Синхронизатор символов

Правильный сдвиг синхросигналов символов

Библиотека:
Набор средств связи/синхронизация

Описание

Блок синхронизатора символов корректирует сдвиг синхросигналов символов для схем модуляции PAM, PSK, QAM или OQPSK между передатчиком с одной несущей и приемником. Дополнительные сведения см. в разделе Обзор синхронизации символов.

Примечание

Входной сигнал работает на основе частоты дискретизации, в то время как выходной сигнал работает на основе скорости передачи символов.

Порты

Вход

развернуть все

`samples` - Входные образцы
скаляр (по умолчанию) | вектор столбца

Входные выборки, заданные как скалярный или столбчатый вектор PAM, PSK, QAM или OQPSK модулированного сигнала с одной несущей. Этот порт в блоке без имени.

Типы данных: double | single
Поддержка комплексного номера: Да

Продукция

развернуть все

`Sym` - Символы выходного сигнала
скалярный | вектор столбца

Символы выходного сигнала, возвращаемые в виде скаляра переменного размера или вектора столбца, который имеет тот же тип данных, что и входной. Для входа с размерами Nsamp-by-1 выход в Sym имеет размеры Nsym-by-1. Нсым приблизительно равен Нсампу, делённому на Нспов. Nsps равен параметру Samples per symbol. Если выход превышает максимальный размер выхода $⌈ \frac{_{}}{_{}} NsampNsps ×$ 1,1 ⌉, он усекается.

Этот порт не называется, если не выбран выходной порт с нормализованной ошибкой синхронизации.

`Err` - Расчетная ошибка синхронизации
скалярный | вектор столбца

Оцененная ошибка синхронизации для каждой входной выборки, возвращаемой в виде скалярного или столбцового вектора со значениями в диапазоне [0, 1]. Оцененная ошибка синхронизации нормализуется по времени входной выборки. Err имеет тот же тип данных и размер, что и входной сигнал.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, выберите порт вывода нормализованной ошибки синхронизации.

Параметры

развернуть все

`Modulation type` - Тип модуляции
`PAM/PSK/QAM` (по умолчанию) | `OQPSK`

Тип модуляции, указанный как PAM/PSK/QAM, или OQPSK.

`Timing error detector` - Тип детектора ошибок синхронизации
`Zero-Crossing (decision-directed)` (по умолчанию) | `Gardner (non-data-aided)` | `Early-Late (non-data-aided)` | `Mueller-Muller (decision-directed)`

Тип детектора ошибок синхронизации, указанный как Zero-Crossing (decision-directed), Gardner (non-data-aided), Early-Late (non-data-aided), или Mueller-Muller (decision-directed). Этот параметр назначает схему обнаружения ошибок синхронизации, используемую в синхронизаторе.

Дополнительные сведения см. в разделе Обнаружение ошибок синхронизации (TED).

`Samples per symbol` - Образцы на символ
`2` (по умолчанию) | положительное целое число больше 1

Выборки на символ, указанное как положительное целое число больше 1.

Типы данных: double

`Damping factor` - Коэффициент демпфирования петлевого фильтра
`1` (по умолчанию) | положительный скаляр

Коэффициент демпфирования фильтра контура, заданный как положительный скаляр. Дополнительные сведения см. в разделе Фильтр контуров.

Настраиваемый: Да

Типы данных: double | single

`Normalized loop bandwidth` - Нормализованная полоса пропускания фильтра контура
`0.01` (по умолчанию) | положительный скаляр меньше 1

Нормализованная полоса пропускания фильтра цикла, заданная как положительный скаляр меньше 1. Полоса пропускания контура нормализуется частотой дискретизации входного сигнала. Дополнительные сведения см. в разделе Фильтр контуров.

Примечание

Чтобы обеспечить блокировку синхронизатора символов, установите для параметра Нормализованная полоса пропускания цикла значение меньше 0.1.

Настраиваемый: Да

Типы данных: double | single

`Detector gain` - Коэффициент усиления фазового детектора
`2.7` (по умолчанию) | положительный скаляр

Коэффициент усиления фазового детектора, определяемый как положительный скаляр.

Настраиваемый: Да

Типы данных: double | single

`Normalized timing error output port` - Включить выходной порт с нормализованной ошибкой синхронизации
`on` (по умолчанию) | `off`

Выберите этот параметр для вывода нормализованных данных об ошибках синхронизации на выходном порту Err.

`Simulate using` - Тип выполняемого моделирования
`Code generation` (по умолчанию) | `Interpreted execution`

Тип выполняемого моделирования, указанный как Code generation или Interpreted execution.

Code generation - Моделирование модели с использованием сгенерированного кода C. При первом запуске моделирования Simulink ® генерирует код C для блока. Код C используется повторно для последующего моделирования, если модель не изменится. Эта опция требует дополнительного времени запуска, но скорость последующего моделирования быстрее, чемInterpreted execution.
Interpreted execution - Смоделировать модель с помощью интерпретатора MATLAB ®. Этот параметр требует меньше времени запуска, чем Code generation способ, но скорость последующего моделирования медленнее. В этом режиме можно отладить исходный код блока.

