автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.04, диссертация на тему:Разработка и реализация демодулятора высокоскоростного потока, работающего при малых значениях отношения сигнал/шум

На правах рукописи

Круглик Евгений Анатольевич

РАЗРАБОТКА И РЕАЛИЗАЦИЯ ДЕМОДУЛЯТОРА ВЫСОКОСКОРОСТНОГО ПОТОКА, РАБОТАЮЩЕГО ПРИ МАЛЫХ ЗНАЧЕНИЯХ ОТНОШЕНИЯ СИГНАЛ/ШУМ

Специальность 05.12.04. - «Радиотехника, в том числе системы и устройства

телевидения»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2006

Работа выполнена на кафедре «Системы, устройства и методы геокосмической физики» Московского Физико-Технического Института (ГУ)

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор

Алексей Александрович Романов

Официальные оппоненты: доктор технических наук Валерий Иванович Бобылев кандидат технических наук Кирилл Юрьевич Березин

Ведущая организация: НИИ точных приборов

Защита диссертации состоится 2006 г. в // часов на заседании

диссертационного совета Д 850.012.01 при Государственном унитарном предприятии «Научно-производственный центр «СПУРТ» по адресу: 124460, Москва, Зеленоград, 1-й Западный проезд, д. 4, ГУП НПЦ «СПУРТ».

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГУП НПЦ «СПУРТ».

Автореферат разослан 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

Лаврищев В.П.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность

Изучение дальнего космоса является актуальной задачей в современном мире. Активно изучаются Марс, Венера, Сатурн, планируются проекты по освоению Луны. Для данных задач требуется передача больших объемов информации, следовательно, возрастают требования к скорости передачи данных. В данном направлении активно работают американские ученые. В настоящий момент идет разработка космического аппарата для исследования Луны Лунный орбитальный разведчик (Lunar Reconnaissance Orbiter). На данном аппарате планируется реализовать высокоскоростную радиолинию со скоростью передачи данных 100-300 Мбит/с, работающую в Ка-диапазоне. Запуск аппарата планируется осуществить в четвертом квартале 2008 года.

Скорость передачи информации в дальней космической связи ограничена энергетикой радиолинии. Данную проблему можно решить следующими методами. Улучшить энергетику радиолинии можно путем увеличения мощности передатчика или построения пунктов приема информации с антеннами большого диаметра, порядка нескольких десятков метров. Метод имеет ряд недостатков. Увеличение мощности передатчика ведет к увеличению энергопотребления, понижению надежности, увеличению затрат при проектировании космического аппарата. Построение наземных пунктов приема с большими приемными антеннами требует существенных капиталовложений. От этих недостатков свободен второй метод. Улучшить энергетику радиолинии можно путем применения современных схем помехоустойчивого кодирования, что позволяет работать при малых отношениях сигнал/шум, порядка 0-3 дБ. Для реализации данного подхода требуется создание соответствующего наземного

демодулятора. При этом на стороне спутника требуется только наличие помехоустойчивого кодера потока данных, реализация которого при использовании современной элементной базы не представляет трудностей. У данного метода есть недостаток. При малом отношении сигнал/шум восстановление синхронизации потока данных является сложной научно-технической задачей. При наличии ошибок синхронизации безошибочный прием данных не возможен.

Предлагаемая диссертационная работа посвящена решению задачи восстановления синхронизации потока данных при малых значениях отношения сигнал/шум. При этом синхронизация восстанавливается без наличия последовательностей, известных приемнику (преамбул).

Цель работы.

Целью работы является создание высокоскоростного и энергетически высокоэффективного демодулятора принимающего поток данных до 100 Мбит/с при отношении энергии бита к спектральной плотности шума ЕЬ/Ыо порядка 2 - 3 дБ

Задачи, решаемые в работе:

1. Исследование характеристик алгоритмов восстановления тактовой, частотной и фазовой синхронизации при малых значениях отношения сигнал/шум, определение взаимного влияния алгоритмов.

2. Создание методики синхронизации для приема высокоскоростных потоков данных при малых значениях отношения сигнал/шум.

3. Разработка математической модели, описывающей процессы в синхронизаторе с учетом взаимного влияния алгоритмов, производящей оценку влияния параметров синхронизации на вероятность битовой ошибки.

4. Реализация полученных алгоритмов.

5. Разработка методики экспериментальной проверки и определения характеристик демодулятора.

Научная новизна:

1. Предложена и обоснована методика восстановления синхронизации высокоскоростного потока данных, порядка 100 Мбит/с, при отношении энергии бита к спектральной плотности шума порядка 2 дБ;

2. Разработана математическая модель радиоэлектронного тракта применительно к задачам моделирования процессов, протекающих в схемах синхронизации.

Практическая ценность работы.

Практическая ценность работы обусловлена тем, что применение предложенного демодулятора позволит более эффективно использовать космические аппараты дальнего и ближнего космоса посредством передачи большего объема информации, при этом не требуется создание дорогостоящих наземных пунктов приема информации. Передача больших объемов информации достигается за счет увеличения скорости передачи данных. Увеличение скорости передачи данных возможно благодаря применению предлагаемого энергетически эффективного демодулятора. Например, демодулятор позволяет обеспечить прием данных со скоростью 100 Мбит/с модуляция ФМ-4 (QPSK) с вероятностью битовой ошибки не более 10"6 от спутника исследования Луны на наземную антенну диаметром 7 метров в Х-диапазоне (8050 - 8450 МГц) при передающей спутниковой антенне диаметром 1 метр и мощности передатчика 10 Вт.

Экспериментальная проверка тестового образца демодулятора проведена при помощи технологического образца передатчика космического аппарата «Бауманец», созданного при непосредственном участии автора.

Следовательно, полученные в данной диссертационной работе результаты могут быть положены в основу разработки демодуляторов для высокоскоростного приема данных от спутников как дальнего, так и ближнего космоса.

Апробация работы и публикации

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на XLVII на ежегодной научной конференции в Московском физико-техническом институте, на XVII научно-технической конференции молодых ученых и специалистов в РКК «Энергия» им. С.П. Королева, на 7-м международном форуме «Высокие технологии XXI века», на XXXIII международной конференции IV международной конференции молодых ученых и специалистов «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе IT + S&E06» (Украина 2006), на научно-технической конференции ФГУП «РНИИ КП», посвященной 60-летию предприятия. По теме диссертационной работы имеется 7 публикаций.

Положения, выносимые на защиту:

1. Математическая модель радиоэлектронного тракта применительно к задачам моделирования процессов, протекающих в синхронизаторе.

2. Метод восстановления тактовой синхронизации высокоскоростного потока при малом значении отношения сигнал/шум (МОСШ).

3. Метод восстановления частотной синхронизации высокоскоростного потока при МОСШ.

4. Метод восстановления фазовой синхронизации высокоскоростного потока при МОСШ.

