9 research outputs found
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
Recommended from our members
New Receivers for Differentially Encoded Offset-QPSK
Before a new mobile radio system will be standardised, an intense process of decision making is required concerning the different aspects of the system. One aspect is the definition of the air interface and in particular the employed modulation method. During the standardisation of the TETRA (Terrestrial Trunked Radio) system, the expert group decided to choose the linear modulation format π/4-QPSK. One important point for decision making was the requirement to support power efficient, nonlinear amplifiers. Although the second candidate, Offset-QPSK (OQPSK) shows further reduced envelope fluctuations, the nonavailibilty of a conventional differential demodulator for OQPSK led to a clear preference for π/4-QPSK. Differential demodulation is an at-tractive combined carrier phase estimation and demodulation technique on fast time selective fading channels.
The work presented in the thesis is concerned with the synthesis and analysis of receiver algorithms for differentially encoded OQPSK signals, which fulfil the requirements of modern mobile radio systems.
The thesis begins with an overview of the theoretical principles of digital modulation and optimum receivers. A description of mobile radio channels and the theoretical performance of PSK signals complete the basic chapter.
A new receiver structure for DOQPSK using differential demodulation followed by a Viterbi decoder is then proposed. On this basis, an advanced algorithm suitable for general roll-off factors and with reduced complexity is derived and investigated. Following the differential demodulation, original algorithms for joint coherent demodulation and equalisation, which are based on the principle of per-survivor processing (PSP) are synthesised and discussed. These receiver structures are extended for the use in time and frequency selective mobile radio channels.
With the aid of a computer simulation system the derived receiver structures are investigated. Simulation results on different linear and nonlinear channels are presented and compared with results obtained with standard π/4-DQPSK receivers and the theoretical bounds.
The thesis concludes with a description of the simulation tool COSSAP and gives examples of created and implemented simulation models. The results of a fixed-point analysis of one model is presented and the possibilities to synthesise a hardware implementation is discussed
Digital modems for mobile systems
Digital modems for mobile system
Modem design for digital satellite communications
The thesis is concerned with the design of a phase-shift keying system for a
digital modem, operating over a satellite link. Computer simulation tests and
theoretical analyses are used to assess the proposed design.
The optimum design of both transmitter and receiver filters for the system to be
used in the modem are discussed. Sinusoidal roll-off spectrum with different roll-off
factor and optimum truncation lengths of the sample impulse response are designed
for the proposed scheme to approximate to the theoretical ideal. It has used an EF
bandpass filter to band limit the modulated signal, which forms part of the satellite
channel modelling. The high power amplifier (HPA) at the earth station has been
used in the satellite channel modelling due to its effect in introducing nonlinear AMAM
and AM-PM conversion effects and distortion on the transmitted signal from the
earth station. The satellite transponder is assumed to be operating in a linear mode.
Different phase-shift keying signals such as differentially encoded quaternary
phase-shift keying (DEQPSK), offset quaternary phase-shift keying (OQPSK) and
convolutionally encoded 8PSK (CE8PSK) signals are analysed and discussed in the
thesis, when the high power amplifier (HPA) at the earth station is operating in a
nonlinear mode. Convolutional encoding is discussed when applied to the system
used in the modem, and a Viterbi -algorithm decoder at the receiver has been used, for
CE8PSK signals for a nonlinear satellite channel. A method of feed-forward
synchronisation scheme is designed for carrier recovery in CE8PSK receiver.
The thesis describes a method of baseband linearizing the baseband signal in
order to reduce the nonlinear effects caused by the HPA at the earth station. The
scheme which compensates for the nonlinear effects of the HPA by predistorting the
baseband signal prior to modulation as opposed to correcting the distortion after
modulation, thus reducing the effects of nonlinear distortion introduced by the HPA.
The results of the improvement are presented.
The advanced technology of digital signal processors (DSPs) has been used in the implementation of the demodulation and digital filtering parts of the modem
replacing large parts of conventional circuits. The Viterbi-algorithm decoder for
CE8PSK signals has been implemented using a digital signal processor chip, giving excellent performance and is a cost effective and easy way for future developments
and any modifications,
The results showed that, by using the various studied techniques, as well as the
implementation of digital signal processor chip in parts of the modem, a potentially
more cost effective modem can be obtained
Proceedings of the Second International Mobile Satellite Conference (IMSC 1990)
Presented here are the proceedings of the Second International Mobile Satellite Conference (IMSC), held June 17-20, 1990 in Ottawa, Canada. Topics covered include future mobile satellite communications concepts, aeronautical applications, modulation and coding, propagation and experimental systems, mobile terminal equipment, network architecture and control, regulatory and policy considerations, vehicle antennas, and speech compression