТОВОЙ СИНХРОНИЗАЦИИ ДЛЯ ДЕМОДУЛЯТОРОВ СИГНАЛОВ С КВАДРАТУРНОЙ АМПЛИТУДНОЙ МАНИПУЛЯЦИЕЙКоптевДмитрий Сергеевичd.s.koptev@mail.ru202526012026151249Copyright © Коптев Д.С., 20252025Коптев Д.С.Коптев Д.С.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://uprinmatus.elpub.ru/jour/article/view/249

Целью исследования является разработка способа восстановления тактовой синхронизации для демодуляторов сигналов с квадратурной амплитудной манипуляцией.

Методы исследования опираются на основы квазиоптимального приёма многопозиционных сигналов, теорию построения радиоприёмных систем цифровых линий связи, методы математического моделирования сигналов, теорию вероятности и математическую статистику. Использованы известные алгоритмы оценки фазы тактового колебания при наличии манипуляционной помехи, обусловленной многоуровневой модуляцией сигнала. Допущено предположение, что канал удовлетворяет условиям Найквиста, а искажающая сигнал помеха является аддитивным белым гауссовским шумом.

Результаты

Результаты. Осуществлена разработка способа восстановления тактовой синхронизации, заключающегося в использовании решений и приведении каждой пары смежных символов к бинарному сигналу путем их центрирования относительно нулевой точки и весового взвешивания по уровню. Представлены аналитические зависимости оценки фазы для устройства тактовой синхронизации, а также структурно-функциональные схемы реализации различных вариантов построения данного устройства в составе демодуляторов многопозиционных сигналов с квадратурной-амплитудной манипуляцией. Полученные графики составляющих флуктуационной характеристики дискриминатора устройства тактовой синхронизации свидетельствуют о том, что разработанный алгоритм позволяет разрешить противоречие между снижением манипуляционной составляющей и ростом шумовой составляющей флуктуационной характеристики.

Заключение

Заключение. С точки зрения помехоустойчивости оптимальной является когерентная демодуляция сигналов, однако при этом необходима тактовая (фазовая) синхронизация опорного генератора демодулятора с принимаемым сигналом, а именно обеспечение совпадения во времени тактовых импульсов в решающем устройстве с моментами окончания информационных символов. Применение разработанного способа, как показали результаты теоретических и экспериментальных исследований, позволило примерно от 0,5 до 0,7 дБ повысить помехоустойчивость демодулятора радиоприемных систем цифровых линий связи.

