автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.02, диссертация на тему:Оптимизация цифровых фильтров модемов ... сигналов

,8 -.3, S.31, • '

' ОДёССКШ ЭЛЕКТРОТЕХНКЧЕСКШ ИНСТИТУТ СВЯЗИ та. A.C. ПОПОВА , • • . ' " --------

Li .:•! ________________________________ _________________'-----------------

iictr ..dtl3 На правах погаси

ошташ дата шт:-ои w-muck «м и ас

СШ1АЛ03

05.12.02 - Системы и устройства передачи ИН^!ОрЧВ!5НТ ПО копала СЕЯЗ'Л ь i , 1 / - ' ./-V' К О'ЦЧ; ¡S ' • ■ ' ;. ■:. :

г "■ ■'V: - ' 'У ,'У''\ *".

зсг'ом'сли:';: ив СО'.К'КРЛ^'.О ученой cit,i j.-..! '. '.Д г:ТД 1 ^XHvV-iOCKITX. наук

Од .-оса

! 'rii-vi

Работа выполнена1ь Одесском блектротехклчси.оу институте связи им.А.С.Полова.

Научный руководитель - кандидат техническая наук,

доцент П.Е.Иващекко

' Официальные оппоненты - доктор технических наук,

профессор В.А.Кисель (03110) ' - кандидат технически наук, доцент А.К. Гуцпдюк (Одесский НИН связи)

Ведуш.ез предприятие - Львовский ПЕучно-ксапедовательский радиотехнический институт (.5НИР1Й).

Защита диссертант состоится 24 марта 1393 года з 10.00 часов на ззсэдашш Специализированного совета К 118.05.0 в Сдзсском электротехническом институте связи им. А.С.Полоза ь адресу: 270021 »-Одесса, ул. Челюскинцев, 1.

О диссертацией мокко ознакомиться в библиотеке института.

Автореферат разсслтн "_;" февраля 1993 г.

Учений секретарь

Специализированного совета

вавдидат технических наук,

профессор ~ П.П.Еоробиекк(

- 3 -

ОБЩАЯ ХШКШИСТИКА РАБОТЫ

А К Т I' Л > Т:. О С ? !) Т О Н Ы. Совершенствование 11 ра?:-Я!й сетй (?вя. "п ^траки требует рчзрэбот/и новы." ыюекозф$ек-ивных методов передачи информации, а такка повышения гнер.'е-этескоЙ и частотной эффективности сдостЕ/адос систем передач-1! чфсрмашт (СПИ), ^фиктивность цифровых СПИ можно существенно стоить прк 'тс2Е>л,чзой8»зя1 у гтр^гт?1 обработку скгналг-в

ДОС). В экономическом отношении применение ЦОС предпочтительно

ГОГОДЧря «ОДА» Р«,50Н0Й Эф&пШЛхиЬУЬ

мюси частот канала связя и мгедослг ситняга,' шсско:! техногч-мности производства а удобства зксюуга:аша; оОорудовггош.

Состояние вопроса. В настоящее время в мониторах и демодуляторах многопозициошшх ФМ и АФМ сигналов все |Дьшее применение находит ЦОС. Ошт разработки модемов и обзор ['герауур;! позволяют считать, что значительная доля эдаргвтачее-х потерь (Э11) демодуляции - личина, ^г'рзлторкз./к'дуй цо.'леадч-йчивость модема, - определял1 л:>- »ракл^л-'Уикйюг фильтров на-рмаштопнсго тракта (ИТ) мед<?№<. Иопольяоюние цюйроиге Ф/ позволяет значительно уменьшить величину 337 демодуляции. ;'с являются наиболее сгоыю■ реализуемыми устройства',::! ? код*!.«.?, о требует поиска более простых алгоритмов фильтрации. Недоста-

' I

■то исследована зависимость величавы с-П ,г,ег.-одульц:::: от -ристик ЦФ модулятора и демодулятора (¡¿.4« и Ц-.а^-

Существует множество методов синтеза ЦФ в частотной и час- • ТЕО-вроксвно!! областях по критериям близости характеристик ЦФ

греоуемнм ч-кт^-нш и 1,''ункщг.-;м. Од!г;ло ¡¡-_' с;.:;;:с

годов сга«т«аа ЦФ шл'ма .»,тгс.гопогшйонп!1Х *Ш и ММ снгччплп по ;т-:лрню глчлиука ЗЯ дь'.и-дул^ч:.

Цель работы ц задачи исследования. Целью диссертационной работы является минимизация величины ЭП демодуляции, повышение быстродействия и 'снижение сложности ЦФ, путем оптимизации алгоритмов фильтрации и параметров цифровых фильтров модемов и АШ сигналов; разботка элементов системы автоматического проектирования (САПР) ЦФ. Для этого в работе решаются следующие задачи:

1. Анализ ЭП демодуляции, обусловленных межсимвольной интерференцией, межканальными помехами и несогласованной фильтрацией, являящихся следствием неоптимальности фильтров ИТ модема, содер-кащего ЦФ.

