Robuste Trägerphasensynchronisation für stark gestörte QAM-Signale
Seiten
2005
|
1., Aufl.
Shaker (Verlag)
978-3-8322-4385-2 (ISBN)
Shaker (Verlag)
978-3-8322-4385-2 (ISBN)
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Die Synchronisation eines Empfangssignals ist Grundvoraussetzung für einen effizienten Betrieb einer Übertragungsstrecke und stellt Systementwickler und -designer durch den Einsatz bei immer niedrigeren Signal- zu Störleistungsverhältnissen vor ständig neue Herausforderungen. Insbesondere die Schätzung der Trägerphase gestaltet sich in diesem Kontext als schwierig, kann aber im ungünstigsten Fall bei nicht ausreichender Güte das gesamte Übertragungssystem trotz effizienter Kodierung unbrauchbar machen.
In dem vorliegenden Werk wird daher eine Analyse bestehender und der Entwurf verschiedener neuer zeitdiskreter Trägerphasensynchronisationsalgorithmen vorgenommen und nach Wegen zur Performance-Verbesserung gesucht. Im Gegensatz zu dem Großteil verfügbarer Literaturwerke wird dabei nicht auf niederstufige PSK-Systeme (BPSK, QPSK) aufgesetzt, welche zwar eine einfache Berechnung von Performance-Größen ermöglichen, den gestiegenen Anforderungen an Übertragungsraten jedoch immer weniger gerecht werden. Alle Untersuchungen und Berechnungen werden vielmehr anhand einer höherstufigen Quadraturamplitudenmodulation durchgeführt, welche aufgrund der hohen spektralen Effizienz auch in modernen Anwendungen wie beispielsweise DAB/DVB zum Einsatz kommt. Trotz schwierigerer Handhabe liegt der Fokus hierbei auf geringen Signal- zu Störleistungsverhältnissen, da diese nicht zuletzt aufgrund der steigenden Dienstevielfalt, der immer höheren Datenraten und der Verfügbarkeit leistungsfähiger Kanalkodierung zunehmend vorzufinden sind.
Für eine umfassende Analyse von verschiedenen Phasenschätzalgorithmen, welche neben der eigentlichen Performance auch Aussagen über geeignete Anwendungsfelder trifft, ist eine Einteilung in verschiedene Schätzerklassen notwendig. So werden in der Analyse sowohl rückkopplungsfreie Feedforward-, wie auch üblicherweise als PLL realisierte Feedback- Schätzern betrachtet.
Als Beurteilungskriterien von Schätzern dienen zunächst Erwartungstreue und Schätzvarianz. Hierbei wird als theoretisch erreichbare Referenz die wahre Cramér-Rao-Bound verwendet, da sich diese bei starken Störungen von der üblicherweise verwendeten, einfacheren modifizierten Cramér-Rao-Bound erheblich unterscheidet und letztere somit nur eine geringe Aussagekraft besitzt. Die Leistungsfähigkeit bzw. -grenzen beliebter Algorithmen wie beispielsweise 4 th -Power-Schätzer und Costas Loop werden aufgezeigt.
Die praktische Relevanz der Arbeit wird ferner dadurch erhöht, dass neben diesen Kriterien auch weitere Aspekte untersucht werden, welche für den Einsatz eines Übertragungssystems von Bedeutung sind: das Verhalten der Schätzphase im Übergang zu einem stationären Zustand wird ebenso analysiert wie der Schätzverlauf bei Auftreten eines Frequenzsprungs. Auch der Einfluss von Oszillatorrauschen auf die geschätzte Trägerphase wird analysiert und in Relation zum Einfluss des Kanalrauschens gesetzt.
Als zwingende Folgerung der durchgeführten Performance-Analyse werden schließlich die positiven Effekte einer Einstreuung von Redundanzsymbolen in den Datenstrom und deren Verwendung ausführlich betrachtet. Es wird aufgezeigt, dass im Vergleich zu üblichen Coderaten bereits geringste Mengen an Redundanzsymbolen ausreichen, um bei entsprechender Auswertung auch unter praktischen Aspekten auf einfache Weise einen erheblichen Performance-Gewinn zu erzielen und zu einer sehr effizienten Erhöhung der Robustheit der Synchronisationseinheit zu führen.
