Simulation of the influence of negative internal factors on performance indicators of the synchronization system of a coherent demodulator of satellite telecommunications in permanent and transient modes of carrier frequency estimation

DOI: 10.31673/2412-9070.2022.025561

Abstract

The subject of study in the article is the system of phase synchronization of radio technical devices of communication technology. The purpose of the article is theoretical research in the direction of development, analysis and improvement of known and synthesis of new phase synchronization schemes, which are characterized by high interference resistance, accuracy and speed of operation with a simple design. The problem to be solved is to investigate the possibilities of closed and combined synchronization systems in terms of operation in conditions of internal noise and disturbances against the background of external additive Gaussian noise and Doppler frequency shift. The article presents a model that allows you to investigate the influence of negative internal factors on the performance indicators of the synchronization system of the coherent demodulator of satellite telecommunications in stable and transient modes of carrier frequency estimation. With its help, the article analyzes closed-type synchronization systems when operating under the influence of negative internal factors and shows its inconsistency in minimizing the dispersion of the phase error and increasing the dynamics during tracking of the carrier frequency. The process of synthesis of open communication in the combined synchronization system has been clarified and analytical dependencies have been proposed, which allow to clarify the methodology of synthesis of open communication for the combined synchronization system, taking into account the influence of internal negative factors. It was established that under the influence of negative internal factors for the combined synchronization system, by selecting the parameters of the proportionalintegrating filter, it is possible to achieve an expansion of the noise bandwidth of the input signal and thereby ensure the necessary dynamics of the system and achieve the preservation of the optimal value of the dispersion of the phase error in it.

Keywords: carrier frequency synchronization; closed-type synchronization system; combined synchronization system; factors of internal negative influence.

References
1. Шахтарин Б. И. Анализ систем синхронизации при наличии помех. М.: Горячая линия – Телеком, 2016. 360 с.
2. Designing a system to synchronize the input signal in a telecommunication network under the condition for reducing a transitional component of the phase error / L. Berkman, O. Tkachenko, O. Turovsky [et al.] // European Journal of Enterprise Technologies. 2021. 1(109). P. 66–76. URL: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.225514
3. Bhatti J., Noels N., Moeneclaey M. Low-complexity frequency offset and phase noise estimation for burst-mode digital transmission in Proc // IEEE PIMRC, Toronto, 2011, 11-14 September. P. 1662–1669.
4. Coupling Systems for a New Type of Phase Synchronization / F. Grosu, A. Bîrzu, A. Lazar, I. Grosu // Mathematical Problems in Engineering. Vol. 2016. 10 p.
5. Бойко Ю. М. Оцінювання якісних показників пристроїв синхронізації сигналів засобів телекомунікацій // Вісник Хмельн. нац. ун-ту. 2015. № 1. C. 204–213.
6. Lyons R. G. Understanding Digital Signal Processing. Boston: Prentice Hall, 2010. 992 p.
7. Scheers B., Nir V. A Modified Direct-Sequence Spread Spectrum Modulation Scheme for Burst Transmissions // Military Communications and Information Systems Conference (MCC’2010), September 27-28, 2010. Wroclaw, Poland, Р. 366–3673.
8. Channel, phase noise, and frequency offset in OFDM systems: Joint estimation, data detection, and hybrid cramerrao lower bound / O. Salim, A. Nasir, H. Mehrpouyan [et al.] // IEEETrans. Commun. 2014. №62(9). P. 3311–3325.
9. 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. Одеса, 5-10 червня, 2015. С. 192–194.
10. Кучер Д. Б., Макогон В. П. Відновлення носійної при когерентній демодуляції сигналу з безперервною фазою засобів зв’язку // Наука і техніка Повітряних Сил Збройних Сил України. 2013. № 2(11). С. 148–149.
11. Сафарьян О. А. Метод оценки частоты генераторов в условиях непрогнозируемого изменения длительности интервала измерений // Вестник ДГТУ. 2014. Т. 14, № 4 (79). С. 142–149.
12. Туровський О. Л., Кирпач Л. А. Вплив фазової нестабільності генераторів на параметри роботи системи синхронізації носійної частоти на фоні адитивного гауссівського шуму та доплерівського зміщення частоти // Зб. наук. праць ВІКНУ. 2020.№67. С. 62–71.
13. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. 2-е издание / пер. с англ. М.:Издательский дом «Вильямс», 2003. 1099 с.
13 Туровський О. Л., Беркман Л. Н., Захаржевський А. Г. Інваріантний підхід до зменшення сталих динамічних похибок фазових систем синхронізації в режимі відстежування носійної частоти // Зв’язок. 2020. №1(143). С. 44–50.
14. Horowitz P., Hill W. The Art of Electronics: 3rd edition / Cambridge: Cambridge University Press, 2015. 1220 p.
15. Поликаровских А. И. Современные опорные генераторы для систем синтеза частот и сигналов / Вестник Воронеж. гос. техн. ун-та. 2014. Т. 10, № 4. С. 100–108.
16. Nasir A., Durrani S., Kennedy R. 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.
17. Consideration of limitations, which are formed by the input signal, on the phase error minimization process during carrier frequency tracking system of synchronization of radio technical device of communication / O. Turovsky, V. Kozlovskyi, Y. Balanyuk [et al.] // International Journal of Advanced Trends in Computer Science and Engineering, 2020. vol. 9. No 5, P. 8922–8928. URL: https://doi.org/10.30534/ijatcse/2020/290952020. (Scopus, Q3 – 2018).