Способ тактовой синхронизации для демодуляторов сигналов с квадратурной амплитудной манипуляцией

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. 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. 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.

1. 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.] // Известия вузов. Электроника. 2024. Т. 29, № 3. С. 346–361. https://doi.org/10.24151/1561-5405-2024-29-3-346-361

2. Филимонов В. А., Усов Н. А., Остроумов О. А. Алгоритмы получения символьной синхронизации при использовании цифровой обработки сигналов // I-methods. 2023. Т. 15, № 3. С. 1‒18.

3. Довбня В. Г., Азиатцев В. Е., Михайлов С. Н. Помехоустойчивость радиоприемных систем цифровых линий связи: монография / Юго-Западный государственный университет. Курск, 2017. 175 с.

4. 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. https://doi.org/10.61011/JTF.2024.06.58131.3-24

5. Рысин А. В., Бойкачев В. Н., Островский Я. Б. 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) // Актуальные исследования. 2023. № 33(163). С. 17‒35.

6. Лобатый А. А., Бумай А. Ю. Особенности построения алгоритмов оценивания параметров многомерных случайных процессов // Системный анализ и прикладная информатика. 2020. № 1. С. 24‒32. https://doi.org/10.21122/2309-4923-2020-1-24-32

7. Довбня В. Г., Коптев Д. С. Способы восстановления несущего колебания для демодуляторов сигналов с квадратурной амплитудной манипуляцией // Телекоммуникации. 2020. № 8. С. 2‒7.

8. Покровский П. С., Кириллов С. Н. Фазовый дискриминатор для радиосигналов с управляемой связью между синфазной и квадратурной составляющими // Вестник Рязанского государственного радиотехнического университета. 2018. № 65. С. 3‒11. https://doi.org/10.21667/1995-4565-2018-65-3-3-11

9. Межетов М. А., Туринцев С. В. Выделение сигналов тактовой синхронизации в системах передачи информации режима VDL-2 // Crede Experto: транспорт, общество, образование, язык. 2017. № 2. С. 191‒200.

10. Кириллов С. Н., Покровский П. С. Двухкритериальный синтез шестнадцатипозиционных радиосигналов с управляемой связью между синфазной и квадратурной составляющими // Успехи современной радиоэлектроники. 2014. № 6. С. 18‒25.

11. Прокофьев И. А., Османов Р. А. Особенности формирования имитирующих помех на основе комплексной многоканальной модуляции // Аллея науки. 2020. Т. 1, № 7(46). С. 285‒292.

12. 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.

13. Довбня В. Г., Коптев Д. С. Влияние качества функционирования гетеродинов на помехоустойчивость приема сигналов с квадратурной амплитудной модуляцией // Радиотехника. 2020. Т. 84, № 9(17). С. 40‒48. https://doi.org/10.18127/j00338486-202009(17)-03

14. Фомин В. И. Об операторных функциях операторного переменного // Вестник российских университетов. Математика. 2023. Т. 28, № 141. С. 68–89. https://doi.org/10.20310/2686-9667-2023-28-141-68-89

15. Сравнительный анализ цифровых и цифро-аналоговых 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.

16. Баранов И. А., Скурнович А. В. Алгоритм обеспечения целостности, согласованности и непротиворечивости данных, описывающих родственные отношения // Телекоммуникации. 2018. № 3. С. 2‒9.

17. Анализ эффективности пространственной фильтрации сигналов на выходе фотоприёмного устройства с режимом временной задержки и накопления / Б. Н. Дражников, К. В. Козлов, П. А. Кузнецов, В. Н. Соляков // Успехи прикладной физики. 2015. Т. 3, № 6. С. 566–572.

18. Довбня В. Г., Коптев Д. С., Бабанин И. Г. Оценка потенциальной помехоустойчивости приёма цифровых сигналов, используемых в современных и перспективных системах радиорелейной и спутниковой связи // Известия Юго-Западного государственного университета. Серия: Управление, вычислительная техника, информатика. Медицинское приборостроение. 2020. Т. 10, № 1. С. 21‒35.