Алгоритм оцінювання несучої частоти фазомодульованого сигналу супутникової системи зв’язку під час передавання даних у неперервному режимі з використанням функції швидкого перетворення Фур’є

DOI: 10.31673/2412-9070.2020.025560

Анотація

Проблеми передавання сигналів у сучасних супутникових системах визначаються певними особливостями як побудови самої системи, так і проблемами оброблення приймання та передавання сигналу. Для демодуляторів супутникових модемів, що працюють із неперервним вхідним сигналом, найбільш значущою є проблема синхронізації за частотою несучого коливання. Вказане завдання синхронізації фактично зводиться до оцінювання істинних параметрів сигналу, а саме оцінювання несучої частоти. У статті розглянуто процес оцінювання несучої частоти сигналу, що приймається супутниковою системою зв’язку в неперервному режимі. Запропоновано функціональні залежності та на їх основі розроблено алгоритм, який дає змогу здійснити двоетапне оцінювання несучої частоти за правилом максимальної правдоподібності (МП-оцінка) з урахуванням умови невизначеності всіх параметрів сигналу, що приймається супутниковою системою зв’язку в неперервному режимі з мінімальним інтервалом спостереження.
Досягнення мінімального інтервалу спостереження в поданому алгоритмі оцінювання несучої частоти забезпечується використанням функції швидкого перетворення Фур’є та двома етапами оцінювання: етапом визначення мінімальної дисперсії оцінки несучої частоти та етапом оцінювання максимуму частоти в спектрі сигналу.
Результати моделювання за запропонованим алгоритмом показали практичну реалізуємість поданих функціональних залежностей та актуальність застосування запропонованого алгоритму оцінювання несучої частоти сигналу, що приймається супутниковою системою зв’язку в неперервному режимі.

Ключові слова: оцінювання несучої частоти сигналу; мінімально гранична дисперсія оцінки несучої частоти; оцінювання максимуму частоти в спектрі сигналу; функція швидкого перетворення Фур’є.

Список використаної літератури
1. Горбатий І. В. Системи дистанційного зондування Землі з космосу: монографія. Львів: СПОЛОМ, 2011. 612 с.
2. Шестаков А. Л., Семенов А. С., Ибряева О. Л. Оценка несущей частоты случайной последовательности импульсов методом Прони // Вестник ЮУрГУ. 2009. №37(170). С. 106–115.
3. Левин Б. Р. Теоретические основы статистической радиотехники. Москва: Радио и связь, 1989. 656 с.
4. Tong Zhao, Tianyao Huang. Cramer-Rao Lower Bounds for the Joint Delay-Doppler Estimation of an Extended Target // IEEE Global Conference on Signal and Information Processing (GlobalSIP), 14–16 Dec. 2015. Orlando, FL, USA. Orlando, 2015. P. 17–24.
5. Lyons R. G. Understanding Digital Signal Processing. Boston: Prentice Hall, 2010. 992 p.
6. Михайлов, Н. В., Чистяков В. В. Приемники спутниковой навигации космического базирования : архитектура и первичная обработка сигналов. Воронеж: изд-во «Научная книга», 2014. 124 с.
7. Miguel Angel Platas-Garza, José Antonio de la O Serna. Dynamic Harmonic Analysis Through Taylor–Fourier Transform // Instrumentation and Measurement IEEE Transactions. 2011. Vol. 60, № 3. P. 804–813.
8. Ruipeng Diao, Qingfeng Meng, Yumei Liang. An windowed frequency domain interpolation algorithms for damped sinusoidal signals // Signal and Image Processing Applications (ICSIPA) 2013 IEEE International Conference. 2013. P. 297–301.
9. Nasir A. A., Durrani S., Kennedy R. A. Particle filters for joint timing and carrier estimation: Improved resampling guidelines and weighted bayesian cramer–rao bounds // IEEE Trans. Commun. 2012. №60(5). Р.1407–1419.
10. Тихомиров А. В., Омельянчук Е. В., Семенова А. Ю. Синхронизация в системах с прямым расширением спектра // Инженерный вестник Дона. 2019. №9(60). С. 69–70.
11. Быстродействующий алгоритм восстановления несущей частоты и фазовой синхронизации в модемах с QPSK модуляцией / А. В. Садченко, О. А. Кушниренко, Е. К. Кошелев, В. И. Бондар // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2018. №1. С. 28–36.
12. Нагорнюк О. А. Покращення точності оцінювання несучої та символьної частоти сигналів з цифровою модуляцією // Проблеми створення, випробування, застосування та експлуатації складних інформаційних систем: зб. наук. праць ЖВІ НАУ. 2013. Вип. 8. С. 62–70.
13. Исследование алгоритма оценки смещения несущей частоты, использующего преамбулу с псевдошумовой последовательностью / Куигфенг Джинг, Уейжи Жонг, Юпинг Лу, Ксиаоджу Ян // Известия высш. учеб. заведений. Радиоэлектроника. 2013. T. 56, N 1. С. 34–42.
14. Juan A. M., Cecilia G. G. Block synchronization algorithms for UWB–OFDM systems // Digit. Signal Process. 2011. Vol. 21(2). P. 187–295.
15. Weizhi Zhong, Yuping Lu, Xiaoju Yan. Research on carrier frequency offset estimation algorithm based on PN sequence preamble in OFDM system // Radioelectronics and Communications Systems. 2013. Vol. 56. P. 29–35.
16. Леман Э. Теория точечного оценивания. Москва: Наука, 1991. 448 с.
17. D’Amico A., Mengali U., Taponecco L. Cramer-Rao Bound for Clock Drift in UWB Ranging Systems // IEEE Wireless Communication Letters. 2013. №2(6). P. 591–594.
18. Фомин А. И. Синхронизация цифровых радиосистем передачи информации. Москва: Сайнс-Пресс, 2008. 280 с.
19. Залманзон Л. А. Преобразования Фурье, Уолша, Хаара и их применение в управлении, связи и других областях. Москва: Наука, 1989. 496 с.