2. Исследование возможностей применения известных методов синтеза Ш в частотной области - метода наименьших квадратов и алгоритма Ремеза - для синтеза ЦФ модемов по критерию минимума ЭП демодуляции.

3. Разработка новых методов синтеза ЦФ модемов по критерию минимума ЭП демодуляции.

4. Исследование влияния характеристик аналоговых фильтров, включенных после ЦДЛ в модуляторе (пост-фильтрбв) включенных до АЦП в демодуляторе (пред-фильтров) на величину" ЭП демодуляции. . .

'5. Разработка метода предкоррекции цифровым фильтром модулятора неидеальности цифрового .фильтра .демодулятора, с целью минимизации ЭП демодуляции модемов.

. 6. Исследование методов снижения сложности реализации и повышения быстродействия ЦФ демодуляторов.

7. Разработка методов синтеза Ц4 демодуляторов с пониженной сложностью реализации и повышением быстродействия.

8. Разработка элементов'САПР, обеспечивающих анализ ЭП модема с ЦФ и синтез ЦФ модема по критерию минимума ЭП.

Методы исследований. В работе использованы

метода теории передачи сигналов, теории линейных электрических, .цепей, теории ¡Цифровой обработки сигналов, метода лилейного^ лежжейного арогршщюэйняя. Наряду с теоретическими методам ■татюко гфимеияппст» ЭШ о палью проведения численного анализа. синтеза ч дадедарования модема. Работ? содержит такая эккдартдаз'^лыше ясслэдо&анхя мг^пмсв.

К а у ч ?! я а о в я з а з. В дхссср-гегдонной работе получены следующие научные результаты:

ристикам ЦФм и ЦФД величину ЭП демодуляции, обусловленную как отдельными фактораш: межсимвольной интерференцией, мезхксналышми помехами и несогласованной фильтрацией, и совместит действием перечисленных факторов.

2. Полученное соотношения позволяют оптимизировать ппраметры

'/гт^.^'дсс:Зг> .а~о;;.'ЧйГцО л/н /'IX мо;,/

. рмтю.мн/'^зги йй^'.'С^л'':'/ .'Л'Г Дг го.;;,/-

„¡ятсрг.

4. Разработан новый Метод синтеза ЦФ модулятора и демодуля-ляции.

5. Разработан метод синтеза ЦФ демодулятора, иязкщбго касС. Рп11р:).1очт1Н К'Лод с«"ло?а с цолоу:' ко?«'4:':нкн'! :•.:

ог^яинчоииоа разрздаэсл. а црл чч

- § ~

небольшого числа слагаемых, явлтщх&оя целыш степекя»."' числа 2 Практическая ценность. На основе полученных результатов разработан пакет программ для анализа и синтеза ЦФ. Синтезированные разработанными методами ЦФм и ЦФд мог*/ быть непосредственно использованы для повышения энергетической ь частотной эффективности СПМ с шогопозивдояшм $М и А&М сигналами. Разработанные ДФм и ЦФд использовались • в ойытно-конструк-' торских работах "ГРУЛПА-З", "ГЕОС", "АЗИЯ" (НИИ"Радио, Москва) и "ЦИТРУС (Одесский НИИ связи). ЦФ позволяют оптимально сформировать и обработать сигнелы и практически достичь потенциальной помехоустойчивости сигналов при поэлементном прием«? (ЭП менее 0,1 дБ), а также обеспечить необходимое подавление внеполоснах составляющих до уровня -60. дБ и ниже

Реализация результатов р а С о т а. Результаты, полученные в диссертации, является составной частью работ, проводимых в Одесском электротехническом институте связи им. А.С.Полова Отраслевой научно-исследовательской лабораторией-"Повышения помехоустойчивости и •эффективности систем спутниковой связи" по целевой программе' 0Ц-028-01-ЕАСС -(номер госрегистрации НИР 01900005122). Результата- исследований использовались' в НИИ Радио (Москва) ¿'.Одесском НИИ связи для разработки модемов двумерных многопозиционшх СМ и А®' сигналов. '.