5. Результаты экспериментальной проверки приема данных.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Работа содержит 96 страниц машинописного текста и 38 рисунков.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении сформулированы основные цели и задачи диссертации, представлена актуальность данных исследований и научная новизна, перечислены защищаемые положения и кратко изложено содержание всех глав.

Первая глава

В первой главе приведен обзор литературы. В обзоре литературы рассматриваются проблематика приема данных при малых отношениях сигнал/шум в канале с гауссовым шумом. Рассмотрены различные аспекты проектирования демодуляторов.

Показано, что применение турбо кодов позволяет принимать данные при отношении энергии бита к спектральной плотности шума ЕЬ/Ио 0 - 1.5 дБ.

Определена структура демодулятора. Аналоговая часть демодулятора выполняет низкочастотную фильтрацию, оцифровку данных. Цифровая часть выполняет согласованную фильтрацию, восстановление синхронизации потока данных, детектирование и декодирование последовательности

данных. Восстановление синхронизации потока данных происходит следующим образом. Сначала восстанавливается тактовая синхронизация. Это сделано для упрощения реализации синхронизатора, т.к. при восстановленной тактовой синхронизации требуется одна выборка на символ. Далее восстанавливаются частотная и фазовая синхронизации соответственно. В зависимости от требований, предъявляемых к демодулятору, цифровая часть может быть реализована как аппаратным, так и программным способом.

Рассмотрены алгоритмы восстановления синхронизации. Основное внимание уделено алгоритмам, применяемым для непрерывной передачи данных без использования последовательностей известных приемнику (преамбул). В работе рассматриваются алгоритмы восстановления тактовой, частотной и фазовой синхронизации.

Выбраны алгоритмы восстановления синхронизации. Для восстановления тактовой синхронизации претендуют два алгоритма: алгоритм Гарднера и алгоритм «Ранний - Поздний». Алгоритмы имеют схожие характеристики, но анализ литературы не позволяет определить оптимальный алгоритм для работы при малых отношениях сигнал/шум. Для выбора оптимального алгоритма требуется дальнейшее более детальное исследование. Для восстановления частотной синхронизации выбран алгоритм Райфа - Бурстина, для восстановления фазовой - алгоритм Витерби - Витерби.

Проведенный обзор литературы позволил определить основные направления исследований при проведении математического моделирования:

1. оценка и сравнение характеристик алгоритмов восстановления тактовой синхронизации Гарднера (Gardner) и «Ранний - Поздний» (Early - Late algorithm), выбор оптимального из них. Оценка влияния некомпенсированного частотного и фазового сдвига, оценка параметров схемы восстановления тактовой синхронизации, моделирование

передачи данных при восстановленной тактовой синхронизации с целью оценки потерь на реализацию алгоритма тактовой синхронизации.

2. оценка характеристик алгоритма восстановления частотной синхронизации Райфа - Бур стана (Rife - Boorstyn) при восстановленной тактовой синхронизации. Оценка влияния фазового сдвига. Оценка параметров схемы частотной синхронизации.

3. оценка характеристик алгоритма восстановления фазовой синхронизации Витерби - Витерби (Viterbi - Viterbi) при восстановленных , тактовой и частотной синхронизации. Оценка параметров схемы фазовой синхронизации.

4. выбор параметров турбо декодера

5. оценка характеристик демодулятора при восстановленной синхронизации, оценка потерь на реализацию, оценка параметров схем.

Вторая глава

Во второй главе приводятся результаты проведенного математического моделирования демодулятора. Целью моделирования является определение параметров и характеристик демодулятора при заданных параметрах канала.

Выбираются параметры турбо кода. Параметрами турбо кода являются скорость кода, длина блока кода и количество итераций турбо декодирования. Выбор параметров производился для турбо кодов рекомендованных CCSDS (The Consultative Committee for Space Data Systems). Результаты моделирования показали, что турбо код со скоростью 1/2, длиной блока 8920 имеет оптимальные характеристики для реализации с точки зрения пропускной способности и выигрыша кодирования данных. Вероятность битовой ошибки 10"6 для данных параметров достигается при отношении Eb/No =1,1 дБ.

Представлено краткое теоретическое описание процесса восстановления синхронизации.

Приводятся результаты моделирования алгоритмов восстановления синхронизации. В первой главе было показано, что на восстановление тактовой синхронизации могут претендовать два алгоритма: алгоритм Гарднера и алгоритм «Ранний — Поздний» (РП). Результаты моделирования показали, что у алгоритмов практически одинаковые время сходимости и сложность аппаратной реализации, но алгоритм Гарднера имеет лучшую кривую среднеквадратичной ошибки СКО (рис. 1) при малых отношениях сигнал/шум! На рисунке 2 показаны характеристики алгоритма Гарднера при некомпенсированном частотном сдвиге. В реальных системах для дальнего космоса частотный сдвиг составляет единицы процентов от символьной скорости, и, как видно из рисунка 2, характеристика ухудшается незначительно. На рисунке 3 изображен сигнал ошибки, иллюстрирующий процесс сходимости при отношении ЕЬ/Ыо =1.8 дБ.

10-' 10"'

О балЫг > ■ Е1А • Н* оАМОК О Нч.о#Ш5% « «*•« 10%

9 10*

£ ю4 1В-* 10 о ■ ■ в • • X 10" < ? 5 . ? ♦ • ♦ • в ♦ е

3 3 116 7 8 1 ЕЬМб 2 3 4 5 6 ЕЬМо 7 8 9

Рис.1. СКО алгоритма Гарднера и алгоритма «Ранний - Поздний» Рис. 2. СКО алгоритма Гарднера при некомпенсированном частотном сдвиге.

Рис. 3. Сигнал ошибки

ТК гфя идеальной сиихрониш ТК 1фи воссплоишниой

0.9 1 11 1.2 13 14 16 1» 1.7 1.8

Рис. 4. Зависимость вероятности битовой ошибки от отношения ЕЬ/Ио

По результатам моделирования определено, что сходимость алгоритма Гарднера составляет порядка 5*103 символов. При скорости передачи 50 Мсимв/с (100 Мбит/с, модуляция ФМ-4 ((^РБК)) время сходимости составляет 100 мкс. На рисунке 4 изображены характеристики турбо кода при идеальной тактовой синхронизации и синхронизацией, восстановленной по алгоритму Гарднера. Из рисунка видно, что потери на реализацию схемы восстановления тактовой синхронизации составляют приблизительно 0.7 дБ.

Характеристики алгоритма восстановления частотной синхронизации Райфа - Бурстина (РБ) так же оцениваются по критерию среднеквадратичной ошибки. Основным параметром, определяющим характеристики алгоритма РБ, является размер блока быстрого преобразования Фурье (БПФ). На рисунке 5 приведены результаты моделирования алгоритма с разными размерами блока БПФ. Моделирование алгоритма РБ проводилось при восстановленной тактовой синхронизации по алгоритму Гарднера (большинство авторов проводят моделирование, подразумевая идеальную тактовую синхронизацию). При выборе размера блока БПФ 8192, остаточный частотный сдвиг составляет порядка 10"5 от символьной частоты.

