Stability of Tracking the Delay of Phase-shift Keyed Signals with Spectrum Expanding in Synchronization Systems of Radio Engineering Systems

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

The issues of ensuring the stability of delay tracking in synchronization systems of radio engineering systems when receiving phase-shift keyed signals with spectrum expansion based on pseudorandom sequences are considered. When working with moving objects, the delay of the received signal continuously changes, synchronization errors occur, and the quality of signal reception largely depends on the stability of the tracking scheme for the delay, characterized by the probability of tracking failure. Delay tracking is usually considered as the main task of the synchronization system of the considered radio systems with phase-manipulated signals with spectrum expansion based on pseudo-random sequences.
The effect of synchronization errors when tracking the delay of a received phase-shift keyed signal with a spectrum extension based on pseudorandom sequences on the probability of tracking failure is studied. The calculation method is used to obtain families of dependences of the probability of tracking failure on the values of random and systematic components of the delay tracking error, normalized to the capture band of the time discriminator of the delay tracking scheme for various combinations of these parameters. The areas of weak and strong influence of the value of tracking errors over the delay of the received signal on the probability of tracking failure are determined. The nature of impact of random and systematic components of tracking error on the probability of failure of tracking was analyzed and it was found that in the General case is the ambiguity of normalized mean square of tracking error as the optimization criterion while minimizing the likelihood of tracking loss.
Calculations performed for a wide range of changes in the normalized delay tracking errors show that to ensure a given quality of signal reception in a radio system with phase-shift keyed signals with spectrum expansion based on pseudorandom sequences, a joint choice of parameters of the delay tracking system that determine the value of random and systematic components of the tracking error is necessary. The results obtained can be used to analyze the characteristics of synchronization systems that monitor the parameters of received signals with a spectrum extension, and to justify the technical solutions of the synchronization system that provide the required quality of signal reception in information and measurement of radio-electronic systems.

About the authors

G. N Maltsev

Military Space Academy of A.F. Mozhaysky (VKA of A.F. Mozhaisky)

Email: vka@mil.ru
Zhdanovskaya st. 13

A. V Evteev

Military Space Academy of A.F. Mozhaysky (VKA of A.F. Mozhaisky)

