WWVデジタル受信器-同期と検出

この例では次を使用します:

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この例は,無線局WWVがブロードキャストするタイムコード情報に同期し,この情報をデコードして時間情報を表示するデジタル受信器の実装を示します。この例では,MATLAB®函数ブロックと共に仿真软件®,DSP金宝app系统工具箱™,Stateflow®製品を使用して,単純で非コヒーレントなデジタル受信器を実現します。

WWVとは

WWVは,コロラド州フォートコリンズにある米国標準技術局が運営する米国政府無線局のコールサインです。WWVは，周波数基準とタムコド情報を送信します。送信されるタイムコードは,時間精度10ミリ秒,周波数精度千億分の1のセシウム時計に基づいています。タイムコードは,IRIG-Bタイムコード形式を使用するパルス幅変調のある100 Hzのオーディオ信号を使用して送信されます。

WWVの詳細にいては，WWV无线电台を参照してください。

同期の紹介

同期は，通信アプリケションで共通の問題です。この例では，金宝appSimulinkでこの問題を解決する方法の1を示します。以下の単純なモデルを考えます。

缓冲样本ブロックは,入力サンプルの効率的なバッファーのために内部循環バッファーを維持します。このブロックでは,En_Out入力端子で布尔の‘真正’を受け取った場合にのみ有効な出力フレームが計算されるモードを使用します。帧同步逻辑サブシステムは,受信側の予想どおりに適切なフレームがバッファーされると布尔の‘真正’を出力します。同じ布尔信号が,有効なフレームを処理する接收机サブシステムのトリガーの役割も果たします。このため,缓冲样本ブロックと接收机サブシステムの出力セクションは,要求のあった場合にのみ実行されます。この方法は，この例の2か所で使用されています。シンボルの同期と復調の部分と，フレムの同期とデコドの部分です。

例の検証

モデル例は次の要素で構成されています。各構成要素にいては以下の節で説明します。

发射机—BCDタeconfムコドを生成し送信します。
随机信道延迟-送信された信号にランダムな遅延を追加します。
模型-模型(金宝app模型)を介してdspwwv_receiverモデルを参照します。このモデルは以下で構成されています。

接收机—受信したタesxiムコドを復調し，受信した信号に同期してロックし，bcdシンボルを検出します。
译码器- BCDシンボルをデコドします。

显示-対応する時刻と日付情報を表示します。

dspwwvではコド生成はサポトされませんが，dspwwv_receiverではサポトされることに注意してください。

发射机

このサブシステムは,100 Hzトーンで2進化10進数(BCD)タイムコードを生成します。金宝appSimulinkモデルで使用するサンプリングレト(Ts)は8000サンプル/秒です。WWVによってブロードキャストされるタイムコードは,毎秒1ビットの速度でUTC(協定世界時)情報を連続して提供します。タムコド全体の送信には60ビット(1分)かかります。各タムコド内の各種ビットは，次の情報を示します。

24時間制時刻(utc)
Ut1時刻補正
年
日付
夏時間econf econfンジケeconfタ
うるう秒補正

タイムコードの詳細は,NISTのwebサイトの“WWV时间代码位”および“WWV时间代码格式”の各セクションを参照してください。Ttransmitterサブシステムマスクの【显示时间】パラメーターで,[现在]と(指定)のどちらを選択したかに応じて,サブシステムは対応する60 BCDタイムコードシンボルを生成します。各シンボルは,100 Hzトーンのパルス幅変調(PWM)を使用して表され,发射机サブシステムから出力されます。以下の有効なシンボルのいずれかが毎秒送信されます。

小姐-新しいフレムの開始を示すために，各フレムの先頭にパルスを送信しません。
零- 170毫秒のパルスが0ビットを示します。
1 - 470 msのパルスが1ビットを示します。
MARKER - 770 msのパルスが同期のために10秒ごとに送信されます。

送信されたシンボルは，金宝appSimulinkモデルで以下の整数値にマッピングされます。

0 - miss
1 - 0
2 - 1
3 -标记

送信されるこのトンは，wwvサブキャリアで送信されるトンと同じです。

随机信道延迟

このサブシステムは，送信された信号にランダムな遅延を追加します。受信側セクションは,未知の遅延がある場合でも,送信されたシンボルに同期して適切なタイムコードをデコードします。

模型-`dspwwv_receiver`参照モデル

型号ブロックをダブルクリックしてdspwwv_receiverモデルを開きます。このモデルには,送信された信号を正しく復調,同期,および検出するためのすべての成分が含まれています。このモデルは，以下の3のサブシステムで構成されます。

R1 -接收器

接收机サブシステムをダブルクリックすると,それを構成する以下のサブシステムが表示されます。

1）下转换和下采样は，パルス幅変調信号を入力として受け入れます。このサブシステムは,エンベロープ検出を実行して受信信号を復調し,ローパスフィルター処理を実行し1/80でダウンサンプリングを行います。したがって，復調した信号(dm)には送信されたシンボルごとに100のサンプルが含まれます。このサブシステムの出力は，一連の可変長矩形パルスです。

2）自动增益控制は,dm信号の振幅を推定します。この値は後でdm信号のしきい値の設定に使用されます。

3）Demod的符号定时恢复和缓冲区は，信号の同期と，復調のための信号のバッファ，に使用されます。このサブシステムには，以下のサブシステムが含まれます。

3.1)前缘检测器は，復調した信号dmを受け取り，布尔值信号に量子化します。dm信号の値がagc値より大きい場合は，检测出力信号が'真'になり，それ以外の場合は'假'になります。さらに，このサブシステムはdm信号の立上がりエッジを含む布尔值信号边缘も出力します。

