Symbol Synchronizer

Правильный наклон синхроимпульса символа

Библиотека:
Коммуникационный тулбокс/синхронизация

Описание

Блок Symbol Synchronizer корректирует наклон временных часов символа для схем модуляции PAM, PSK, QAM или OQPSK между передатчиком с одной несущей и приемником. Для получения дополнительной информации см. раздел «Обзор синхронизации символов».

Примечание

Входной сигнал действует на базисе скорости дискретизации, в то время как выходной сигнал действует на базисе скорости символа.

Порты

Вход

расширить все

`samples` - Входные выборки
скаляр (по умолчанию) | вектор-столбец

Входы дискретизации, заданные как скаляр или вектор-столбец сигнала с одной несущей PAM, PSK, QAM или OQPSK. Этот порт в блоке без имени.

Типы данных: double | single
Поддержка комплексного числа: Да

Выход

расширить все

`Sym` - Выходы сигнала
скалярный | вектор-столбец

Выходы сигнала, возвращенные как скаляр переменного размера или вектор-столбец, который имеет совпадающий тип данных, что и вход. Для входа с размерностями N _{самп-на-1 выход} на Sym имеет размерности _{N сим-на-1}. _N sym приблизительно равен _N sump, разделенному на N sps_. N sps равно параметру Samples per symbol. Если выход превышает максимальный размер вывода $⌈ \frac{N_{samp}}{N_{sps}} \times 1.1 ⌉$ , она усечена.

Этот порт не называется, если Normalized timing error output port не выбран.

`Err` - Предполагаемая ошибка синхронизации
скалярный | вектор-столбец

Предполагаемая ошибка синхронизации для каждой входной выборки, возвращенная в виде скаляра или вектора-столбца со значениями в области значений [0, 1]. Предполагаемая ошибка синхронизации нормирована входным шагом расчета. Err имеет совпадающий тип данных и размер, что и входной сигнал.

Зависимости

Чтобы включить этот порт, выберите Normalized timing error output port.

Параметры

расширить все

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

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

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

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

Для получения дополнительной информации смотрите Выявление ошибок синхронизации (TED).

`Samples per symbol` - Выборки по символу
`2` (по умолчанию) | положительное целое число, больше 1

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

Типы данных: double

`Damping factor` - Коэффициент затухания контурного фильтра
`1` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Коэффициент затухания фильтра цикла, заданный как положительная скалярная величина. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Фильтр цикла».

Настраиваемый: Да

Типы данных: double | single

`Normalized loop bandwidth` - Нормированная полоса пропускания контурного фильтра
`0.01` (по умолчанию) | положительной скалярной величиной менее 1

Нормированная полоса пропускания цикла фильтра, заданная как положительная скалярная величина менее 1. Шумовая полоса нормирована частотой дискретизации входного сигнала. Для получения дополнительной информации см. Раздел «Фильтр цикла».

Примечание

Чтобы убедиться, что символьный синхронизатор заблокирован, задайте значение параметра Normalized loop bandwidth меньше 0.1.

Настраиваемый: Да

Типы данных: double | single

`Detector gain` - Коэффициент усиления фазового детектора
`2.7` (по умолчанию) | положительная скалярная величина

Фаза коэффициент усиления детектора, заданный как положительная скалярная величина.

Настраиваемый: Да

Типы данных: double | single

`Normalized timing error output port` - Включите выходной порт нормированной ошибки синхронизации
`on` (по умолчанию) | `off`

Выберите этот параметр, чтобы вывести нормированные данные ошибки синхронизации на выход Err порта.

`Simulate using` - Тип выполняемой симуляции
`Code generation` (по умолчанию) | `Interpreted execution`

Тип выполняемой симуляции, заданный как Code generation или Interpreted execution.

Code generation - Симулируйте модель при помощи сгенерированного кода C. Первый раз, когда вы запускаете симуляцию, Simulink^® генерирует код С для блока. Код С повторно используется для последующих симуляций, если модель не меняется. Эта опция требует дополнительного времени запуска, но скорость последующих симуляций быстрее Interpreted execution.
Interpreted execution -- Моделируйте модель с помощью MATLAB^® интерпретатор. Эта опция требует меньше времени запуска, чем Code generation метод, но скорость последующих симуляций медленнее. В этом режиме можно отлаживать исходный код блока.

Примеры моделей

Коррекция смещения синхронизации сигнала QPSK

Исправьте смещение фиксированного символа синхронизации на шумном сигнале QPSK с помощью блока Symbol Synchronizer. Количество символов, выводимых блоком Symbol Synchronizer, составляет переменный размер. Если для нисходящей обработки требуется сигнал фиксированного размера, можно использовать блок Selector (Simulink), чтобы преобразовать выход Symbol Synchronizer в сигнал фиксированного размера.