Email: evteev30@mil.ru
Zhdanovskaya st. 13

References

  1. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами // М.: Радио и связь. 1985. 384 с.
  2. Борисов В.И., Зинчук В.М., Лимарев Е.Е., Шестопалов В.И. Помехозащищенность систем радиосвязи с расширением спектра прямой модуляцией псевдослучайной последовательностью // М.: РадиоСофт. 2011. 548 с.
  3. Alatabani L.E., Abdalla A.G.E. FHSS, DSSS and hybrid DS/FH performance evaluation for VSAT // International Journal of Scientific & Technology Research. 2015. vol. 4. no. 9. pp. 58–62.
  4. Prakash D., Amaralingeswara R. Mobile communication system using VHDL // EPRA International Journal of Multidisciplinary Research. 2018. vol. 4. no. 11. pp. 90–94.
  5. Галантерник Ю.М., Гориш А.В., Калинин А.Ф. Командно-измерительные системы и наземные комплексы управления космическими аппаратами // М.: МГУЛ. 2003. 200 с.
  6. Бакитько Р.В. и др. ГЛОНАСС. Принципы построения и функционирования // М.: Радиотехника. 2010. 800 с.
  7. Mon K.M., Tun P.T., Shukla A.P. Study and analysis on binary offset carrier (BOC) modulation in satellite navigation systems // IOSR Journal of Electronics and Communication Engineering. 2016. vol. 11. no. 5. pp. 115–123.
  8. Pashintsev V.P. et al. Formation Algorithms and Properties of Binary Quasi-Orthogonal Code Sequence of Modern Satellite Systems // International Journal of Engineering & Technology. 2018. vol. 7. no. 4.38. pp. 1205–1209.
  9. TC Synchronization and Channel Coding. Recommended Standard CCSDS 230.1-G-2. Green Book. Issue 2. Washington. DC: CCSDS. 2012.
  10. Pseudo-Noise Ranging Systems. Informational Report CCSDS 414.0-G-2. Green Book. Issue 2. Washington. DC: CCSDS. 2014.
  11. Мишуров А.В. Панько С.П. Использование международных стандартов при проектировании новых командно-измерительных систем космических аппаратов // Исследования наукограда. 2017. № 1. С. 11–15.
  12. Михайлов Н.В., Чистяков В.В. Приемники спутниковой навигации космического базирования: архитектура и первичная обработка сигналов // Научная книга. 2014. 124 с.
  13. Тузов Г.И. Статистическая теория приема сложных сигналов // Сов. Радио. 1977. 400 с.
  14. Журавлев В.И. Поиск и синхронизация в широкополосных системах // М: Радио и связь. 1986. 240 с.
  15. Khaing W.K. et al. Implementation of code and carrier tracking loops for software GPS receivers // International Journal of Scientific & Technology Research. 2015. vol. 4. no. 6. pp. 353–359.
  16. Sudani S., Upadhyay D., Patidar P. Implementation of acquisition and tracking algorithms of spread spectrum signals in high dynamic scenario // International Journal of Current Advanced Research. 2016. vol 5. no. 3. pp. 643–648.
  17. Шахтарин Б.И., Сидоркина Ю.А., Кульков И.А. Моделирование гибридной системы фазовой и тактовой синхронизации ФМ-сигналов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия «Приборостроение». 2014. № 4. С. 123–134.
  18. Salido-Monzu D. et al. Delay tracking of spread-spectrum signals for indoor optical ranging // Sensors. 2014. vol. 14. pp. 23176–23204.
  19. Коровин А.В., Миронов В.А., Новиков А.А., Червань Д.А. Синтез дискриминатора схемы совместного слежения за задержкой перспективных навигационных сигналов ГЛОНАСС // Антенны. 2017. № 7. С. 40–68.
  20. Gang F., Ting Y., Guoxiang G. Research on tracking of spread spectrum PN code signal // Proceedings of the 5th International Conference on Machinery, Materials and Computing Technology (ICMMCT 2017). Beijing: Atlantis Press. 2017. pp. 506–509.
  21. Abboud I.K., Kunbar L.A. Hassan A.S. Synchronization in DSSS system // International Review of Applied Sciences and Engineering. 2020. vol. 11. no. 2. pp. 88–94.
  22. Мальцев Г.Н., Евтеев А.В. Исследование помехоустойчивости радиотехнических систем передачи информации с шумоподобными фазоманипулированными сигналами при наличии ошибок синхронизации по задержке // Информационно-управляющие системы. 2019. № 3. С. 105–113.
  23. Ботов В.А., Казаков Л.Н., Селянская Е.А., Соловьев Д.М. Экспериментальные исследования предельно достижимых параметров скрытного радиоканала управления подвижными объектами в условиях многолучевого распространения // Вестник СибГУТИ. 2016. № 3. С. 57–65.
  24. Li A. et al Code synchronization algorithm based on segment correlation in spread spectrum communication // Algorithms. 2015. vol. 4. no. 4. pp. 870–894.
  25. Mintas Parveen C.M. Code selection with application to spread spectrum systems based on correlation properties // International Journal of Advanced Research in Computer and Communication Engineering. 2015. vol. 4. no. 6. pp. 348–351.
  26. Zhang Z., Lei J. A detecting algorithm of DSSS signal based on auto-correlation estimation // IEEE 2nd Advanced Information Technology, Electronic and Automation Control Conference. Chongqing. 2017. pp. 137–141.
  27. Шахтарин Б.И. Анализ систем синхронизации при наличии помех // М.: Горячая линия–Телеком. 2016. 360 с.
  28. Млечин В.В. Теория радиоэлектронного преодоления. Анализ воздействия помех на радиотехнические системы и устройства // М.: Радиотехника. 2009. 976 с.
  29. Тихонов В.И., Харисов В.Н. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем // М.: Радио и связь. 1991. 608 с.
  30. Шахтарин Б.И., Асланов Т.Г. Статистическая динамика фазовой автоподстройки второго порядка при воздействии комбинированных помех // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2012. № 5. С. 1–10.
  31. Ganesavadivu S., Veancy B.J., Yogesh P. Synchronization eerror suppression and precoder designin OFDM channel // ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2015. vol. 10. no. 7. pp. 3251–3255.
  32. Sheen W.-H., Chang M.-J., Wu C.-S. Performance analysis of noncoherent digital delay locked loops for direct sequence spread spectrum systems with Doppler shift and quantized adaptation // IEEE Transactions on wireless Communications. 2004. vol. 3. no. 6. pp. 2108–2118.
  33. Жодзишский М.И., Курынин Р.В. Исследование свойств систем раздельной и совместной фазовой синхронизации и оценки позиции и скорости движения приемников ГНСС // T-Comm: Телекоммуникации и транспорт. 2017. № 1. С. 45–50.
  34. Перов А.И. Алгоритмы контроля режима слежения за задержкой в аппаратуре спутниковой навигации // Радионавигационные технологии // М.: Радиотехника. 2019. Вып. 8. С. 25–30.
  35. Бурков В.Д., Гинкул Д.И. Процесс синхронизации синхронной радиолинии командно-измерительной системы // Лесной вестник. 2015. № 1. С. 89–96.
  36. Кириллов С.Н., Бузыканов С.Н. Методы многокритериального синтеза алгоритмов цифровой обработки сигналов // Цифровая обработка сигналов. 2012. № 1. С. 3–7.
  37. Sun X., Qin H., Niu J. Comparison and analysis of GNSS signal tracking performance based on Kalman filter and traditional loop // WSEAS Transactions on Signal Processing. 2013. vol. 9. pp. 99–108.
  38. Shaoshuai W., Zebo Z., Gang F. Tracking technology on phase of PN code in spread spectrum communication // Advances in Engineering Research. Vol. 67. Proceedings of the 3th Conference on Materials Engineering, Manufacturing Technology and Control (ICMEMTC-2016). 2016. pp. 546–549.
  39. Баулин П.З., Кобелев М А., Куприянов А.И. К оценке помехозащищенности радиосистем с широкополосными сигналами // Ракетно-космическое приборостроение и информационные системы. 2015. № 1. С. 42–46.
  40. Deshmukha S., Bhosleb U. Performance evaluation of spread spectrum system using different modulation schemes // Procedia Computer Science Vol. 85. International Conference on Computational Modelling and Security (CMS-2016). 2016. pp. 176–182.
  41. Лукьянчиков В.Д., Ливенцев В.В., Сергиенко А.И. Помехоустойчивость когерентного приема фазоманипулированных широкополосных сигналов с поляризационным кодированием при неидеальной временной и фазовой синхронизации // Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2013. № 3. С. 3–10.
  42. Белов С.П., Жиляков Е.Г., Белов А.С., Рачинский С.А. Об одном способе цикловой синхронизации широкополосных сигналов / Научные ведомости. Серия «Экономика. Информатика» // БелГУ. 2015. С. 187–190.
  43. Pinto L. R., Almeida L. A robust approach to TDMA synchronization in aerial networks // Sensors. 2018. vol. 18. no. 12. pp. 1–18.
  44. Abdulhamid M., Omar H. Code tracking of DSSS signal over AWGN channel // Scientific Bulletin of the Electrical Engineering Faculty. 2019. vol. 18. no. 1. pp. 13–17.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».