In dem vorliegenden Werk wird daher eine Analyse bestehender und der Entwurf verschiedener neuer zeitdiskreter Trägerphasensynchronisationsalgorithmen vorgenommen und nach Wegen zur Performance-Verbesserung gesucht. Im Gegensatz zu dem Großteil verfügbarer Literaturwerke wird dabei nicht auf niederstufige PSK-Systeme (BPSK, QPSK) aufgesetzt, welche zwar eine einfache Berechnung von Performance-Größen ermöglichen, den gestiegenen Anforderungen an Übertragungsraten jedoch immer weniger gerecht werden. Alle Untersuchungen und Berechnungen werden vielmehr anhand einer höherstufigen Quadraturamplitudenmodulation durchgeführt, welche aufgrund der hohen spektralen Effizienz auch in modernen Anwendungen wie beispielsweise DAB/DVB zum Einsatz kommt. Trotz schwierigerer Handhabe liegt der Fokus hierbei auf geringen Signal- zu Störleistungsverhältnissen, da diese nicht zuletzt aufgrund der steigenden Dienstevielfalt, der immer höheren Datenraten und der Verfügbarkeit leistungsfähiger Kanalkodierung zunehmend vorzufinden sind.
Für eine umfassende Analyse von verschiedenen Phasenschätzalgorithmen, welche neben der eigentlichen Performance auch Aussagen über geeignete Anwendungsfelder trifft, ist eine Einteilung in verschiedene Schätzerklassen notwendig. So werden in der Analyse sowohl rückkopplungsfreie Feedforward-, wie auch üblicherweise als PLL realisierte Feedback- Schätzern betrachtet.
Als Beurteilungskriterien von Schätzern dienen zunächst Erwartungstreue und Schätzvarianz. Hierbei wird als theoretisch erreichbare Referenz die wahre Cramér-Rao-Bound verwendet, da sich diese bei starken Störungen von der üblicherweise verwendeten, einfacheren modifizierten Cramér-Rao-Bound erheblich unterscheidet und letztere somit nur eine geringe Aussagekraft besitzt. Die Leistungsfähigkeit bzw. -grenzen beliebter Algorithmen wie beispielsweise 4 th -Power-Schätzer und Costas Loop werden aufgezeigt.
Die praktische Relevanz der Arbeit wird ferner dadurch erhöht, dass neben diesen Kriterien auch weitere Aspekte untersucht werden, welche für den Einsatz eines Übertragungssystems von Bedeutung sind: das Verhalten der Schätzphase im Übergang zu einem stationären Zustand wird ebenso analysiert wie der Schätzverlauf bei Auftreten eines Frequenzsprungs. Auch der Einfluss von Oszillatorrauschen auf die geschätzte Trägerphase wird analysiert und in Relation zum Einfluss des Kanalrauschens gesetzt.
Als zwingende Folgerung der durchgeführten Performance-Analyse werden schließlich die positiven Effekte einer Einstreuung von Redundanzsymbolen in den Datenstrom und deren Verwendung ausführlich betrachtet. Es wird aufgezeigt, dass im Vergleich zu üblichen Coderaten bereits geringste Mengen an Redundanzsymbolen ausreichen, um bei entsprechender Auswertung auch unter praktischen Aspekten auf einfache Weise einen erheblichen Performance-Gewinn zu erzielen und zu einer sehr effizienten Erhöhung der Robustheit der Synchronisationseinheit zu führen.
| Reihe/Serie | Berichte aus der Kommunikationstechnik |
|---|---|
| Sprache | deutsch |
| Maße | 148 x 210 mm |
| Gewicht | 387 g |
| Einbandart | Paperback |
| Themenwelt | Technik ► Elektrotechnik / Energietechnik |
| Schlagworte | Digitalempfänger • HC/Technik/Elektronik, Elektrotechnik, Nachrichtentechnik • Pilotsymbole • pll • Störungen • Synchronisation |
| ISBN-10 | 3-8322-4385-2 / 3832243852 |
| ISBN-13 | 978-3-8322-4385-2 / 9783832243852 |
| Zustand | Neuware |
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