[petrov 7]

repstosw

Могли бы и на этом форуме найти не заумные рассуждения, а какой-никакой практический толк формализованный, который можно конструктивно обсудить, хотя бы по той же синхронизации, замираниям.

Вы определитесь, вам просто пытаться или сделать то что нужно для решения, в GSM канал оценивают и эквалайзер Витерби применяют для того чтобы гнуть пальцы и демонстрировать свою крутость, раздувают из мухи слона, или подобные решения есть во всех цифровых средствах связи в подобных условиях?

[repstosw 18]

7 hours ago, petrov said:

Могли бы и на этом форуме найти не заумные рассуждения, а какой-никакой практический толк формализованный, который можно конструктивно обсудить, хотя бы по той же синхронизации, замираниям.

Прочитайте название темы.  Причём тут замирания?

Нужно получить битовый поток из сигнала модулятора.  Про замирания - в других темах.

 

7 hours ago, petrov said:

Вы определитесь, вам просто пытаться или сделать то что нужно для решения

Пока мне нужно оценить, насколько полезно может быть применение отсчётов мгновенной фазы для моих целей.

Мои цели - отказаться от встроенного модема Si4463 и научиться находить битовый поток с отсчётов фазы демодулятора. Задача как я понял, не тривиальная.

При этом мне нужны не просто биты в виде 0 и 1,  а результат в виде мягких решений: [0.0...1.0], для того, чтобы загнать это на LDPC или Турбо-код.

Хочу поиграться с мягким выходом демодулятора и оценить насколько FEC на мягких решениях более эффективна, чем FEC на жёстких решениях, которая уже работает.

Тоесть, если разбить на под-этапы:

1) Получение сигнала мгновенной частоты с отсчётов фаз

2) Обработка сигнала (фильтрация, клиппинг, интерполяция,...)

3) Обнаружение преамбулы, нахождение тактовой частоты потока бит (сколько отсчётов на бит - среднее,  и плюс-минус)

4) Нахождение синхрослова

5) Получение мягких решений для каждого бита, коррекция тактовой частоты битового потока (на базе алгоритмов корелляции, предсказания, ...)

 

7 hours ago, petrov said:

в GSM канал оценивают и эквалайзер Витерби применяют для того чтобы гнуть пальцы и демонстрировать свою крутость,

Нужна конкретика, а не общие слова...

Тот же эквалайзер Витерби.  Я ничего по нему не нашёл, кроме как хвалебные оды о том, какой он хорош.  А где микросхема этого эквалайзера?  А программная реализация?  Или может мне сразу выломать кусок с сотовой БС  и использовать готовую плату?

К тому же, ЕМНИП эквалайзер Витерби борется с частотно-селективными замираниями.  А у меня плоские замирания.  Так что нужен он мне или нет - ещё большой вопрос.

И MIMO - это тоже мимо для моих целей.   Ставить 4 антенны на передачу (привет, матрица Аламоути!) или на приём - как-то не хочется.   У трубки телефона - 1 сотовая антенна.

 

И отсылка к книгам Скляра - это тоже ни о чём.  Нужен - номер раздела, параграф, название. Конкретика.  Какой фильтр посмотреть, как подчистить шумы, как получить мгновенную частоту битовых отсчётов и тому подобное.

 

Формализую задачу.

 

raw-файл отсчётов фазы (не обработан - прямой забор с демодулятора):   https://dropmefiles.com/aNLMd

 

Дано:  raw-файл с отсчётами фазы, снятыми с демодулятора Si4463.  Каждый отсчёт хранится в байте.  Каждый отсчёт 7-битный знаковый: -64...+63.   Причём знаковый бит - 6-й, а не 7-й (7-й бит пустой и всегда равен 0)

В файле есть участки с принятым пакетом, который содержит:  преамбулу 64 байта, синхрослово 32 байта (значение 0x5A0FBE66 )  и 6080 байт PayLoad (байты от 0 до 255, по возрастанию, повторяются).

 

Параметры модема: модуляция 2FSK, скорость 50 кбит/c, девиация частоты +/-25 кГц, полоса пропускания приемника: 150 кГц.