3.2)符号同步では，信号の同期を実行し，wwv信号に同期されたクロック信号を作成します。フレム同期は，解码器セクションで後で実行されます。同期は，Stateflowの時相論理機能を利用します。このStateflowチャトは，以下の3。

SymbolSync——このチャートは,さらに同步状态チャートと锁状态チャートに分かれます。
时钟同步
集成

以下にDemod的符号定时恢复和缓冲区サブシステムと符号同步ステトチャトを示します。

3.2.1)SymbolSyncは，信号同期を実行します。このチャトは，dm信号の立上がりエッジ(边缘を入力として受け取ります。各立上がりエッジは，約100サンプル間隔です。

このチャトの内部パラメタは以下のとおりです。

N1- 2 ecommのエッジ間にある実際のサンプル数
n1- 2 .のエッジ間にある推定サンプル数(開始値は100)
Nwin- N1estサンプルの後，次のエッジを見けるためのウィンドウ(既定値は11サンプル)
Nhalfwin—ウィンドウ長の半分(既定値は6)

同步状態——同期を開始するため,このチャートは立ち上がりエッジを探し,次に約100サンプルの間,サイレンス(エッジが発生しない)期間を探します。続いて，その時点で中心にあるウィンドウで次の立上がりエッジを探します。チャートでこの操作が正常に完了すると,システムの同期が完了したことになり,残りのシンボルが有効なシンボルであると見なされます。失敗した場合は，チャトはこのようなパタ，ンが再度発生し，操作が成功するまで待機します。

“同步”ステトチャトは，エッジが発生するまで待機し，次に少なくとも海底= 'N1est - Nhalfwin + 1“サンプルの間，サeレンス(他のエッジがない)期間を探します。”
その期間(海底サンプル)内にサイレンスが発生せず,別のエッジが検出された場合,このチャートは新しいエッジを基準エッジとして,再びサイレンスを探します。
このチャトは，基準エッジに続く次の海底サンプルの間にサレンスを検出するまで，手順1と2を繰り返します。
海底サンプルの間にサレンスが検出されると，このチャトは海底サンプルの後に次のエッジを検出するまでに要したサンプル数(问を計算します。次のエッジがNwinウィンドウ内に検出された場合は，“ロック”状態に遷移し，後続のシンボルの受信を開始します。次のエッジがNwinウィンドウサンプル内に検出されない場合は,基準エッジを破棄し,手順1 ~ 3で説明したように基準エッジの探索を再開します。

ロック状態——同期が完了すると,このチャートは約100サンプルごとに中心にあるウィンドウ内で次のシンボルを探し,シンボルが検出される限り,同期が保たれます。チャートで2回(200年約サンプル)続けてシンボルが検出されない場合は,同期状態ではなくなり,前述のように再度同期を行います。

“ロック”状態に遷移すると，このチャトはエッジが定期的(約n1サンプルごと)に発生するものと見なします。
チャトは，N1をN1 + Nhalfwin-cntに更新し，次の海底＝N1-Nhalfwin + 1サンプルを無視します。続いて，Nwinサンプルのウィンドウ内で次のエッジを探します。
ウィンドウ内で次のエッジが検出されるまでのサンプル数(问は記録されます。ウィンドウ内でエッジが検出されると，前述のようにN1が再び更新されます。
チャトは，新しい问値に基づき，新しい海底を計算し，前述のように新しいエッジの検出を開始します。
このチャトでは，シンボルを考慮して小姐，Nwinウィンドウ内でエッジが1回検出されないことは許容されますが,連続して2回検出されないと,ロック状態が解除され,同步状態に移行することで,シンボルの同期を再度開始します。

3.2.2)时钟同步は,dm信号の新しい立上がりエッジを受け取るとクロック信号を生成します。これにより,クロックは,定期的に実行される仿金宝app真软件クロックではなく,新しいエッジの発生に同期します。

3.2.3)集成は,エッジの検出時(つまりクロックの生成時)に零シンボルを表す17サンプル幅のテンプレートステップ関数を生成します。この信号は，agcサブシステムで使用されます。

3.3)下游Demod的符号缓冲区は,クロック信号(前述の3.2.2で計算)を受信すると,信号に対応するサンプルをバッファーします。

4)符号Demod和帧缓冲区は，ゼロ以外のクロック信号を受信するたびにトリガされます。このサブシステムでは,矢量量化ブロックを使用して,入力“符号”バッファーを4つのシンボル候補(小姐,零个、一个标记)と比較することで,シンボル復調を実行します。最も一致するシンボルが出力されます。延迟线ブロックは,連続した60個のシンボルをバッファーして”WWVフレームバッファー”を作成するために使用されます。延迟线ブロックの前の帧同步逻辑サブシステムは,連続した标记シンボルと1つの小姐シンボルを探します。このパタンは新しいWWVフレムの開始を示すためです。延迟线ブロックは，このパタンが検出された場合にのみ有効なバッファを出力します。後続のirig-bデコダも，その時点でトリガされます。

R2 - IRIG-B帧解码器

トリガーされるIRIG-B帧解码器サブシステムは,IRIG-B形式のシンボルフレームをタイムコードの個々の成分にデコードするために使用するMATLAB™函数ブロックで構成されます。このサブシステムは，有効なWWVフレされます。

显示

送信されたシンボルは,解码符号スコープに表示され,デコードされたタイムコード情報はタイムコード表示とWWVタイムコードウィンドウに表示されます。WWVタイムコードウィンドウのボックスは,対応する信号が真正の場合に点灯する领导を表します。日光节约に対応する领导は2つの部分に分かれ,一方は”夏時間インジケーター1 ',もう一方は”夏時間インジケーター2》です。时钟漂移プロットは，受信した連続シンボル(symbolClk)の立上がりエッジ間のサンプル数を表します。このプロットのサンプル数は95 ~ 105です。