Характеристики алгоритма восстановления фазовой синхронизации Витерби — Витерби (ВВ) зависят от размера блока усредняемой

последовательности (рис. 6). При выборе размера блока усредняемой последовательности фазовой синхронизации равным 500 символов, при остаточном частотном сдвиге порядка 10"5 от символьной частоты, дисперсия ошибки фазы составляет порядка 3*10"3 рад2, что на выходе схемы восстановления фазовой синхронизации дает дисперсию ошибки фазы не более 3°. При данном значении дисперсии ошибки фазы, характеристики турбо кода ухудшаются незначительно, порядка 0.1 дБ.

-N•4096 -N•8150 -И-16384

0 0.5 « 1.5 2 28 Э 35 4 4£ 5 ЕМЧ»

Рис. 5. СКО алгоритма РБ для разных длин блока БПФ

Рис. 6. СКО алгоритма ВВ для разных размеров блока при наличии остаточного частотного сдвига

На рисунке 7 представлены результаты моделирования приемопередающей системы. Приведены графики зависимости вероятности битовой ошибки от отношения энергии бита к спектральной плотности шума. Моделирование проводилось в среде МАТЬАВ со следующими параметрами канала.

Параметры передатчика:

• модуляция ФМ-4;

• фильтрация корень квадратный из приподнятого косинуса с коэффициентом скругления 0,35;

Параметры турбо кода:

• скорость кода 1/2;

• длина блока кода 8920;

• 6 итераций декодирования. Параметры синхронизатора:

• корректирование цифровой последовательности в схеме тактовой синхронизации осуществляется линейным интерполятором;

• размер блока БПФ для схемы восстановления частотной синхронизации 8192;

• размер блока для схемы восстановления фазовой синхронизации 500 символов.

Для сравнения приведена характеристика при передаче данных без кодирования и со сверточным кодированием. В случае применения сверточного кодирования декодирование проводилось по алгоритму Витерби с использованием мягких решений, скорость кода 1/2, подразумевалась идеальная синхронизация. Из рисунка видно, что выигрыш кодирования при применении турбо кода по отношению к сверточному кодированию составляет порядка 2,5 дБ.

Ю-1

10-а

10*

ш Ю-4 ю

ю-5 10* ю-7

О 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ЕЬ/Ыо

Рис. 7. Зависимость вероятности битовой ошибки от отношения ЕЬ/Ио.

-1 1-

- - - - ТК при идеальной синхронизации

ТК с восстановленной

синхронизацией

г __ _ _ Сверточное кодирование при 1

идеальной синхронизации

: 1 1

: 1' 1 1 \

1 г I \

* ' 1 \

1 1 \

Г 1 1 1 \ ч

1 | \

Г | 1 , ., , , л 1 \ ............. 1, .1 ' | > 1

Результаты моделирования определили параметры синхронизатора и демодулятора:

• для восстановления тактовой синхронизации без использования преамбул выбран алгоритм Гарднера. Сходимость алгоритма составляет порядка 5000 символов;

• для восстановления частотной синхронизации по алгоритму Райфа -Бурстина при отношении ЕЬ/Ио < 2 дБ требуется размер блока БПФ не менее 8192;

• для восстановления фазовой синхронизации по алгоритму Витерби -Витерби выбран размер блока наблюдаемой последовательности равный 500 символов;

• при скорости турбо кода 1/2 и длине блока 8920 символов вероятность битовой ошибки 10"6 достигается при отношении ЕЬ/Ыо = 2 дБ;

• потери на реализацию составили 0.9 дБ.

Глава третья

В третьей главе изложены подходы к реализации и тестированию демодулятора. При приеме целевой информации от спутников дальнего космоса или спутников дистанционного зондирования Земли демодуляторам не предъявляется требование к отображению информации в реальном времени. Ввиду этого, демодулятор выполнен аппаратно-программным способом. Аппаратная часть выполняет низкочастотную фильтрацию, оцифровку данных, запись оцифрованной последовательности на жесткий диск. Программная часть восстанавливает синхронизацию, выполняет детектирование и декодирование данных. Программная реализация синхронизатора и декодера позволяет улучшить характеристики демодулятора, поскольку все вычисления выполняются над операндами с плавающей точкой, и, кроме того, повысить гибкость, т.к. можно легко

изменять параметры схем. В дальнейшем, при необходимости приема данных в реальном масштабе времени, планируется реализовать демодулятор на программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС).

Для тестирования демодулятора был создан стенд. Стенд состоит из передающего устройства, генератора шума, сумматора, анализатора спектра и собственно демодулятора. В качестве передающего устройства использовался технологический образец передатчика для космического аппарата «Бауманец» со следующими характеристиками:

• частотный диапазон X (8050 - 8450 МГц);

• модуляция ФМ-4 (QPSK), коэффициент скругления 0.35 (roll-off factor);

• скорость передачи данных 1-60 Мсимв/с;

• мощность выходного сигнала -40 .. 36 дБм (10"4 .. 4 Вт);

• помехоустойчивое кодирование: турбо кодирование, либо сверточное кодирование при внешнем кодировании Рида - Соломона.

В качестве основного результата на рисунке приведены графики зависимости вероятности битовой ошибки от отношения энергии бита к спектральной плотности шума. Для оценки потерь при реализации демодулятора приведена характеристика турбо кода при идеальной синхронизации и результат моделирования. Потери на реализацию составили порядка 1.1 дБ.

ю"а Ю"3 ю-4

Ю-8 10* ю-7

0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2

Рис. 8. Зависимость вероятности битовой ошибки от отношения ЕЬ/Ыо: а) характеристика турбо кода при идеальной синхронизации, б) характеристика турбо кода при моделировании, в) характеристика турбо кода при практическом эксперименте

Полученные экспериментальные данные подтвердили результаты моделирования. Подтвержден прием данных со скоростью 100 Мбит/с при отношении энергии бита к спектральной плотности шума порядка ЕЬ/ЬГо = 2.2 дБ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ

1. Разработана методика восстановления синхронизации высокоскоростного потока данных, основанная на алгоритмах Гарднера, Райфа-Бурстина, Витерби-Витерби. Обоснован выбор именно этих алгоритмов. Обоснован выбор применения турбо-кодов.

16

2. Разработана математическая модель радиоэлектронного тракта применительно к задачам моделирования процессов, протекающих в схемах синхронизации.

3. На основе результатов моделирования реализован тестовый образец демодулятора.

4. Разработан стенд для проведения практического эксперимента. Результаты проведенного стендового эксперимента подтверждают прием данных со скоростью 100 Мбит/с (модуляция ФМ-4) при отношении энергии бита к спектральной плотности шума Eb/No 2.2 дБ.

5. Результаты диссертационной работы внедрены в процесс разработки и проектирования приемо-передающей системы космического аппарата «Бауманец» в ЗАО Hi III «САЙТ», что подтверждено актом внедрения.

