|
Abstract:
|
Synkronointi on yksi vastaanottimen tärkeimmistä toiminnoista digitaalisessa siirtojärjestelnässä. Synkronoinnin tehtävänä on etsiä oikea näytteenottohetki vastaanotetusta signaalista ja korjata kanavassa ja paikallisoskillaattoreissa syntyneet kantoaallon vaihe- ja taajuusvirheet. Tässä työssä esitellään synkronointiin liittyvä perusteoria ja käydään läpi erilaisia menetelmiä, joilla taajuus- ja vaihevirheet voidaan minimoida. Käytettävä synkronointimenetelmä riippuu paljolti esimerkiksi modulaatiomenetelmästä, koodauksesta ja kanavasta. Menetelmänvalintaan vaikuttavat mm. synkronoinnin konvergointinopeus, kyky lukittua oikealle taajuudelle, vaihe-estimoinnin tarkkuus ja itse järjestelmän aiheuttama kohina. Pääpaino työssä on digitaalisissa kantoaaltosynkronointimenetelmissä, koska ne takaavat paremman laadun kuin analogiset synkronointijärjestelmät. Tavoitteena on kehittää ns.täysdigitaalinen vastaanotin, jossa lähes kaikki toiminnot on toteutettu digitaalitekniikalla. Vaihe ja taajuusilmaisimet ovat menetelmiä, jotka ilmaisevat kantoaallon vaiheen ja taajuuden, tai ne antavat vaihe- ja taajuusvirheeseen verrannollisen signaalin. Taajuuden korjaus tehdään aina ennen vaiheenilmaisua ja sitä käytetään synkronoinnin alustamiseen. Vaiheilmaisinta käytetään myös synkronoinnin alustamiseen, mutta pääasiallinen käyttö on pienten vaihevaihtelujen seuraaminen. Työssä esitellään menetelmiä, jotka perustuvat ML(Maximum Likelihood) kriteeriin, neliövirheen minimointiin(MMSE, Minimum Mean Square Error) ja erilaisiin suodatinjärjestelmiin. Vaihelukitut silmukat (PLL, PhaseLocked Loops) ovat eniten käytettyjä synkronointijärjestelmiä. Ne koostuvat vaihe-ja taajuusilmaisimesta, takaisinkytkentäsuodattimesta ja jänniteohjatusta oskillaattorista (VCO, Voltage control oscillator). Työssä käsitellään perinteisten analogisten vaihelukittujen silmukoiden lisäksi digitaalisia menetelmiä. Lisäksi esitellään menetelmiä, joiden takaisinkytkentäsuodattimen parametreja muutetaan adaptiivisesti, mikä takaa paremman lopputuloksen. Erilaisia aikainvariantteja kanavamalleja, kuten häipymistä ja Doppler siirtymää, esitellään lyhyesti. Tämän jälkeen käydään läpi kaksi Kalman-suodattimeen perustuvaa menetelmää, joilla voidaan esimerkiksi estimoida kanavan impulssivastetta ja paikallisoskillaattoreiden epästabiiliutta. Kanavan vaikutusta ajatellaan signaalilla, jonka syntymistä mallinnetaan tilayhtälöllä. Tämä signaali vaikuttaa hyötysignaaliin kertojaoperaattorin välityksellä. Kalman-suodattimella pyritään estimoimaan tätä kanavan tilayhtälöä. Ortogonaalinen taajuusjakomultipleksointi(OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing) on monikantoaaltomodulaatiomenetelmä, joka on sopiva maanpäälliseen digitaalisiin televisio- ja radiojärjestelmiin. Se takaa hyvät ominaisuudet kanavassa, jossa on monitie-etenemistä. Taajuuden estimointi on huomattavasti kriittisempää ja vaikeampaa kuin yksikantoaaltomodulaatiossa. Tässä työssä esitellään erilliseen kantoaaltoon (Pilot signal)ja ML-kriteeriin perustuvia kantoaaltosynkronointimenetelmiä OFDM-järjestelmiin. Tässä työssä on kehitetty MATLAB-ohjelmistolla simulointimalleja muutamille tärkeimmistä synkronointimenetelmistä ja tutkittu näiden menetelmien suorituskykyä ja ominaisuuksia erilaisissa olosuhteissa. Lopuksi vertaillaan lyhyesti työssä esiteltyjä menetelmiä taulukkomuodossa. /Kir10 |