RU2354048C1 - Method and communication system with fast acquisition by ultra-wideband signals - Google Patents
Method and communication system with fast acquisition by ultra-wideband signals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2354048C1 RU2354048C1 RU2007144256/09A RU2007144256A RU2354048C1 RU 2354048 C1 RU2354048 C1 RU 2354048C1 RU 2007144256/09 A RU2007144256/09 A RU 2007144256/09A RU 2007144256 A RU2007144256 A RU 2007144256A RU 2354048 C1 RU2354048 C1 RU 2354048C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- input
- uwb
- channel
- output
- Prior art date
Links
- 238000004891 communication Methods 0.000 title claims abstract description 55
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 36
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 38
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 claims abstract description 6
- FVTCRASFADXXNN-SCRDCRAPSA-N flavin mononucleotide Chemical compound OP(=O)(O)OC[C@@H](O)[C@@H](O)[C@@H](O)CN1C=2C=C(C)C(C)=CC=2N=C2C1=NC(=O)NC2=O FVTCRASFADXXNN-SCRDCRAPSA-N 0.000 claims description 29
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 23
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 21
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 8
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 5
- 238000011835 investigation Methods 0.000 claims description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000000926 separation method Methods 0.000 abstract description 2
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 abstract 5
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 4
- 230000036039 immunity Effects 0.000 description 4
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 2
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 2
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 2
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 2
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 2
- 230000006641 stabilisation Effects 0.000 description 2
- 238000011105 stabilization Methods 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 description 1
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 1
- 230000008054 signal transmission Effects 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое техническое решение относится к радиотехнике, в частности к скоростным системам радиосвязи, использующим импульсные сверхширокополосные (СШП) сигналы, у которых рабочая полоса и средняя частота сигнала сравнимы.The proposed technical solution relates to radio engineering, in particular to high-speed radio communication systems using pulsed ultra-wideband (UWB) signals, in which the working band and average signal frequency are comparable.
Существенное увеличение объема передаваемой информации наиболее эффективно при повышении скорости передачи, что возможно только за счет увеличения ширины полосы частот информационного канала. Системы передачи информации короткими импульсами по сравнению с традиционными системами связи обеспечивают более высокую степень защиты от многолучевого распространения. Однако в условиях воздействия естественных и преднамеренных помех частотная избыточность приводит к увеличению вероятности поражения помехами рабочей полосы СШП системы связи. Использование в известных системах связи при приеме/передаче таких методов как повторный вызов, когерентное накопление и корреляционная обработка сигнала повышает помехозащищенность, но при существенном снижении скорости передачи информации.A significant increase in the amount of transmitted information is most effective when increasing the transmission speed, which is possible only by increasing the bandwidth of the information channel. Short-pulse information transmission systems, compared to traditional communication systems, provide a higher degree of protection against multipath propagation. However, under the influence of natural and deliberate interference, frequency redundancy leads to an increase in the likelihood of interference with the working band of the UWB communication system. The use of well-known communication systems for receiving / transmitting methods such as call back, coherent accumulation and correlation signal processing increases noise immunity, but with a significant reduction in the speed of information transfer.
Известен метод по патенту [US 6925109. Method and system for fast acquisition of ultra-wideband signals. James L. Richards, Mark D. Roberts. 02.08.2005]. Сущность способа вхождения в синхронизм состоит в использовании любой части многолучевого распространения кодовой последовательности импульсного радиосигнала. За счет увеличенного импульсного потока многолучевого радиосигнала возникает возможность корреляционной обработки с образцовым импульсным потоком и при их совпадении система входит в синхронизм. При пороговой обработке, по крайней мере, одной отраженной части многолучевости после проверки на синхронизм система осуществляет быстрый захват. Таким образом, способ обнаружения импульсного радиосигнала заключается в приеме импульсного сигнала, измерении образцового (копии) импульсного потока, поиске импульсного сигнала за счет сдвига копии импульсного потока до момента их совпадения.The known method according to the patent [US 6925109. Method and system for fast acquisition of ultra-wideband signals. James L. Richards, Mark D. Roberts. 08/02/2005]. The essence of the method of entering synchronism is to use any part of the multipath propagation of the code sequence of a pulsed radio signal. Due to the increased pulsed flux of the multipath radio signal, it becomes possible to correlate with the standard pulsed flux, and when they coincide, the system enters into synchronism. With threshold processing of at least one reflected part of the multipath after checking for synchronism, the system performs a quick capture. Thus, a method for detecting a pulsed radio signal is to receive a pulsed signal, measure a reference (copy) of a pulsed stream, search for a pulsed signal by shifting a copy of the pulsed stream until they coincide.
К недостатку известной системы можно отнести неработоспособность в мобильном исполнении, так как условие многолучевости непредвиденно изменяется в зависимости от дальности и относительного положения приемника и передатчика.The disadvantage of the known system can be attributed to inoperability in mobile execution, since the multipath condition unexpectedly varies depending on the range and relative position of the receiver and transmitter.
Известна более современная система [US 6925108 Ultrawide bandwidth system and method for fast synchronizaton. Timothy R. Miller. 02.08.2005]. Метод идентификации фазы входного СШП сигнала содержит следующие этапы: прием входных импульсов СШП сигнала, соседние импульсы которого поступают в фиксированные интервалы; генерация локальных импульсов в СШП приемнике; корреляция локальных импульсов с входными импульсами и получение корреляционной функции; определение максимума корреляционной функции при каждом смещении локальных импульсов в СШП приемнике, содержащее определение первого максимума на первом фазовом интервале, анализа корреляционной функции для нахождения второго импульса, который превышает первый максимум; поиск интервалов вокруг второго максимума около второго фазового интервала и определение является ли второй максимум действительно максимумом.A more modern system is known [US 6925108 Ultrawide bandwidth system and method for fast synchronizaton. Timothy R. Miller. 08/02/2005]. The method for identifying the phase of the input UWB signal comprises the following steps: receiving input pulses of the UWB signal, the adjacent pulses of which arrive at fixed intervals; local pulse generation in a UWB receiver; correlation of local pulses with input pulses and obtaining a correlation function; determining the maximum of the correlation function at each local pulse offset in the UWB receiver, comprising determining the first maximum in the first phase interval, analyzing the correlation function to find the second pulse that exceeds the first maximum; searching for intervals around the second maximum near the second phase interval and determining whether the second maximum is really a maximum.
К недостаткам можно отнести то, что этот способ эффективен только при большом отношении сигнал/помеха на входе приемного устройства.The disadvantages include the fact that this method is effective only with a large signal / noise ratio at the input of the receiving device.
Метод быстрой синхронизации [US 6967993. Ultrawide bandwidth system and method for fast synchronization using sub-code spins. Timothy R. Miller. 22.11.2005] заключается в приеме входного СШП сигнала, формировании копии входного сигнала в СШП приемнике, анализе входного СШП сигнала и сравнении с копией входного сигнала с заранее определенным порогом, получении результата сравнения, сдвиге копии входного сигнала, когда результат анализа превышает заранее определенный порог, изменении величины порога, повторении указанных операций сравнения, сдвиге копии входного сигнала.Fast synchronization method [US 6967993. Ultrawide bandwidth system and method for fast synchronization using sub-code spins. Timothy R. Miller. November 22, 2005] consists in receiving the input UWB signal, generating a copy of the input signal in the UWB receiver, analyzing the input UWB signal and comparing it with a copy of the input signal with a predetermined threshold, obtaining a comparison result, shifting the copy of the input signal when the analysis result exceeds a predetermined threshold , changing the threshold value, repeating said comparison operations, shifting a copy of the input signal.
Недостатком предлагаемого технического решения является также наличие большого отношения сигнал/помеха на входе приемника.The disadvantage of the proposed technical solution is the presence of a large signal / noise ratio at the input of the receiver.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ вхождения в синхронизм, описанный в [I.J.Immoreev, А.А.Sudakov, "Ultra-Wideband Interference Resistant System for Secure Radio Communication with High Data Rate", ICCSC'02, St. Petersburg, Russian Federation, June 2002] («Сверхширокополосная помехоустойчивая система скрытой связи с высокой скоростью передачи данных»), стр.233, принятая за прототип.Closest to the proposed technical solution is the method of entering synchronism described in [I.J. Immmorev, A. A. Sudakov, "Ultra-Wideband Interference Resistant System for Secure Radio Communication with High Data Rate", ICCSC'02, St. Petersburg, Russian Federation, June 2002] ("Ultra-wideband noise-immunity system of covert communications with a high data transfer rate"), p. 233, adopted as a prototype.
Способ-прототип заключается в следующем. Производится излучение передатчиком синхронизирующей последовательности (синхропосылки) сверхширокополосных (СШП) импульсов. В приемнике производится калибровочный цикл СШП сигналов в следующей последовательности:The prototype method is as follows. The transmitter emits a synchronizing sequence (sync packet) of ultra-wideband (UWB) pulses. The receiver performs a calibration cycle of UWB signals in the following sequence:
- усиление внешних входных шумов в шумовых окнах;- amplification of external input noise in noise windows;
- сравнение внешних входных шумов с пороговым напряжением;- comparison of external input noise with threshold voltage;
- регулировка динамического диапазона СШП приемника с помощью изменения коэффициента ослабления аттенюатора по результатам сравнения;- adjustment of the dynamic range of the UWB receiver by changing the attenuation attenuation coefficient of the comparison results;
- регулировка чувствительности СШП приемника изменением уровня пороговых напряжений пороговых устройств каналов сигнала и шума.- sensitivity adjustment of the UWB receiver by changing the level of threshold voltages of the threshold devices of the signal and noise channels.
Далее происходит цикл поиска, включающий:Then a search cycle takes place, including:
- поиск временным сигнальным окном входных СШП импульсов за счет временного смещения сигнального окна, осуществляемого блоком формирования временных окон;- search for the input signal UWB pulses by the temporary signal window due to the temporary displacement of the signal window by the time window generation unit;
- совмещение (установка) центра сигнального окна с СШП импульсом;- combination (installation) of the center of the signal window with UWB pulse;
- вхождение в синхронизм СШП приемника с СШП передатчиком.- entry into the synchronism of the UWB receiver with the UWB transmitter.
Следующий цикл рабочий:The following working cycle:
- непрерывное слежение за уровнем СШП сигнала и стабилизация его уровня на входе сигнального порогового устройства изменением коэффициента ослабления аттенюатора;- continuous monitoring of the UWB signal level and stabilizing its level at the input of the signal threshold device by changing the attenuation attenuation coefficient;
- непрерывное слежение за уровнем шумов во временных шумовых окнах, при изменении которых изменяются уровни пороговых напряжений пороговых устройств в сигнальном и шумовом каналах;- continuous monitoring of the noise level in temporary noise windows, when changed, the threshold voltage levels of threshold devices in the signal and noise channels change;
- прием и передача СШП информации.- reception and transmission of UWB information.
Однако при осуществлении способа-прототипа затрачивается длительное время на последовательное смещение (поиск) временным сигнальным окном хотя бы одного СШП импульса на всем периоде повторения синхропосылки с дискретным шагом (0,5÷1) длительности СШП импульса, что при скважности следования СШП импульсов 50÷100 составит 50÷200 циклов смещения временного окна. Таким образом, общее время вхождения в синхронизм всей системы связи составит 190÷400 циклов.However, when implementing the prototype method, it takes a long time to sequentially shift (search) a temporary signal window for at least one UWB pulse over the entire repetition period of the clock transmission with a discrete step (0.5 ÷ 1) of the duration of the UWB pulse, which is 50 ÷ for the duty cycle of
Недостатком способа-прототипа является значительное время, затрачиваемое на вхождение в синхронизм СШП системы связи.The disadvantage of the prototype method is the significant time spent on entering into synchronism UWB communication system.
Для устранения указанных недостатков в способе быстрого вхождения в синхронизм сверхширокополосной (СШП) системы связи, включающем цикл установки собственных данных и данных абонента в СШП приемнике и передатчике, излучение передатчиком синхропосылок СШП импульсов, калибровочный цикл, цикл поиска приемником входных СШП импульсов, вхождение в синхронизм приемника и передатчика с последующим рабочим циклом, при этом в калибровочном цикле внешние шумы на входе приемника усиливают, стробируют в шумовом временном окне, их уровень сравнивают с пороговым напряжением в пороговом устройстве шумового канала и по результатам сравнения блок обработки и управления осуществляет регулировку динамического диапазона приемника, регулировку чувствительности приемника, в цикле поиска входного СШП импульса его усиливают, осуществляют поиск СШП импульса временным смещением блоком синхронизации последовательности стробирующих импульсов блока временного окна сигнального канала, следующих с тактовой частотой следования входных СШП импульсов до момента установки каждого СШП импульса в центре временного окна сигнального канала, сравнивают их уровень с пороговым напряжением и по результатам сравнения повторяют шаги по регулировке динамического диапазона и чувствительности приемника, описанные в калибровочном цикле, после завершения этих операций абонентский приемник входит в синхронизм с передатчиком источника сообщения, т.к. тактовые частоты следования синхропосылки СШП импульсов и тактовые частоты последовательности временных окон сигнального канала совпадают, согласно изобретению, передатчик излучает синхронизирующую или информационную последовательность ФМн или ЧТ сигнала, причем момент изменения фазы ФМн сигнала или момент изменения частоты ЧТ сигнала опережает на время τ начало излучаемой синхропосылки СШП импульсов, в цикле поиска входной ФМн или ЧТ сигнал усиливают, его спектр переносят на промежуточную частоту в блоке высокой частоты и промежуточной частоты (ВЧ и ПЧ) ФМн или ЧТ приемника, преобразуют в цифровую форму в аналого-цифровом преобразователе (АЦП), обрабатывают за время τ вейвлет-фильтром, который формирует видеоимпульсы, соответствующие моментам изменения фазы входного ФМн сигнала или моментам изменения частоты входного ЧТ сигнала, и синхронизируют каждым упомянутым выше видеоимпульсом блок синхронизации временных окон СШП приемника, формирующим каждый раз последовательность импульсов, стробирующих блок временного окна, следующих с его тактовой частотой, совпадающей с синхронизирующей последовательностью излучаемых СШП импульсов, причем центр каждого временного окна сигнального канала совпадает с каждым входным СШП импульсом, а последовательность видеоимпульсов с выхода вейвлет-фильтра, соответствующая коду синхронизирующей или символам информационной последовательности, кода «1», кода «0» ФМн или ЧТ сигнала, декодируют с выделением видеоимпульса, соответствующего коду синхропосылки, коду «1», коду «0», при выполнении этих операций СШП и ФМн или ЧТ приемник входит в синхронизм соответственно с СШП и ФМн или ЧТ передатчиком.To eliminate these shortcomings in a method for quickly entering synchronism of an ultra-wideband (UWB) communication system, which includes a cycle for setting your own data and subscriber data in a UWB receiver and transmitter, the transmitter emits sync packets of UWB pulses, a calibration cycle, a receiver search cycle for UWB pulses, entering synchronism receiver and transmitter with a subsequent duty cycle, while in the calibration cycle, external noise at the input of the receiver amplifies, gates in a noise time window, their level of comparison They are connected with the threshold voltage in the threshold device of the noise channel, and according to the results of the comparison, the processing and control unit adjusts the dynamic range of the receiver, adjusts the sensitivity of the receiver, amplifies it in the search cycle for the input UWB pulse, searches for the UWB pulse by temporarily shifting the block synchronization sequence of the strobe pulses of the time window signal channel, following with a clock frequency of the input UWB pulses until the installation of each UWB pulse and in the center of the time window of the signal channel, their level is compared with the threshold voltage, and according to the results of the comparison, the steps for adjusting the dynamic range and sensitivity of the receiver described in the calibration cycle are repeated, after these operations the subscriber receiver is in synchronism with the transmitter of the message source, because . the clock frequencies of the clock transmission of the UWB pulses and the clock frequencies of the sequence of time windows of the signal channel coincide, according to the invention, the transmitter emits a synchronizing or information sequence of the PSK or CT signal, and the time of the phase change of the PSK signal or the moment of changing the frequency of the clock signal is ahead of the start time of the transmitted UWB pulses, in the search cycle the input QPSK or CT signal is amplified, its spectrum is transferred to an intermediate frequency in the high-frequency unit and between of the full-time frequency (HF and IF) of the FMN or CT receiver, digitized in an analog-to-digital converter (ADC), processed over time τ by a wavelet filter that generates video pulses corresponding to the moments of the phase change of the input FMN signal or the moments of the frequency change of the input CT signal, and synchronize with each video pulse mentioned above the synchronization block of the UWB time window windows of the receiver, each time generating a sequence of pulses gating the time window block following its clock frequency, coinciding a synchronizing sequence of emitted UWB pulses, the center of each time window of the signal channel coinciding with each input UWB pulse, and the sequence of video pulses from the output of the wavelet filter corresponding to the synchronizing code or symbols of the information sequence, code “1”, code “0” QPSK or The CT signal is decoded with the allocation of a video pulse corresponding to the sync sending code, code “1”, code “0”, when performing these operations, the UWB and FMN or CT receiver enters into synchronism, respectively with UWB and FMN or CT transmitter.
В основу предлагаемого способа поставлена задача создать способ быстрого вхождения в синхронизм СШП системы связи, в которой передатчик излучает сложный сигнал в виде синхронизирующей последовательности (синхропосылки) СШП импульсов, соответствующей адресу вызываемого абонента, и собственного адреса в основной рабочей полосе частот и синхронизирующей или информационной последовательности (СИП) ФМн или ЧТ сигнала (в виде синхропосылки, информационных символов кода «1», кода «0» или любой закодированной информации) в полосе частот, лежащей ниже основной рабочей полосы частот. Синхронизирующая последовательность СШП импульсов состоит из последовательности импульсов - синхропосылки в виде кода, соответствующего адресу вызываемого абонента и собственного кода. При этом каждому моменту изменения фазы ФМн сигнала или частоты ЧТ сигнала соответствует с заданной задержкой τ начало каждой синхронизирующей последовательности СШП сигнала. Таким образом, синхронизирующая последовательность СШП импульсов излучается в каждом элементе кодового символа синхронизирующей или информационной последовательности ФМн или ЧТ сигнала.The proposed method is based on the task of creating a method for rapidly entering into synchronism of UWB communication systems in which the transmitter emits a complex signal in the form of a synchronizing sequence (sync) of UWB pulses corresponding to the address of the called subscriber, and its own address in the main operating frequency band and synchronizing or information sequence (SIP) PSK or CT signal (in the form of a clock message, information symbols of the code “1”, code “0” or any encoded information) in the frequency band, lying below the main operating frequency band. The synchronizing sequence of UWB pulses consists of a sequence of pulses — a sync packet in the form of a code corresponding to the address of the called party and its own code. In this case, to each moment of the phase change of the QPSK signal or frequency of the frequency signal corresponds to a given delay τ the beginning of each synchronizing sequence of UWB signal. Thus, the synchronizing sequence of UWB pulses is emitted in each element of the code symbol of the synchronizing or information sequence of the PSK or CT signal.
Для обеспечения быстрого вхождения в синхронизм канала СШП связи в приемнике необходимо осуществить несколько последовательных временных циклов.To ensure fast entry into the synchronism of the UWB communication channel in the receiver, it is necessary to carry out several consecutive time cycles.
В калибровочном цикле СШП приемника осуществляется усиление, предварительная калибровка чувствительности по внешним входным шумам, уровень в шумовых временных окнах сравнивается с опорным напряжением. По результатам сравнения уровней шумов блок обработки и управления устанавливает опорное напряжение порогов, подаваемых на пороговые устройства сигнального и шумового каналов. При этом уровень порогов в сигнальном канале устанавливается выше, чем опорное напряжение в шумовом канале, на величину, необходимую для достижения требуемой вероятности ошибки на бит. Регулировка динамического диапазона приемника осуществляется изменением коэффициента ослабления аттенюатора по управляющей шине. Таким образом, калибровочный цикл заявленной СШП системы связи полностью соответствует калибровочному циклу прототипа. Калибровочный цикл приемника ФМн или ЧТ сигнала обеспечивается системой автоматической регулировки усиления (АРУ) в блоке высокой частоты и промежуточной частоты (ВЧ и ПЧ) ФМн или ЧТ.In the UWB calibration cycle of the receiver, amplification is carried out, preliminary calibration of sensitivity by external input noise, the level in the noise time windows is compared with the reference voltage. Based on the results of comparing the noise levels, the processing and control unit sets the reference voltage of the thresholds supplied to the threshold devices of the signal and noise channels. In this case, the threshold level in the signal channel is set higher than the reference voltage in the noise channel by an amount necessary to achieve the required error probability per bit. The dynamic range of the receiver is adjusted by changing the attenuator attenuation coefficient on the control bus. Thus, the calibration cycle of the claimed UWB communication system is fully consistent with the calibration cycle of the prototype. The calibration cycle of the FMN or CT signal receiver is provided by the automatic gain control (AGC) system in the high frequency and intermediate frequency (RF and IF) FMN or CT unit.
В цикле поиска принятая синхронизирующая или информационная последовательность ФМн или ЧТ сигнала усиливается, его спектр переносится на промежуточную частоту и преобразуется в цифровую форму, обрабатывается за время τ вейвлет-фильтром, который выделяет видеоимпульсы, соответствующие каждому моменту изменения фазы ФМн сигнала или каждому моменту изменения частоты ЧТ сигнала. Видеоимпульсы с выхода вейвлет-фильтра синхронизируют блок синхронизации временных окон каналов сигнала и шума таким образом, что каждый входной СШП импульс попадает в центр этих временных окон. Так осуществляется полная синхронизация СШП приемника.In the search cycle, the received synchronization or information sequence of the QPSK or CT signal is amplified, its spectrum is transferred to an intermediate frequency and converted to digital form, processed by a wavelet filter for τ, which extracts video pulses corresponding to each moment of the phase change of the QPSK signal or to each moment of the frequency change THT signal. The video pulses from the output of the wavelet filter synchronize the synchronization block of the time windows of the signal and noise channels so that each input UWB pulse falls into the center of these time windows. In this way, the UWB receiver is fully synchronized.
