Symbol Synchronizer
Корректировка синхронизации символов.
Описание
Блок Symbol Synchronizer корректирует тактовый сдвиг символьной синхронизации между передатчиком и приемником с одной несущей для схем модуляции PAM, PSK, QAM или OQPSK. Дополнительную информацию можно посмотреть в разделе Обзор синхронизации символов.
| Входной сигнал работает на основе частоты дискретизации, а выходной сигнал — на основе частоты символов. |
Порты
Вход
Samp — входные выборки
скаляр | вектор-столбец
Входные выборки, заданные в виде скаляра или вектора-столбца модулированного одноканального сигнала PAM, PSK, QAM или OQPSK.
Этот порт не имеет названия на иконке блока.
Типы данных: Float32, Float64, Int64, Int32
Поддержка комплексных чисел: Да
Выход
Sym — символы выходного сигнала
скаляр | вектор-столбец
Символы выходного сигнала, возвращаемые в виде скаляра или вектора-столбца переменного размера, имеющие тот же тип данных, что и входной сигнал. Для входных данных с размерностью на 1, выходные данные Sym имеют размерность на 1, где приблизительно равно , деленному на . Значение равно значению параметра Samples per symbol. Длина выходного сигнала обрезается, если она превышает максимальный размер выходного сигнала, который определяется как
.
Типы данных: Float32, Float64
Поддержка комплексных чисел: Да
Err — расчетная ошибка синхронизации
скаляр | вектор-столбец
Оценка ошибки синхронизации для каждой входной выборки, возвращаемая в виде скаляра или вектора-столбца со значениями в диапазоне [0, 1]. Оценка ошибки синхронизации нормируется на время входной выборки. Err имеет тот же размер данных, что и входной сигнал.
Зависимости
Чтобы использовать этот порт, установите для параметра Normalized timing error output port значение включено.
Типы данных: Float32, Float64
Поддержка комплексных чисел: Да
Параметры
Modulation type — тип модуляции
PAM/PSK/QAM (по умолчанию) | OQPSK
Тип модуляции, варианты для выбора PAM/PSK/QAM или OQPSK.
Если для параметра Modulation type выбрано значение OQPSK, то демодулируйте синхронизированные по символьной синхронизации сигналы с помощью блока QPSK Baseband Modulator, поскольку для входного сигнала, модулированного OQPSK, блок выдает сигнал, модулированный QPSK с символьной скоростью.
|
Timing error detector — тип детектора ошибок синхронизации
Early-Late (non-data-aided) (по умолчанию) | Zero-Crossing (decision-directed) | Gardner (non-data-aided) | Mueller-Muller (decision-directed)
Тип детектора ошибок синхронизации. Варианты для выбора:
-
Zero-Crossing (decision-directed). -
Gardner (non-data-aided). -
Early-Late (non-data-aided). -
Mueller-Muller (decision-directed).
Этот параметр задает схему обнаружения ошибок синхронизации, используемую в синхронизаторе.
Дополнительную информацию можно посмотреть в разделе Обнаружение ошибок синхронизации.
Samples per symbol — выборки на символ
2 (по умолчанию) | целое положительное число больше 1
Выборки на символ , заданные как целое положительное число больше 1.
Дополнительную информацию про можно посмотреть в разделе Контурный фильтр.
Damping factor — коэффициент затухания для контурного фильтра
1 (по умолчанию) | положительный скаляр
Выборки на символ , заданные как целое положительное число больше 1.
Дополнительную информацию про можно посмотреть в разделе Контурный фильтр.
Normalized loop bandwidth — нормированная полоса пропускания контура для контурного фильтра
0.01 (по умолчанию) | положительный скаляр меньше 1
Нормированная полоса пропускания контурного фильтра, заданная в виде положительного скаляра меньше 1. Полоса пропускания контура нормируется на символьную скорость входного сигнала.
Дополнительную информацию про можно посмотреть в разделе Контурный фильтр.
Чтобы обеспечить блокировку синхронизатора символов, установите для параметра Normalized loop bandwidth значение меньше 0.1.
|
Detector gain — коэффициент усиления фазового детектора
2.7 (по умолчанию) | положительный скаляр
Коэффициент усиления фазового детектора , заданный в виде положительного скаляра.
Дополнительную информацию про можно посмотреть в разделе Контурный фильтр.
Normalized timing error output port — использовать порт расчетной ошибки синхронизации
включено (по умолчанию) | выключено
Установите флажок для вывода нормализованных данных об ошибках синхронизации на выходной порт Err.
Алгоритмы
Обзор синхронизации символов
Алгоритм синхронизации символьного времени основан на алгоритме синхронизации по фазе (phased lock loop, PLL), который состоит из четырех компонентов:
-
Обнаружение ошибок синхронизации (timing error detector, TED).
-
Интерполятор.
-
Управление интерполяцией.
-
Контурный фильтр.
При модуляции OQPSK компоненты синфазного и квадратурного сигналов сначала выравниваются (как и при модуляции QPSK) с помощью буфера состояния для накопления последней половины символа предыдущего входа. После первоначального выравнивания остальной процесс синхронизации такой же, как и при модуляции QPSK.
На блок-схеме показан пример синхронизатора. На рисунке PLL синхронизация символа работает с , полученным сигналом выборки после согласованной фильтрации. Синхронизатор символов PLL выдает символьный сигнал после коррекции тактового рассогласования между передатчиком и приемником.