Основные результаты работы изложены в следующих публикациях:

1. Круглик Е.А. Алгоритмы синхронизации высокоскоростных потоков данных при низких отношениях сигнал-шум. // Материалы 7-го международного форума «Высокие технологии XXI века» (Москва, 24 - 27 апреля 2006 г.) / Москва, 2006 г., с.277 - 278

2. Круглик Е.А. Реализация алгоритмов синхронизации высокоскоростных потоков данных при низких отношениях сигнал-шум // Приложение к журналу «Открытое образование» материалы XXXIII международной конференции IV международной конференции молодых ученых и специалистов «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе IT + S&E06» (Гурзуф, Украина, 20 - 30 мая 2006 г.) / Москва, 2006 г., с. 217 - 218

3. Круглик Е.А., Кузьменко A.A., Сафронов Д.Н. Тактовая синхронизация высокоскоростного потока при малом значении сигнал-шум. // Техника и технология, 2006, №5, с. 23 - 30

4. Круглик Е.А., Кузьменко A.A., Сафронов Д.Н., Стругов С.А. Фазовая и частотная синхронизации высокоскоростного потока при малом значении отношения сигнал-шум. // Естественные и технические науки, 2006, №5 с. 177-181

5. Стругов С.А., Татарников A.B., Круглик Е.А., Юрова С.А. Модульный подход к построению тестирующего комплекса для цифровой аппаратуры бортового ретранслятора космического аппарата. // Естественные и технические науки, 2006, №5 с. 153 - 157

6. Стругов С.А., Татарников A.B., Круглик Е.А., Юрова С.А. Применение SCADA систем для тестирования и отладки цифровых управляющих систем спутниковой связи // Естественные и технические науки, 2006, №5 с. 182-183

7. Стругов С.А., Татарников A.B., Круглик Е.А., Юрова С.А. Реализация аппаратной части аппаратно программного комплекса отладки цифровой аппаратуры управляющей системы спутниковой связи на базе SCADA-системы // Естественные и технические науки, 2006, №5 с. 158-162

Отпечатано в ООО «Компания Спутник+» ПД № 1-00007 от 25.09.2000 г. Тираж 80 экз. Усл. пл. 1,13 Печать авторефератов (095) 730-47-74, 778-45-60

ВВЕДЕНИЕ.

1. Актуальность.

2. Цель работы.

3. Задачи, решаемые в работе.

4. Научная новизна.

5. Практическая ценность работы.

6. Апробация работы и публикации.

7. Положения, выносимые на защиту.

8. Краткое содержание работы.

9. Благодарности.

ГЛАВА 1.

1.1. Проблематика приема данных при малых отношениях сигнал шум.

1.2. Функции демодулятора.

1.3. Аналоговое и цифровое проектирование демодуляторов.

1.4. Помехоустойчивое кодирование.

1.5. Классы алгоритмов восстановления синхронизации.

1.6. Представление сигнала.

1.7. Согласованная фильтрация.

1.8. Метод максимального правдоподобия.

1.9. Тактовая синхронизация.

1.10. Частотная синхронизация.

1.11. Фазовая синхронизация.

1.12. Выводы.

ГЛАВА 2.

2.1. Моделирование спутникового канала связи.

2.2. Передатчик.

2.3. Канал.

2.4. Приемник.

2.5. Согласованная фильтрация.

2.6. Тактовая синхронизация.

2.7. Частотная синхронизация.

2.8. Фазовая синхронизация.

2.9. Моделирование демодулятора.

2.10. Выводы.

ГЛАВА 3.

3.1. Подходы к реализации.

3.2. Оценка параметров аппаратной реализации.

3.3. Реализация демодулятора.

3.4. Экспериментальная стендовая проверка.

3.5. Результаты стендовой проверки.

3.6. Выводы.

Изучение дальнего космоса является актуальной задачей в современном мире. Активно изучаются Марс, Венера, Сатурн, планируются проекты по освоению Луны. Для данных задач требуется передача больших объемов информации, следовательно, возрастают требования к скорости передачи данных. В данном направлении активно работают американские ученые. В настоящий момент идет разработка космического аппарата для исследования Луны Лунный орбитальный разведчик (Lunar Reconnaissance Orbiter [63]). На данном аппарате планируется реализовать высокоскоростную радиолинию со скоростью передачи данных 100 - 300 Мбитс/с, работающую в Ка-диапазоне. Запуск аппарата планируется осуществить в четвертом квартале 2008 года.

Скорость передачи информации в дальней космической связи ограничена энергетикой радиолинии. Данную проблему можно решить следующими методами. Улучшить энергетику радиолинии можно путем увеличения мощности передатчика или построения пунктов приема информации с антеннами большого диаметра, порядка нескольких десятков метров. Метод имеет ряд недостатков. Увеличение мощности передатчика ведет к увеличению энергопотребления, понижению надежности, увеличению затрат при проектировании космического аппарата. Построение наземных пунктов приема с большими приемными антеннами требует существенных капиталовложений. От этих недостатков свободен второй метод. Улучшить энергетику радиолинии можно путем применения современных схем помехоустойчивого кодирования, что позволяет работать при малых отношениях сигнал/шум, порядка 0-3 дБ. Для реализации данного подхода требуется создание соответствующего наземного демодулятора. При этом на стороне спутника требуется только наличие помехоустойчивого кодера потока данных, реализация которого при использовании современной элементной базы не представляет трудностей. У данного метода есть недостаток. При малом отношении сигнал/шум восстановление синхронизации потока данных является сложной научно-технической задачей. При наличии ошибок синхронизации безошибочный прием данных не возможен.

Предлагаемая диссертационная работа посвящена решению задачи восстановления синхронизации потока данных при малых значениях отношения сигнал/шум. При этом синхронизация восстанавливается без наличия последовательностей, известных приемнику (преамбул).

2. Цель работы

Целью работы является создание высокоскоростного и энергетически высокоэффективного демодулятора принимающего поток данных до 100 Мбит/с при отношении энергии бита к спектральной плотности шума Eb/No порядка 2 - 3 дБ

3. Задачи, решаемые в работе

В настоящее время существуют мощные схемы помехоустойчивого кодирования, позволяющие осуществлять прием данных, при отношении энергии бита к спектральной плотности шума порядка 0 дБ, что является очень важным для дальней космической связи. Как было сказано выше, для восстановления данных необходимо восстановление синхронизации. На данный момент не существует единого мнения по поводу восстановления синхронизации сигнала передаваемого от космических аппаратов. Имеются различные подходы к каждому конкретному случаю. При этом жестко определяются параметры радиолинии: скорость передачи, формат данных, подбираются способы модуляции, кодирования данных, способных улучшить синхронизацию сигнала, закладываются параметры частотной синхронизации, т.к. в космических приложениях частотные сдвиги можно просчитать с высокой точностью. В этом случае демодулятор не может применяться в других приложениях. В диссертационной работе предлагается создание высокоскоростного демодулятора, способного восстанавливать синхронизацию сигнала с четырехфазной модуляцией, без использования последовательностей, известных приемнику (преамбул), декодировать данные с вероятностью битовой ошибки не хуже 10"6 при отношениях Eb/No порядка 2-3 дБ. Для этого требуется решить следующие задачи:

1. Исследование характеристик алгоритмов восстановления тактовой, частотной и фазовой синхронизации при малых значениях отношения сигнал/шум, определение взаимного влияния алгоритмов.