Апробация раб.оты. Основные результаты диссер тационной работы докладывались на Девятой' всесоюзной конференции по теории кодирования'и передачи информации (Одесса, 1988), Международном симпозиуме "Спутниковая связь: реальность и перспектива" (Одесса, 1990), Всесоюзной научно-технической конференции "Компьютерные метода исследования проблем теории и техники передачи дискретных сигналов по радиоканалам" (Евпатория, 1990),

■ -' 7 --

нэучно-техгщческой конференции "Систеш и технические средства

лвредгт.! даншх" (т;чркясеы, 10?!), няуш-тсш'кчзской шкоЛо-сеьтл-наре ."Цйфрсьап..оирабоаса_.^1гка4оа и системах сьязк е. управления" (г"ог.тсп 1^*5! &!?рЕ>ггю;шьво£ ноучко-техтпзской :<ои~

^ренцяи "Цчфроввч- обработка сигналов в системах связи и управления" (Львоу, 13;.л'-), дон*дрс1пд-:л:>: !фсп$8ссорско-проподаватольско-

I

го соспл-ч (ШС ?!,?.Л.С.Потто1:э (1^3-1093) и яаутгах сс:,татарах лиСудри творен злектр\;чосло;1 СГ<*.;0 ж.А.С-Поисря.

П у 6 л и к а ц и и. По теме диссертационной работы опубликовано 10 рзеог, а •■и.ъх 2 автерекгп

-Структура к объем работа. Дисоертдц:-::./< работа состоит из введения, чотарех глав, ааклвчения и приложений. Работа содержит 193 е., в том числе 133 с. текста, 33 с. рисунков, 11 с. приложений, библиографии из 103 наименований на 11 с.

Основные положения, выносимые на за г« .и т у.

1. Соап;оЕэ:л:л. ««¡»воля*г-м расчлт«7ь :то характерце фильтров модулятора к дедгодулй нал.: ¡.ту 31! демодуляции, обус-ловгвизуа как о?дельгаад>? -фак'орзщ (коха^юлыюй пнтер^ер::;::::.^, теглзкгяьштш ксл'екдш и несогласованной Фильграддой), гзк и со:.~ к&сшод деЯсшлш и-. ¿нслскшх факторов.

2. Метод раздельного и совместного синтеза ЦФм и ЦФд по ¡•.ритора» мигаодгия РП домодоыизи

3. Оптимальные значения порядка и частоты среза аналоговых пред- и пост-фильтров по критерию минимума ЭП демодуляции.

А. ьдрг.делде дл > Ад/ Г.ылю-шя^ддо црсдксрр-тспгч дд /¡ЧХ Щ'а, для :г.;г.у:« ЭП демодуляции.

Б. Котод сшпогг- Л1!-.,, реализованного по |!оскэд::г~ «/г-,'•:-.,. - ; с децимацией но кршцрй» ивда Ш1 докодуляциц.

- 8 . . ' '

6. Метод синтеза Щд с целыми коэффщиеыз'ада ограккчёшюй

разрядности, а также при представлении их суммой цебодыаого чцел< слагаемых, являющихся целыми степенями числа 2,

7. Результаты машинной модели ИГ квадратурного подканала модема многопозицконккх ФМ и АФМ сигналов, подтверждают тическиэ выводы.

I

СОДЕРЖАНЩ РДЕОТЫ

Во введении обосдащдаетой адтуадЬйоОТЬ вдбранно* темп. Дается краткий обзор извэй?ш% результатов, формулируется цели и задачи исследования.

первая глава нооряш?на епа^шзу алгертмад Ц06 1 модемах и ЭП демодуляции.

На основе квадратурного представления многопозидаоннцх ФУ § А5М сигналов рассмотрены способы построения модемов, место устройств ЦОС в модемах. Указаны основные источники ЭП демодуляции, Опыт разработки модемов и обзор литературы позволяют считать» чт< значительная доля ЭП демодуляции, определяется характеристиками фильтров ИТ модема,- образованного каскадным включением всех Фильтров, через которые проходит информационный сигнал от входа модулятора до выхода демодулятора. Применение ЦОС. в модуляторе м демодуляторе. позволяет оптимально сформировать и обработать сигнал и практически достичь потенциальной помехоустойчивости сигналов при поэлементном приеме. При атом ЦФ является наиболее сложно реализуемым устройством в схемах модулятора и демодулятора.

Поскольку модулятор и демодулятор реализуются по квадратурной схеме, а квадратурные подканалы идентичны, то для анализа э: : демодуляции рассматривается низкочастотная модель одного из подканалов совместно с каналом связи в основной полосе частот. Не-

бущее й тактовое КслвбаШя при этом считаются идеальными. В кана-йе свяай с постоянными Параметрами, которые не вносят линейных .

ЯскааззаЯ з перадав&е^шй сйпюл, ДеАС'^/от ¿елгл геуссо&ский су?« • е"Д5У?"!*!рОГОТСЭ" ГПРтСТр5ЛН:С* "ГГ.'Т-Т1Т5еТг.Й йбПЗЖЙЫЭ" йуяа~(СШ!)~ N¿/2"

з- со^/пчл к?нплоз, несуг-иэ чистота которых смо-ценн

:)''п'}с;п~м-::с нмувей -геолога рассматриваемого ешшло ка ззл1?чя;гу «остохлсги разноса ¿X.