Примеры модели

Коррекция смещения синхронизации сигнала QPSK

Исправьте фиксированный временной сдвиг символа в шумном сигнале QPSK с помощью блока синхронизатора символов. Количество символов, выводимых блоком синхронизатора символов, является переменным размером. Если для последующей обработки требуется сигнал фиксированного размера, можно использовать блок выбора (Simulink) для преобразования выходного сигнала синхронизатора символов в сигнал фиксированного размера.

Синхронизация символов и кадров

Восстановление кадровой синхронизации из системы QPSK, нарушенной переменной ошибкой синхронизации.

Характеристики блока

Типы данных	`double` \| `single`
Многомерные сигналы	`no`
Сигналы переменного размера	`yes`

Подробнее

развернуть все

Обзор синхронизации символов

Алгоритм синхронизатора синхронизации символов основан на алгоритме ФАПЧ, который состоит из четырех компонентов:

Детектор ошибок синхронизации (TED)
Делающий интерполяции
Контроллер интерполяции
Фильтр контура

Для модуляции OQPSK синфазная и квадратурная составляющие сигнала сначала выравниваются (как в модуляции QPSK) с использованием буфера состояния для кэширования последней половины символа предыдущего входа. После начального выравнивания оставшийся процесс синхронизации будет таким же, как для модуляции QPSK.

На этой блок-схеме показан пример синхронизатора синхронизации. На чертеже синхронизация символа PLL действует на x (t), принятый сигнал выборки после согласованной фильтрации. Синхронизирующий сигнал символа ФАПЧ выдает сигнал символа $x (_{} \overset{}{kTs} +$

Обнаружение ошибок синхронизации (TED)

Синхронизатор синхронизации символов поддерживает методы TED без помощи данных и TED, направленные на принятие решения. В этой таблице представлены выражения оценки времени для опций метода TED.

Метод TED	Выражение
Пересечение нуля (по решению)	$e (k) =x (_{} (k-1/2) \overset{}{} {\overset{Ts +τ^}{}}_{)} [a^0 {\overset{}{}}_{} (k−1) -a^0 (k)] {+y}_{} (\overset{}{} {\overset{}{}}_{(k−1/2)} Ts +τ^{\overset{}{)}}_{[} a^1$ (k−1) −a^1 (k)]
Гарднер (без помощи данных)	$e (k) =x (_{} (k-1/2) \overset{}{} Ts +τ^) [x (_{} \overset{}{} (k-1)_{Ts +τ^}) \overset{}{} -x (kTs +τ^)]_{+y} \overset{}{(} (k−1/2)_{} Ts +τ^\overset{}{)} [y (_{} \overset{}{(k−1)}$ Ts +τ^) −y (kTs +τ^)]
Ранняя задержка (без помощи данных)	$e (k) =x_{} \overset{}{} (kTs +τ^) [x (_{} \overset{(k+1/2)}{} Ts +τ^) −x (_{} \overset{}{} (k-1/2)_{} Ts +τ^\overset{}{)}] +y {(kTs +τ^)}_{} [\overset{}{y} ((k+1/2)_{} Ts +τ^\overset{}{)} -y$ ((k−1/2) Ts +τ^)]
Мюллер-Мюллер (по решению)	$e (k) {\overset{}{}}_{} =a^0 (k−1)_{x} \overset{}{} {\overset{}{}}_{} (kTs +τ^) -a^0 (k)_{x} \overset{}{(} {\overset{(k-1)}{}}_{} Ts +τ^)_{} +a^1 \overset{}{} {\overset{(k-1)}{}}_{} y (kTs +τ^)_{} \overset{-a^1}{}$ (k) y ((k−1) Ts +τ^)

Без помощи данных TED использует принятые выборки без какого-либо знания передаваемого сигнала или результатов оценки канала. Для оценки временной ошибки сигналов со схемами модуляции, которые имеют точки созвездия, выровненные с синфазной или квадратурной осью, используют неинформативный ТЭД. Примеры сигналов, подходящих для методов Гарднера или ранних запаздываний, включают QPSK-модулированные сигналы с нулевым фазовым смещением, которое имеет точки в {1 + 0i, 0 + 1i, -1 + 0i, 0 − 1i} и BPSK-модулированные сигналы с нулевым фазовым смещением.

Метод Гарднера - метод Гарднера является методом обратной связи без помощи данных, который не зависит от восстановления фазы несущей. Используется для систем основной полосы частот и модулированных систем несущих. Более конкретно, этот способ используется для систем, которые используют тип линейной модуляции с импульсами Найквиста, которые имеют избыточную ширину полосы между приблизительно 40% и 100%. Примеры включают в себя системы, которые используют PAM, PSK, QAM или OQPSK модуляцию и которые формируют сигнал с использованием повышенных косинусных фильтров, коэффициент отката которых находится между 0,4 и 1. При наличии шума эффективность этого способа восстановления синхронизации улучшается по мере увеличения избыточной полосы пропускания (или увеличения коэффициента отката в случае фильтра с увеличенным косинусом). Метод Гарднера аналогичен методу раннего-позднего затвора.
Метод раннего запаздывания - метод раннего запаздывания является методом обратной связи без помощи данных. Он используется для систем, которые используют линейный тип модуляции, такой как PAM, PSK, QAM или OQPSK модуляция. Например, системы, использующие приподнятый косинусный фильтр с импульсами Найквиста. При наличии шума эффективность этого способа восстановления синхронизации улучшается по мере увеличения избыточной полосы пропускания импульса (или увеличения коэффициента отката в случае фильтра с увеличенным косинусом).

