Invarant approach to reduction of constant dynamic errors of phase synchronization systems in carrier frequency tracking mode

DOI: 10.31673/2412-9070.2020.064450

Abstract

Successful solution to the problem of further improving the efficiency of communication systems largely depends on the quality of functioning of the systems and devices that are part of them. Phase synchronization systems are widely implemented in various radio engineering devices of communication technology, radar and control, as well as in the device of exact magnetic recording. In particular, in phase-coherent telecommunication and control systems, they are used for carrier and clock frequency recovery and for coherent demodulation of analog and digital signals with angular modulation. In the article: based on the invariant approach, a model of a combined synchronization system with open communication is proposed, which has a low level of constant dynamic errors due to the increase of the order of astatism; solved the problem of synthesis of open communication in the combined synchronization system under the condition of ensuring invariance and increasing the order of astatism when monitoring the carrier frequency which reduces the constant dynamic errors of the system; analytical relations and on their basis a technique which allows to define a kind and parameters of open communication in the combined system of synchronization on condition of maintenance of invariance and increase of an order of astatism of system to necessary value are offered. The obtained results substantiated the following conclusions. Introduction to the open channel of the combined system of synchronization of physically realized links, allows to synthesize invariant systems with the increased order of astatism. The use as an open link frequency discriminator, allows to increase the order of astatism of the combined system synchronization system to the second order. The open channel is made in the form of parallel (serial) connection of two links of the frequency discriminator with the proposed transfer function allows to increase the order of astatism to the third and higher order and does not affect the stability of the system.

Keywords: carrier frequency synchronization; combined synchronization system; invariance of synchronization system; synthesis of open communication; order of astatism.

References
1. Шахтарин Б. И. Анализ систем синхронизации при наличии помех: 2-е изд., перераб. и доп. Москва: Горячая линия – Телеком, 2016. 360 с.
2. Паршуткин А. В., Маслаков, П. А. Исследование помехоустойчивости современных стандартов спутниковой связи к воздействию нестационарных помех // Труды СПИИРАН. 2017. 4(53). С. 159–177.
3. Бойко Ю. М. Оцінювання якісних показників пристроїв синхронізації сигналів засобів телекомунікацій // Вісник Хмельниц. нац. ун-ту. 2015. № 1. C. 204–213.
4. Глухов А. В. Оптимизация параметров цифровых фильтров высокоскоростного модулятора для PLC-модемов // Вестник Тамбов. гос. техн. ун-та. 2013. Т. 19, № 4. С. 751–756.
5. Lyons R. G. Understanding Digital Signal Processing. Boston: Prentice Hall, 2010. 992 p.
6. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение: 2-е изд. / пер. с англ. Москва: Издательский дом «Вильямс», 2003. 1099 с.
7. Бойко Ю. М. Поліщук А С. Проблеми синхронізації автоколивальних систем під зовнішнім періодичним впливом // Вісник Хмельниц. нац. ун-ту. Технічні науки. 2010. №2. С. 156–162.
8. Бойко Ю. М., Єрьоменко О. І. Аналіз моделей систем синхронізації у цифрових приймачах // Матеріали XIV міжнар. наук.-практ. конф. Одес. нац. академія зв’язку ім. Попова. м. Одеса, 5-10 червня, 2015 р. С. 192–194.
9. Кучер Д. Б., Макогон В. П. Відновлення несучої при когерентній демодуляції сигналу з безперервною фазою засобів зв’язку // Наука і техніка Повітряних Сил Збройних Сил України. 2013. № 2(11). С. 148–149.
10. Kay S., Fast A. Accurate Single Frequency Estimator // IEEE Trans. Acoust. Speech, Signal Processing. 1989. V. 37, No 12. Р. 1987–1990.
11. Тихомиров А. В., Омельянчук Е. В., Семенова А. Ю. Синхронизация в системах с прямым расширением спектра // Инженерный вестник Дона. 2019. №9. С. 31–35.
12. Канатчиков А. А., Куликов Г. В. Исследование возможностей построения системы тактовой синхронизации на базе автокорреляционного демодулятора для приема сигналов с минимальной частотной манипуляцией // Научный вестник МГТУ ГА. 2010. № 152. С. 11–15 (Серия Радиофизика и радиотехника).
13. Scheers B., Le Nir V. A Modified Direct-Sequence Spread Spectrum Modulation Scheme for Burst Transmissions // Military Communications and Information Systems Conference (MCC’2010). Wroclaw, Poland, September 27-28, 2010. Р. 366–3673.
14. Nasir A. A., Durrani S., Kennedy R. A. Particle filters for joint timing and carrier estimation: Improved resampling guidelines and weighted bayesian cramer–rao bounds // IEEE Trans. Commun. 2012. №60(5). Р. 1407–1419.
15. Нагорнюк О. А. Покращення точності оцінювання несучої та символьної частоти сигналів з цифровою модуляцією. Проблеми створення, випробування, застосування та експлуатації складних інформаційних систем: зб. наук. праць ЖВІ НАУ. 2013. Вип. 8. С. 62–70.
16. Пищак І. І. Метод виявлення частот в ефірі радіосигналу // Вісник Нац. ун-ту «Львівська політехніка»: Комп’ютерні системи та мережі. 2012. № 745. С. 164–167.
17. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: в 3-х томах, изд. 4-е, перераб. и доп. / пер. с англ.: Б. Н. Бронина, И. И. Короткевич, А. И. Коротова, М. Н. Микшиса, Л. В. Поспелова, О. А. Соболевой, К. Г. Финогенова, Ю. В. Чечёткина, М. П. Шарапова. Москва: Мир, 1993.
18. Мисриханов М. Ш. Инвариантное управление многомерными системами. Москва: Энерготомиздат, 2003. 236 с.