Non-data-aided frequency offset and symbol timing estimation for binary CPM: performance bounds

The use of (spectrally efficient) CPM modulations may lead to a serious performance degradation of the classical non-data-aided (NDA) frequency and timing estimators due to the presence of self noise. The actual performance of these estimators is usually much worse than that predicted by the classical modified Cramer-Rao bound. We apply some well known results in the field of signal processing to these two important problems of synchronization. In particular we propose and explain the meaning of the unconditional CRB in the synchronization task. Simulation results for MSK and GMSK, along with the performance of some classical and previously proposed synchronizers, show that the proposed bound (along with the MCRB) is useful for a better prediction of the ultimate performance of the NDA estimators.Peer ReviewedPostprint (published version

Conditional maximum likelihood timing recovery

The conditional maximum likelihood (CML) principle, well known in the context of sensor array processing, is applied to the problem of timing recovery. A new self-noise free CML-based timing error detector is derived. Additionally, a new (conditional) Cramer-Rao bound (CRB) for timing estimation is obtained, which is more accurate than the extensively used modified CRB (MCRB).Peer ReviewedPostprint (published version

Analysis and equalization of data-dependent jitter

Data-dependent jitter limits the bit-error rate (BER) performance of broadband communication systems and aggravates synchronization in phase- and delay-locked loops used for data recovery. A method for calculating the data-dependent jitter in broadband systems from the pulse response is discussed. The impact of jitter on conventional clock and data recovery circuits is studied in the time and frequency domain. The deterministic nature of data-dependent jitter suggests equalization techniques suitable for high-speed circuits. Two equalizer circuit implementations are presented. The first is a SiGe clock and data recovery circuit modified to incorporate a deterministic jitter equalizer. This circuit demonstrates the reduction of jitter in the recovered clock. The second circuit is a MOS implementation of a jitter equalizer with independent control of the rising and falling edge timing. This equalizer demonstrates improvement of the timing margins that achieve 10/sup -12/ BER from 30 to 52 ps at 10 Gb/s

Method of Non-Data-Aided Carrier Recovery with Modulation Identification

A non-data aided carrier recovery technique using digital modulation format identification called multi-mode PLL (Phase Locked Loop) is proposed. This technique can be interpreted as a modulation identification method that is robust against static phase and frequency offsets. The performance of the proposed technique is studied and the analytical expressions are derived for the probability of lock detection, acquisition time over AWGN channel in the cases of M-PSK and M-QAM modulations with respect to frequency offset and signal-to-noise ratio

Special arod system studies seventh quarterly report

Phase lock loop advanced circuits, and technical summary for Airborne Range and Orbit Determination /AROD/ syste

Phase and amplitude pre-emphasis techniques for low-power serial links

A novel approach to equalization of high-speed serial links combines both amplitude pre-emphasis to correct for intersymbol interference and phase pre-emphasis to compensate for deterministic jitter, in particular, data-dependent jitter. Phase pre-emphasis augments the performance of low power transmitters in bandwidth-limited channels. The transmitter circuit is implemented in a 90-nm bulk CMOS process and reduces power consumption by pushing CMOS static logic to the output stage, a 4:1 output multiplexer. The received signal jitter over a cable is reduced from 16.15 ps to 10.29 ps with only phase pre-emphasis at the transmitter. The jitter is reduced by 3.6 ps over an FR-4 backplane interconnect. A transmitter without phase pre-emphasis consumes 18 mW of power at 6Gb/s and 600mVpp output swing, a power budget of 3mW/Gb/s, while a transmitter with phase pre-emphasis consumes 24mW, a budget of 4 mW/Gb/s