параметров ЙТ модема» следующим образом: потери, обусловленные

ммлй:им«0.лЬтт I гглVI г I> 2 1дОТс10«. ииуиЛОЬ/шппао

Помехами от соседних каналов (можканальными помеха»/®) потеря, ббусЛбвлвнкив несогласованностью характеристик фильтра демодулятора со спектром обрабатываемого сигнала в .

Основная фяльтрацйя в ИТ модема осуществляется ЦФм и ЦФд. ЙХ Целесообразно' реализовать по Нерекурсивному алгоритму с сим-

нсрокуо.игннй Л' с с'1и'"!£Т1хгу;с'1Т |'Х лм-зет ."гтхм'о Ф'Тл л

задачей этих фильтров является выделение основной.полосы частот и ослабление помех налогикия, проявляющихся при цифро-аналоговом к ы^лог^-цг.урс-вом ^Г'.-сСрасолунсл'?.

Для достижений равенства кулю есличйны ОН деыодуллц«ш 1рб-

ботам к ЛЧХ Щм и Н*>д предстпвля?тгся в в-лд.ч

Н (Г) =Н (Я = I > ^ т«*я<1+а)- (1)

м д [о , при > 1и(1+а),

где ЩХ) - амплитудный спектр Найквиста, 1н= 1/(22) - частота Найквиста, Т - тактовый интервал, а - коэффициент расширения полосы частот (0^ а <1). Требования к ФЧХ ЦФм и ЦФд - они должны быть линейными.

Далее анализируются способы физической реализации ЦФ модема. Реализация ЦФм, в задачу которого входит формирование сигнала с компактным спектром, является довольно простой. На вход Шм в течении одного тактового интервала Т поступает одно р-разрядное число V (г = 1,...М); определяющее координату сигнальной точки на плоскости. При этом разрядность р невелика (р = 1о£..,М, где М -число сигналов в подансамбле квадратурных составляющих сигнала). Способ реализации заключается в использовании ПЗУ, в котором записаны значения т2рЬ сверток всех последовательностей входных чисел V длиной Ъ с коэффициентами ЦФ*. Здесь ш - число отсчетов на тактовом интервале Т, Ь - память фильтра (количество тактоЕНх' интервалов входного сигнала," определяющих значение отсчета выходного сигнала). Для ВДы характерно, что его сложность зообще не зависит от значений коэффициентов, а зависит лишь от порядка фильтра и величины и. При небольших аппаратурных затратах мозшо рёализовывать довольно 'сложные ЦФм, а, следовательно, и их характеристики будут близки к требуемой характеристике оптимальных фильтров (1).

Значительно сложнее реализуется ЦФд, поскольку на его вход за время тактового интервала Т поступают ш не равных друг- другу многоразрядных отсчетов смеси сигнала, шума и помех от соседних каналов частично отфильтрованных-пред-фильтром. В зависимости от скорости передачи элементная база, на которой реализуются ЦФд,

может быть следующей: на сигнальном процессоре с аппаратным умножителем; на сигнальном процессоре без аппаратного умножителя;

на элементам тастяой логики с ^сжгелем, роал^зона-лым m ПГ:1Г; на еленентзА жооткой погияа с реализацией на ПЗУ оперотш тпг.рт-кч; гп элементах жесткой логине с использованием сугаатсроз и рогяотрсз - уйаошше peajinsy&ica операцией сдвига со сложением. При сн-лтг.'зльно меньших аппара'1ншс затратах макяо р.?".ллггс-_ат- '.I..-. более высокого порядка, что обеспечивает более точную »шроун-

115м, порядок которого 128 требуется всего четыре ШЛО. Для

И'З-д с утножат-пль-м, выполнении** на пу» i«-'«»»"«

8-ми разрядные), оцешса требуемого количества ШО следующая ?+[í'V14]r+ pí/H]r+ 2[ИД/З2]г + 2[(8tlc%NA)/4]r, где Г ]г означает ближайшее болыаее целое число, а N - порядок ЦФд. Например, при N = 14 ®д реализуется на 16 ШС. • Проводятся анализ ЭП демодуляции. Получены соотношения лля

_ oí

í' -- r Í?;V1VÍ, G í;. if-.,-

0- ... 2 0> -f' -4- ■

СО '

г; ~ í* n'(w) н (?.'} H F '

u < • c;;

c,4 * чк2Д S ^(«^(wja^m^tw) eos 2дакга rtw j, <3s).

