تخمین هم‌زمان شروع فریم و آفست فرکانس حامل در کانال فیدینگ فرکانس‌گزین برای مدولاسیون CPM

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی برق- دانشگاه صنعتی شریف

2 دانشکده مهندسی برق و کامپیوتر- دانشگاه تهران

چکیده

در این مقاله، به مسئله هم‌زمان‌سازی فریم و تخمین آفست فرکانس حامل(CFO) برای سیگنال‌های مبتنی بر مدولاسیون فاز پیوسته پرداخته می‌شود. انتقال اطلاعات به‌صورت فریم‌به‌فریم است. روشی برای تخمین نقطه شروع سیگنال و تخمین CFO به‌صورت هم‌زمان ارائه می‌شود. در اکثر روش‌هایی که تاکنون مطرح شده‌اند، مدل‌سازی کانال به‌صورت نویز سفید گوسی جمع‌شونده است که در حالت کانال چندمسیره فرکانس‌گزین، افت کارایی دارند. تخمین نقطه شروع سیگنال در روش پیشنهادی با جست‌وجو بر روی یک طول مشخص از دنباله دریافتی و بر مبنای تحلیل‌های طیفی حاصل می‌شود که نسبت به کانال‌های چندمسیره فرکانس‌گزین مقاوم است. در الگوریتم پیشنهادی، پردازش در بازه‌ای شامل ابتدای فریم انجام می‌شود و زمانی که شروع فریم تخمین زده شد، با توجه به دنباله ارسالی معلوم اولیه (دنباله یکتا) تخمین CFO در حوزه فرکانس محاسبه می‌شود. شبیه‌سازی‌ها نشان می‌دهد که الگوریتم پیشنهادی با احتمال خطای کمتر از  ابتدای فریم را حتی در سیگنال به نویزهای پایین ( ) تخمین می‌زند. درنتیجه الگوریتم پیشنهادی نسبت به روش‌های پیشین علاوه‌بر سادگی، دقت بالاتری در هم‌زمان‌سازی در حالت کانال چندمسیره متغیر با زمان دارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Joint Frame Synchronization and CFO Estimation in Frequency Selective Fading Channels for Continuous Phase Modulation

نویسندگان [English]

  • H. Zamani 1
  • A. Amini 1
  • G. Asarzadeh 2
1 Faculty of Electrical Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, Iran
2 Faculty of Electrical and Computer Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran,
چکیده [English]

In this paper, we address the problem of frame synchronization and Carrier Frequency Offset (CFO) estimation for Continuous Phase Modulation (CPM) in frame-based transmission. We present an efficient algorithm to estimate the start of signal and CFO simultaneously. The state of art methods for frame synchronization mostly adopt the AWGN channel model and suffer from real-world multipath and frequency-selective channels to estimate the start of signal. By using spectral analysis in the estimation procedure over a specific length of the received signal, we propose a method which is robust to multipath channels. When the start of signal is detected, the CFO estimation is performed on the preamble part of the received frame in the frequency domain. Simulation results show that the proposed algorithm detects the start of signal at signal-to-noise ratios (SNRs) below 0dB with a probability not exceeding . We show that our algorithm outperforms the pervious methods in the frame synchronization even with short preamble lengths.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Continuous phase modulation (CPM)
  • Frame synchronization
  • Carrier frequency offset (CFO) estimation
  • Multipath channel

مراجع

[1]      3GPP, “GSM/EDGE Radio Access Network (GERAN) overall description; Stage 2,” TS 43.051, 3rd Generation Partnership Project (3GPP),2012
[2]      J. B. Anderson, T. Aulin, and C.-E. Sundberg, Digital Phase Modulation.New York: Plenum Press, 1986.
[3]      احسان اولیائی ترشیزی, حسین شریفی. ارائه دو الگوریتم دیکدینگ هیبرید جدید با عملکرد بسیار خوب و پیچیدگی بسیار کم برای دیکدینگ کدهای LDPC. مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز, دوره 45، شماره 2، صفحه 27-37، 1393.
[4]      احمد قلی زاده سوته, حسین خالقی بیزکی. تخمین پارامترهای کد کانولوشنال نرخ k/n در شرایط نویزی. مجله مهندسی برق دانشگاه تبریز, دوره 46، شماره 4، صفحه 247-258، 1395.
[5]      U. Mengali and A. N. D’Andrea, “Synchronization Techniques for Digital Receivers”. Plenum Press, 1997.
[6]      R. H. Barker, “Group synchronization of binary digital systems. In Communication Theory”, W. Jackson, Ed. London, United Kingdom: Butterworth, pp. 273–287, 1953.
[7]      J. Massey, “Optimum frame synchronization”. IEEE Transactions on Communications, vol. 20, no. 2, pp. 115–119, 1972.
[8]      Z. Choi, and Y. Lee, “Frame synchronization in the presence of frequency offset”. IEEE Transactions on Communications, vol. 50, no. 7, pp. 1062–1065, 2002.
[9]      Y. Koo, and Y. Lee, “A joint maximum likelihood approach to frame synchronization in presence of frequency offset”. In Proceedings of the IEEE International Conference on Communications, New York, 28 Apr.–2, pp. 1546–1550, 2002.
[10]      R. Pedone, M. Villanti, A. Vanelli-Coralli, G. Corazza, and P. T. Mathiopoulos, “Frame synchronization in frequency uncertainty”. IEEE Transactions on Communications, vol. 58, no. 4, pp. 1235–1246, 2010.
[11]      H. Huh, and J. Krogmeier, “A unified approach to optimum frame synchronization”. IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 5, no. 12, pp. 3700–3711, 2006.
[12]      Y.-l. Huang, S. Member, K.-d. Fan, and C.-c. Huang, “A fully digital noncoherent and coherent GMSK receiver architecture with joint symbol timing error and frequency offset estimation,” IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 49, pp. 863–874, 2000.
[13]      J. Huber and W. Liu, “Data-aided synchronization of coherent CPMreceivers,” IEEE Transactions on Communications, vol. 40, pp. 178–189, 1992.
[14]      W. Shen, M. Zhao, P. Qiu, and A. Huang, “Data aided symbol timing estimation in space-time coded CPM systems over Rayleigh fading channels,” in IEEE 66th Vehicular Technology Conference Proceedings, pp. 556–560, IEEE, 2007.
[15]      E. Hosseini, and E. Perrins, “Timing, carrier, and frame synchronization of burst-mode CPM”. IEEE Transactions on Communications, vol. 61, no. 12, pp. 5125–5138, 2013.
[16]      M. Rice and A. Mcmurdie, "On frame synchronization in aeronautical telemetry," in IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, vol. 52, no. 5, pp. 2263-2280, 2016.
[17]      F. Pancaldi and G. M. Vitetta, "Equalization algorithms in the frequency domain for continuous phase modulations," in IEEE Transactions on Communications, vol. 54, no. 4, pp. 648-658, 2006.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار