RU2693272C1 - Device for high-order quadrature amplitude shift keying signal demodulator recovery - Google Patents

Device for high-order quadrature amplitude shift keying signal demodulator recovery Download PDF

Info

Publication number
RU2693272C1
RU2693272C1 RU2018145121A RU2018145121A RU2693272C1 RU 2693272 C1 RU2693272 C1 RU 2693272C1 RU 2018145121 A RU2018145121 A RU 2018145121A RU 2018145121 A RU2018145121 A RU 2018145121A RU 2693272 C1 RU2693272 C1 RU 2693272C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
multiplier
frequency
loop
Prior art date
Application number
RU2018145121A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Глеб Сергеевич Давыдов
Павел Олегович Полянский
Андрей Сергеевич Дудукин
Original Assignee
Открытое акционерное общество Омское производственное объединение "Радиозавод им. А.С. Попова" (РЕЛЕРО)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество Омское производственное объединение "Радиозавод им. А.С. Попова" (РЕЛЕРО) filed Critical Открытое акционерное общество Омское производственное объединение "Радиозавод им. А.С. Попова" (РЕЛЕРО)
Priority to RU2018145121A priority Critical patent/RU2693272C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2693272C1 publication Critical patent/RU2693272C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00Modulated-carrier systems
    • H04L27/32Carrier systems characterised by combinations of two or more of the types covered by groups H04L27/02, H04L27/10, H04L27/18 or H04L27/26
    • H04L27/34Amplitude- and phase-modulated carrier systems, e.g. quadrature-amplitude modulated carrier systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Abstract

FIELD: communication equipment.
SUBSTANCE: invention relates to communication engineering and can be used in digital demodulators of radio relay links operating in decimetre frequency range for demodulation of quadrature amplitude-shift keying (QASK) signals. Device for recovery of carrier frequency of high-order quadrature amplitude shift keying demodulator comprises quadrature amplitude-shift keying, decision unit on received symbol, loop filter, sine and cosine count generator, connected by its output to quadrature multiplier input, which is connected by an output to the input of the decision unit on the received symbol, and an amplitude detector. Device is also equipped with a unit for selecting a weight coefficient, a multiplier, a unit for calculating the accurate error, which together with the quadrature multiplier, a decision unit on the received symbol, a loop filter, a sine and cosine count generator and an amplitude detector, a circuit for accurate frequency estimation, and a coarse frequency estimation circuit comprising a quadrature multiplier, a unit for rough estimation of frequency offset, a loop filter and a sine and cosine count generator.
EFFECT: high accuracy of capturing a phase of a received signal when using high-order constellations QASK64-QASK256, without changing the band of the loop filter, and shorter time for capturing frequency tuning.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области радиосвязи и может применяться в цифровых демодуляторах радиорелейных линий связи, работающих в дециметровом диапазоне частот, для демодуляции сигналов квадратурной амплитудной манипуляции (далее - КАМ).The invention relates to the field of radio communications and can be used in digital demodulators of radio relay communication lines operating in the decimeter frequency range for demodulating quadrature amplitude shift keying signals (hereinafter referred to as QAM).

Известно устройство для восстановления несущей частоты сигналов с амплитудно-фазовой манипуляцией (см. патент, RU 2234816, опубл. 20.08.2004, H04L 27/34), содержащее первый и второй фазовые детекторы, первый и второй интеграторы, петлевой фильтр, генератор, управляемый напряжением, фазовращатель и блок вычисления арктангенса, причем первые входы первого и второго фазовых детекторов объединены и являются входом устройства, выходы первого и второго фазовых детекторов соединены со входами, соответственно, первого и второго интеграторов, выход петлевого фильтра соединен со входом генератора, управляемого напряжением, выход которого соединен со вторым входом второго фазового детектора и входом фазовращателя, выход которого соединен со вторым входом первого фазового детектора. В него введены первый и второй аналого-цифровые преобразователи, постоянное запоминающее устройство, первый и второй квадраторы, сумматор, блок вычисления квадратного корня, перемножитель и вычитатель, причем выходы первого и второго интеграторов соединены со входами, соответственно, первого и второго аналого-цифровых преобразователей, выход первого аналого-цифрового преобразователя соединен с первым входом блока вычисления арктангенса, первым входом постоянного запоминающего устройства и входом первого квадратора, выход второго аналого-цифрового преобразователя соединен со вторым входом блока вычисления арктангенса, вторым входом постоянного запоминающего устройства и входом второго квадратора, выход которого соединен со вторым входом сумматора, первый вход и выход которого соединены, соответственно, с выходом первого квадратора и входом блока вычисления квадратного корня, выход которого соединен со вторым входом перемножителя, выход и первый вход которого соединены, соответственно, с входом петлевого фильтра и выходом вычитателя, первый и второй вход которого соединены, соответственно, с выходом блока вычисления арктангенса и выходом постоянного запоминающего устройства.A device is known for restoring the carrier frequency of signals with amplitude-phase shift keying (see patent, RU 2234816, publ. 08/20/2004, H04L 27/34), containing the first and second phase detectors, the first and second integrators, a loop filter, a generator, controlled voltage, phase shifter and arctangent computing unit, the first inputs of the first and second phase detectors are combined and are the device input, the outputs of the first and second phase detectors are connected to the inputs of the first and second integrators, respectively, the output loop loop The filter is connected to the input of a voltage-controlled generator, the output of which is connected to the second input of the second phase detector and the input of the phase shifter, the output of which is connected to the second input of the first phase detector. The first and second analog-to-digital converters, a permanent storage device, the first and second quadrants, an adder, a square root calculator, a multiplier and a subtractor are entered into it, with the outputs of the first and second integrators connected to the inputs of the first and second analog-digital converters, respectively , the output of the first analog-digital converter is connected to the first input of the arctangent calculation unit, the first input of the permanent storage device and the input of the first quad, the output of the second en The A / D converter is connected to the second input of the arctangent calculator, the second input of the permanent storage device and the second quad input, the output of which is connected to the second input of the adder, the first input and output of which are connected, respectively, to the output of the first quad and the square root calculator input, the output of which is connected to the second input of the multiplier, the output and the first input of which are connected respectively to the input of the loop filter and the output of the subtractor, the first and second inputs of which o are connected, respectively, with the output of the arctangent calculation unit and the output of the persistent storage device.

