19,681 research outputs found

    A performance lower bound for quadratic timing recovery accounting for the symbol transition density

    Get PDF
    The symbol transition density in a digitally modulated signal affects the performance of practical synchronization schemes designed for timing recovery. This paper focuses on the derivation of simple performance limits for the estimation of the time delay of a noisy linearly modulated signal in the presence of various degrees of symbol correlation produced by the various transition densities in the symbol streams. The paper develops high- and low-signal-to-noise ratio (SNR) approximations of the so-called (Gaussian) unconditional Cramér–Rao bound (UCRB), as well as general expressions that are applicable in all ranges of SNR. The derived bounds are valid only for the class of quadratic, non-data-aided (NDA) timing recovery schemes. To illustrate the validity of the derived bounds, they are compared with the actual performance achieved by some well-known quadratic NDA timing recovery schemes. The impact of the symbol transition density on the classical threshold effect present in NDA timing recovery schemes is also analyzed. Previous work on performance bounds for timing recovery from various authors is generalized and unified in this contribution.Peer Reviewe

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

    Get PDF
    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

    An Efficient Data-aided Synchronization in L-DACS1 for Aeronautical Communications

    Full text link
    L-band Digital Aeronautical Communication System type-1 (L-DACS1) is an emerging standard that aims at enhancing air traffic management (ATM) by transitioning the traditional analog aeronautical communication systems to the superior and highly efficient digital domain. L-DACS1 employs modern and efficient orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) modulation technique to achieve more efficient and higher data rate in comparison to the existing aeronautical communication systems. However, the performance of OFDM systems is very sensitive to synchronization errors. L-DACS1 transmission is in the L-band aeronautical channels that suffer from large interference and large Doppler shifts, which makes the synchronization for L-DACS more challenging. This paper proposes a novel computationally efficient synchronization method for L-DACS1 systems that offers robust performance. Through simulation, the proposed method is shown to provide accurate symbol timing offset (STO) estimation as well as fractional carrier frequency offset (CFO) estimation in a range of aeronautical channels. In particular, it can yield excellent synchronization performance in the face of a large carrier frequency offset.Comment: In the proceeding of International Conference on Data Mining, Communications and Information Technology (DMCIT

    Synchronization in wireless communications

    Get PDF
    The last decade has witnessed an immense increase of wireless communications services in order to keep pace with the ever increasing demand for higher data rates combined with higher mobility. To satisfy this demand for higher data rates, the throughput over the existing transmission media had to be increased. Several techniques were proposed to boost up the data rate: multicarrier systems to combat selective fading, ultra wide band (UWB) communications systems to share the spectrum with other users, MIMO transmissions to increase the capacity of wireless links, iteratively decodable codes (e.g., turbo codes and LDPC codes) to improve the quality of the link, cognitive radios, and so forth

    Application of High-precision Timing Systems to Distributed Survey Systems

    Get PDF
    In any hydrographic survey system that consists of more than one computer, one of the most difficult integration problems is to ensure that all components maintain a coherent sense of time. Since virtually all modern survey systems are of this type, timekeeping and synchronized timestamping of data as it is created is of significant concern. This paper describes a method for resolving this problem based on the IEEE 1588 Precise Time Protocol (PTP) implemented by hardware devices, layered with some custom software called the Software Grandmaster (SWGM) algorithm. This combination of hardware and software maintains a coherent sense of time between multiple ethernet-connected computers, on the order of 100 ns (rms) in the best case, of the timebase established by the local GPS-receiver clock. We illustrate the performance of this techniques in a practical survey system using a Reson 7P sonar processor connected to a Reson 7125 Multibeam Echosounder (MBES), integrated with an Applanix POS/MV 320 V4 and a conventional data capture computer. Using the timing capabilities of the PTP hardware implementations, we show that the timepieces achieve mean (hardware based) synchronization and timestamping within 100-150 ns (rms), and that the data created at the Reson 7P without hardware timestamps has a latency variability of 28 µs (rms) due to software constraints within the capture system. This compares to 288 ms (rms) using Reson’s standard hybrid hardware/software solution, and 13.6 ms (rms) using a conventional single-oscillator timestamping model

    Contribution to Efficient Use of Narrowband Radio Channel

    Get PDF
    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
    corecore