Выделение синхропосылки или символов информационной последовательности осуществляется декодером по последовательности выходных видеоимпульсов вейвлет-фильтра, что позволяет ФМн или ЧТ приемнику входить в синхронизм за один цикл синхропосылки.The synchronization or symbols of the information sequence is extracted by the decoder according to the sequence of output video pulses of the wavelet filter, which allows the FMN or CT receiver to enter synchronism in one synchronization cycle.
Рабочий цикл, т.е. устойчивый прием информации, осуществляется при различных внешних воздействиях на систему связи в виде узкополосных, импульсных и шумовых помех, эффекта Доплера, многолучевого прохождения сигнала, коротких и длительных перерывов в сеансах связи как по СШП каналу связи так и/или по ФМн или ЧТ каналу связи. В рабочем цикле непрерывно стабилизируется уровень СШП сигнала на входе порогового устройства сигнального канала путем изменения коэффициента ослабления аттенюатора, а также непрерывное измерение уровня шумов в шумовых временных окнах с необходимым изменением опорных напряжений пороговых устройств.Duty cycle i.e. stable reception of information is carried out under various external influences on the communication system in the form of narrow-band, pulsed and noise interference, the Doppler effect, multipath signal transmission, short and long interruptions in communication sessions both via the UWB communication channel and / or through the FMN or CT communication channel . In the work cycle, the UWB signal level at the input of the threshold device of the signal channel is continuously stabilized by changing the attenuator attenuation coefficient, as well as continuously measuring the noise level in noise time windows with the necessary change in the reference voltage of the threshold devices.
Таким образом, предлагаемый способ включает в себя следующие циклы:Thus, the proposed method includes the following cycles:
1. Цикл установки собственных и исходных данных в приемнике:1. The cycle of setting your own and source data in the receiver:
- установка кода тактовой частоты формирования кода абонента и собственного кода в синхропосылке СШП сигнала в СШП передатчике;- setting the code for the clock frequency of the subscriber’s code generation and the native code in the sync packet of the UWB signal in the UWB transmitter;
- установка в ФМн передатчике кода частоты несущего сигнала и синхропосылки с кодом абонента или частот манипуляции в ЧТ передатчике и синхропосылки с кодом абонента;- installation in the FMN transmitter of the code of the frequency of the carrier signal and sync with the subscriber code or the frequency of manipulation in the transmitter and sync with the subscriber code;
- установка в приемнике копии синхропосылки СШП импульсов собственного кода тактовой частоты формирования этого кода;- installation in the receiver of a copy of the sync packet of UWB pulses of the own code of the clock frequency of the formation of this code;
- установка несущей частоты принимаемого ФМн сигнала и собственного кода синхропосылки или частот ЧТ сигнала и собственного кода синхропосылки в приемнике.- setting the carrier frequency of the received PSK signal and the native sync parcel code or frequencies of the CT signal and the natural sync parcel code in the receiver.
2. Излучение передатчиком сложного сигнала в виде синхропосылки ФМн или ЧТ сигнала и смещенной на время τ синхропосылки СШП импульсов.2. Emission by the transmitter of a complex signal in the form of a sync packet of FMN or CT signal and a sync pulse of UWB pulses offset by the time τ.
3. Калибровочный цикл приемника для СШП сигнала аналогичен такому же циклу в прототипе, кроме того, производится автоматическая регулировка усиления (АРУ) в блоке ВЧ и ПЧ приемника ФМн или ЧТ сигнала.3. The calibration cycle of the receiver for UWB signal is similar to the same cycle in the prototype, in addition, automatic gain control (AGC) in the RF and IF block of the FMN or CT signal receiver is performed.
4. Цикл поиска в приемнике происходит следующим образом:4. The search cycle in the receiver is as follows:
- обработка за время τ синхропосылки ФМн или ЧТ сигнала с помощью вейвлет-фильтра;- processing for the time τ of the sync sending of the FMN or CT signal using a wavelet filter;
- выделение вейвлет-фильтром видеоимпульса, соответствующего моменту изменения фазы ФМн сигнала или моменту изменения частоты ЧТ сигнала;- selection of a video pulse by the wavelet filter corresponding to the moment of the phase change of the PSK signal or the time of the frequency change of the frequency signal;
- запоминание последовательности видеоимпульсов, сравнение ее с информационным символом кода «1» или «0», с кодом синхропосылки ФМн или ЧТ сигнала, выделение сигнала о принятом символе кода «1», «0», кода синхропосылки, т.е. вхождение в синхронизм ФМн или ЧТ приемника с ФМн или ЧТ передатчиком;- storing the sequence of video pulses, comparing it with the information symbol of the code “1” or “0”, with the sync parcel code of the FMN or CT signal, highlighting the signal about the received symbol of the code “1”, “0”, the sync parcel code, i.e. entering into synchronism of the FMN or CT receiver with the FMN or CT transmitter;
- синхронизация выходным видеоимпульсом вейвлет-фильтра блока синхронизации временных окон для сигнального и шумового каналов, причем центр временного сигнального окна совпадает с входным СШП импульсом;- synchronization by the output video pulse of the wavelet filter of the synchronization block of time windows for the signal and noise channels, the center of the time signal window coinciding with the input UWB pulse;
- прием одной или, для повышения достоверности, нескольких синхропосылок СШП сигнала;- receiving one or, to increase the reliability, several sync packets of the UWB signal;
- обработка синхропосылки СШП сигнала в блоке обработки и управления (с помощью операций запоминания, сложения, смещения, умножения, сравнения и т.д. в цифровом виде);- processing of the UWB signal clock in the processing and control unit (using the operations of storing, adding, shifting, multiplying, comparing, etc. in digital form);
- вхождение в синхронизм СШП канала системы связи с выдачей квитанции «синхронизм».- entering into synchronism of UWB channel of a communication system with issuing a receipt "synchronism".
5. Рабочий цикл:5. Duty cycle:
- непрерывное слежение за уровнем СШП сигнала и его стабилизация на входе порогового устройства сигнального канала изменением коэффициента ослабления аттенюатора;- continuous monitoring of the UWB signal level and its stabilization at the input of the threshold device of the signal channel by changing the attenuation attenuation coefficient;
- непрерывное слежение за уровнем шумов в шумовых окнах СШП канала с последующей регулировкой пороговых напряжений пороговых устройств сигнального и шумового СШП каналов;- continuous monitoring of the noise level in the noise windows of the UWB channel with subsequent adjustment of the threshold voltage of the threshold devices of the signal and noise UWB channels;
- непрерывное слежение за уровнем входного ФМн или ЧТ сигнала и стабилизация с помощью АРУ на выходе усилителя промежуточной частоты (УПЧ) блока ВЧ и ПЧ;- continuous monitoring of the level of the input PSK or BH signal and stabilization with the help of the AGC at the output of the intermediate frequency amplifier (IF) of the RF and IF unit;
- прием и передача СШП, ФМн или ЧТ информации.- reception and transmission of UWB, FMN or CT information.
При этом выделим следующие основные, наиболее сложные варианты работы:At the same time, we highlight the following basic, most complex options:
1. одновременная работа мобильной связи СШП и ФМн или ЧТ системы связи;1. simultaneous operation of mobile communication UWB and FMN or CT communication systems;
2. работа мобильной СШП при неработающем ФМн или ЧТ канале связи;2. the operation of mobile UWB with an idle FMN or CT channel;
3. работа мобильной ФМн или ЧТ системы связи при неработающей СШП системе связи.3. operation of a mobile FMN or CT communication system with a non-working UWB communication system.