Недостатком аналога является его низкая помехоустойчивость при восстановлении несущей частоты сигналов с комбинированной амплитудно-фазовой манипуляцией, обусловленная наличием точек ложного захвата по фазе на его дискриминационной характеристике.The disadvantage of the analog is its low noise immunity when restoring the carrier frequency of signals with a combined amplitude-phase shift keying, due to the presence of spurious capture points in phase on its discriminatory characteristic.

Наиболее близким техническим решением (прототипом) является устройство восстановления несущей частоты демодулятора сигналов с шестнадцатипозиционной амплитудно-фазовой манипуляцией (см. патент RU 2550548, опубл. 10.05.2015, H04L 27/34, H03D 3/04), содержащее последовательно соединенные квадратурный перемножитель, первые два входа которого соединены с двумя входами устройства, блок вынесения решения о принимаемых информационных символах, два выхода которого соединены с двумя выходами устройства, формирователь сигнала ошибки, вторые два входа которого соединены с двумя выходами квадратурного перемножителя, фильтр петли, интегратор и формирователь отсчетов синуса и косинуса, два выхода которого соединены со вторыми двумя входами квадратурного перемножителя. В него введены последовательно соединенные блок оценки математического ожидания ошибки по фазе, в состав которого входит амплитудный детектор, первые два входа блока оценки математического ожидания ошибки по фазе соединены с выходами блока вынесения решения о принимаемых информационных символах, третий вход - с выходом формирователя сигнала ошибки, и сумматор, который включен в разрыв между интегратором и формирователем отсчетов синуса и косинуса, т.е. второй вход сумматора соединен с выходом интегратора, а его выход - с входом формирователя отсчетов синуса и косинуса.The closest technical solution (prototype) is a device for restoring the carrier frequency of a demodulator of signals with sixteen-point amplitude-phase shift keying (see patent RU 2550548, publ. 10.05.2015, H04L 27/34, H03D 3/04) containing sequentially connected quadrature multiplier, the first two inputs of which are connected to two inputs of the device, a block for making decisions about received information symbols, two outputs of which are connected to two outputs of the device, an error signal generator, the second two inputs of which are Connected with two outputs of the quadrature multiplier, loop filter, integrator and shaper of sine and cosine samples, two outputs of which are connected to the second two inputs of the quadrature multiplier. It introduced serially connected unit for estimating the mathematical expectation of phase error, which includes an amplitude detector, the first two inputs of the mathematical expectation error estimating unit for phase error are connected to the outputs of the deciding unit for received information symbols, the third input - with the output of the error signal generator, and an adder, which is included in the gap between the integrator and the sine and cosine sampler, i.e. the second input of the adder is connected to the output of the integrator, and its output is connected to the input of the sine and cosine samples shaper.

Недостатком прототипа является его низкая помехоустойчивость, при демодуляции созвездий высокого порядка КАМ64 - КАМ256.The disadvantage of the prototype is its low noise immunity, with demodulation of high order constellations KAM64 - KAM256.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является повышение помехоустойчивости и уменьшение вероятности ошибки на выходе, за счет увеличения точности захвата блоков подстройки частоты при демодуляции сигналов высокой плотности (КАМ64-КАМ256) без изменения полосы фильтра петли. Также устройство восстановления несущей частоты демодулятора сигналов КАМ высоких порядков позволяет уменьшить время необходимое для захвата частотной отстройки.The technical result, the achievement of which the invention is directed, is to increase noise immunity and reduce the likelihood of error at the output, by increasing the accuracy of capturing the frequency control blocks when demodulating high-density signals (KAM64-KAM256) without changing the loop filter band. Also, the device for restoring the carrier frequency of a high-order QAM demodulator allows reducing the time required for capturing the frequency offset.