 

Надо: получить буфер бит данных (6080*8) мягких решений в диапазоне от 0.0 до 1.0.   Допускается использовать мгновенные отсчёты и окна фиксированного размера (для оконных функций, фреймов).

 

Тоесть - обработка данных в оффлайне.

 

на 50 кбит/c обработанные отсчёты фазы (мгновенная частота) смотрятся веселее:

 

снизу - отсчёты фазы:

Изменено 12 марта пользователем repstosw

[komah 4]

Действительно весело. Это на длительности символа (бита) мгновенная частота к нулю 6 раз возвращается? 

Там, похоже, частота записи в регистр жестко связана с тактовой. То есть, число отсчетов на символ примерно одинаковое для любой скорости передачи. 

Хотя если отсчеты фазы на нижнем графике в той же временной шкале, то просто мгновенная частота неправильно считается.

[repstosw 18]

1 hour ago, komah said:

Это на длительности символа (бита) мгновенная частота к нулю 6 раз возвращается? 

Да.  Возвраты к нулю происходят от того что иногда соседние отсчёты фазы одинаковы (на скорости 50 кбит/с):

 

Пофиксил отсчёты:   +0+, -0-, +00+, -00-. Значения в нулях - нашёл интерполяцией.

Вот так вышло (рисунок внизу):

 

Для +0+ и -0-:

//Step 1: Kill -0-

for(u32 t=0;t<SIZE;t++)if((s[t]<0)&&(s[t-1]==0)&&(s[t-2]<0))
                        {
                         y[t-1]=(s[t]+s[t-2])/2; //-2147483648.0/2;
                        }

for(u32 t=0;t<SIZE;t++)if((s[t]>0)&&(s[t-1]==0)&&(s[t-2]>0))
                        {
                         y[t-1]=(s[t]+s[t-2])/2; //2147483647.0/2;
                        }

 

Для +00+ и -00-:

//Step 2: Kill -00-
 
 for(u32 t=0;t<SIZE;t++)if((s[t]<0)&&(s[t-1]==0)&&(s[t-2]==0)&&(s[t-3]<0))
                        {
                         float k=(s[t]-s[t-3])/3;
                         y[t-2]=s[t-3]+k*1;
                         y[t-1]=s[t-3]+k*2;
                        }

 for(u32 t=0;t<SIZE;t++)if((s[t]>0)&&(s[t-1]==0)&&(s[t-2]==0)&&(s[t-3]>0))
                        {
                         float k=(s[t]-s[t-3])/3;
                         y[t-2]=s[t-3]+k*1;
                         y[t-1]=s[t-3]+k*2;
                        }

 

Каким фильтром это можно сделать?  ФНЧ боюсь срежет скаты, будет плохо.

 

А если ноль между минусами превратить в минимум,  а ноль между плюсами - в максимум,  то получается прямо закраски битов данных дискретно.

 

 

 

В логарифмической шкале ещё лучше:

 

Мусор слева:

 

Уже можно детектор преамбулы писать! :)))

 

Кстати, что есть мягкое решение для одного бита?   Нормированная площадь отсчётов на 1 бит?

Изменено 12 марта пользователем repstosw

[repstosw 18]

1 hour ago, komah said:

Там, похоже, частота записи в регистр жестко связана с тактовой. То есть, число отсчетов на символ примерно одинаковое для любой скорости передачи. 

Скорость взятия отсчётов  зависит программы, насколько быстро она может читать регистр. С учётом кольцевой буферизации, DMA и одинакового интервала взятия  отсчётов - 20 машинных циклов 8051,  больше, чем 1 300 000 отсчётов  за 1 секунду - не получить.

Изменено 12 марта пользователем repstosw

[repstosw 18]

Удалил повторяющиеся отсчёты из raw-файла.

Теперь соседние отсчёты фазы различны, и мгновенная частота не возвращается к нулю несколько раз.

Очевидно, для скорости 50 кбит/с было пересемплирование.

И теперь на 1 бит приходится 12-13 отсчётов всегда:

 

Насколько высок потенциал для нахождения мягких решений?

[komah 4]

21 час назад, repstosw сказал:

Какие следующие шаги должны быть?