2. Создание методики синхронизации для приема высокоскоростных потоков данных при малых значениях отношения сигнал/шум.

3. Разработка математической модели, описывающей процессы в синхронизаторе с учетом взаимного влияния алгоритмов, производящей оценку влияния параметров синхронизации на вероятность битовой ошибки.

4. Реализация полученных алгоритмов.

5. Разработка методики экспериментальной проверки и определения характеристик демодулятора.

4. Научная новизна

1. Впервые предложена и научно методически обоснована методика восстановления синхронизации высокоскоростного потока данных, порядка 100 Мбит/с, от спутников дальнего космоса;

2. Впервые рассмотрено взаимное влияние схем восстановления синхронизации друг на друга при малых значениях отношения сигнал/шум;

3. Впервые проведена экспериментальная стендовая проверка приема потока данных со скоростью 100 Мбит/с при отношении Eb/No порядка 2 дБ при использовании аппаратуры передачи данных, разработанной для спутника дистанционного зондирования Земли.

5. Практическая ценность работы.

Практическая ценность работы обусловлена тем, что применение предложенного демодулятора позволит более эффективно использовать космические аппараты дальнего и ближнего космоса посредством передачи большего объема информации, при этом не требуется создание дорогостоящих наземных пунктов приема информации. Передача больших объемов информации достигается за счет увеличения скорости передачи данных. Увеличение скорости передачи данных возможно благодаря применению предлагаемого энергетически эффективного демодулятора. Например, демодулятор позволяет обеспечить прием данных со скоростью 100 Мбит/с модуляция ФМ-4 (QPSK) с вероятностью битовой ошибки не более 10"6 от спутника исследования Луны на наземную антенну диаметром 7 метров в X-диапазоне (8050 - 8450 МГц) при передающей спутниковой антенне диаметром 1 метр и мощности передатчика 10 Вт. Представим бюджет канала связи для спутника исследования Луны

Таблица 1. Бюджет канала связи для спутника исследования Луны

Параметр Значение Значение в дБ

Переданная мощность, Вт 10 10

Диаметр передающей антенны, м 1,0

Коэффициент усиления передающей антенны, дБ1 36,8

Скорость передачи информации, Мсимв/с 50 76,98

Потери в свободном пространстве, км 400000 222

Поляризационные потери, дБ 1

Потери в атмосфере, дБ 0,2

Потери в дожде, дБ 1

Потери из-за ошибок наведения, дБ 0,9

Диаметр принимающей антенны, м 7

Коэффициент усиления принимающей антенны, дБ 53,6

Шумовая температура системы, К3 170

Принятая мощность Pnp„/No, дБ 82,1

Eb/No, дБ 5,2

Eb/No)nop, дБ 2,2

Запас, дБ 3

Следовательно, полученные в данной диссертационной работе результаты могут быть положены в основу разработки демодуляторов для высокоскоростного приема данных от спутников как дальнего, так и ближнего космоса.

1 Бюджет приведен для частоты передачи 8100 МГц

2 Модуляция ФМ-4; скорость помехоустойчивого кода 1/2

3 Шумовая температура 170 К является очень большой и взята с запасом. В настоящее время существуют антенны с шумовой температурой порядка 60 К

6. Апробация работы и публикации

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на XLVII на ежегодной научной конференции в Московском физико-техническом институте, на XVII научно-технической конференции молодых ученых и специалистов в РКК «Энергия» им. С.П. Королева, на 7-м международном форуме «Высокие технологии XXI века», на XXXIII международной конференции IV международной конференции молодых ученых и специалистов «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе IT + S&E06» (Украина 2006), на научно-технической конференции ФГУП «РНИИ КП», посвященной 60-летию предприятия. По теме диссертационной работы имеется 7 публикаций [1-7].

7. Положения, выносимые на защиту

1. Математическая модель радиоэлектронного тракта применительно к задачам моделирования процессов, протекающих в синхронизаторе.

2. Методика восстановления тактовой синхронизации высокоскоростного потока при малом значении отношения сигнал/шум (МОСШ).

3. Методика восстановления частотной синхронизации высокоскоростного потока при МОСШ.

4. Методика восстановления фазовой синхронизации высокоскоростного потока при МОСШ.

5. Результаты экспериментальной проверки приема данных.

8. Краткое содержание работы

Во введении сформулированы основные цели и задачи диссертации, представлена актуальность данных исследований и научная новизна, перечислены защищаемые положения и кратко изложено содержание всех глав.

В первой главе приведен обзор литературы. В обзоре литературы рассматриваются проблематика приема данных при малых отношениях сигнал/шум в канале с гауссовым шумом. Рассмотрены различные аспекты проектирования демодуляторов.

Показано, что применение турбо кодов позволяет принимать данные при отношении энергии бита к спектральной плотности шума Eb/No 0 - 1.5 дБ.

Определена структура демодулятора. Аналоговая часть демодулятора выполняет низкочастотную фильтрацию, оцифровку данных. Цифровая часть выполняет согласованную фильтрацию, восстановление синхронизации потока данных, детектирование и декодирование последовательности данных. Рассмотрены алгоритмы восстановления синхронизации. Основное внимание уделено алгоритмам, применяемым для непрерывной передачи данных без использования последовательностей известных приемнику (преамбул). В работе рассматриваются алгоритмы восстановления тактовой, частотной и фазовой синхронизации.

Выбраны алгоритмы восстановления синхронизации. Для восстановления тактовой синхронизации претендуют два алгоритма: алгоритм Гарднера и алгоритм «Ранний - Поздний». Алгоритмы имеют схожие характеристики, но анализ литературы не позволяет определить оптимальный алгоритм для работы при малых отношениях сигнал/шум. Для выбора оптимального алгоритма требуется дальнейшее более детальное исследование. Для восстановления частотной синхронизации выбран алгоритм Райфа - Бурстина, для восстановления фазовой - алгоритм Витерби - Витерби.

Проведенный обзор литературы позволил определить основные направления исследований при проведении математического моделирования:

1. оценка и сравнение характеристик алгоритмов восстановления тактовой синхронизации Гарднера (Gardner) и «Ранний - Поздний» (Early - Late algorithm), выбор оптимального из них. Оценка влияния некомпенсированного частотного и фазового сдвига, оценка параметров схемы восстановления тактовой синхронизации, моделирование передачи данных при восстановленной тактовой синхронизации с целью оценки потерь на реализацию алгоритма тактовой синхронизации.