Ранне-поздний метод аналогичен методу Гарднера. Метод Гарднера работает лучше в системах с высокими значениями SNR, поскольку он имеет более низкий собственный шум, чем ранний-поздний метод.

TED, направленный на принятие решения, использует sign функция оценки синфазной и квадратурной составляющих принимаемых выборок, что приводит к более низкой вычислительной сложности, чем неинформируемый ТЭД.

Метод пересечения нуля - метод пересечения нуля - это метод, направленный на принятие решения, который требует 2 выборки на символ на входе синхронизатора. Используется в условиях низкого SNR для всех значений избыточной полосы пропускания и в условиях умеренного SNR для умеренных коэффициентов избыточной полосы пропускания в приблизительном диапазоне [0,4, 0,6].
Метод Мюллера-Мюллера - метод Мюллера-Мюллера является методом направленной на принятие решения обратной связи, который требует предварительного восстановления фазы несущей. Когда входной сигнал имеет импульсы Найквиста (например, при использовании приподнятого косинусного фильтра), метод Мюллера - Мюллера не имеет собственного шума. Для узкополосной сигнализации при наличии шума производительность метода Мюллера-Мюллера улучшается по мере уменьшения коэффициента избыточной полосы пропускания импульса.

Поскольку методы, направленные на принятие решения (пересечение нуля и Мюллер-Мюллер), оценивают ошибку синхронизации на основе знака синфазной и квадратурной составляющих сигналов, передаваемых в синхронизатор, они не рекомендуются для созвездий, имеющих точки либо с нулевой синфазной, либо с квадратурной составляющей. $x_{} \overset{}{}$ (kTs +τ^) и $y_{} \overset{}{}$ (kTs +τ^) являются совпадающими по фазе компонентами, и квадратурные компоненты входа сигнализирует к детектору ошибок выбора времени, $\overset{}{где}$ τ^ - предполагаемая ошибка выбора времени. ${\overset{}{Коэффициенты}}_{} a ^$ 0 (k) ${\overset{}{}}_{} и$ a ^ 1 (k) метода Мюллера-Мюллера являются ${оценками}_{} \overset{}{} x$ (kTs $+_{} \overset{}{}$ Оценки времени производятся путем примененияsign функция для синфазной и квадратурной составляющих и используется только для методов TED, направленных на принятие решения.

Делающий интерполяции

Временная задержка оценивается по выборкам с фиксированной скоростью согласованного фильтра, которые асинхронны со скоростью передачи символов. Поскольку результирующие выборки не выровнены с границами символов, для «перемещения» выборок используется интерполятор. Поскольку временная задержка неизвестна, интерполятор должен быть адаптивным. Кроме того, поскольку интерполятор представляет собой линейную комбинацию имеющихся выборок, его можно рассматривать как выходной сигнал фильтра.

Интерполятор использует кусочно-параболический интерполятор со структурой Фэрроу и коэффициентом α, установленным в 1/2 (см. Rice, Michael, Digital Communications: A Discrete-Time Approach).

Управление интерполяцией

Управление интерполяцией обеспечивает интерполятор индексом базовой точки и дробным интервалом. Индекс базовой точки - это индекс выборки, ближайший к интерполятору. Дробный интервал - это отношение времени между интерполятором и индексом его базовой точки и интервалом интерполяции.

Интерполяция выполняется для каждого образца, и стробирующий сигнал используется для определения того, выведен ли интерполятор. Синхронизатор использует управление интерполяцией счетчика по модулю 1 для обеспечения строба и дробного интервала для использования с интерполятором.

Фильтр контуров

Синхронизатор использует фильтр контура интегратора пропорционального плюс (PI). Пропорциональный коэффициент усиления, K1 и коэффициент усиления интегратора, K2, вычисляются с помощью

$_{K1} \frac{= -}{4, (1 +^{}_{2,}}$

$_{K2} \frac{= -^{}}{4start2 (1 + 2, (1 +^{}_{2-2)}}$ Kp.

Промежуточное условие,

$start= \frac{\frac{_{}_{}}{}}{\frac{BnTsNstart+}{}}$ 14,

где:

N - количество выборок на символ.
start- коэффициент демпфирования.
_BnTS - нормализованная полоса пропускания шлейфа.
Kp - коэффициент усиления детектора.

Ссылки

[1] Райс, Майкл. Цифровая связь: дискретно-временной подход. Река Верхнее Седло, Нью-Джерси: Прентис Холл, 2008.

[2] Менгали, Умберто и Альдо Н. Д'Андреа. Методы синхронизации для цифровых приемников. Нью-Йорк: Пленум Пресс, 1997.

Документация

Синхронизатор символов

Описание

Порты

Вход