По первому варианту. Поддержание синхронизма СШП канала связи обеспечивается непрерывно по ФМн или ЧТ каналу связи. Режим синхронизма ФМн или ЧТ канала связи сохраняется, т.к. видеоимпульсы с выхода вейвет-фильтра осуществляют необходимую коррекцию при удлинении или укорочении по длительности заданного кода.According to the first option. Maintaining synchronism UWB communication channel is provided continuously on the PSK or CT channel. The synchronism mode of the PSK or CT channel of the communication channel is maintained, because video pulses from the output of the wavelet filter carry out the necessary correction when lengthening or shortening the duration of a given code.
По второму варианту. Синхронизм СШП системы связи сохраняется при непрерывном слежении за положением СШП импульса в центре временного сигнального окна (как в прототипе). При наличии перерывов в работе СШП системы связи сеанс работы начинается с цикла поиска и вхождения в синхронизм СШП и ФМн или ЧТн каналов связи.According to the second option. The UWB synchronism of the communication system is maintained by continuously monitoring the position of the UWB pulse in the center of the temporary signal window (as in the prototype). If there are interruptions in the operation of the UWB communication system, the work session begins with a search cycle and the synchronization of UWB and FMN or CTN communication channels.
По третьему варианту. Синхронизм ФМ или ЧТ канала связи сохраняется, т.к. видеоимпульсы с выхода вейвлет-фильтра производят необходимую коррекцию при удлинении или укорочении по длительности заданного кода, если начинается работа СШП канала связи.According to the third option. The synchronism of the FM or CT communication channel is maintained, because video pulses from the output of the wavelet filter produce the necessary correction when lengthening or shortening the duration of a given code if the UWB communication channel begins.
Таким образом, предлагаемый способ по сравнению с прототипом обладает следующими преимуществами.Thus, the proposed method in comparison with the prototype has the following advantages.
Объединение процессов синхронизации СШП канала с синхронизацией или с режимом передачи информации ФМн или ЧТ канала связи с применением вейвлет-анализа для обработки ФМн или ЧТ сигналов позволяет:Combining the UWB channel synchronization processes with synchronization or with the mode of transmitting information of the PSK or CT channel data using wavelet analysis to process the PSK or CT signals allows you to:
- довести время вхождения в синхронизм СШП канала связи за одну - три синхропосылки;- to bring the time of entering into synchronism of UWB communication channel in one or three sync packets;
- довести время вхождения в синхронизм ФМн или ЧТ канала связи за время передачи одной ФМн или ЧТ синхропосылки;- bring the time of occurrence of synchronization of the PSK or CT channel of the communication channel during the transmission of one PSK or CT sync;
- обеспечить быстрое вхождение в синхронизм СШП и ФМн или ЧТ каналов связи как для стационарных, так и/или мобильных систем связи;- to provide a quick entry into the synchronism of UWB and FMN or CT communication channels for both stationary and / or mobile communication systems;
- повысить помехозащищенность вхождения в синхронизм канала СШП системы связи, т.к. отсутствует в приемнике процесс поиска временным сигнальным окном входного СШП импульса, что позволяет для повышения достоверности осуществить прием нескольких СШП синхропосылок;- to increase the noise immunity of entering the synchronism of the UWB channel of a communication system, because the receiver does not have a search process with a temporary signal window for an input UWB pulse, which allows receiving several UWB sync packages to increase reliability;
- помехозащищенность канала ФМн или ЧТ системы связи полностью определяется свойствами вейвлет-фильтра, работающего при соотношении сигнал/помеха на входе до (0÷1) дБ и с соотношением сигнал/помеха на выходе (10÷12) дБ.- the noise immunity of the QPSK channel or CT channel of a communication system is completely determined by the properties of the wavelet filter, which operates at a signal to noise ratio at the input of up to (0 ÷ 1) dB and a signal to noise ratio at the output of (10 ÷ 12) dB.
Системы связи и устройства с применением сверхширокополосных сигналов описаны в ряде статей и патентов. Примерами могут служить устройства СШП импульсной системы связи, защищенные патентами США [US 4641317 Spread Spectrum Radio Transmission System. Larry W. Fullerton. 03.12.84; US 5677927 Ultra wide - Band Communication System and Method. Larry W. Fullerton; Ivan A.Cowie. 14.10.1997; US 5687169 Full Duplex Ultra wide - Band Communication System and Method. Larry W. Fullerton. 24.11.1997]. Эти системы импульсной радиосвязи для передачи информации используют одну или несколько импульсных поднесущих. В импульсном радиоприемнике используется кросс-коррелятор, осуществляющий свертку близких по форме входного сигнала с эталонным сигналом, состоящих из ста пятидесяти - двухсот импульсов, засинхронизированных по времени с известным кодом передатчика. Выходное напряжение кросс-коррелятора интегрируется для восстановления сигнала из шума и помех. Однако при этом накладываются определенные ограничения на уровень искажения формы принимаемого сигнала, так как при распространении СШП сигнала форма его изменяется в зависимости от расстояния приема/передачи. Из-за широкой полосы частот и сверхкороткой длительности импульсов требования к точности синхронизации в этих системах необычайно высоки. В этих известных СШП системах сигналы синхронизации и автоподстройки связаны между собой и с основными информационными сигналами на одном энергетическом уровне, а так как спектральная плотность всех сигналов находится на уровне шумов, то система в значительной степени подвержена сбоям. Вхождение в синхронизм таких систем связи с СШП сигналами требует недопустимо большого времени, т.к. необходимо осуществлять перебор путем временного сдвига эталонных импульсов с шагом, равным (0,54÷1) длительности СШП сигнала, на всем периоде следования синхросигнала.Communication systems and devices using ultra-wideband signals are described in a number of articles and patents. Examples are UWB devices of a pulsed communication system protected by US patents [US 4,641,317 Spread Spectrum Radio Transmission System. Larry W. Fullerton. 12/03/84; US 5,677,927 Ultra wide - Band Communication System and Method. Larry W. Fullerton; Ivan A. Cowie. 10/14/1997; US 5,687,169 Full Duplex Ultra wide - Band Communication System and Method. Larry W. Fullerton. 11.24.1997]. These pulsed radio systems use one or more pulse subcarriers to transmit information. A pulsed radio receiver uses a cross-correlator that convolves a similar input signal with a reference signal, consisting of one hundred fifty to two hundred pulses synchronized in time with a known transmitter code. The cross-correlator output voltage is integrated to recover the signal from noise and interference. However, certain restrictions are imposed on the level of distortion of the shape of the received signal, since when the UWB signal propagates, its shape changes depending on the reception / transmission distance. Due to the wide frequency band and ultra-short pulse duration, the requirements for synchronization accuracy in these systems are unusually high. In these well-known UWB systems, synchronization and auto-tuning signals are interconnected with the main information signals at the same energy level, and since the spectral density of all signals is at the noise level, the system is significantly susceptible to malfunctions. Entering into synchronism of such communication systems with UWB signals requires an unacceptably long time, because it is necessary to carry out an exhaustive search by temporarily shifting the reference pulses with a step equal to (0.54 ÷ 1) the duration of the UWB signal over the entire period of the clock signal.