Символьная и кадровая синхронизация

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

Характеристики блоков

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

Подробнее о

расширить все

Обзор символьной синхронизации

Алгоритм символьной синхронизации основан на цикле фазовой автоподстройки (ФАП), который состоит из четырех компонентов:

Детектор временных ошибок (TED)
Делающий интерполяции
Контроллер интерполяции
Фильтр цикла

Для модуляции OQPSK синфазные и квадратурные компоненты сигнала сначала выравниваются (как в модуляции QPSK) с использованием буфера состояний, чтобы кэшировать последнюю половину символа предыдущего входного сигнала. После начального выравнивания оставшийся процесс синхронизации аналогичен процессу модуляции QPSK.

Этот блок показывает пример синхронизатора синхронизации времени. На рисунке временная характеристика символа PLL работает с x (t), принятым сигналом дискретизации после согласованной фильтрации. PLL синхронизации символов выводит сигнал символа , $x (k T_{s} + \hat{τ})$ , после корректировки на синхроимпульс между передатчиком и приемником.

Выявление ошибок синхронизации (TED)

Синхронизатор временных параметров символа поддерживает методы TED с использованием данных и TED, ориентированные на принятие решений. В этой таблице показаны выражения оценки времени для опций метода TED.

Метод TED	Выражение
Пересечение нулем (направленное на принятие решения)	$e (k) = x ((k - 1 / 2) T_{s} + \hat{τ}) [{\hat{a}}_{0} (k - 1) - {\hat{a}}_{0} (k)] + y ((k - 1 / 2) T_{s} + \hat{τ}) [{\hat{a}}_{1} (k - 1) - {\hat{a}}_{1} (k)]$
Гарднер (без использования данных)	$e (k) = x ((k - 1 / 2) T_{s} + \hat{τ}) [x ((k - 1) T_{s} + \hat{τ}) - x (k T_{s} + \hat{τ})] + y ((k - 1 / 2) T_{s} + \hat{τ}) [y ((k - 1) T_{s} + \hat{τ}) - y (k T_{s} + \hat{τ})]$
Раннее-позднее (без использования данных)	$e (k) = x (k T_{s} + \hat{τ}) [x ((k + 1 / 2) T_{s} + \hat{τ}) - x ((k - 1 / 2) T_{s} + \hat{τ})] + y (k T_{s} + \hat{τ}) [y ((k + 1 / 2) T_{s} + \hat{τ}) - y ((k - 1 / 2) T_{s} + \hat{τ})]$
Мюллер-Мюллер (ориентированный на принятие решений)	$e (k) = {\hat{a}}_{0} (k - 1) x (k T_{s} + \hat{τ}) - {\hat{a}}_{0} (k) x ((k - 1) T_{s} + \hat{τ}) + {\hat{a}}_{1} (k - 1) y (k T_{s} + \hat{τ}) - {\hat{a}}_{1} (k) y ((k - 1) T_{s} + \hat{τ})$

TED без использования данных использует принятые выборки без какого-либо знания переданного сигнала или результатов оценки канала. TED без использования данных используется, чтобы оценить ошибку синхронизации для сигналов со схемами модуляции, которые имеют точки созвездия, выровненные по синфазной или квадратурной оси. Примеры сигналов, подходящих для методов Гарднера или раннего-позднего времени, включают модулированные QPSK сигналы с нулевым смещением фазы, который имеет точки в {1 + 0 i, 0 + 1 i, -1 + 0 i, 0−1<reservedrangesplaceholder0>} и BPSK-модулированные сигналы с нулевым смещением фазы.

Метод Гарднера - метод Гарднера является методом обратной связи без использования данных, который не зависит от восстановления фазы несущей. Используется для систем основной полосы частот и модулированных систем несущей. Более конкретно, этот способ используется для систем, которые используют тип линейной модуляции с импульсами Найквиста, которые имеют избыточную полосу пропускания между приблизительно 40% и 100%. Примеры включают системы, которые используют PAM, PSK, QAM или OQPSK модуляцию и которые формируют сигнал с использованием фильтров приподнятого косинуса, коэффициент срабатывания которых находится между 0,4 и 1. При наличии шума эффективность этого способа восстановления синхронизации улучшается, когда избыточная полоса пропускания увеличивается (или коэффициент срабатывания увеличивается в случае фильтра приподнятого косинуса). Метод Гарднера аналогичен методу ранних-поздних ворот.
Ранний-поздний метод - метод раннего-позднего периода является методом обратной связи без использования данных. Он используется для систем, которые используют тип линейной модуляции, такой как PAM, PSK, QAM или OQPSK модуляция. Для примера системы, использующие фильтр приподнятого косинуса с импульсами Найквиста. При наличии шума эффективность этого способа восстановления синхронизации улучшается, когда избыточная полоса пропускания импульса увеличивается (или коэффициент срабатывания увеличивается в случае фильтра приподнятого косинуса).