Для достижения указанного технического результата устройство восстановления несущей частоты демодулятора сигналов квадратурной амплитудной манипуляции высоких порядков содержит квадратурный умножитель, блок вынесения решения о принимаемом символе, фильтр петли, формирователь отсчетов синуса и косинуса, соединенный своим выходом с входом квадратурного умножителя, который соединен выходом с входом блока вынесения решения о принимаемом символе, и амплитудный детектор. Устройство также снабжено блоком выбора весового коэффициента, умножителем, блоком вычисления точной ошибки, образующими вместе с квадратурным умножителем, блоком вынесения решения о принимаемом символе, фильтром петли, формирователем отсчетов синуса и косинуса и амплитудным детектором контур точной оценки частоты, и контуром грубой оценки частоты, содержащим квадратурный умножитель, блок грубой оценки смещения частоты, фильтр петли и формирователь отсчетов синуса и косинуса, причем вход квадратурного умножителя контура грубой оценки частоты соединен с входом устройства, а выход - с входом квадратурного умножителя контура точной оценки частоты и с входом блока грубой оценки смещения частоты, выход которого соединен с входом фильтра петли контура грубой оценки частоты, который соединен своим выходом с входом формирователя отсчетов синуса и косинуса, выход которого соединен с входом квадратурного умножителя контура грубой оценки частоты, а выход квадратурного умножителя контура точной оценки частоты соединен с выходом устройства, входом амплитудного детектора и входом блока вычисления точной ошибки, выход блока вынесения решения о принимаемом символе соединен с первым входом умножителя, а выход амплитудного детектора соединен с входом блока выбора весового коэффициента, который соединен своим выходом с вторым входом умножителя, соединенного выходом с входом блока вычисления точной ошибки, который соединен своим выходом с входом фильтра петли контура точной оценки частоты, который своим выходом соединен с входом формирователя отсчетов синуса и косинусаTo achieve the above technical result, the device for restoring the carrier frequency of a high-order quadrature amplitude shift keying demodulator contains a quadrature multiplier, a block for deciding the received symbol, a loop filter, a sine and cosine sampler connected to its output from the quadrature multiplier that is connected to the block input by its output the decision on the received symbol, and the amplitude detector. The device is also equipped with a weighting factor selection unit, a multiplier, an exact error calculation unit that forms together with a quadrature multiplier, a received symbol decision block, a loop filter, a sine and cosine sampler, and an amplitude detector, an accurate frequency estimate loop, and a coarse frequency estimate loop, containing a quadrature multiplier, a coarse estimate unit for the frequency offset, a loop filter and a sine and cosine sampler, with the quadrature multiplier input of the coarse estimate contour and the frequency is connected to the input of the device, and the output is connected to the input of the quadrature multiplier circuit for accurate frequency estimation and to the input of the coarse frequency offset estimation unit, the output of which is connected to the input of loop coarse frequency loop loop filter, which is connected with its output to the input of the sine and cosine sampler whose output is connected to the quadrature multiplier input of the coarse frequency evaluation loop, and the quadrature frequency multiplier output of the exact frequency estimation loop is connected to the device output, the amplitude detector input and input The unit for calculating the exact error, the output of the decision block for the received symbol is connected to the first input of the multiplier, and the output of the amplitude detector is connected to the input of the weight selection block, which is connected by its output to the second input of the multiplier, connected to the input of the exact error calculator, which its output is connected to the input of a loop loop filter for accurate frequency estimation, which by its output is connected to the input of a sine and cosine sample former

Устройство восстановления несущей частоты демодулятора сигналов КАМ высоких порядков поясняется следующими чертежами:A device for restoring the carrier frequency of a high-order QAM demodulator is illustrated by the following drawings:

на фиг. 1 - структурная схема устройства восстановления несущей частоты сигналов КАМ высоких порядков;in fig. 1 is a block diagram of a device to restore the carrier frequency of high-order QAM signals;

на фиг. 2 - пример комплексной плоскости для КАМ256;in fig. 2 is an example of a complex plane for KAM256;

на фиг. 3 - график сравнения оценки фазовой ошибки прототипа и заявляемого устройства.in fig. 3 is a graph comparing the estimated phase error of the prototype and the claimed device.

Устройство восстановления несущей частоты сигналов демодулятора квадратурной амплитудной манипуляции высоких порядков (см. фиг. 1) состоит из контура грубой оценки частоты, который содержит квадратурный умножитель 1 (далее - КУ), блок грубой оценки смещения частоты 2, фильтр петли 3 (далее - ФП) и формирователь отсчетов синуса и косинуса 4, и контура точной оценки частоты, в состав которого входят КУ 5, блок вынесения решения о принимаемом символе 6, амплитудный детектор 7, блок выбора весового коэффициента 8, умножитель 9, блок вычисления точной ошибки 10, ФП 11 и формирователь отсчетов синуса и косинуса 12.The device for restoring the carrier frequency of the high-order quadrature amplitude shift keying demodulator (see Fig. 1) consists of a coarse frequency estimate loop, which contains a quadrature multiplier 1 (hereinafter referred to as KU), a coarse estimate unit for frequency offset 2, loop filter 3 (hereafter, FP ) and the driver of the sine and cosine counts 4, and the circuit of the exact frequency estimation, which includes KU 5, the block for deciding on the received symbol 6, the amplitude detector 7, the block for selecting the weighting factor 8, the multiplier 9, the block for calculating the exact o Shibki 10, OP 11 and shaper counts of sine and cosine 12.