R со

G5 = 5S- 5 I H;;-(w+1Avv)H^ ís+iAw)H£J-,7)H2n(wlrtvv. гпг-;

sincdcwjH <w), fi/íu - отношение энергии сигнала я ora w»;-1

; - 12 -на входе демодулятора, А - отнобйтёйвНУё М§1Щ305И еэббДЖ Кййр--лов, показывающие ео сколько раз Мощность' соеэднёга К8нал§ б&нш§ мощности рассматриваемого канала (считается, что »Щнбб5й бабёД-- . них каналов одинаковые), Л?? - частотный разНбс ЫёйДу йеСУШИ 65=-' седнкх каналов в масштабе цифровых частот, АЧХ йрёд-фшгёг»

трз, ¡^(тс)- АЧХ пост-фильтра, й- число СосеДйИ каЫалов, несущйе частоты которых расположены выше (либо нийэ) несущей Частоты рас-*-сматриваемого канала, осущзствляэдйо существенный Вклад в величину 0М1СП. р- число сигналов передаваемых раньше (либо позле) рассматриваемого сигнала, осуществляющие существенный вклад в

« мск

Во второй глав, е решаются основные вадачй оптимизации'параметров ЦФ, пост- и Пред-фнльТрбв модеНа. Онтй^ мизация ЦФ производится путем синтеза йх известный! и разработанными методами. Найдены зависимости вел^о^Ш Ш демодуляции от гарантированного затухания, которое обеспзЧШаюТ'пред- й поет= фильтры в области Гд- :Гн(1+а)<| £ | <:Г_+ Ги(1+а) (область йэрйОГО лепестка АЧХ ЦФ) раздельно для Щм и ЦФд. Определяются оптимальные значения порядка и частоты среза Пре^ й СООТ=-фШзЬтрйв от т. и А по критерии минимума ЭП деУодуляцйа» Исследуется Интерполируй кщез действие ЦАЙ. Доказывается, что с Целью умоньйемйй блокпоста пост-фильтра,, в целесообразно .выбирать ш > 16» 'Пра ё'го.м сложность Щч.1 увеличивается Незначительно. Доказывается, чге В ЦФд целесообразно Еыбйрать й раьное 4 либо 8. При этом достигается оптимальное соотношение Мёкду Сложностями ЦФд и прод-фильтра.

Получены аналитйчёекпо ЁЩШоПИя' для Ьмо11, ена И

общие ЭП 8, Еыраженьые чэроЭ Коэффициенты ЦФм й ЦФд! Ьм1, 1э ■ = 0,1,2...Ы -1 и Ь,, 1= 0,1,2.,.N„-1.

м Д^- Д

Исследуется возможность применения ИбЕоотнЫх методов сиН" теза Щ> в частотной области (метода наименьших квадратов.и алго-

РЯ?М8 Ремздд) да да критертта минимума. ЗП демодуляции.

у При этом предполагается, что другой Нф АЧХ РЦда "корень из поднятого коганусз". Производится врврнещ» результатов синтеза, которых следует, что кетсд дш5мэяь5язг квадратов лучиэ отвечает критерии минимума Зй демодуляции, чем алгоритм Ремеза.

Исследуется метод ''сщтаздя ЭП демодуляции путем предкоррл; Щ21 АЧХ цифрового фильтра демодулятора цифровым Фильтром «ггу."5-тора. Ставится задача: после синтеза АТ1Х кгарог" гп-

ЩзаКбШйрув? функщда /«(и} при дгратичекиях на слсхн.), дмч?*» фшС55? Зи0*>. опрАделящую требуемую АЧК ПФд, что"-. ЭП демодудащч; бщщ миндальные. ПрвдстиЕх; т-'нч"^ •

Щз В^(я)= В(Ю + Н^я). где Нг('Л') - Спектр йайкаигэ, юй яэ совпадающий с функцией N(7?), использованной при синтезе ЦО.-,; Я^тс)- неизвестная функция. Задача состоит в поиске.функции Ы(л-/ - минимально отличающейся в средлеквадратическом смысле от найденной 3 •(*), т.е. функция И(®). сэязаяа с йд(?) функционалом ^(1+а) 2

ГрМ»}~ч;"' л Л п'п, •.< .

о д

Для носледуадйх выкладок Н (ш сразим в виде й {*>« Яг::>' ь .-• где й2(»)- неизвестная•функция.

Доказано, что «ра условии |Н1 (*)|«|Н(я)| и }Н„<«»!•• (3 Йи(1+а} ЭП будут минимальными, если Н, («)

При известной АЧХ Н_(т?) минимальная величина ЭП демодуляцж достигается, если АЧХ В (») будет рав>:

В (*) =» { г НД(*Г)' ^ 0 *

м I 0 при И. (1+а) <(?! «0,5

= а ——

А5

при (1+а) <(!?! 0,5,

Н

?,'н к* («г) ' : , н>)

а = X -■ * вя / X ■■

..........л ;-,' / ^ -и

о / З3 (27/ -да) + ' о Ед(2'йн"к) + Нд(к)

йу?. (7)

Д К д

Соотношения (5)...(?) определяют требуемую АЧХ для синтеза ЦФм.