2. оценка характеристик алгоритма восстановления частотной синхронизации Райфа - Бурстина (Rife - Boorstyn) при восстановленной тактовой синхронизации. Оценка влияния фазового сдвига. Оценка параметров схемы частотной синхронизации.

3. оценка характеристик алгоритма восстановления фазовой синхронизации Витерби - Витерби (Viterbi - Viterbi) при восстановленных тактовой и частотной синхронизации. Оценка параметров схемы фазовой синхронизации.

4. выбор параметров турбо декодера

5. оценка характеристик демодулятора при восстановленной синхронизации, оценка потерь на реализацию, оценка параметров схем.

Во второй главе приводятся результаты проведенного математического моделирования демодулятора. Целью моделирования является определение параметров и характеристик демодулятора при заданных параметрах канала.

Выбираются параметры турбо кода. Параметрами турбо кода являются скорость кода, длина блока кода и количество итераций турбо декодирования. Выбор параметров производился для турбо кодов рекомендованных CCSDS (The Consultative Committee for Space Data Systems) [62]. Результаты моделирования показали, что турбо код со скоростью 1/2, длиной блока 8920 имеет оптимальные характеристики для реализации с точки зрения пропускной способности и выигрыша кодирования данных. Вероятность битовой ошибки 10"6 для данных параметров достигается при отношении Eb/No = 1,1 дБ.

Результаты моделирования определили параметры синхронизатора и демодулятора:

• для восстановления тактовой синхронизации без использования преамбул выбран алгоритм Гарднера. Сходимость алгоритма составляет порядка 5000 символов;

• для восстановления частотной синхронизации по алгоритму Райфа -Бурстина при отношении Eb/No < 2 дБ требуется размер блока БПФ не менее 8192;

• для восстановления фазовой синхронизации по алгоритму Витерби -Витерби выбран размер блока наблюдаемой последовательности равный 500 символов;

• при скорости турбо кода 1/2 и длине блока 8920 символов вероятность битовой ошибки 10"6 достигается при отношении Eb/No = 2 дБ;

• потери на реализацию составили 0.9 дБ.

В третьей главе изложены подходы к реализации и тестированию демодулятора. При приеме целевой информации от спутников дальнего космоса или спутников дистанционного зондирования Земли демодуляторам не предъявляется требование к отображению информации в реальном времени. Ввиду этого, демодулятор выполнен аппаратно-программным способом. Аппаратная часть выполняет низкочастотную фильтрацию, оцифровку данных, запись оцифрованной последовательности на жесткий диск. Программная часть восстанавливает синхронизацию, выполняет детектирование и декодирование данных. Программная реализация синхронизатора и декодера позволяет улучшить характеристики демодулятора, поскольку все вычисления выполняются над операндами с плавающей точкой, и, кроме того, повысить гибкость, т.к. можно легко изменять параметры схем. В дальнейшем, при необходимости приема данных в реальном масштабе времени, планируется реализовать демодулятор на программируемой логической интегральной схеме (ПЛИС).

Для тестирования демодулятора был создан стенд. Стенд состоит из передающего устройства, генератора шума, сумматора, анализатора спектра и собственно демодулятора. В качестве передающего устройства использовался технологический образец передатчика для космического аппарата «Бауманец» со следующими характеристиками:

• частотный диапазон X (8050 - 8450 МГц);

• модуляция ФМ-4 (QPSK), коэффициент скругления 0.35 (roll-off factor);

• скорость передачи данных 1- 60 Мсимв/с;

• мощность выходного сигнала -40 .36 дБм (10'4. 4 Вт);

• помехоустойчивое кодирование: турбо кодирование, либо сверточное кодирование при внешнем кодировании Рида - Соломона.

В качестве основного результата на рисунке приведены графики зависимости вероятности битовой ошибки от отношения энергии бита к спектральной плотности шума. Для оценки потерь при реализации демодулятора приведена характеристика турбо кода при идеальной синхронизации и результат моделирования. Потери на реализацию составили порядка 1.1 дБ.

В заключении приводятся основные выводы и результаты диссертационной работы.

9. Благодарности

Автору хотелось бы выразить благодарность и искреннюю признательность научному руководителю доктору технических наук, профессору Романову Алексею Александровичу за неоценимую оказанную помощь, постоянное внимание, ценные замечания во время работы над диссертацией. Автор выражает отдельную благодарность генеральному директору ЗАО НПП «САЙТ» Сафронову Дмитрию Николаевичу за финансовую поддержку и обеспечение комфортных условий работы. Автор выражает особую признательность заместителю директора по науке ЗАО НПП «САЙТ» Кузьменко Андрею Александровичу за неоценимую помощь, советы и замечания во время работы над диссертационной работой. Автор выражает большую благодарность всему коллективу ЗАО НПП «САЙТ» за понимание и поддержку.

Результаты работы могут быть использованы предприятиями, разрабатывающие пункты приема информации от космических аппаратов.

В заключение подведем итог и приведем основные полученные выводы и результаты диссертационной работы.

В диссертационной работе были получены следующие результаты:

1. Разработана математическая модель радиоэлектронного тракта применительно к задачам моделирования процессов, протекающих в схемах синхронизации (рис 2.9).

2. Разработана методика восстановления синхронизации высокоскоростного потока данных, основанная на алгоритмах Гарднера, Райфа-Бурстина, Витерби-Витерби. Проведенные исследования показали, что алгоритм восстановления тактовой синхронизации Гарднера имеет более высокую точность оценки временного сдвига, чем алгоритм «Ранний -Поздний», полученный по критерию максимального правдоподобия, при малых значениях отношения сигнал/шум (рис. 2.11). Наличие некомпенсированного частотного сдвига незначительно ухудшает характеристику алгоритма Гарднера, оцененную по критерию среднеквадратичной ошибки (рис. 2.12). Сходимость алгоритма Гарднера составляет порядка 5000 символов (рис. 2.13), при передаче данных со скоростью 50 Мсимв/с время сходимости составляет 100 мкс. Потери на реализацию алгоритма Гарднера составили 0,7 дБ (рис, 2.14). Для восстановления частотной синхронизации выбран алгоритм Райфа -Бурстина. Алгоритм восстанавливает частотную синхронизацию с высокой точностью. Нормированный остаточный частотный сдвиг составляет порядка fdT = 10"5 - 10"6 от символьной частоты, где fd - остаточный частотный сдвиг, Т - период символа (рис. 2.15). Порядок ошибки зависит от размера блока БПФ. Для восстановления фазовой синхронизации выбран алгоритм Витерби - Витерби. Критичным моментом для восстановления фазовой синхронизации является остаточный частотный сдвиг. При выборе размера блока БПФ 8192 символа схемы восстановления частотной синхронизации нормированный остаточный частотный сдвиг будет составлять порядка 10"5 от символьной частоты. При выборе размера блока усредняемой последовательности фазовой синхронизации равным 500 символов, дисперсия ошибки фазы будет составлять порядка 3*10"3 рад2, что составляет на выходе схемы восстановления фазовой синхронизации дисперсию ошибки фазы не более 3°(рис. 2.17). При данном значении дисперсии ошибки фазы, характеристики турбо кода ухудшаются незначительно, порядка 0.1 дБ. Путем моделирования выбраны параметры турбо кода: скорость кода 1/2, длина блока 8920 бит, количество итераций декодирования 6. Проведено моделирование передачи данных через спутниковый канал (рис. 2.18). Результаты моделирования показали, что при вероятность ошибки 10"6 достигается при отношении энергии бита к спектральной плотности шума Eb/No = 2 дБ. Таким образом, потери на реализацию составили 0,9 дБ.