Квадратурный умножитель 1 первым входом соединен с входом устройства, вторым входом - с выходом формирователя отсчетов синуса и косинуса 4, а выходом - с первым входом квадратурного умножителя 5 и входом блока грубой оценки смещения частоты 2, который соединен своим выходом с входом фильтра петли 3. Фильтр петли 3 соединен своим выходом с входом формирователя отсчетов синуса и косинуса 4. Квадратурный умножитель 5 своим вторым входом соединен с выходом формирователя отсчетов синуса и косинуса 12, а выходом соединен с входом блока вынесения решения о принимаемом символе 6, входом амплитудного детектора 7, первым входом блока вычисления точной ошибки 10 и выходом устройства. Выход блока вынесения решения о принимаемом символе 6 соединен с первым входом умножителя 9. Выход амплитудного детектора 7 соединен с входом блока выбора весового коэффициента 8, который своим выходом соединен с вторым входом умножителя 9, соединенного своим выходом с вторым входом блока вычисления точной ошибки 10. Блок вычисления точной ошибки 10 соединен своим выходом с входом фильтра петли 11, выход которого соединен с входом формирователя отсчетов синуса и косинуса 12.The quadrature multiplier 1 is connected to the input of the device by the first input, the second input is connected to the output of the sine and cosine samples, and the output is connected to the first input of the quadrature multiplier 5 and the input of the coarse frequency offset 2, which is connected to the input of loop 3. The loop filter 3 is connected by its output to the input of the sine and cosine counting device 4. The quadrature multiplier 5 is connected to the output of the sine and cosine counting generator 12 by its second input, and the output is connected to the output of the decider about the received symbol 6, the input of the amplitude detector 7, the first input of the exact error calculation unit 10 and the output of the device. The output of the decision block on the received symbol 6 is connected to the first input of the multiplier 9. The output of the amplitude detector 7 is connected to the input of the weight gain selector 8, which is connected to the second input of the multiplier 9 connected to the second input of the exact error calculator by its output. The unit for calculating the exact error 10 is connected by its output to the input of the loop filter 11, the output of which is connected to the input of the sine and cosine sampler 12.

Устройство работает следующим образом.The device works as follows.

Сначала сигнал обрабатывается в контуре грубой оценки частоты. На вход КУ 1 поступают комплексные отсчеты сигнала в виде:First, the signal is processed in a coarse frequency estimate loop. At the entrance of the KU 1 receive a comprehensive signal samples in the form:

r=I+jQ,r = I + jQ,

где I - синфазная составляющая сигнала,where I is the in-phase component of the signal,

j - мнимая единица,j - imaginary unit

Q - квадратурная составляющая сигнала.Q is the quadrature component of the signal.

С помощью КУ 1 осуществляется поворот по фазе комплексного сигнала и принимается решение о координатах принимаемой точки сигнального созвездия.With KU 1, the phase of the complex signal is rotated and a decision is made on the coordinates of the received point of the signal constellation.

Поскольку величина компенсации частоты заранее неизвестна, комплексный отсчет сигнала без изменений проходит КУ 1 и подается на вход блока грубой оценки смещения частоты 2. Он работает следующим образом [1]: входные комплексные отсчеты сигнала преобразуются в комплексно-сопряженные отсчеты сигнала, проходят через линию задержки длинной М, где каждый комплексно-сопряженный отсчет умножается на весовой коэффициент

Figure 00000001
выходы линии задержки суммируются, затем умножаются на входной отсчет, полученные произведения накапливаются в аккумуляторе, входящем в состав блока грубой оценки смещения частоты 2, при накоплении М отсчетов формируется сигнал ошибки, имеющий вид:Since the frequency compensation value is not known in advance, the complex signal sample passes without changes KU 1 and is fed to the input of the coarse frequency offset unit 2. It works as follows [1]: the input complex signal samples are converted into complex-conjugate signal samples and pass through the delay line long M, where each complex conjugate sample is multiplied by a weighting factor
Figure 00000001
the outputs of the delay line are summed up, then multiplied by the input sample, the resulting products are accumulated in the battery, which is part of the coarse estimate of the frequency offset 2, and when M samples are accumulated, an error signal is generated that looks like:

Figure 00000002
Figure 00000002

где Т - длительность комплексных отсчетов сигнала;where T is the duration of the complex signal samples;

N - количество анализируемых комплексных отсчетов сигнала;N is the number of analyzed complex signal samples;

М - длина линии задержки, М≤N-1;M - the length of the delay line, M≤N-1;

k - количество отсчетов сигнала, используемое для оценки грубой ошибки, k=1, 2,…, М;k is the number of signal samples used to estimate the gross error, k = 1, 2, ..., M;

ri - комплексный отсчет сигнала;r i - complex signal readout;

Figure 00000003
- комплексно-сопряженное значение отсчета сигнала. Затем значение сигнала ошибки поступает на вход ФП 3, который преобразует величину
Figure 00000004
с выхода блока грубой оценки частоты 2 в оценку грубого смещения Δƒ1, поступающую на вход формирователя отсчетов синуса и косинуса 4. Формирователь отсчетов синуса и косинуса 4 преобразует величину Δƒ1, поступающую с выхода ФП 3, в величину компенсации частоты, которая описывается выражением:
Figure 00000003
- complex-conjugate signal reading value. Then the value of the error signal is fed to the input of the FP 3, which converts the value
Figure 00000004
from the output of the coarsely estimated frequency block 2 to the coarse bias estimate Δƒ1, which arrives at the input of the sine and cosine samples shaper 4. The sine and cosine 4 samples shaper converts the value Δƒ1, which comes from the output of the AF 3, to the frequency compensation value, which is described by:

(cos(Δƒ1)+jsin(Δƒ1)).(cos (Δƒ1) + jsin (Δƒ1)).

