ИРЭ им. В.А. Котельникова РАН English Войти Подать статью
Журнал радиоэлектроники Электронный научный журнал · eISSN 1684-1719
2023, № 12 · МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ В ЗАДАЧАХ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Сравнительный анализ точности алгоритмов частотной синхронизации для системы спутниковой связи на основе сигнала DVB-S2

С.А. Левичев1, К.К. Янситов1, С.В. Дорохин1, А.В. Дворкович1

1 Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), Долгопрудный
Полный текст DOI: 10.30898/1684-1719.2023.12.23 УДК 621.39 EDN MLWPVS

Аннотация

В работе исследуются схемы частотной синхронизации приема сигнала системы спутниковой связи на основе стандарта DVB-S2 с различными комбинациями алгоритмов грубой и тонкой частотной синхронизации, а именно, рассматриваются следующие пары алгоритмов: «Edge band» и «Delay & Multiply», «Delay & Multiply» и «L&R», «Edge band» и «L&R», где первый алгоритм в каждой паре выполняет задачу грубой, а второй - тонкой частотной синхронизации. Проводится оценка точности исследуемых схем частотной синхронизации по метрике среднеквадратичной ошибки (СКО) оценки частотного смещения в канале. Кроме того, в качестве параметра сравнения также используется оценка времени синхронизации. Частотный сдвиг в канале передачи сигнала задан постоянным и равным 20% от ширины полосы сигнала. Применение комбинаций Non-Data-Aided (NDA) алгоритмов для грубой оценки частотного сдвига и Data-Aided (DA) алгоритмов для тонкой частотной синхронизации позволяет добиться уменьшения времени синхронизации почти в 2 раза при сохранении высокой точности оценки по СКО.

  • спутниковая связь
  • физический уровень
  • DVB-S2
  • частотная синхронизация
Abstract (in English)

Comparative analysis of accuracy of frequency synchronization algorithms for satellite communication system based on DVB-S2 signal

The paper investigates the schemes of frequency synchronization of signal reception of satellite communication system based on DVB-S2 standard with different combinations of coarse and fine frequency synchronization algorithms, namely, the following pairs of algorithms are considered: «Edge band» and «Delay & Multiply», «Delay & Multiply» and «L&R», «Edge band» and «L&R», where the first algorithm in each pair performs the task of coarse and the second algorithm performs the task of fine frequency synchronization. The accuracy of the investigated frequency synchronization schemes is evaluated using the Root Mean Square Error (RMSE) metric of frequency offset estimation in the channel. In addition, one of the performance metrics of the algorithm is the estimation of synchronization time. The frequency shift in the signal transmission channel is set constant and equal to 20% of the signal bandwidth. Using combinations of Non-Data-Aided (blind) algorithms for coarse frequency shift estimation and Data-Aided algorithms for fine frequency synchronization, the synchronization time can be reduced by almost a factor of 2, while maintaining high accuracy of RMS estimation.

Для цитирования

Левичев С.А., Янситов К.К., Дорохин С.В., Дворкович А.В. Сравнительный анализ точности алгоритмов частотной синхронизации для системы спутниковой связи на основе сигнала DVB-S2 // Журнал радиоэлектроники. – 2023. – № 12. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.12.23

Литература

  1. Bertolucci M., Cassettari R., Fanucci L. On the frequency carrier offset and symbol timing estimation for CCSDS 131.2-B-1 high data-rate telemetry receivers //Sensors. - 2021. - V. 21. - №. 9. - P. 2915. https://doi.org/10.3390/s21092915
  2. Стрелец В. Перспективы спутниковой связи в свете решений ВКР-2019 //Электросвязь. - 2020. - №. 2. - С. 5-9. https://doi.org/10.34832/ELSV.2020.3.2.001
  3. Бабышева Е. Е. Перспективы развития спутниковой связи //Экономика и качество систем связи. - 2017. - №. 3 (5). - С. 38-45.
  4. Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации, Проект стратегии развития отрасли связи Российской Федерации на период до 2035 года., Москва, 15 августа 2023 года. https://digital.gov.ru/ru/documents/9120
  5. ETSI E. N. 302 307 V1. 3.1 (2013-03) Digital Video Broadcasting (DVB) //Second generation framing structure, channel coding and modulation systems for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications (DVB-S2). https://www.etsi.org/deliver/etsi_en/302300_302399/302307/01.03.01_60/en_302307v010301p.pdf
  6. ETSI E. 302 307-2 v1. 3.1 (2021-07) digital video broadcasting (dvb) //Second generation framing structure, channel coding and modulation systems for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications. - 2021. https://www.etsi.org/deliver/etsi_en/302300_302399/30230702/01.03.01_60/en_30230702v010301p.pdf
  7. ETSI T. R. 102 376-1 V1. 2.1 (2015-11) "Digital Video Broadcasting (DVB) //Implementation guidelines for the second generation system for Broadcasting, Interactive Services, News Gathering and other broadband satellite applications. Part. - V. 1. https://www.etsi.org/deliver/etsi_tr/102300_102399/10237601/01.02.01_60/tr_10237601v010201p.pdf
  8. Antiufrieva L, Iansitov K., Ivchenko A., Dvorkovich A. Features of frequency synchronization algorithms DVB-S2 (X) for LEO satellites //2021 23rd International Conference on Digital Signal Processing and its Applications (DSPA). - IEEE, 2021. - P. 1-4. https://doi.org/10.1109/DSPA51283.2021.9535822
  9. Антюфриева Л. А., Янситов К. К., Дворкович А. В. Алгоритмы синхронизации физического уровня для сигнально-кодовой конструкции, повышающей помехоустойчивость режима vl-snr стандарта dvb-s2x //Журнал радиоэлектроники. - 2021. - №. 8. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2021.8.9
  10. Li Qing, Zeng Xiaoyang, Wu Chuan, Zhang Yulong, Deng Yunsong, J. Han Optimal frame synchronization for DVB-S2 //2008 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS). - IEEE, 2008. - С. 956-959. https://doi.org/10.1109/ISCAS.2008.4541578
  11. Iansitov K., Dorokhin S., Levichev S., Antiufrieva L., Dvorkovich A. Low complexity DVB-S2X frequency synchronization for LEO satellites //2021 International Conference Engineering and Telecommunication (En&T). - IEEE, 2021. - P. 1-5. https://doi.org/10.1109/EnT50460.2021.9681762
  12. Harris F. Band edge filters: Characteristics and performance in carrier and symbol synchronization //WPMC-2010. - 2010. - P. 11-14.
  13. Rice M. Digital Communications: A Discrete-Time Approach. Upper Saddle River, N.J., Pearson Prentice Hall. 2009, 778 p.