радиоприёмная системаквадратурная амплитудная манипуляциядемодуляторустройство тактовой синхронизациивремя запаздываниядискриминаторфлуктуационная характеристикаалгоритм функционирования.ReferencesРаннев, Н. Ю. Варианты реализации устройств восстановления тактовых сигналов и данных в составе КМОП высокоскоростных приемопередатчиков последовательных каналов. Обзор / Н. Ю. Раннев, С. В. Кондратенко, В. Д. Байков и др. // Изв. вузов. Электроника. 2024. Т. 29. № 3. С. 346–361. https://doi.org/ 10.24151/1561-5405-2024-29-3-346-361.Rannev, N. Yu. Implementation options for clock and data recovery devices in CMOS high-speed serial channel transceivers. Review / N. Yu. Rannev, S. V. Kondratenko, V. D. Baikov, et al. // Izvestiya Universiteta. Elektronika. 2024. Vol. 29. No. 3. Pp. 346–361. https://doi.org/ 10.24151/1561-5405-2024-29-3-346-361.Филимонов, В. А. Алгоритмы получения символьной синхронизации при использовании цифровой обработки сигналов / В. А. Филимонов, Н. А. Усов, О. А. Остроумов // I-methods. – 2023. – Т. 15, № 3.Filimonov, V. A. Algorithms for obtaining symbolic synchronization using digital signal processing / V. A. Filimonov, N. A. Usov, O. A. Ostroumov // I-methods. – 2023. – Vol. 15, No. 3.Довбня, В.Г. Помехоустойчивость радиоприемных систем цифровых линий связи: монография / В.Г. Довбня, В.Е. Азиатцев, С.Н. Михайлов. – Юго-Зап. гос. ун-т. – Курск, 2017. – 175 с.Dovbnja, V.G. Noise immunity of radio receiving systems of digital communication lines: monograph / V.G. Dovbnja, V.E. Aziatsev, S.N. Mikhailov. – South-West. state University. – Kursk, 2017. – 175 p.Система алгоритмов цифровой обработки сигнала для когерентной оптической связи / Т. О. Базаров, М. А. Сенько, Л. А. Самоделкин [и др.] // Журнал технической физики. – 2024. – Т. 94, № 6. – С. 894-912. – DOI 10.61011/JTF.2024.06.58131.3-24.System of algorithms for digital signal processing for coherent optical communication / T.O. Bazarov, M.A. Senko, L.A. Samodelkin [et al.] // Journal of Technical Physics. – 2024. – Vol. 94, No. 6. – P. 894-912. – DOI 10.61011/JTF.2024.06.58131.3-24.Рысин, А. В. Оптимизация частотной и символьной синхронизации в режиме когерентного накопления по псевдослучайным кодам с целью улучшения помехозащищённости и получением максимальной чувствительности по принимаемому сигналу для управления беспилотными летательными аппаратами (БПЛА) / А. В. Рысин, В. Н. Бойкачев, Я. Б. Островский // Актуальные исследования. – 2023. – № 33(163). – С. 17-35.Rysin, A. V. Optimization of frequency and symbol synchronization in the coherent accumulation mode using pseudo-random codes in order to improve noise immunity and obtain maximum sensitivity to the received signal for controlling unmanned aerial vehicles (UAVs) / A. V. Rysin, V. N. Boykachev, Ya. B. Ostrovsky // Current research. – 2023. – N o. 33 (163). – P. 17-35.Лобатый, А. А. Особенности построения алгоритмов оценивания параметров многомерных случайных процессов / А. А. Лобатый, А. Ю. Бумай // Системный анализ и прикладная информатика. – 2020. – № 1. – С. 24-32. – DOI 10.21122/2309-4923-2020-1-24-32.Lobaty, A. A. Features of constructing algorithms for estimating the parameters of multidimensional random processes / A. A. Lobaty, A. Yu. Bumay // Systems analysis and applied informatics. – 2020. – No. 1. – P. 24-32. – DOI 10.21122/2309-4923-2020-1-24-32.Довбня, В. Г. Способы восстановления несущего колебания для демодуляторов сигналов с квадратурной амплитудной манипуляцией / В. Г. Довбня, Д. С. Коптев // Телекоммуникации. – 2020. – № 8. – С. 2-7.Dovbnja, V. G. Methods for restoring the carrier oscillation for signal demodulators with quadrature amplitude manipulation / V. G. Dovbnja, D. S. Koptev // Telecommunications. – 2020. – No. 8. – P. 2-7.Покровский, П. С. Фазовый дискриминатор для радиосигналов с управляемой связью между синфазной и квадратурной составляющими / П. С. Покровский, С. Н. Кириллов // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. – 2018. – № 65. – С. 3-11. – DOI 10.21667/1995-4565-2018-65-3-3-11.Pokrovsky, P. S. Phase discriminator for radio signals with controlled coupling between the in-phase and quadrature components / P. S. Pokrovsky, S. N. Kirillov // Bulletin of the Ryazan State Radio Engineering University. – 2018. – No. 65. – P. 3-11. – DOI 10.21667/1995-4565-2018-65-3-3-11.Межетов, М. А. Выделение сигналов тактовой синхронизации в системах передачи информации режима VDL-2 / М. А. Межетов, С. В. Туринцев // Crede Experto: транспорт, общество, образование, язык. – 2017. – № 2. – С. 191-200.Mezhetov, M. A. Allocation of clock synchronization signals in VDL-2 mode information transmission systems / M. A. Mezhetov, S. V. Turintsev // Crede Experto: transport, society, education, language. – 2017. – No. 2. – P. 191-200.