Комплексные отчеты величины компенсации частоты поступают на вход КУ 1 и там умножаются на входные комплексные отсчеты сигнала, поступающие со входа устройства на вход КУ 1.Comprehensive reports of the frequency compensation value are fed to the input of the CG 1 and there they are multiplied by the input complex cues of the signal from the device's input to the CG 1 input.

Скорректированные грубо по частоте комплексные отсчеты сигнала описываются выражением:The complex signal samples, roughly corrected in frequency, are described by the expression:

Figure 00000005
Figure 00000005

где (cos(Δƒ1)+jsin(Δƒ1)) - это сигнал с выхода формирователя отсчетов синуса и косинуса 4 контура грубой оценки частоты.where (cos (Δƒ1) + jsin (Δƒ1)) is the signal from the output of the sine and cosine 4 shaper of the coarse frequency estimate contour.

Затем скорректированные грубо по частоте комплексные отсчеты сигнала обрабатываются в контуре точной оценки частоты, работающем по принципу feedback, где компенсация отстройки по частоте происходит таким образом, что каждый следующий комплексный отсчет сигнала, поступающий на выход устройства, умножается на величину точной ошибки, рассчитанную по предыдущему отсчету сигнала.Then, the complex signal samples roughly corrected in frequency are processed in the loop of an accurate frequency estimate, operating according to the feedback principle, where the frequency offset offset occurs in such a way that each subsequent complex signal count that arrives at the device output is multiplied by the exact error value calculated from the previous countdown signal.

Скорректированные грубо по частоте комплексные отсчеты сигнала поступают на вход КУ 5 контура точной оценки частоты, где умножаются на выход формирователя отсчетов синуса и косинуса 12. При этом формируются комплексные отсчеты сигнала вида:The complex signal samples, roughly corrected in frequency, are fed to the input of the CU 5 circuit of an accurate frequency estimate, where they are multiplied by the output of the sine and cosine samples shaper 12. At the same time, complex signal samples of the form are formed:

Figure 00000006
Figure 00000006

где Δƒ2 - оценка точной отстройки несущей частоты;where Δƒ2 is the estimate of the exact detuning of the carrier frequency;

(cos(Δƒ2)+jsin(Δƒ2)) - сигнал с выхода формирователя отсчетов синуса и косинуса 12.(cos (Δƒ2) + jsin (Δƒ2)) is the signal from the output of the sine and cosine count generator 12.

С выхода квадратурного умножителя 5 контура точной оценки частоты комплексные отсчеты сигнала поступают на выход из устройства.From the output of the quadrature multiplier 5 circuit accurate assessment of the frequency of the complex signal samples arrive at the output of the device.

В начальный момент времени, когда отсутствует информация о принимаемом сигнале, ошибка Δƒ2=0, а комплексный отсчет сигнала для компенсации отстройки по частоте с выхода формирователя отсчетов синуса и косинуса 12 принимает значение:At the initial moment of time, when there is no information about the received signal, the error Δƒ2 = 0, and the complex signal readout to compensate for the frequency offset from the output of the sine and cosine sampler 12 takes the value:

(cos(0)+j sin(0)).(cos (0) + j sin (0)).

В этот же момент времени комплексные отсчеты сигнала вида

Figure 00000007
с выхода квадратурного умножителя 5 поступают на вход блока вынесения решения о принимаемом информационном символе 6, который принимает решение о значениях координат точки сигнального созвездия, в зависимости от положения на комплексной плоскости точек комплексного отсчета сигнала
Figure 00000008
(зависит от используемого режима модуляции) и формирует комплексные отсчеты сигнала вида
Figure 00000009
At the same time, the complex signal samples of the form
Figure 00000007
from the output of the quadrature multiplier 5 is fed to the input of the decision block on the received information symbol 6, which decides on the coordinates of the point of the signal constellation, depending on the position on the complex plane of the complex reference points of the signal
Figure 00000008
(depends on the modulation mode used) and forms complex samples of the signal of the form
Figure 00000009

Например, созвездие КАМ4 имеет всего 4 точки на сигнальном созвездии: -1-1j, -1+1j, 1-1j, 1+1j, если принята точка со значением 0.5-0.75j, блок вынесения решения о принимаемом информационном символе 6 примет решение что это точка 1-1j, поскольку расстояние до этой точки самое минимальное. Если принята точка 0.1+0.1j, то блок вынесения решения о принимаемом информационном символе 6 вынесет решение о том, что это точка 1+1j и т.д.For example, constellation KAM4 has only 4 points on the signal constellation: -1-1j, -1 + 1j, 1-1j, 1 + 1j, if a point with a value of 0.5-0.75j is accepted, the decision block on the received information symbol 6 will decide that this is a point 1-1j, since the distance to this point is the minimum. If the point is taken 0.1 + 0.1j, then the decision-making unit on the received information symbol 6 will decide that it is a point 1 + 1j, etc.