Нужно засинхронизироваться и начать по выборкам определять биты.

1. Согласованный фильтр. Импульсная характеристика должна соответствовать ИХ фильтра на передаче. Есть вероятность, что он уже присутствует до вычисления фазы. Можно проверить - на передачу выбрать режим FSK, а на приеме сначала FSK, потом GFSK. Если результаты разные, фильтр уже есть.

2. Ресемплер (интерполятор) - на каждый символ должно приходиться целое число отсчетов, например 2.

3. Выбрать метод оценивания ошибки синхронизации. Выбор зависит от числа отсчетов на символ и формы символа (ИХ фильтра). Если предполагается передача настроечной последовательности в каждом пакете, то выбор богаче, но я с такими вариантами дела не имел. Из NDA самые популярные алгоритмы -  Early-Late и Гарднер. Если использовать решения о принятых символах (обратную связь)  - Zero-Crossing.

4. В синхронизаторе присутствует интерполятор (например, на основе pfb), который должен выдавать значение в зависимости от полученной оценки ошибки синхронизации (в пределах интервала времени между отсчетами).

5. Если ИХ фильтра и число отсчетов на символ на входе синхронизатора всегда одни и те же (для любой скорости), п. 1, 2 и 4 можно объединить.

6. Оценка ошибки фильтруется простейшим БИХ - фильтром. Коэффициенты определяют скорость подстройки синхронизатора. 

7. Если накопленная ошибка превышает интервал времени между отсчетами, следующий отсчет пропускается.

8. В схеме с pfb можно реализовать оценку ошибки синхронизации на основе максимального правдоподобия. Для этого делается два банка фильтров - с ИХ==ИХ согласованного фильтра (mf) и с ИХ== производной ИХ согласованного фильтра (dmf).  Оценка ошибки рассчитывается как произведение выходов mf и  dmf. 

9. В итоге, при исходных 8,3 отсчета на символ, синхронизатор будет выдавать 10 выходных отсчетов на 83 входных. То есть, на каждый входной отсчет, будет получаться от 0 до N выходных. N зависит от реализации. 

 

16 минут назад, repstosw сказал:

Насколько высок потенциал для нахождения мягких решений?

Выше некоторых звезд ) Наверное, стоит говорить о потенциале реализации демодулятора, который обеспечит вероятность ошибки на бит не хуже, чем встроенный. 

2 часа назад, repstosw сказал:

Кстати, что есть мягкое решение для одного бита?   Нормированная площадь отсчётов на 1 бит?

В большинстве случаев мягкое решение - это просто квантованное значение амплитуды на выходе демодулятора. Дальше можно уже всякие правдоподобия считать и их отношения. Просто для выхода демодулятора в виде PAM с несколькими уровнями, нужно для каждого бита значения как-то нормировать. 

[komah 4]

36 минут назад, komah сказал:

Нормированная площадь отсчётов на 1 бит?

Напомнило одно открытие, сделанное много лет назад ). Если постоянно суммировать отсчеты (в виде +1 и -1) и вычитать отсчет, задержанный на длительность символа, можно наблюдать интересную картину. 

[petrov 7]

repstosw

прямой забор с демодулятора

Чтение не синхронизировано с АЦП? Неразличимы одинковые отсчёты и повторы чтения одного и того же отсчёта, выбрасывание истинного отсчёта - сбой синхронизации, на этом можно заканчивать.

_

Мои цели - отказаться от встроенного модема Si4463 и научиться находить битовый поток с отсчётов фазы демодулятора. Задача как я понял, не тривиальная.

Тогда железки в сторону, они только мешают.

_

При этом мне нужны не просто биты в виде 0 и 1,  а результат в виде мягких решений: [0.0...1.0], для того, чтобы загнать это на LDPC или Турбо-код.

При рассчёте мягких решений необходимо учитывать шум, искажения. При рассмотрении непосредственно турбокодов этот вопрос часто опускают, подразумевая, что вы это понимаете.

_

К тому же, ЕМНИП эквалайзер Витерби борется с частотно-селективными замираниями.  А у меня плоские замирания.  Так что нужен он мне или нет - ещё большой вопрос.