Известны также высокоскоростные системы связи с СШП сигналами с использованием сверхбыстродействующего порогового обнаружения [US 3662316 Shot Base - Band Pulse Receiver. Kenneth W. Robbins 09.05.1972; US 3728632. Transmission and Reception System for Generation and Receiving Base-Band Duration Pulse Communication System/Gerald F. Ross. 17.04.1973]. В последних источниках описаны простые одинаковые схемы импульсных радиоприемников с низкой чувствительностью, работающие только при больших отношениях сигнал/помеха.Also known are high-speed communication systems with UWB signals using ultra-fast threshold detection [US 3662316 Shot Base - Band Pulse Receiver. Kenneth W. Robbins 05/09/1972; US 3,728,632. Transmission and Reception System for Generation and Receiving Base-Band Duration Pulse Communication System / Gerald F. Ross. 04/17/1973]. The latest sources describe simple identical circuits of pulsed radio receivers with low sensitivity, working only with large signal / noise ratios.
Известна более современная система [US 6925108 Ultrawide bandwidth system and method for fast synchronizaton. Timothy R. Miller. 02.08.2005]. Метод идентификации фазы входного СШП сигнала заключается в следующем: на многоканальный коррелятор поступают принимаемые импульсы и импульсы с различными временными промежутками между ними, которые соответствуют отдельным временным промежуткам опорной кодовой последовательности. При совпадении любого указанного промежутка (фазовый интервал) один из корреляторов формирует первый максимум. При очередном совпадении на втором фазовом интервале второй коррелятор формирует второй максимум. Если второй максимум выше первого максимума, то применяется решение о запуске опорной импульсной последовательности и система входит в синхронизм. К недостаткам можно отнести работоспособность синхронизации этой системы связи только при большом отношении сигнал/помеха на входе приемного устройства.A more modern system is known [US 6925108 Ultrawide bandwidth system and method for fast synchronizaton. Timothy R. Miller. 08/02/2005]. The method for identifying the phase of the input UWB signal is as follows: the received pulses and pulses with different time intervals between them, which correspond to individual time intervals of the reference code sequence, are fed to the multichannel correlator. If any specified interval coincides (phase interval), one of the correlators forms the first maximum. At the next coincidence in the second phase interval, the second correlator forms a second maximum. If the second maximum is higher than the first maximum, then the decision to start the reference pulse sequence is applied and the system enters into synchronism. The disadvantages include the operability of synchronization of this communication system only with a large signal / noise ratio at the input of the receiving device.
Метод быстрой синхронизации [US 6967993. Ultrawide bandwidth system and method for fast synchronization using sub-code spins. Timothy R. Miller. 22.11.2005] заключается в том, что контроллер проверяет выход коррелятора, на входы которого поступает входной СШП сигнал с достаточным отношением сигнал/помеха и опорная импульсная последовательность, которая циклически смещается во времени. Контроллер генерирует управляющий сигнал, принуждающий синхрогенератор опорной кодовоимпульсной последовательности останавливаться или следить за входным СШП сигналом всякий раз при совпадении с опорной кодовой последовательностью.Fast synchronization method [US 6967993. Ultrawide bandwidth system and method for fast synchronization using sub-code spins. Timothy R. Miller. November 22, 2005] consists in the fact that the controller checks the output of the correlator, the inputs of which receive an input UWB signal with a sufficient signal / noise ratio and a reference pulse sequence, which cyclically shifts in time. The controller generates a control signal, forcing the sync generator of the reference code-pulse sequence to stop or monitor the input UWB signal whenever it matches the reference code sequence.
Недостатком известного технического решения является необходимость наличия большого отношения сигнал/помеха на входе приемника для обеспечения работоспособности системы.A disadvantage of the known technical solution is the need for a large signal / noise ratio at the input of the receiver to ensure the operability of the system.
Известен метод по патенту [US 6925109. Method and system for fast acquisition of ultra-wideband signals. James L. Richards, Mark D. Roberts. 02.08.2005]. Сущность этого метода состоит в использовании любой части многолучевого распространения кодовой последовательности импульсного радиосигнала. За счет увеличенного импульсного потока многолучевого радиосигнала возникает возможность корреляционной обработки с образцовым импульсным потоком и при их совпадении система входит в синхронизм. При пороговой обработке, по крайней мере, одной отраженной части многолучевости после проверки на синхронизм система осуществляет быстрый захват. К недостатку известной системы можно отнести неработоспособность в мобильном исполнении, так как условие многолучевости непредвиденно изменяется в зависимости от дальности и относительного положения приемника и передатчика.The known method according to the patent [US 6925109. Method and system for fast acquisition of ultra-wideband signals. James L. Richards, Mark D. Roberts. 08/02/2005]. The essence of this method is to use any part of the multipath propagation of the code sequence of a pulsed radio signal. Due to the increased pulsed flux of the multipath radio signal, it becomes possible to correlate with the standard pulsed flux, and when they coincide, the system enters into synchronism. With threshold processing of at least one reflected part of the multipath after checking for synchronism, the system performs a quick capture. The disadvantage of the known system can be attributed to inoperability in mobile execution, since the multipath condition unexpectedly varies depending on the range and relative position of the receiver and transmitter.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является система связи, описанная в [I.J.Immoreev, А.А.Sudakov, "Ultra-Wideband Interference Resistant System for Secure Radio Communication with High Data Rate", ICCSC'02, St. Petersburg, Russian Federation, June 2002] («Сверхширокополосная помехоустойчивая система скрытой связи с высокой скоростью передачи данных», стр.230-232), принятая за прототип.Closest to the proposed technical solution is the communication system described in [I.J. Immmorev, A. A. Sudakov, "Ultra-Wideband Interference Resistant System for Secure Radio Communication with High Data Rate", ICCSC'02, St. Petersburg, Russian Federation, June 2002] ("Ultra-wideband noise-immunity covert communications system with high data rate", pp. 230-232), adopted as a prototype.
Функциональная схема устройства-прототипа приведена на фиг.1, где обозначено:The functional diagram of the prototype device is shown in figure 1, where it is indicated:
I - общая часть устройства:I - the general part of the device:
3 - переключатель прием/передача;3 - receive / transmit switch;
4 - широкополосный фильтр (ШПФ);4 - broadband filter (FFS);
5 - антенна;5 - antenna;
II - передающая часть:II - transmitting part:
1 - буферное устройство;1 - buffer device;
2 - генератор сверхширокополосных (СШП) импульсов;2 - generator of ultra-wideband (UWB) pulses;
III - приемная часть:III - receiving part:
6 - малошумящий усилитель;6 - low noise amplifier;
7 - аттенюатор;7 - attenuator;
8 - делитель мощности;8 - power divider;
9 - блок временного окна канала сигнала;9 is a block of the time window of the signal channel;
10 - пороговое устройство канала сигнала;10 - threshold device channel signal;
11 - буферное устройство канала сигнала;11 - buffer device channel signal;
12 - формирователь порогового напряжения канала сигнала;12 - shaper threshold voltage of the signal channel;
13 - блок временного окна канала шума;13 - block time window of the noise channel;
14 - пороговое устройство канала шума;14 - threshold device of the noise channel;
15 - буферное устройство канала шума;15 - buffer device noise channel;
16 - формирователь порогового напряжения канала шума;16 - shaper threshold voltage of the noise channel;
17 - блок обработки и управления;17 - processing and control unit;
18 - блок синхронизации.18 is a synchronization unit.