Ранне-поздний метод аналогичен методу Гарднера. Метод Гарднера работает лучше в системах с высокими значениями ОСШ, потому что он имеет более низкий самошум, чем ранний-поздний метод.

TED, ориентированный на принятие решений, использует sign функция для оценки синфазной и квадратурной составляющих принятых выборок, что приводит к меньшей вычислительной сложности, чем TED без использования данных.

Метод пересечения нулем - метод пересечения нулем является методом, направленным на принятие решения, который требует 2 выборки на символ на входе в синхронизатор. Используется в условиях низкого ОСШ для всех значений избыточной полосы пропускания и в условиях умеренного ОСШ для умеренных коэффициентов избыточной полосы пропускания в приблизительной области значений [0,4, 0,6].
Метод Мюллера-Мюллера - метод Мюллера-Мюллера является направленным на принятие решения методом обратной связи, который требует предварительного восстановления фазы несущей. Когда входной сигнал имеет импульсы Найквиста (для примера, при использовании фильтра приподнятого косинуса), метод Мюллера-Мюллера не имеет собственного шума. Для узкополосной передачи сигналов в присутствии шума эффективность метода Мюллера-Мюллера улучшается, когда коэффициент избыточной полосы пропускания импульса уменьшается.

Поскольку методы, ориентированные на принятие решений (пересечение нулем и Мюллер-Мюллер), оценивают ошибку синхронизации на основе знака синфазной и квадратурной составляющих сигналов, переданных синхронизатору, они не рекомендованы для созвездий, которые имеют точки с нулем синфазного или квадратурного компонента. $x (k T_{s} + \hat{τ})$ и $y (k T_{s} + \hat{τ})$ являются синфазными и квадратурными компонентами входных сигналов к детектору ошибки синхронизации, где $\hat{τ}$ - предполагаемая ошибка синхронизации. Коэффициенты метода Мюллера-Мюллера ${\hat{a}}_{0} (k)$ и ${\hat{a}}_{1} (k)$ являются оценками $x (k T_{s} + \hat{τ})$ и $y (k T_{s} + \hat{τ})$ . Временные оценки делаются путем применения sign функция для синфазного и квадратурного компонентов и используется только для методов TED, направленных на принятие решений.

Делающий интерполяции

Временная задержка оценивается из выборок с фиксированной скоростью согласованного фильтра, которые асинхронны со скоростью символа. Поскольку получившиеся выборки не выровнены по контурам символов, интерполятор используется, чтобы «переместить» выборки. Поскольку задержка неизвестна, интерполятор должен быть адаптивным. Кроме того, поскольку интерполяция является линейной комбинацией доступных выборок, ее можно рассматривать как выход фильтра.

Интерполятор использует кусочно-параболический интерполятор с структурой Фэрроу и α коэффициента, установленными на 1/2 (см. Райс, Майкл, Цифровые коммуникации: Подход в дискретном времени).

Управление интерполяцией

Управление интерполяцией предоставляет интерполятору индекс базовой точки и дробный интервал. Индекс базовой точки является индексом выборки, ближайшим к интерполяции. Дробный интервал является отношением времени между интерполяцией и ее индексом базовой точки и интерполяционным интервалом.

Интерполяция выполняется для каждой выборки, и сигнал строба используется, чтобы определить, выводится ли интерполянт. Синхронизатор использует управление интерполяцией счетчика по модулю 1, чтобы предоставить строб и дробный интервал для использования с интерполятором.

Циклический фильтр

Синхронизатор использует пропорционально-интегрирующий петлевой фильтр (PI). Пропорциональные составляющие, K 1 и коэффициент усиления интегратора, _K 2, вычисляются

$K_{1} = \frac{- 4 ζ θ}{(1 + 2 ζ θ + θ^{2}) K_{p}}$

$K_{2} = \frac{- 4 θ^{2}}{(1 + 2 ζ θ + θ^{2}) K_{p}} .$

Промежуточный срок, θ, дается

$θ = \frac{\frac{B_{n} T_{s}}{N}}{ζ + \frac{1}{4 ζ}},$

где:

N - количество выборок на символ.
ζ - коэффициент затухания.
_Bn _T s является нормированным циклом полосой пропускания.
K p - коэффициент усиления детектора.

Ссылки

[1] Райс, Майкл. Цифровые коммуникации: подход в дискретном времени. Верхняя Седл-Ривер, Нью-Джерси: Prentice Hall, 2008.

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

Документация

Symbol Synchronizer

Описание

Порты

Вход