Предлагается новый метод раздельного либо совместного синтеза ЦФм к ЦФд, который обеспечивает минимум ЭП демодуляции. Коэффициенты ЦФм Ь[Л, 1= 0,1,2...1* -1 связаны с коэффициентами с. ,1= 0,1,2-. ..К, соотношениями: для нечетных N : К = (Ы -1 )/2,

м* м М ■ М М

СмО=ЬмК' См1=2Ьм(К-1)=2Ьм(К+1)' 1=1---Км> V01 V

к«= V2"11 см1=2Ьм(к-Х)=2Ьм(к+1)» 1= °**'Км' V0'5- Аналогично определяются и коэффициенты ЦФд. Раздельный метод заключается в а ом, что АЧХ ЦФм полагается известной и определяются. коэффицивнть: ЦФд (либо наоборот - известна АЧК ЦФд и определяются коэффициенты ЦФм). Коэффициенты сд1, 1= 1,2...К (полагается, что 0^=1) , определяются в результате решения .СЛАУ ■■

сД = 0. (8)

Коэффициенты матрицы & определяются. ■ ' • ■

о

1= 0,...,К ; п= у,...К ,

А А

0,5

где й' ' = Г сон" 2тж(п+7 ) сое 2ют(1+г)й»/, :

п. -I г, К Я .

0.5

= а^-ар', ' а{2> = X соз(2ет?(1+уд)

Р . . 0.5

(3 {?>= 4 У а^ар,!,. а'3?- ГН (у;)соз(2от(1+у,))соз2«кт П41 ^* ^ • -I < 0 м д

Е О ,'5

й1\> =

— Л Г"соа(2гоу(п+т )соз(2от(1+т ) 1=1 о

Проводится исследование величины ЭП, обусловленной неидеальнос-тьзо ЦФд, синтезированного предложенным методом при различных N , ш, А, а, Е/К0. При этом полагается, что. ЦФм - это фильтр с идеальной АЧХ вида "корень из поднятого косинуса". Доказано, что при

уменьшении а» либо.при увеличении Отношения сигнал/шум на входе демодулятора для достижения одинаковой -величины ЗП порядок фильтра необходимо увеличивать. Например» при- E/N0»9 дБ, т=4 и А==7 дБ

для обеспечения выдоят ЭП даифдулядаи О,; дБ '.три а=0,4 требуется П?д 26-го порядка, а при а= о,Я - 3'7-го порядка, Для с с» сп аия той :::е величины ЭП.лра а» 0,4 и £/NQ« 4 aS tz+ovotzz : •:•.-. лЗ-Г'о порягка.

Сошествия синтез ЦФм и Шд является ::тор-г:?гНсЛ .

4 г "^«чается в еле думцем;

О реяэя СЛАУ (Si. опрдделяэм сд1. Считал, что •

сивается функцией "корень лз полпятого косАйху"«'*. Волоким, что номер итерации J = 0;

2) определяем с , считая, что Н (w) - АЧХ известного '.fe.

Мл, Ц,

синтезированного на предыдущем шаге;

3) определяем сд1, считая, что HM(w) - АЧХ известного ¡¡Ь.<,

с'шгезэтх-заьтгп'о на предадущем шаге;

*} по получошял ксз-^-йцизйтйм " .определяем величину ЗК демодул<иг.й <3<т (гдэ -J- помер mspmaut' Роди.

- ё. про щ ж.у от неко-псум уетадо-^^чну^ ui.'.n'.i'i: .чу м-, v уз&дачмвоеч J яз еданкцу и -пврэле.зяй к иэгу Л .. :■> гг. •>'.•••::• •» . «пе захаичкеаем расчет.

Расчеты показывают, что »если на первой атотжипя л-« дггодуляцйа меньшей 0,1 дБ, то для сошеетлото таточно orpaiai и'ться одной атсрагтеси Если на первой итера^и. величина ЭП демодуляции больше 0,1 дз, ?э .алл cor':. : : синтеза достаточно ограничиться двумя-тремя итерация»«:.

Б третьей г J з в е исследуются методы саааяггй елогосстя 'Цфд.

Наиболее эффективная методом попга»нза. едоъкч;. .• •-

¡гри той же сложности улучшения его характеристик является метод представления Ц5д в виде каскадного соединения Р+1 несложных ЦФ, имехцци-х много нулевых коэффициентов. Алгоритм работы-ЦФд имеет следующую особенность. Для работы системы тактовой синхронизации демодулятора достаточно двух отсчетов на тактовом интервале по выходу ЦФд, хотя для вынесения решения о передаваемом сигнале или для работы декодера с мягким решением достаточно одного отсчета на тактовом интервале. Используя эту особенность можно еще больше уменьшить сложность и увеличить быстродействие ЦФд за счет пони-кекия частоты дискретизации от каскада к каскаду в 2 раза и уменьшения числа элементов линии задержи на величину, равную числу нулевых коэффициентов. Основную фильтрации осуществляет ЦФ последнего каскада. Каждый каскад, кроме последнего, выполняет по отношеншо к последующему каскаду задачу, аналогичную аналоговому пред-фильтру, а именно, подавляет спектральные состаодяюсде в .. • областях частот 1/ 2*~г - Г„(1+а) < Х„/ 2Р_Г+ X (.1+а),

