ARTM 시스템을 위한 복조기 검파 알고리즘과 위상 및 심볼 타이밍 동기화 기법
Detection Algorithm, Phase and Symbol Timing Synchronization for ARTM System
- 주제(키워드) Advanced Range Telemetry
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 윤원식
- 발행년도 2016
- 학위수여년월 2016. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 전자공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000022712
- 본문언어 영어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
이 논문에서는 ARTM 복조기 연구를 수행하였다. ARTM 신호가 항공분야 텔레메트리에서 주요한 기술로 사용되었지만, 이와 관련된 복조기 구현 연구 결과는 거의 없다. 본 연구에서는 PCM/FM, multi-h CPM, 그리고 unfiltered FQPSK와 같은 세 개의 복조기를 구현하였다. 일반적으로, 복조기에서 필수적인 요소는 다음과 같다: 1)데이터 시퀀스 검파(data sequence detection), 2) 위상 동기화(phase synchronization), and 3)심볼 타이밍 동기화(symbol timing synchronization). PCM/FM 복조기와 multi-h CPM 복조기에서 데이터 시퀀스 검출은 최대 우도 검파(maximum likelihood detection) 방법으로 설계되었고, 위상 및 심볼 타이밍 동기화는 로그 우도 함수(log-likelihood function)의 위상에 대한 미분을 통해 구현하였다. 그러나 이러한 복조기는 상당한 하드웨어 복잡도가 요구된다. 따라서, 본 연구에서는 검파기에 두 가지의 복잡도 감소 기법을 적용하였다. 다음으로, unfiltered FQPSK 복조기의 데이터 시퀀스 검파는 적분-덤프(I&D) 방법으로 구현하였다. 그리고 위상 동기화는 최대 우도(maximum likelihood)를 기반으로 구현하였고, 심볼 타이밍 동기화는 제로-크로싱(zero-crossing)을 기반으로 구현하였다. 최종적으로, 구현된 복조기의 BER 성능을 최적의 복조기의 성능과 비교하였다. 본 논문에서 낮은 복잡도로 구현된 복조기는 최적의 복조기 대비 BER 성능 손실이 거의 없는 것을 나타내었다. 또한 반송파 위상 동기화와 심볼 타이밍 동기화 기능이 정상적으로 작동되는 것을 시뮬레이션을 통해 확인할 수 있었다.
more초록/요약
In this thesis, we study the demodulator which is based on advanced range telemetry (ARTM). Although ARTM signal has been the dominant for aeronautical telemetry, there are few results related to the implementation of demodulator. In this work, we implemented three demodulators such as Pulse Code Modulation/Frequency Modulation (PCM/FM), multi-h CPM, and unfiltered Feher’s quadrature phase shift keying (FQPSK). Generally, essential components of the demodulator are as follows: 1)data sequence detection, 2)phase synchronization, and 3)symbol timing synchronization. In the demodulator of PCM/FM and multi-h CPM, the data sequence detection is designed by using maximum likelihood detection, and then, phase and symbol timing synchronization are implemented by using the derivative of log-likelihood function. However, these demodulators require considerable hardware cost such as matched filters. Thus, this thesis include two complexity reduction techniques at the data detection algorithm. Next, in an unfiltered FQPSK demodulator, the data sequence detection of unfiltered FQPSK is designed by integrate and dumps (I&D) detector, and then the phase synchronization is based on the maximum likelihood (ML) detection. Moreover, the symbol timing synchronization is implemented by using the zero-crossing detection. Finally, this thesis compare the implemented demodulator with optimal demodulator about the performances of bit error rate (BER). The results verify that our low-complexity demodulator achieve few BER loss relative to each the optimum demodulator. Furthermore, simulation results show that the phase and symbol timing synchronization performs well.
more목차
1 Introduction 1
1.1 Background and Motivation 1
1.2 Thesis Outline 2
2 PCM/FM and Multi-h CPM Implementation 4
2.1 Signal Representation for CPM 4
2.2 The Telemetry Standard Signals 5
2.2.1 PCM/FM 6
2.2.2 Multi-h CPM 6
2.3 Data Sequence Detection and Complexity Reduction Techniques 7
2.3.1 Maximum Likelihood Detection 8
2.3.2 Tilted Phase 9
2.3.3 Pulse Truncation 10
2.4 Implementation of Detector 11
2.4.1 PCM/FM 11
2.4.2 Multi-h CPM 15
2.5 Phase Synchronization 18
2.5.1 Phase Error Detection 19
2.5.2 Phase Error Estimation 19
2.5.3 Phase Error Correction 20
2.6 Symbol Timing Synchronization 20
2.6.1 Timing Error Detection 21
2.6.2 Timing Error Estimation 21
2.6.3 Interpolation 23
2.7 Simulation 24
2.7.1 PCM/FM 24
2.7.2 Multi-h CPM 26
3 FQPSK Implementation 29
3.1 Signal Representation for FQPSK 29
3.2 Implementation of Detector for FQPSK 32
3.3 Phase Synchronization 34
3.3.1 Phase Error Detection 34
3.3.2 Phase Error Estimation and Phase Error Correction 35
3.4 Symbol Timing Synchronization 36
3.4.1 Timing Error Detection 36
3.4.2 Timing Error Estimation and Interpolation 37
3.5 Simulation 38
5 Conclusion 41
Reference 43