Кириллов С. Н., Покровский П. С. Двухкритериальный синтез шестнадцатипозиционных радиосигналов с управляемой связью между синфазной и квадратурной составляющими // Успехи современной радиоэлектроники. № 6. 2014. С. 18-25.Kirillov S. N., Pokrovsky P. S. Two-criteria synthesis of sixteen-position radio signals with controlled communication between the in-phase and quadrature components // Advances in modern radio electronics. No. 6. 2014. P. 18-25.Прокофьев, И. А. Особенности формирования имитирующих помех на основе комплексной многоканальной модуляции / И. А. Прокофьев, Р. А. Османов // Аллея науки. – 2020. – Т. 1, № 7(46). – С. 285-292.Prokofiev, I. A. Features of the formation of simulating interference based on complex multichannel modulation / I. A. Prokofiev, R. A. Osmanov // Alley of Science. – 2020. – Vol. 1, No. 7 (46). – P. 285-292.Зеленевский, В. В. Метод оценки помехоустойчивости цифровых систем передачи с кодовым уплотнением данных при воздействии стационарных помех / В. В. Зеленевский, М. С. Черноусов, А. В. Зеленевский, Ю. В. Зеленевский // Известия Института инженерной физики. – 2020. – № 4(58). – С. 31-36.Zelenevsky, V. V. Method for assessing the noise immunity of digital transmission systems with coded data compression under the influence of stationary interference / V. V. Zelenevsky, M. S. Chernousov, A. V. Zelenevsky, Yu. V. Zelenevsky // Bulletin of the Institute of Engineering Physics. – 2020. – No. 4 (58). – P. 31-36.Довбня, В. Г. Влияние качества функционирования гетеродинов на помехоустойчивость приема сигналов с квадратурной амплитудной модуляцией / В. Г. Довбня, Д. С. Коптев // Радиотехника. – 2020. – Т. 84, № 9(17). – С. 40-48. – DOI 10.18127/j00338486-202009(17)-03.Dovbnya, V. G. Influence of the quality of functioning of heterodynes on the noise immunity of reception of signals with quadrature amplitude modulation / V. G. Dovbnya, D. S. Koptev // Radio Engineering. – 2020. – Vol. 84, No. 9 (17). – P. 40-48. – DOI 10.18127/j00338486-202009(17)-03.Фомин В.И. Об операторных функциях операторного переменного // Вестник российских университетов. Математика. 2023. Т. 28. № 141. С. 68–89. DOI 10.20310/2686-9667-2023-28-141-68-89.Fomin V.I. On operator functions of an operator variable // Bulletin of Russian Universities. Mathematics. 2023. Vol. 28. No. 141. Pp. 68–89. DOI 10.20310/2686-9667-2023-28-141-68-89.Рябов, И. В. Сравнительный анализ цифровых и цифроаналоговых синтезаторов частот и сигналов / И. В. Рябов, Е. С. Клюжев, И. В. Стрельников, П. М. Юрьев // Вестник Казанского государственного технического университета им. А.Н. Туполева. – 2019. – Т. 75, № 1. – С. 96-103.Ryabov, I. V. Comparative analysis of digital and digital-to-analog synthesizers of frequencies and signals / I. V. Ryabov, E. S. Klyuzhev, I. V. Strelnikov, P. M. Yuryev // Bulletin of the Kazan State Technical University named after A. N. Tupolev. – 2019. – Vol. 75, No. 1. – P. 96–103.Баранов, И. А. Алгоритм обеспечения целостности, согласованности и непротиворечивости данных, описывающих родственные отношения / И. А. Баранов, А. В. Скурнович // Телекоммуникации. – 2018. – № 3. – С. 2-9.Baranov, I. A. Algorithm for Ensuring Integrity, Coherence, and Consistency of Data Describing Family Relationships / I. A. Baranov, A. V. Skurnovich // Telecommunications. – 2018. – N o. 3. – P. 2-9.Дражников Б. Н., Козлов К. В., Кузнецов П. А., Соляков В. Н. Анализ эффективности пространственной фильтрации сигналов на выходе фотоприёмного устройства с режимом временной задержки и накопления // Успехи прикладной физики. 2015. 3, № 6. С. 566 – 572.Drazhnikov B. N., Kozlov K. V., Kuznetsov P. A., Solyakov V. N. Analysis of the Efficiency of Spatial Filtering of Signals at the Output of a Photodetector with Time Delay and Accumulation Mode // Uspekhi Applied Physics. 2015. 3, No. 6. P. 566 – 572.Довбня, В. Г. Оценка потенциальной помехоустойчивости приёма цифровых сигналов, используемых в современных и перспективных системах радиорелейной и спутниковой связи / В. Г. Довбня, Д. С. Коптев, И. Г. Бабанин // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. – 2020. – Т. 10, № 1. – С. 21-35.Dovbnja, V. G. Evaluation of potential noise immunity of reception of digital signals used in modern and promising radio relay and satellite communication systems / V. G. Dovbnja, D. S. Koptev, I. G. Babanin // Bulletin of the South-West State University. Series: Management, computing, informatics. Medical instrument making. – 2020. – Vol. 10, No. 1. – P. 21-35.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.