Комплексный отсчет сигнала вида

Figure 00000010
поступает на вход умножителя 9. В это же время с КУ 5 контура точной оценки частоты на вход амплитудного детектора 7 приходят комплексные отсчеты сигнала вида
Figure 00000011
В амплитудном детекторе 7 вычисляется мощность принятого комплексного сигнала по формуле:Comprehensive View Signal View
Figure 00000010
arrives at the input of the multiplier 9. At the same time, complex counts of the signal of the form arrive at the input of the KU 5 contour of an accurate frequency estimate at the input of the amplitude detector 7
Figure 00000011
In the amplitude detector 7, the power of the received complex signal is calculated by the formula:

Figure 00000012
Figure 00000012

Блок выбора весового коэффициента 8 сравнивает значения А с пороговыми значениями мощности (в зависимости от принимаемого созвездия) и принимает решение о принадлежности символа комплексного отсчета сигнала

Figure 00000013
к диагональным элементам созвездия. В зависимости от того, принадлежит ли он к диагональным элементам созвездия, блок выбора весового коэффициента 8 формирует весовой коэффициент k, который принимает следующие значения:The weight selection block 8 compares the values of A with the power threshold values (depending on the received constellation) and decides whether the complex reference signal symbol
Figure 00000013
to the diagonal elements of the constellation. Depending on whether it belongs to the diagonal elements of the constellation, the block for selecting the weight coefficient 8 forms the weight coefficient k, which takes the following values:

Figure 00000014
Figure 00000014

На фиг. 2 приведен пример комплексной плоскости для КАМ256. Символом «*», помечены диагональные точки созвездия на концентрической окружности, символом «+» - остальные точки. Выбор весового коэффициента k позволяет повысить помехоустойчивость блока вычисления точной ошибки 10 при работе с созвездиями высокого порядка (КАМ64-256) [2].FIG. 2 shows an example of a complex plane for KAM256. The symbol "*" marked diagonal points of the constellation on a concentric circle, the symbol "+" - the remaining points. The choice of the weighting coefficient k allows to increase the noise immunity of the exact error calculation unit 10 when working with high order constellations (KAM64-256) [2].

Весовой коэффициент k с выхода блока выбора весового коэффициента 8 поступает на вход умножителя 9, в котором комплексный отсчет сигнала

Figure 00000015
поступивший с выхода блока вынесения решения о принимаемом символе 6 умножается на весовой коэффициент k. Преобразованный комплексный отсчет сигнала вида
Figure 00000016
с выхода умножителя 9 поступает на вход блока вычисления точной ошибки 10, в котором происходит вычисление сигнала точной частотной ошибки через выделение мнимой части от произведения комплексно-сопряженного значения сигнала
Figure 00000017
The weighting factor k from the output of the weight selection block 8 is fed to the input of the multiplier 9, in which the complex signal reading
Figure 00000015
received from the output of the block deciding on the received symbol 6 is multiplied by the weighting factor k. Converted complex view signal count
Figure 00000016
from the output of the multiplier 9 is fed to the input of the unit for calculating the exact error 10, in which the calculation of the signal of the exact frequency error occurs through the separation of the imaginary part from the product of the complex-conjugate signal value
Figure 00000017

Затем сигнал оценки точной частотной ошибки с выхода блока вычисления точной ошибки 10 подается на вход ФП 11 контура точной оценки частоты, который формирует Δƒ2 - оценку точной отстройки несущей частоты. Это значение подается на вход формирователя отсчетов синуса и косинуса 12, где формируется комплексный отсчет сигнала для точной компенсации отстройки по частоте, который описывается выражением: (cos(Δƒ2)+jsin(Δƒ2)),Then, the signal for estimating the exact frequency error from the output of the exact error calculation unit 10 is fed to the input of the FP 11 of the exact frequency estimate loop, which forms Δƒ2, the estimate of the exact frequency offset of the carrier frequency. This value is fed to the input of the sine and cosine sampler 12, where a complex signal sample is formed for accurate frequency offset offset, which is described by the expression: (cos (Δƒ2) + jsin (Δƒ2)),

С выхода формирователя отсчетов синуса и косинуса 12 он поступает на вход КУ 5, где умножается на комплексный отсчет сигнала вида

Figure 00000018
, смещенный по частоте относительно входных комплексных отсчетов сигнала на величину Δƒ=Δƒ1+Δƒ2.From the output of the sine and cosine 12 count generator, it is fed to the input of the CG 5, where it is multiplied by a complex sample signal
Figure 00000018
, shifted in frequency relative to the input complex signal samples by Δ величину = Δƒ1 + Δƒ2.

Далее скорректированные комплексные отсчеты сигнала вида:Further corrected complex samples of the signal of the form:

Figure 00000019
Figure 00000019

поступают на выход из устройства восстановления несущей частоты демодулятора сигналов квадратурной амплитудной манипуляции высоких порядков.arrive at the output from the device to restore the carrier frequency of the demodulator of signals of high order quadrature amplitude manipulation.