А . * II Д К

где г - номер кас::едв (нумерация каскадов вводится, начиная с последнего). Оснс^цваясь на методе синтеза-для однокаекадно реализуемых ЦФ, рассмотренном во второй глаЕй, разработан метод , синтеза каскадно реализуемого ЦФд по критерию минимума ЭП демо- ■ дуляцки. ■ . . . '

Каскадная реализация позволяет уменьшить сложность ЦФд более чем в два раза. Например, трехкаскадный фильтр-с ЦФ первого каскадг 4-го порядка, ЦФ второго каскада 5-го порядка и ЦФ третьего каскада 9-го .порядка зкЕ5"алентен своими характеристиками однокас-к&дному ЦФ 46-го порядка.

Рассматривается Щ'д с целыми коэффициентами ограниченной разрядности. Предлагается метод синтеза таких ЦФд по критерии ^..чкгдумз 011 демодуляции, используя процедуру п-мерного локально/

' - 17 - ' \

0 поиска. Этот метод синтеза обеспечивает более точную аппрок-

имацию, нежели квантование--действительных коэффициентов Ц2Я.

Рассматривается способ снижения слошости ЦФд и повыве.гля го быстродействия путем представления коэффициентов суюлой ебольшого числа слагаемых, ааяяющкхся южа степени?,"! 'ти"лэ ?.. [редлагается метод синтеза таких ЦФд по критерию микимугл'л и-П »модуляции, используя процедуру п-мериого локально!".-; пои-к:.

Рассматривается способ сятаовия сложности ЦФд и ц^цл-;-/.' ¡го быстродействия ара использот;-¡¡гам ш- к-зтода к .л ~• . ,'ак и представления коэффвцкеятг •:> П-т» :>цо:о к? уаскаяов сул-м.-и 18большого числа слагаемых, яшишдоссд дел;»« сгчг':. Излагается ыхсд сиртч«* х-ы^е: Ц-Г,- по т-тетерию шнкму.:'! 311 цулящш. РаССМОТрЭННЫМ методом О-Л* 7р-

ДФд, реализуемый с коэффициентами, являющимися целыми степеялг.*.г. тасла 2, либо суммой двух таких чисел. Фильтр содержи? 13 сумматоров. Гарантированное затуханкз з полосе задерживания такси ДФд равно'40 дБ. ЭП - демодуляции, обусловленные нейдззльчостъю

равны 0,06 дБ. Для реализации одиокзскадного' фильтра, эквивалентного по своим характерам -л рас. .лаанас;-:., трелгис^-п.':---билвтру, необходимо представлять некотсру-.; из его коь*рлц:!с. гутой трех слагаемых г являвщиккся цвддо* стесеклЖ чн.'-. )Том фильтр реализуется более, чем на 40 сумматорах.

В четвертой главе с целью ьдг-.звр*;;^.-.--георетических-выводов второй и третьей гяьг. разра">с-тпн ;эя модель иг квадратурного подквнч»» .дама много:ю:5:*.цчопгшч ГГМ

1 АФМ сигналов. Моделирование псж-жся дли ИТ с я;--.-;:ч- '

получешшми в результате синтеза. Результаты коделяцуг-сз».... юказавзя?, что суммарная величина ЭП не превышает 0,1 дБ, ччо годтверудает расчетные значения лагерь н Г ;г г>

- 18 -

Приводятся результаты разработки и экспериментальных исследований модемов ®4 с ЦОС. Проведенные испытания показали,, что ;:спользование ЦФ позволяет практически достичь потенциальной помехоустойчивости сигналов при поэлементном приеме (ЭП менее . 3,1 дБ), а также,обеспечить подавление внеполосных составляющих выходе модулятора до уровня -60 ДБ и ниже.

В заключении приведены основные итоги исследо-ваяхЯ ж фактические результаты работы, которые состоят в следу-

1. Получены аналитические выражения ДМ величины ЭП демодуляции, обусловленных неидёальностыо фильтров МТ модема. Эти выражения позволяют не только расчитать потери, но й оптимизировать параметры ЦФ^модема.

2. Разработан новый метод совместного и раздельного синтеза ЦФ ИТ модема по критерию минимума ЭП демодуляции.

, 3. В классе аналоговых фильтров Баттерворта определены опти-мзлише значения параметров аналоговых пред- 'н пост-фильтров по критерию минимума ЭП демодуляции. 4 .