Contribution to Efficient Use of Narrowband Radio Channel

Předkládaná práce se soustředí na problematiku využívání úzkopásmového rádiového kanálu rádiovými modemy, které jsou určené pro průmyslové aplikace pozemní pohyblivé rádiové služby, specifikované v dominantní míře Evropským standardem ETSI EN 300 113. Tato rádiová zařízení se používají v kmitočtových pásmech od 30 MHz do 1 GHz s nejčastěji přidělovanou šířkou pásma 25 kHz a ve většině svých instalací jsou využívána ve fixních nebo mobilních bezdrátových sítích. Mezi typické oblasti použití patří zejména datová telemetrie, aplikace typu SCADA, nebo monitorování transportu strategických surovin. Za hlavní znaky popisovaného systému lze označit komunikační pokrytí značných vzdáleností, dané především vysokou výkonovou účinnosti datového přenosu a využívaní efektivních přístupových technik na rádiový kanál se semiduplexním komunikačním režimem. Striktní požadavky na elektromagnetickou kompatibilitu umožňují těmto zařízením využívat spektrum i v oblastech kmitočtově blízkým jiným komunikačním systémům bez nutnosti vkládání dodatečných ochranných frekvenčních pásem. Úzkopásmové rádiové komunikační systémy, v současnosti používají převážně exponenciální digitální modulace s konstantní modulační obálkou zejména z důvodů velice striktních omezení pro velikost výkonu vyzářeného do sousedního kanálu. Dosahují tak pouze kompromisních hodnot komunikační účinnosti. Úpravy limitů příslušných rádiových parametrů a rychlý rozvoj prostředků číslicového zpracování signálu v nedávné době, dnes umožňují ekonomicky přijatelné využití spektrálně efektivnějších modulačních technik i v těch oblastech, kde je prioritní využívání úzkých rádiových kanálů. Cílem předkládané disertační práce je proto výzkum postupů směřující ke sjednocení výhodných vlastností lineárních a nelineárních modulací v moderní konstrukci úzkopásmového rádiového modemu. Účelem tohoto výzkumu je efektivní a „ekologické“ využívání přidělené části frekvenčního spektra. Mezi hlavní dílčí problémy, jimiž se předkládaná práce zabývá, lze zařadit zejména tyto: Nyquistova modulační filtrace, navrhovaná s ohledem na minimalizaci nežádoucích elektromagnetických interferencí, efektivní číslicové algoritmy frekvenční demodulace a rychlé rámcové a symbolové synchronizace. Součástí práce je dále analýza navrhovaného řešení z pohledu celkové konstrukce programově definovaného rádiového modemu v rovině simulací při vyšetřování robustnosti datového přenosu rádiovým kanálem s bílým Gaussovským šumem nebo kanálem s únikem v důsledku mnohacestného šíření signálu. Závěr práce je pak zaměřen na prezentování výsledků praktické části projektu, v níž byly testovány, měřeny a analyzovány dvě prototypové konstrukce rádiového zařízení. Tato finální část práce obsahuje i praktická doporučení, vedoucí k vyššímu stupni využitelnosti spektrálně efektivnějších komunikačních režimů v oblasti budoucí generace úzkopásmových zařízení pozemní pohyblivé rádiové služby.he industrial narrowband land mobile radio (LMR) devices, as considered in this dissertation project, has been subject to European standard ETSI EN 300 113. The system operates on frequencies between 30 MHz and 1 GHz, with channel separations of up to 25 kHz, and is intended for private, fixed, or mobile, radio packet switching networks. Data telemetry, SCADA, maritime and police radio services; traffic monitoring; gas, water, and electricity producing factories are the typical system applications. Long distance coverage, high power efficiency, and efficient channel access techniques in half duplex operation are the primary advantages the system relays on. Very low level of adjacent channel power emissions and robust radio receiver architectures, with high dynamic range, enable for a system’s coexistence with various communication standards, without the additional guard band frequency intervals. On the other hand, the strict limitations of the referenced standard as well as the state of the technology, has hindered the increase in communication efficiency, with which the system has used its occupied bandwidth. New modifications and improvements are needed to the standard itself and to the up-to-date architectures of narrowband LMR devices, to make the utilization of more efficient modes of system operation practically realizable. The main objective of this dissertation thesis is therefore to find a practical way how to combine the favorable properties of the advanced nonlinear and linear digital modulation techniques in a single digital modem solution, in order to increase the efficiency of the narrowband radio channel usage allocated to the new generation of the industrial LMR devices. The main attention is given to the particular areas of digital modem design such as proposal of the new family of the Nyquist filters minimizing the adjacent channel interference, design and analysis of the efficient algorithms for frequency discrimination, fast frame and symbol

Contributions to adaptive equalization and timing recovery for optical storage systems

no abstrac