Устройство-прототип содержит в общей части I приемопередатчика последовательно соединенные переключатель 3 прием/передача, широкополосный фильтр (ШПФ) 4 и антенну 5; в передающей части последовательно соединенные буферное устройство 1 и генератор 2 сверхширокополосных (СШП) импульсов, выход которого соединен с входом переключателя 3 прием/передача; в приемной части последовательно соединенные малошумящий усилитель 6, аттенюатор 7, делитель 8 мощности, блок 9 временного окна канала сигнала, пороговое устройство 10 канала сигнала, буферное устройство 11 канала сигнала, выход которого соединен с первым входом блока 17 обработки и управления, первый выход которого шиной подключен к входам формирователей 12 и 16 порогового напряжения каналов сигнала и шума, к входу блока 18 синхронизации и вторыми входам аттенюатора 7 и переключателя 3 прием/передача, второй выход которого соединен с входом малошумящего усилителя 6. Кроме того, второй выход делителя 8 мощности через последовательно соединенные блок 13 временного окна канала шума, пороговое устройство 14 канала шума и буферное устройство 15 канала шума соединен со вторым входом блока 17 обработки и управления, первый выход которого соединен с входом буферного устройства 1. Первый выход блока 18 синхронизации соединен со вторым входом блока 9 временного окна сигнала. Второй выход блока 18 синхронизации соединен со вторым входом блока 13 временного окна шума. Выходы формирователей порогового напряжения канала сигнала 12 и канала шума 16 подключены соответственно ко вторым входам пороговых устройств канала сигнала 10 и канала шума 14. Вход-выход блока 17 обработки и управления является вх/вых информации.The prototype device contains in the General part I of the transceiver in series connected
Устройство-прототип работает следующим образом.The prototype device operates as follows.
Информация, поступающая на «вх-вых» блока 17 обработки и управления, кодируется в последовательность импульсов, которые через буферное устройство 1 запускают генератор 2 СШП импульсов. СШП импульсы поступают через переключатель 3 прием/передача и ШПФ 4 в антенну 5, которая излучает сигнал в эфир. Два канала приемной части абонентского СШП приемопередатчика осуществляют параллельный прием. Один канал служит для приема сигнала, второй для оценки уровня внешних шумов и сигналов переотражений от препятствий, расположенных на пути распространения СШП сигнала. Основу каждого канала составляет чувствительное пороговое устройство 10 канала сигнала и чувствительное пороговое устройство 14 канала шума, выполненные на базе ключевых туннельных диодов, предназначенных для работы в диапазоне СВЧ. Прием в сигнальном и шумовом каналах осуществляется в соответствующих временных окнах (временных интервалах). Прием сигнала в окне, длительность которого не намного превышает длительность информационного сигнала, позволяет обеспечить помехозащищенность. Сигнал, принимаемый антенной 5 абонентской станции через переключатель 3, усиливается малошумящим усилителем 6 и подается через аттенюатор 7, делитель 8 мощности и блок 9 на вход порогового устройства 10 канала сигнала, где происходит сравнение с пороговым напряжением формирователя 12. Шумы со второго выхода блока 8 через блок 13 канала шума подаются на первый вход порогового устройства 14 канала шума, где происходит сравнение с пороговым напряжением формирователя 16. С выхода пороговых устройств 10 канала сигнала и 14 канала шума результаты сравнения через соответствующие буферные устройства 11 и 15 поступают на обработку в цифровой сигнальный процессор (ЦСП) блока 17 обработки и управления. Сигнальный процессор анализирует отклонения от пороговых напряжений, принимаемый сигнал и принимаемые шумы. В зависимости от результатов обработки осуществляется регулировка чувствительности приемной части III путем подстройки порогов формирователями порогового напряжения канала сигнала 12 и канала шума 16. Регулировка динамического диапазона приемной части производится с помощью аттенюатора 7. Также по результатам анализа осуществляется управление работой блока 18 синхронизации. Перед началом работы осуществляется калибровка приемной части по внешним шумам. Основные задачи калибровки - установка пороговых напряжений, подаваемых на пороговые устройства канала сигнала 10 и канала шума 14. При калибровке уровень порога в канале сигнала устанавливается выше, чем пороговое напряжение в канале шума, на величину, необходимую для достижения требуемой вероятности ошибки на бит. Калибровка осуществляется после включения питания приемной части и после потери сигнала в рабочем режиме. После завершения калибровки приемной части система переходит в режим поиска сигнала. Поиск сигнала - это режим, обеспечивающий вхождение в синхронизм приемной и передающей частей системы связи. Передающая часть источника сообщения излучает служебный сигнал, который служит для установления связи между ним и приемной частью. В этом режиме блок синхронизации 18 через устройство 9 производит поиск сигнальным окном приемной части абонентской станции сигнала передающей части источника сообщения. Принятый сигнал устанавливается по центру окна. Процедура поиска сигнала осуществляется системой синхронизации и так же, как и калибровка, производится после включении питания приемной части и после потери сигнала в рабочем режиме. В рабочем режиме постоянно осуществляется оценка уровня шумов в шумовых окнах. При изменении измеренного уровня шума изменяются значения порогов в шумовом и, соответственно, сигнальном канале, а также происходит регулировка уровня сигнала входным аттенюатором 7. Наряду с этим в рабочем режиме производится постоянное слежение за положением принимаемого СШП сигнала в сигнальном окне. При отклонении положения СШП сигнала от центра окна на заданный минимальный временной интервал система синхронизации формирует команду на смещение сигнального окна на необходимый временной интервал. В случае потери сигнала (отсутствие импульсов в сигнальном окне) система связи выходит из рабочего режима и переходит в режим калибровки и поиска сигнала.The information supplied to the “I / O” of the processing and
Время вхождения системы связи в синхронизм τсинх определяется перебором временного сдвига синхронизирующих импульсов с шагом, равным (0,5÷1) длительности СШП сигнала τu во всем промежутке следования синхроимпульсов Т. Так как длительность СШП импульса τu много меньше Т (в 100 и более раз), то реальное время вхождения в синхронизм даже при соотношении сигнал/помеха, равном 10 дБ, может достигать от 0,05 сек до 0,5 сек.The time of the communication system entering synchronism τ sync is determined by sorting the time shift of the synchronizing pulses with a step equal to (0.5 ÷ 1) the duration of the UWB signal τ u in the entire interval of the synchronization pulses T. Since the duration of the UWB pulse τ u is much less than T (100 and more times), then the real time of entering synchronism even with a signal / noise ratio of 10 dB can reach from 0.05 seconds to 0.5 seconds.
Время вхождения в синхронизм можно определить по формуле:The time of entry into synchronism can be determined by the formula:
где τСИНХ - время вхождения в синхронизм;where τ SINH - time of entry into synchronism;
Т - период синхросигнала;T is the period of the clock signal;
τu - длительность СШП импульса.τ u - the duration of the UWB pulse.
Недостатком устройства-прототипа является неэффективное использование высокой пропускной способности канала радиосвязи из-за длительного времени вхождения системы в синхронизм.The disadvantage of the prototype device is the inefficient use of high bandwidth radio channel due to the long time the system enters synchronism.