Только каким образом так получается, у них и полоса уже и один из модемов на вышке? И дело не в эквалайзере Витерби, любым способом это необходимо решать, каким сможете .

_

И MIMO - это тоже мимо для моих целей.   Ставить 4 антенны на передачу (привет, матрица Аламоути!) или на приём - как-то не хочется.   У трубки телефона - 1 сотовая антенна.

Делают и в трубках несколько антенн. Если замирания действительно плоские и нет гарантированного движения, то кроме разнесённых приёма и/или передачи других решений и нет.

_

Нужна конкретика, а не общие слова...

Вот вам конкретика как такие вещи формализуют и изучают, которую вы могли бы найти на этом форуме.

https://electronix.ru/forum/topic/23652-model-8psk-modema/page/10/#comment-818746

https://electronix.ru/forum/topic/23652-model-8psk-modema/page/13/#comment-1755048

https://electronix.ru/forum/topic/23652-model-8psk-modema/page/9/#comment-803139

_

И отсылка к книгам Скляра - это тоже ни о чём.

Готовых решений хорошо описанных никогда нигде не было.

 

[repstosw 18]

3 hours ago, komah said:

3. Выбрать метод оценивания ошибки синхронизации. Выбор зависит от числа отсчетов на символ и формы символа (ИХ фильтра). Если предполагается передача настроечной последовательности в каждом пакете, то выбор богаче, но я с такими вариантами дела не имел. Из NDA самые популярные алгоритмы -  Early-Late и Гарднер. Если использовать решения о принятых символах (обратную связь)  - Zero-Crossing.

Пока не смотрел ИХ фильтра на GFSK и FSK.

Сделал свой битовый синхронизатор, по крайней мере преамбулу и синхрослово ищет без ошибок :

//BitStream Engine

u32 b=0;
u32 counter0=0;
u32 counter1=0;

#define THR 12
#define DEL  2

for(u32 i=0;i<SIZE;i++)
{
 if(BufferOut[i]>0) //'1'
 {
  if(counter0)
  {
   if(counter0>=THR-DEL)bitstream[b++]='0';
   counter0=0;
  }

  counter1++;

  if(counter1==THR)
  {
   bitstream[b++]='1';
   counter1=0;
  }

 }
 else
 if(BufferOut[i]<0) //'0'
 {

  if(counter1)
  {
   if(counter1>=THR-DEL)bitstream[b++]='1';
   counter1=0;
  }

  counter0++;

  if(counter0==THR)
  {
   bitstream[b++]='0';
   counter0=0;
  }

 }
}

 

...

Preamble (64 bytes "0101..."):

0101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101
0101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101
0101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101
0101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101
0101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101
0101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101
0101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101
0101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101

Sync:

0101 => 5
1010 => A
0000 => 0
1111 => F
1011 => B
1110 => E
0110 => 6
0110 => 6

Data (0,1,2,3,...,255):

00000000
00000001
00000010
00000011
00000100
00000101
00000110
00000111
00001000
00001001
00001010
00001011
00001100
00001101
00001110
00001111

...

 

Изменено 12 марта пользователем repstosw

[komah 4]

30 минут назад, repstosw сказал:

Сделал свой битовый синхронизатор, по крайней мере преамбулу и синхрослово ищет без ошибок

Здесь вместо согласованного фильтра интегратор со сбросом (счетчик). Можно обойтись одним сумматором и вычитать отсчет, задержанный на длительность символа, если знак совпадает. Тогда переполнения не будет. Решение принимается по переходу через 0, для 4FSK работать не будет. И даже сам переход по моему не очень правильно ищется. Лучше не по одному отсчету смотреть, а по выходу интегратора. Ну и подстройки тактовой здесь нет. 

[petrov 7]

repstosw

Сделал свой битовый синхронизатор

Ничего вы не сделали, это типичный программизм, просто сочинение на тему как я провёл это лето на языке Ц, никакого отношения к ЦОС и тому, что реально нужно сделать, это объективно, а не раздувание из мухи слона, как вам кажется.