Из графика сравнения оценки фазовой ошибки (см. фиг. 3) видно, что заявляемое устройство позволяет корректно формировать сигнал ошибки в диапазоне углов от -85° до 85°, в то время как прототип корректно формирует сигнал ошибки в диапазоне от -10° до 10°.From the graph comparing the estimate of the phase error (see Fig. 3), it can be seen that the claimed device allows to correctly generate an error signal in the range of angles from -85 ° to 85 °, while the prototype correctly generates an error signal in the range from -10 ° to 10 °.

Таким образом, устройство восстановления несущей частоты демодулятора сигналов КАМ высоких порядков обладает высокой точностью захвата фазы принимаемого сигнала, при использовании созвездий высокого порядка КАМ64-КАМ256, без изменения полосы фильтра петли, и уменьшенным временем для захвата частотной отстройки. Это позволяет повысить помехоустойчивость и уменьшить вероятность ошибки на выходе цифрового демодулятора созвездий КАМ при демодуляции сигналов высокой плотности.Thus, a high-order QAM demodulator carrier recovery device has a high accuracy of capturing the phase of a received signal using high-order constellations KAM64-KAM256, without changing the loop filter band, and reduced time to capture the frequency offset. This allows to increase the noise immunity and reduce the probability of an error at the output of the digital QAM constellation demodulator during demodulation of high-density signals.

Источники информации:Information sources:

1. М. Luise and R. Reggiannini, "Carrier frequency recovery in all-digital modems for burst-mode transmissions," IEEE Trans. Communications, pp. 1169-1178, 1995.1. M. Luise and R. Reggiannini, "IEEE Trans. Carrier Frequency Recovery", "IEEE Trans. Communications, pp. 1169-1178, 1995.

2. H. Sari, S. Moridi, "New phase and frequency detectors for carrier recovery in PSK and QAM systems," IEEE Trans. Communications, pp. 1035-1043, 1988.2. H. Sari, S. Moridi, “New Phase and Frequency Detectors and QAM Systems,” IEEE Trans. Communications, pp. 1035-1043, 1988.

Claims (1)

Устройство восстановления несущей частоты демодулятора сигналов квадратурной амплитудной манипуляции высоких порядков, содержащее квадратурный умножитель, блок вынесения решения о принимаемом символе, фильтр петли, формирователь отсчетов синуса и косинуса, соединенный своим выходом с входом квадратурного умножителя, который соединен выходом с входом блока вынесения решения о принимаемом символе, и амплитудный детектор, отличающееся тем, что оно снабжено блоком выбора весового коэффициента, умножителем, блоком вычисления точной ошибки, образующими вместе с квадратурным умножителем, блоком вынесения решения о принимаемом символе, фильтром петли, формирователем отсчетов синуса и косинуса и амплитудным детектором контур точной оценки частоты, и контуром грубой оценки частоты, содержащим квадратурный умножитель, блок грубой оценки смещения частоты, фильтр петли и формирователь отсчетов синуса и косинуса, причем вход квадратурного умножителя контура грубой оценки частоты соединен с входом устройства, а выход - с входом квадратурного умножителя контура точной оценки частоты и с входом блока грубой оценки смещения частоты, выход которого соединен с входом фильтра петли контура грубой оценки частоты, который соединен своим выходом с входом формирователя отсчетов синуса и косинуса, выход которого соединен с входом квадратурного умножителя контура грубой оценки частоты, а выход квадратурного умножителя контура точной оценки частоты соединен с выходом устройства, входом амплитудного детектора и входом блока вычисления точной ошибки, выход блока вынесения решения о принимаемом символе соединен с первым входом умножителя, а выход амплитудного детектора соединен с входом блока выбора весового коэффициента, который соединен своим выходом с вторым входом умножителя, соединенного выходом с входом блока вычисления точной ошибки, который соединен своим выходом с входом фильтра петли контура точной оценки частоты, который своим выходом соединен с входом формирователя отсчетов синуса и косинуса.A device for restoring the carrier frequency of a high-order quadrature amplitude shift keying demodulator containing a quadrature multiplier, block for deciding on the received symbol, loop filter, sine and cosine sampler, connected by its output to the input of the quadrature multiplier, which is connected by the output to the input of the decider on the received a symbol, and an amplitude detector, characterized in that it is equipped with a weighting factor selection unit, a multiplier, an exact error calculation unit together with a quadrature multiplier, a symbol decision block, a loop filter, a sine and cosine sample former and an amplitude detector, an accurate frequency estimate loop, and a rough frequency estimate loop containing a quadrature multiplier, a rough frequency offset estimate block, a loop filter and the driver of sine and cosine counts, and the input of the quadrature multiplier of the coarse frequency estimate loop is connected to the input of the device, and the output is connected to the input of the quadrature multiplier of the loop for accurate estimation frequency and with the input of the coarse frequency offset estimate unit, the output of which is connected to the input of the loop coarse frequency loop loop filter, which is connected by its output to the input of the sine and cosine sampler, the output of which is connected to the quadrature multiplier loop input, and the quadrature multiplier output An accurate frequency estimate loop is connected to the device output, an amplitude detector input and an accurate error calculation block input, the output of the received symbol decision block is connected to the first m input of the multiplier, and the output of the amplitude detector is connected to the input of the weighting factor selection unit, which is connected to the second input of the multiplier, connected to the input of the exact error calculator, which is connected to the input of the loop filter of the exact frequency estimate, which its output connected to the input of the sine and cosine count generator.
RU2018145121A 2018-12-18 2018-12-18 Device for high-order quadrature amplitude shift keying signal demodulator recovery RU2693272C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018145121A RU2693272C1 (en) 2018-12-18 2018-12-18 Device for high-order quadrature amplitude shift keying signal demodulator recovery