Обнаружение ошибок синхронизации
Синхронизатор символьного времени поддерживает типы детектора ошибок синхронизации без использования данных и с принятием решений. В этой таблице приведены выражения временной оценки для разных типов детектора ошибок синхронизации.
| Timing error detector | Выражение |
|---|---|
|
|
|
|
|
|
|
|
Методы детектора ошибок синхронизации без использования данных (Gardner (non-data-aided) и Early-late (non-data-aided)) используют полученные выборки без знания передаваемого сигнала или результатов оценки канала. Методы детектора ошибок синхронизации без использования данных используется для оценки ошибки синхронизации сигналов со схемами модуляции, в которых точки созвездия совмещены с осью синфазной или квадратурной синхронизации. Примеры сигналов, подходящих для этих методов, включают QPSK-модулированные сигналы с нулевым фазовым сдвигом, которые имеют точки в и BPSK-модулированные сигналы с нулевым фазовым сдвигом.
Метод Early-late (non-data-aided) аналогичен методу Gardner (non-data-aided), но метод Gardner (non-data-aided) лучше работает в системах с высоким значением отношения сигнал/шум, так как имеет меньший собственный шум, чем метод Early-late (non-data-aided).
-
Метод
Gardner (non-data-aided)— это метод Гарднера обратной связи без передачи данных, который не зависит от восстановления фазы несущей. Он используется для систем базовой полосы частот и систем с модулированной несущей. Строго говоря, этот метод используется для систем, использующих линейный тип модуляции с импульсами Найквиста, которые имеют избыточную полосу пропускания в диапазоне от 40 до 100%. Примерами могут служить системы, использующие модуляцию PAM, PSK, QAM или OQPSK и формирующие сигнал с помощью фильтров с повышенным косинусом, коэффициент спада которых составляет от 0.4 до 1. В присутствии шума производительность этого метода восстановления синхронизации улучшается по мере увеличения избыточной полосы пропускания (или коэффициента спада в случае фильтра с повышенным косинусом). Метод Гарднера аналогичен методу опережающего и запаздывающего стробирования. -
Метод
Early-late (non-data-aided)— это метод опережающего и запаздывающего стробирования обратной связи без передачи данных. Он используется в системах с линейным типом модуляции, таким как PAM, PSK, QAM или OQPSK. Например, системы, использующие повышающий косинусный фильтр с импульсами Найквиста. В присутствии шума производительность этого метода восстановления синхронизации улучшается по мере увеличения избыточной полосы пропускания импульса (или коэффициента затухания в случае фильтра с повышенным косинусом).
Методы детектора ошибок синхронизации с принятием решения (Zero-crossing (decision-directed) и Mueller-Muller (decision-directed)) используют функцию sign для оценки синфазной и квадратурной составляющих принятых образцов, что приводит к меньшей вычислительной сложности, чем у методов без принятия решения.
-
Метод
Zero-crossing (decision-directed)— это метод нулевого пересечения, ориентированный на принятие решения, который требует 2 выборки на символ на входе синхронизатора. Он используется в условиях низкого значения отношения сигнал/шум для всех значений избыточной полосы пропускания и в условиях умеренного значения отношения сигнал/шум для умеренных коэффициентов избыточной полосы пропускания в приблизительном диапазоне [0.4, 0.6]. -
Метод
Mueller-Muller (decision-directed)— это метод Миллера-Мюллера обратной связи с принятием решения, который требует предварительного восстановления фазы несущей. Когда входной сигнал имеет импульсы Найквиста (например, при использовании фильтра с повышенным косинусом), метод Миллера-Мюллера не имеет собственного шума. Для узкополосной сигнализации в присутствии шума эффективность метода Миллера-Мюллера улучшается по мере уменьшения коэффициента избыточной полосы пропускания импульса.
Поскольку методы, ориентированные на принятие решений (Zero-crossing (decision-directed) и Mueller-Muller (decision-directed)), оценивают ошибку синхронизации на основе знака синфазной и квадратурной составляющих сигналов, передаваемых в синхронизатор, они не рекомендуются для созвездий, в которых есть точки с нулевой синфазной или квадратурной составляющей.
Синфазная и квадратурная составляющие входных сигналов, поступающих на детектор ошибок синхронизации, где — оценочная ошибка синхронизации. Коэффициенты метода Миллера-Мюллера и — это оценки и . Временные оценки производятся путем применения функции sign к синфазным и квадратурным компонентам и используются только в методах детектора ошибок синхронизации с принятием решения.
Интерполятор
Временная задержка оценивается по фиксированным выборкам согласованного фильтра, которые асинхронны с частотой передачи символов. Поскольку результирующие выборки не совпадают с границами символов, для их «перемещения» используется интерполятор. Поскольку временная задержка неизвестна, интерполятор должен быть адаптивным. Более того, поскольку интерполятор представляет собой линейную комбинацию имеющихся выборок, его можно рассматривать как выход фильтра.
В качестве интерполятора используется кусочно-параболический интерполятор со структурой Фарроу и коэффициентом (см. [1]).
Управление интерполяцией
Управление интерполяцией предоставляет интерполятору индекс базовой точки и дробный интервал. Индекс базовой точки — это ближайший к интерполятору индекс выборки. Дробный интервал — это отношение времени между интерполятором и его индексом базовой точки к интервалу интерполяции.
Интерполяция выполняется для каждой выборки, а для определения выхода интерполятора используется стробирующий сигнал. Синхронизатор использует управление интерполяцией счетчика по модулю 1, чтобы обеспечить стробирование и дробный интервал для использования с интерполятором.
Контурный фильтр
В синхронизаторе используется пропорционально-интегрирующий (ПИ) контурный фильтр. Пропорциональный коэффициент усиления и коэффициент усиления интегрирования рассчитываются следующим образом:
и
.
Промежуточный член определяется следующим образом:
,
где
-
— количество выборок на символ;
-
— коэффициент затухания;
-
— полоса пропускания контура , нормированная на скорость передачи символов ;
-
— коэффициент усиления детектора.