3. На основе результатов моделирования был реализован тестовый образец демодулятора аппаратно программным способом. Аппаратная часть выполняет низкочастотную фильтрацию, оцифровку данных, сохранение оцифрованной последовательности на жестком диске. Программная часть выполняет обработку сигнала: выполняет согласованную фильтрацию, восстанавливает синхронизацию, декодирует данные турбо декодером. Аппаратно программная реализация выбрана с целью уменьшить потери на реализацию, путем выполнения математических операций с плавающей точкой, сократить сроки разработки демодулятора.

4. Разработан стенд для проведения практического эксперимента. В качестве передающего устройства использован технологический образец бортовой радиолинии передачи информации космического аппарата дистанционного зондирования Земли «Бауманец», разработанного при непосредственном участии автора. Результаты стендовой проверки подтвердили прием данных со скоростью 100 Мбит/с при отношении Eb/No =

2.2 дБ с вероятностью битовой ошибки 10"6 (рис. 3.3). Таким образом, потери на реализацию составили 0.2 дБ.

5. Результаты диссертационной работы внедрены в процессе разработки и проектирования приемо-передающей системы космического аппарата «Бауманец» в ЗАО НПП «САЙТ», что подтверждено актом внедрения.

В диссертационной работе представлено решение по улучшению энергетики космических радиолиний, путем применения демодулятора, реализованного в ходе диссертационной работы. Применение демодулятора позволит улучшить следующие параметры радиолиний, при условии применения схем помехоустойчивого кодирования, описанных в диссертационной работе, на космических аппаратах:

1. Увеличение скорости передачи данных;

2. Уменьшение мощности передающих устройств;

3. Прием данных на антенны малых диаметров.

Конкретные значения параметров не приводятся, поскольку зависят от требований, предъявляемых к спутниковой системе. Перечисленные параметры радиолиний позволят улучшить следующие параметры спутниковых систем:

1. увеличить эффективность использования спутников, по средством передачи больших объемов информации;

2. повышение надежности и уменьшение стоимости космического аппарата за счет снижения потребления мощности, поскольку бортовые радиолинии являются одним из основных потребителей мощности, КПД современных передатчиков составляет порядка 10 - 20%;

3. увеличение наземной инфраструктуры, путем создания пунктов приема информации с относительно недорогими приемными антеннами. В свою очередь это ведет к оперативности получения информации заказчиком, и опять же к увеличению объема передаваемой информации, за счет более частого «сброса» информации с космического аппарата. Этот пункт более применим к низкоорбитальным спутникам.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в центральной научной печати [1 - 7] и доложены на международных научно технических и отраслевых конференциях.

1. Круглик Е.А. Алгоритмы синхронизации высокоскоростных потоков данных при низких отношениях сигнал-шум. // Материалы 7-го международного форума «Высокие технологии XX1.века» (Москва, 24 - 27 апреля 2006 г.) / Москва, 2006 г., с.277 - 278

2. Круглик Е.А., Кузьменко А.А., Сафронов Д.Н. Тактовая синхронизация высокоскоростного потока при малом значении сигнал-шум. // Техника и технология, 2006, №5, с. 23 30

3. Круглик Е.А., Кузьменко А.А., Сафронов Д.Н., Стругов С.А. Фазовая и частотная синхронизации высокоскоростного потока при малом значении отношения сигнал-шум. // Естественные и технические науки, 2006, №5 с. 177-181

4. Стругов С.А., Татарников А.В., Круглик Е.А., Юрова С.А. Модульный подход к построению тестирующего комплекса для цифровой аппаратуры бортового ретранслятора космического аппарата. // Естественные и технические науки, 2006, №5 с. 153 157

5. Стругов С.А., Татарников А.В., Круглик Е.А., Юрова С.А. Применение SCADA систем для тестирования и отладки цифровых управляющих систем спутниковой связи // Естественные и технические науки, 2006, №5 с. 182 — 183

6. Витерби А. Д., Омура Дж. К. Принципы цифровой связи и кодирования. // М.: Радио и связь, 1982. — 536 с.

7. Кларк Дж., мл., КейнДж. Кодирование с исправлением ошибок в системах цифровой связи: // Пер. с англ. — М.: Радио и связь, 1987

8. Прокис Дж. Цифровая связь. Пер. с англ. / Под ред. Д. Д. Кловского. — М.: Радио и связь, 2000

9. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. // Изд. 2-е, испр.: Пер. с англ. М.: Издательский дом "Вильяме", 2003

10. Benedett S. et. al., Soft Output Decoding Algorithm in Iterative Decoding of Turbo Codes, // TDA Progress Report 42 124, Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California, February, 15, 1996, pp 63 - 87

11. C. Berrou, A. Glavieux, and P. Thitimajshima, Near Shannon limit error-correcting coding and decoding. // Proc. Int. Communications Conf. (ICC'93), Geneve, Switzerland, May 1993, pp. 1064-1070.

12. C. Berrou, A. Glavieux, Near Optimum Error Correcting Coding and Decoding: Turbo Codes. // IEEE Trans. On Information Theory, vol. 42, n. 2, March, 1996, pp. 429 445

13. CCSDS 231.0-B-l. TC Synchronization and Channel Coding, // Blue Book. Issue 1. September 2003

14. CCSDS 131.0-B-l TM Synchronization and Channel Coding, // Blue Book. Issue 1. September 2003

15. Clarkson V., Efficient Single Frequency Estimators, // The International Symposium on Signal Processing and its Applications, pp. 327-330, Gold Coast, 1992.

16. Cowley W. G., Performance of Two Symbol Timing Recovery Algorithms for PSK Demodulators, // IEEE Trans. Commun., COM 42, 2345 - 2355, June 1994.