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018145121A RU2693272C1 (en) 2018-12-18 2018-12-18 Device for high-order quadrature amplitude shift keying signal demodulator recovery

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2693272C1 true RU2693272C1 (en) 2019-07-02

Family

ID=67252148

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018145121A RU2693272C1 (en) 2018-12-18 2018-12-18 Device for high-order quadrature amplitude shift keying signal demodulator recovery

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2693272C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2104615C1 (en) * 1990-12-17 1998-02-10 Эриксон-Джи-И Мобил Коммьюникейшн Холдинг Инк. Method and system for multiple-channel access and message extension spectrum for information exchange between multiple stations using encoded share of extension spectrum communication signals
WO2002093784A1 (en) * 2001-05-11 2002-11-21 Qualcomm Incorporated Method and apparatus for processing data in a multiple-input multiple-output (mimo) communication system utilizing channel state information
RU2350025C2 (en) * 2006-09-07 2009-03-20 Корпорация Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Method of reception of multicomponent signal in radio communication system with n transmission channels and m channels of reception (versions) and device for its realisation (versions)
RU2447587C1 (en) * 2009-09-29 2012-04-10 Сони Корпорейшн Radio communication system, device and method
WO2015107897A1 (en) * 2014-01-16 2015-07-23 日本電気株式会社 Communication apparatus, demodulation apparatus, carrier reproduction apparatus, phase error compensation apparatus, phase error compensation method, and storage medium on which phase error compensation program has been stored

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2104615C1 (en) * 1990-12-17 1998-02-10 Эриксон-Джи-И Мобил Коммьюникейшн Холдинг Инк. Method and system for multiple-channel access and message extension spectrum for information exchange between multiple stations using encoded share of extension spectrum communication signals
WO2002093784A1 (en) * 2001-05-11 2002-11-21 Qualcomm Incorporated Method and apparatus for processing data in a multiple-input multiple-output (mimo) communication system utilizing channel state information
RU2350025C2 (en) * 2006-09-07 2009-03-20 Корпорация Самсунг Электроникс Ко., Лтд. Method of reception of multicomponent signal in radio communication system with n transmission channels and m channels of reception (versions) and device for its realisation (versions)
RU2447587C1 (en) * 2009-09-29 2012-04-10 Сони Корпорейшн Radio communication system, device and method
WO2015107897A1 (en) * 2014-01-16 2015-07-23 日本電気株式会社 Communication apparatus, demodulation apparatus, carrier reproduction apparatus, phase error compensation apparatus, phase error compensation method, and storage medium on which phase error compensation program has been stored

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4896336A (en) Differential phase-shift keying demodulator
CN108055224B (en) Synchronous locking detection method for 16QAM carrier synchronization loop
CN109495410B (en) High dynamic PCM/FM signal carrier frequency accurate estimation method
EP1848169B1 (en) Frequency offset estimator
US7809086B2 (en) Apparatus and methods for demodulating a signal
Sollenberger et al. Low-overhead symbol timing and carrier recovery for TDMA portable radio systems
US7477707B2 (en) Computationally efficient demodulation for differential phase shift keying
CN106936513A (en) A kind of carrier phase recovery method and device based on Kalman filtering algorithm
EP1058968B1 (en) Quadrature-free rf receiver for directly receiving angle modulated signal
US6823026B2 (en) Apparatus and method for baseband detection
US5694440A (en) Data synchronizer lock detector and method of operation thereof
US7430247B2 (en) Carrier frequency detection for N-ary phase modulated signal
RU2693272C1 (en) Device for high-order quadrature amplitude shift keying signal demodulator recovery
CN111314262B (en) 16QAM carrier synchronization system in low signal-to-noise ratio environment
Wu The optimal BPSK demodulator with a 1-bit A/D front-end
US5490148A (en) Bit error rate estimator
US6703896B2 (en) Method and demodulator for FSK demodulation, and receiver including such a demodulator device
CN104486288B (en) A kind of carrier wave frequency deviation suppressing method suitable for PCM/FM telemetering receivers
US9419834B2 (en) MPSK demodulation apparatus and method
US7933362B2 (en) Multilevel QAM symbol timing detector and multilevel QAM communication signal receiver
KR19980021021A (en) Digital lock detection circuit
US8472909B2 (en) Filter device for detecting and/or removing erroneous components in and/or from a signal
KR20060069220A (en) Device and method for timing recovery based on window
CN115695124B (en) UQPSK coherent demodulation method and system
CN117459093B (en) Signal lock loss weight capturing system and capturing method of communication baseband chip