4. Получено аналитическое шражешю для АЧХ осуществляющего предкоррекцию неидеальности АЧХ.ЦФд демодулятора с целью снижения до минимума величины ЭП демодуляции.

5. Разработан метод синтеза ЦФд, реализованного с целью синения сложности. в виде каскадного соединения нескольких несложных ЦТ' с понижением частоты дискретизации ОТ каскада к каскаду.

6. Разработан ме д поиска по критерий минимума ЭП демодуляции целых коэффициентов ЦФд ограниченной разрядности, представ-л-.-жшх суммой небольшого числа слагаемых, являющихся целыми сте-чгвями числа 2 ••

; .7. Разработаны и испытаны ЦФ модема формирующие, в модуля- ,

..........- 19 -

торе' оястгалышм образом "спектр", сигнала и оптимально обрабатывало .сигнал в демодулятора.. Такие фильтры обеспечивают ЭП лемо-дулящш. обуславливаемые иеидеальностью характерней« ИТ, ь-е'нее 0.1 о понаапзшга внеполоеннг. составлззщих на выходе модема _г.г.ол «о »«,

I. "г^р:"^--'"; "АПР, ^аспвчиваюяая анализ 515 модема с

'"/чт.'-з П"? '"О;'/' '"■ '.С,"".':'СИ1"'1 Ц И"П.'.';

<&адрдаы дассгргйцйсгскй ¿••х-огч я ; . • "

устойчивости и эффективности сисьвм свугавк&агг ---

» Г. ||ЛТГПСЗП И ИЯлиляЫ» 3 ^»■ч.чУ^ДПХ ДСГ-

1, Иваненко П.В., Шгаташ В.В. Анализ гн»р1-е^ч«-ок;гв •1шь модема с цифровыми фильтрами // Радаотехвека, 1£ЭЗ 0.

г, Изаще'жо П.В.» ¡Зада® В.В. Ссзмастнай сгнтез пвседээ-езго и приемного цифровых фильтров модема сигналов // Девятая всосохзн. кенф. по теории кодирования л передачи лнфор-Г"'. Т:щ . .ЧОг.Л. - '«¿б*. - О. - 35.

■; ■, . '"¡'т*:.''1,' ::: .„ v.""v "; ; , ....... -. ' ■ - ■ -

1 - ! .¿¡г 0.

■1- цваоз'жс . &<зк:ч> Лнрг-.п злврго^з-^о;-'».« терь модема мькрвтвых сп с гглгр-". .-^у.;::

.'.• ,ч»кз'7п'*й' '¡рлй "гт^л^пичвал ппяяь: ге?1.:ы1сс'гъ я

-^¿'ПС-лГ/КГ' '>3. ДОКЛ. - -Уг'С, - С.

- 20 -

5. Иваненко П.Б., .Шишкин В.В. Синтез цифровых фильтров • дискретных сигналов // Всесоюзк. НТК "Компьютерные методы

;:с.у>?лования проблем теория и техники передачи дискретных сигналов по радиоканалам" Тез. докл. - Евпатория, 1990. - с. 68-63. •

6. Налншк В.В., Иващепко П.В. Реализация цифрового филь-'■■¡>h демодулятора модема двумерных сигналов на микропроцессоре у.л:л ВЖ /7 НТК "Системы и технические средства передачи данных" Тез. докл. - Черкассы, 1991- - с. 55 - 56.

т. ibnacKfi B.B., Иващенко П.В. Компьютерная модель модема двумертшх дискретных сигналов с цифровой обработкой // 1ЕГ шко-.

ла-семинар "Цифровая обработке сигналов в системах связи и управ

" ' \ ления" Тез. докл. - Ростов Великий 19Э1. - с. 70-71.

. 8. Шишкин В.В., Иващенко П.В. Метод снижения энергетических

потерь модема двумерных дискретных сигналов с цифровой обработкой

/./ Межрегиональная НТК "Цифровая обработка сигналов в системах

сьйзи и управления" Tés. докл. - Львов 1992. - с. 42 - 43.

о: A.C. 1614120 СССР, ЖИ4 H04L.T/02. Устройство тактовой

синхронизации/ Шимкин В.В., Мельник A.M., 1?ващекко П.В. - Опубл.

Г:,. 12.90, Бал. JS 46. • е. 1

10. A.c. 1683441 СССР, МКЙ4 H04L 27/22. Устройство синхро-'

н^зация.несущей/ Мельник A.M., Шишкин В.В., Иващенко П.В. -

ипуол. 30.10.91, Ста. - с.

Подписано к печати 13.02.93 í1. Объем: 1,25 тч.Л. ЧГ^

форма™ 60x84 I/I6. Заказ > 32. Тираж 100.

Типография Одесского электротехнического института связи v.l.',, A.C. Попова. Одесса, Комсомольская, 61.