Введение к работе
Актуальность темы.
Последние годы характеризуются бурным развитием различных систем телекоммуникаций Особое место среди них занимают спутниковые системы связи (ССС), построенные на основе геостационарных спутников (ГСС).
Основной особенностью ССС является работа в канале с крайне низкой энергетикой Низкая энергетика канала обуславливает требование малых энергетических потерь и когерентную обработку сигнала в демодуляторе Широкое применение в модемах ССС находят три типа фазовой модуляции двухпозиционная - ФМ-2, четырехпозиционная - ФМ-4 и восьмипозиционная — ФМ-8
Основные характеристики передающих частей спутниковых модемов стандартизированы Поэтому для ССС наибольший интерес представляет разработка оптимальных (или близких к оптимальным) алгоритмов демодуляции сигнала
При разработке алгоритмов демодуляции особую значимость
приобретают проблемы синхронизации Характерной
особенностью спутникового канала связи является существенная неопределенность принимаемого сигнала по несущей частоте (частотная неопределенность принимаемого сигнала) Поэтому синхронизация по несущей частоте для демодуляторов спутниковых модемов является наиболее значимой проблемой
В ССС с многостанционным доступом и частотным разделением каналов (МДЧР), работающих в режиме предоставления каналов по требованию (ПКТ), используется канал управления, который принято называть общим каналом сигнализации (ОКС) Данный канал подразумевает использование модемов, работающих как в непрерывном, так и в пакетном режиме
Синхронизация демодуляторов, работающих в пакетном режиме, осуществляется по преамбуле, передаваемой в начале каждого пакета Как правило, для синхронизации пакетного демодулятора по несущей частоте в начале преамбулы передается отрезок гармонического сигнала
Структура ССС с частотным разделением каналов определяет еще одну принципиальную особенность канала приема, а именно наличие дополнительных мешающих воздействий, так называемых «соседних каналов» - сигналов с тем же типом модуляции и той же скоростью передачи, что и сигнал в основном канале передачи информации
В настоящее время известно достаточно много работ, посвященных проблемам начальной синхронизации цифровых фазовых демодуляторов по несущей частоте, но известные работы
не учитывают одновременно и в полной мере характерные особенности спутниковых каналов связи, включая влияние «соседних каналов» на процедуры синхронизации
Таким образом, начальная синхронизация когерентных фазовых демодуляторов спутниковых модемов по несущей частоте является актуальной проблемой теории и техники связи
Цель и задачи работы.
Целью настоящей диссертационной работы является повышение эффективности оценивания несущей частоты ФМ сигнала Для достижения указанной цели в диссертационной работе решаются следующие основные задачи
определение потенциальных границ дисперсий оценок,
разработка алгоритмов оценивания несущей частоты ФМ сигнала в спутниковом канале связи,
исследование эффективности предложенных решений
Методы исследования.
Для решения поставленных задач использовались методы теории вероятностей и математической статистики, методы математического моделирования, стендовые и натурные испытания
Научная новизна работы состоит в следующем
систематизированы и обобщены современные методы оценивания несущей частоты ФМ сигнала,
разработан метод оценивания несущей частоты ФМ сигнала, учитывающий специфику спутникового канала связи, включая наличие «соседних каналов»,
предложен алгоритм оценивания частоты максимума в спектре отрезка гармонического колебания на фоне аддитивного гауссовского шума с использованием процедур скользящего быстрого преобразования Фурье (БПФ) и дихотомического поиска
Практическая ценность работы состоит в том, что
разработанные алгоритмы оценивания несущей частоты ФМ сигнала реализованы с использованием процедур БПФ, что существенным образом упрощает аппаратную реализацию предложенных алгоритмов,
применение разработанных алгоритмов оценивания несущей частоты ФМ сигнала позволило существенно сократить длительность процедуры начальной синхронизации цифровых фазовых демодуляторов по сравнению с известными процедурами, в частности, основанными на свипировании,
использование модемов, в которых реализованы разработанные алгоритмы оценивания, позволило добиться малой вероятности пропусков пакетов в действующих ССС с ПКТ
Реализация результатов работы.
Основные результаты диссертационной работы использованы при разработке демодуляторов спутниковых модемов, ориентированных на работу в ССС с ПКТ Разработанные алгоритмы оценивания несущей частоты ФМ сигнала использованы в модемах спутниковых сетей связи «СВР» (северо-восточные регионы России) и «Чукотнет» (развернутой на территории Чукотского автономного округа) Разработанные алгоритмы оценивания были использованы при подготовке эскизно-технического проекта системы правительственной спутниковой связи «Радуга-М»
Апробация работы.
Основные результаты и положения работы обсуждались и были
одобрены на Международных конференциях по телекоммуникациям
IEEE/ICC2001 (Санкт-Петербург, 2001г ), IEEE/ICCSC-02 (Санкт-
Петербург, 2002г ), на 54-й, 55-й и
56-й Научно технических конференциях профессорско-
преподавательского состава и сотрудников СПбГУТ имени проф
М А Бонч-Бруевича (Санкт-Петербург, 2002, 2003, 2004 гг )
Публикации
Основные результаты диссертационной работы опубликованы в 7 печатных работах
Личный вклад автора.
Основные научные положения и теоретические выводы, содержащиеся в диссертационной работе, получены автором самостоятельно Обсуждение постановки задачи, а также экспериментальные исследования проводились с соавторами опубликованных работ
Положения, выносимые на защиту:
Разработаны субоптимальные алгоритмы оценивания несущей частоты ФМ сигнала, учитывающие специфику спутникового канала связи
Разработанные алгоритмы оценивания обеспечивают дисперсии оценок, близкие к теоретическим границам
Использование современных цифровых сигнальных процессоров позволяет реализовать предложенные алгоритмы оценивания в реальном масштабе времени
Результаты стендовых и натурных испытаний алгоритмов оценивания полностью подтвердили обоснованность принятых научно-технических решений
Объем и структура диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы из 136 наименований, содержит 135 страниц основного текста, включая 50 рисунков.