17. Curry S. J., Selection of Convolutional Codes Having Large Free Distance, // Ph. D. dissertation, University of California, Los Angeles, 1971

18. D'Andrea A. N. and Luise M., Optimization of Symbol Timing Recovery for QAM Data Demodulators, // IEEE Trans. Commun., COM 44, 399 - 406, March 1996

19. D'Andrea A. N. and Luise M., Design and Analysis of Jitter-Free Clock Recovery Scheme for QAM Systems, // IEEE Trans. Commun., COM 41, 1296 -1299, Sept. 1993

20. Divsalar and McElience, Effictive Free Distance of Turbo Codes, // Electronic Letters, vol. 23, n. 5, February, 29, 1996, pp. 445 446

21. Divsalar D. and Pollara F, On Design of Turbo Codes, // TDA Progress Report 42 123, Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California, November, 15, 1995, pp 99-121

22. Divsalar D. and Pollara F., Turbo Codes for Deep Space Communications, // TDA Progress Report 42 - 123, Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California, November, 15,1995, pp 29 - 39

23. Dolinar S. and Divsalar D., Weight Distribution for Turbo Codes Using Random and Nonrandom Permutations, // TDA Progress Report 42 122, Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California, August, 15, 1995, pp. 56 - 65

24. Fano R.M., A Heuristic Discussion of Probabilistic Decoding, // IRE Trans. Inf. Theory, vol IT9. n.2, 1963, pp 64 74

25. Gallager R. G., Low-Density Parity-Check Codes. Cambridge, // MA: MIT Press, 1963

26. Gardner F. M ., A BPSK/QPSK timing-error detector for sampled receivers, // IEEE Trans. Commun., vol. COM-34, pp. 423-429, May 1986

27. Gardner F.M., Phaselock Techniques, // 2nd Edition, Wiley, New York, 1979

28. Kay S. M., A fast and accurate single frequency estimator, // IEEE Trans. Acoust., Speech, Signal Processing, vol. 37, pp. 1987-1990, Dec. 1989.

29. Lank G. W., Reed I. S. and Pollon G. E., A semicoherent detection and doppler estimation statistic, // IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. AES-9, pp. 151-165, Mar. 1973.

30. Lindsey W.C., Synchronization Systems in Communication, // Prentice-Hall Englewood Cliffs, N.J. 1972

31. Lindsey W.C. and Simon M.K., Telecommunication Systems Engineering, // Prentice-Hall Englewood Cliffs, N.J. 1973

32. Lovell В. C., Kootsookos P. J., and Williamson R. C., The circular nature of discrete-time frequency estimators, // in Proc. ICASSP, 1991.

33. Luby M., Mitzenmacher M., Shokrollahi A. and Spielman D., Analysis of low density codes and improved designs using irregular graphs,// in Proc. 30th Annu. ACM Symp. Theory of Computing, 1998, pp. 249-258.

34. Mengali U. and D'Andrea A., Synchronization Techiques for Digital Receveivers, // Plenum Press, NY, 1997;

35. Meyr H., Moeneclaey M., Fechtel S. A., Digital Communication Receivers, // New York: Wiley, 1998;

36. Mielczarek Bartosz and Svensson Arne, Joint synchronisation and decoding of turbo codes on AWGN channels, // in IEEE Vehicular Technology Conference, 1999, vol. l,pp. 1886-1890.

37. Moeneclaey, Marc, and Geert de Jonghe, ML-Oriented NDA Carrier Synchronization for General Rotationally Symmetric Signal Constellations, // IEEE Transactions on Communications, Vol. 42, No. 8, Aug. 1994, pp. 2531-2533

38. Moeneclaey M., A Fundamental Lower Bound on the Performance of Joint Carrier and Bit Synchronizers, // IEEE Trans. Commun., vol. COM 32, pp 1007 -1012, Sept. 1984.

39. Oerder M. and Meyr H., Digital Filter and Square Timing Recovery, // IEEE Trans. Commun, vol. COM-36, pp. 605 612, May 1988

40. Oerder M. and Meyr H., Derivation of Gardner's Timing-Error Detector from the ML principle, // IEEE Transactions on Communications, Vol. COM-35, No. 6, June 1987, pp. 684-685.

41. Odenwalder J. P., Optimal Decoding of Convolution Codes, // Ph. D. dissertation, University of California, Los Angeles, 1970

42. Pietrobon S, Implementation and Performance of a Turbo/MAP Decoder, // Int'l. J. Satellite Commun., vol. 16, January February, 1998, pp. 23 - 46

43. Proakis J.G. and Manolakis D.G., Digital Signal Processing: Principles, Algorithms, and Applications, // 3rd ed. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1996

44. Reed Solomon Codes and Their Applications, // ed. Wicker S. B. and Bhargava V.K. IEEE Press, Piscataway, New Jersey, 1983

45. Richardson T. and Urbanke R., Efficient encoding of low-densityparity-check codes, // IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 47, pp. 638-656, Feb. 2000.

46. Richardson T. and Urbanke R., The capacity of low-density paritycheck codes under message-passing decoding, // IEEE Trans. Inform. Theory, vol. 47, pp. 599— 618, Feb. 2000.

47. Richardson Thomas J., Shokrollahi M.A., Urbanke L., Design of Capacity-Approaching Irregular Low-Density Parity-Check Codes, // IEEE Transaction on Information Theory, vol. 47, No 2, February 2001, pp 619 637

48. Rife D. C. and Boorstyn R. R., Single tone parameter estimation from discrete-time observations, // IEEE Trans. Inform. Theory, vol . IT-20, pp. 591598, Sept. 1974;

49. Shokrollahi A., LDPC codes: An introduction, // Digital Fountain, Inc., Fremont, CA, April 2003, Online], Avaliable: http://algo.epfl.ch/pubs/abstract.php?db=pubsldpc.txt&v=ldpcintro.pdf

50. Tanner M., A recursive approach to low complexity codes, // IEEE Trans. Inform. Theory, vol. IT-27, pp. 533-547, Sept. 1981.

51. Tretter S. A., Estimating the frequency of a noisy sinusoid by linear regression, // IEEE Trans. Inform. Theory, vol. IT—31, pp. 832-835, Nov. 1985.

52. Viterbi A. J. and Viterbi A. M., Nonlinear estimation of PSK-modulated carrier phase with application to burst digital transmission, // IEEE Trans. Inform. Theory, vol. IT-29, pp. 543-551, July 1983.

53. Viterbi A.J., Principles of Coherent Communication, // McGraw-Hill, New York 1966

54. Viterbi A., Convolutional Codes and Their Performance in Communication Systems, // IEEE Trans. Commun. Technol., vol. COM19, n. 5, October, 1971, pp 751-772

55. Viterbi A. J., Error Bounds for Convolutional Codes and an Asymptotically Optimum Decoding Algorithm, // IEEE Trans. Inf. Theory, vol. IT13, April, 1967, pp.260 269

56. Voider J., The CORDIC Trigonometric Computing Technique, // IRE Trans. Electronic Computing, Vol. EC-8, Sept. 1959, pp330-334

57. Wangrok Oh and Kyungwhoon Cheun, Joint decoding and carrier phase recovery algorithm for turbo codes, // IEEE Communications Letters, vol. 5, no. 9, pp. 375-377, 2001.

58. Zhang L., Synchronisation Techniques for High Efficiency Coded Wireless Systems, // Ph. D. thesis, Communications Research Group Department of Electronics, University of York, 200362. www.ccsds.org63. http://lunar.gsfc.nasa.gov/64. www.xilinx.com

59. Первый заместитель Генерального директора