[repstosw 18]

36 minutes ago, komah said:

Можно обойтись одним сумматором и вычитать отсчет, задержанный на длительность символа, если знак совпадает. Тогда переполнения не будет. Решение принимается по переходу через 0, для 4FSK работать не будет. И даже сам переход по моему не очень правильно ищется. Лучше не по одному отсчету смотреть, а по выходу интегратора. Ну и подстройки тактовой здесь нет. 

Всё ещё впереди! ))) 

 

Сделал детектор паттерна преамбулы и нахождение синхрослова.   И выпарсил данные наконец-то и проверил их.

Все три пакета правильные.

Spoiler

//b - размер массива потока бит (определён ранее)

///////////////////////////////////////

//Preamble Search

#define PRE_THR 32

static const u8 PRE[PRE_THR*8]="0101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101010101";

u32 pre=0;

#define NUMP 3

u32 Nump=0;

u32 found;

SearchNewPacket:

found=0;

for(u32 i=pre;i<b-sizeof(PRE);i++)
{

 if(memcmp(&bitstream[i],PRE,sizeof(PRE))==0)
 {
  pre=i;
  printf("Preamble pattern %d found at offset %d\n",Nump,pre);
  found=1;
  break;
 }
}

Nump++;

if(Nump<NUMP)
{
 pre+=(PRE_THR*2)*8;

 goto SearchNewPacket;
}

if(!found)
{
 printf("No more data...\n");
 getch();

 return -1;
}

///////////////////////////////////////

//Sync Search

u32 syn=pre+sizeof(PRE);

static const u8 SYN[4*8]="01011010000011111011111001100110";

for(u32 i=syn;i<b-sizeof(SYN);i++)
{

 if(memcmp(&bitstream[i],SYN,sizeof(SYN))==0)
 {
  syn=i;
  printf("Syncword pattern found at offset %d\n",syn);
  break;
 }
}

///////////////////////////////////////

//Data Pack

#define DATA_LEN 6080

u32 dat=syn+sizeof(SYN);

static u8 Data[DATA_LEN];

for(u32 i=0;i<DATA_LEN;i++)
{
 if((dat-8+(i*8))>=b)
 {
  printf("No more data...\n");
  getch();

  return -1;
 }

 Data[i]=0;
 for(j=0;j<8;j++)Data[i]|=(bitstream[dat+j+(i*8)]-'0')<<(7-j);
}

///////////////////////////////////////

//Data Check

u32 error=0;

for(u32 i=0;i<DATA_LEN;i++)
{
 if(Data[i]!=(u8)i)
 {
  printf("Error: position: %d, 0x%02X != 0x%02X\n",i,(u8)i,Data[i]);
  error++;
 }
}

if(!error)printf("\nData checked - all OK!\n");

///////////////////////////////////////

 

 

18 minutes ago, petrov said:

Ничего вы не сделали, это типичный программизм, просто сочинение на тему как я провёл это лето на языке Ц, никакого отношения к ЦОС и тому, что реально нужно сделать, это объективно, а не раздувание из мухи слона, как вам кажется.

Корона не жмёт? :)))

Изменено 12 марта пользователем repstosw

[petrov 7]

repstosw

Корона не жмёт? :)))

))

Так можно объективно установить, кто воображает  ... корону.

Можно сделать модельку генератор CPFSK 4 с известными параметрами близкую к реальности с выводом IQ в .wav файл.

Делаем простейшие демодуляторы, никаких Витерби не требуется. Смотрим при каком Eb/N0 достигается BER=10^-1.

Объективно проверите насколько хороша ЦОС в сочинении, сравните с другой реализацией.

Я ж на вашей стороне, хочу чтоб как можно лучше сделали. ))

[komah 4]

3 часа назад, repstosw сказал:

Всё ещё впереди! ))) 

Вот хорошее начало:

https://wirelesspi.com/phase-locked-loop-pll-for-symbol-timing-recovery/

Без восстановления тактовой все остальное не имеет смысла. А в учебниках про это пишут мало и неправильно.

1 час назад, petrov сказал:

Можно сделать модельку генератор CPFSK 4 с известными параметрами близкую к реальности с выводом IQ в .wav файл.

А можно записать сигнал передатчика свистком (RTL-SDR) и демодулировать полностью. И сравнивать не только программные реализации, но и условно железную (в трансивере).