Для устранения указанного недостатка в систему с быстрым вхождением в синхронизм, содержащую общую, передающую и приемную части, причем общая часть содержит последовательно соединенные переключатель прием/передача, широкополосный фильтр (ШПФ) и антенну, передающая часть содержит буферное устройство и генератор сверхширокополосных (СШП) импульсов, приемная часть содержит последовательно соединенные малошумящий усилитель, аттенюатор, делитель мощности, блок временного окна канала сигнала, пороговое устройство канала сигнала и буферное устройство канала сигнала, выход которого соединен с первым входом блока обработки и управления, последовательно соединенные блок временного окна канала шума, пороговое устройство канала шума и буферное устройство канала шума, выход которого соединен со вторым входом блока обработки и управления, при этом второй выход делителя мощности соединен с первым входом блока временного окна канала шума, второй вход которого подсоединен ко второму выходу блока синхронизации, первый выход которого соединен со вторым входом блока временного окна канала сигнала, кроме того, первый выход блока обработки и управления соединен шиной с входами формирователей пороговых напряжений канала сигнала и канала шума, с первым входом блока синхронизации, со вторыми входами аттенюатора и переключателя прием/передача, выход которого соединен с входом малошумящего усилителя, причем второй выход блока обработки и управления соединен с входом буферного устройства, выход генератора СШП импульсов соединен с первым входом переключателя прием/передача, выходы формирователей пороговых напряжений канала сигнала и канала шума соединены соответственно со вторыми входами пороговых устройств канала сигнала и канала шума, вход-выход блока обработки и управления является входом-выходом информации, согласно изобретению, введены в общую часть первый и второй полосовые фильтры (ПФ) и переключатель ПФ, выходы-входы которого соединены соответственно с входами-выходами полосовых фильтров, выходы которых подсоединены к антенне, в передающую часть - последовательно соединенные формирователь синхронизирующей и информационной последовательности (СИП) и усилитель, выход которого соединен с первым входом переключателя полосовых фильтров (ПФ), устройство задержки сигнала, включенное между выходом буферного устройства и входом генератора СШП импульсов, в приемную часть - последовательно соединенные блок ВЧ и ПЧ, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и вейвлет-фильтр, выход которого соединен со вторым входом блока синхронизации, который является блоком синхронизации временных окон и выполнен со вторым входом для установки его в начальное состояние, причем вторые входы блока ВЧ и ПЧ, АЦП, вейвлет-фильтра и переключателя ПФ, а также вход формирователя СИП соединены шиной с первым выходом блока обработки и управления, вход блока ВЧ и ПЧ подсоединен к выходу переключателя ПФ, кроме того, выход вейвлет-фильтра соединен с входом декодера, выходы которого являются соответственно выходами видеоимпульсов, соответствующих коду «1», коду «0» и коду синхропосылки.To eliminate this drawback in a system with fast entry into synchronism, containing a common, transmitting and receiving parts, the common part containing serially connected receive / transmit switch, broadband filter (FWF) and antenna, the transmitting part contains a buffer device and an ultra-wideband generator (UWB) pulses, the receiving part contains in series a low-noise amplifier, an attenuator, a power divider, a block of a temporary window of the signal channel, a threshold device of the signal channel, and a buffer the signal channel device, the output of which is connected to the first input of the processing and control unit, the noise channel time window unit, the noise channel threshold device and the noise channel buffer device, the output of which is connected to the second input of the processing and control unit, the second output of the power divider connected to the first input of the time channel block of the noise channel, the second input of which is connected to the second output of the synchronization block, the first output of which is connected to the second input of the time window block channel signal, in addition, the first output of the processing and control unit is connected by a bus to the inputs of the threshold voltage conditioners of the signal channel and the noise channel, to the first input of the synchronization unit, to the second inputs of the attenuator and the transmit / receive switch, the output of which is connected to the input of a low-noise amplifier, the second output of the processing and control unit is connected to the input of the buffer device, the output of the UWB pulse generator is connected to the first input of the receive / transmit switch, the outputs of the threshold voltage drivers the signal channel and the noise channel are connected respectively to the second inputs of the threshold devices of the signal channel and the noise channel, the input-output of the processing and control unit is the input-output of information, according to the invention, the first and second band-pass filters (PF) and the PF switch are introduced into the common part, the outputs-inputs of which are connected respectively to the inputs and outputs of the band-pass filters, the outputs of which are connected to the antenna, in the transmitting part are serially connected shaper synchronizing and information in series a tee (SIP) and an amplifier, the output of which is connected to the first input of the bandpass filter (PF) switch, a signal delay device, connected between the output of the buffer device and the input of the UWB pulse generator, to the receiving part are a series of RF and IF blocks, an analog-to-digital converter (ADC) and a wavelet filter, the output of which is connected to the second input of the synchronization block, which is a synchronization block of time windows and is made with a second input to set it to its initial state, and the second inputs of the high-frequency block and H, ADC, wavelet filter and PF switch, as well as the input of the SIP driver, are connected by a bus to the first output of the processing and control unit, the input of the RF and IF blocks is connected to the output of the PF switch, in addition, the output of the wavelet filter is connected to the decoder input, outputs which are respectively the outputs of the video pulses corresponding to the code "1", the code "0" and the sync parcel code.
На фиг.1 представлена структурная схема системы-прототипа; на фиг.2 - структурная схема предлагаемого приемопередатчика; на фиг.3 - ФМн-180 сигнал с соотношением сигнал/помеха = 2; на фиг.4 - ФМн сигнал на выходе вейвлет-фильтра; на фиг.5 - ЧТ сигнал с соотношением сигнал/помеха = 2 на входе вейвлет-фильтра; на фиг.6 - ЧТ сигнал на выходе вейвлет-фильтра.Figure 1 presents the structural diagram of a prototype system; figure 2 is a structural diagram of the proposed transceiver; figure 3 - FMN-180 signal with a signal to noise ratio = 2; figure 4 - PSK signal at the output of the wavelet filter; figure 5 - CT signal with a signal to noise ratio = 2 at the input of the wavelet filter; figure 6 - TH signal at the output of the wavelet filter.
Предлагаемая система, осуществляющая способ быстрого вхождения в синхронизм, состоит, как минимум, из двух приемопередатчиков - приемопередатчика источника сообщения и аналогичного абонентского приемопередатчика, поэтому рассмотрим систему на примере построения с одним приемопередатчиком.The proposed system, which implements a method of quickly entering synchronism, consists of at least two transceivers - a message source transceiver and a similar subscriber transceiver, therefore, we consider the system using an example of construction with one transceiver.
На фиг.2 представлена схема приемопередатчика предлагаемой системы, где обозначено:Figure 2 presents a diagram of the transceiver of the proposed system, where it is indicated:
I - общая часть устройства:I - the general part of the device:
3 - переключатель прием/передача;3 - receive / transmit switch;
4 - широкополосный фильтр (ШПФ);4 - broadband filter (FFS);
5 - антенна;5 - antenna;
21, 22 - первый и второй полосовые фильтры (ПФ);21, 22 - the first and second band-pass filters (PF);
23 - переключатель полосовых фильтров (ППФ);23 - bandpass filter switch (PPF);
II - передающая часть (ПРД):II - transmitting part (PRD):
1 - буферное устройство;1 - buffer device;
2 - генератор сверхширокополосных (СШП) импульсов;2 - generator of ultra-wideband (UWB) pulses;
19 - формирователь синхронизирующей и информационной последовательности (СИП);19 - shaper synchronizing and information sequence (SIP);
20 - усилитель ФМн или ЧТ сигнала;20 - amplifier FMN or CT signal;
27 - устройство задержки сигнала;27 - signal delay device;
III - приемная часть (ПРМ):III - receiving part (PFP):
6 - малошумящий усилитель;6 - low noise amplifier;
7 - аттенюатор;7 - attenuator;
8 - делитель мощности;8 - power divider;
9 - блок временного окна канала сигнала;9 is a block of the time window of the signal channel;
10 - пороговое устройство канала сигнала;10 - threshold device channel signal;
11 - буферное устройство канала сигнала;11 - buffer device channel signal;
12 - формирователь порогового напряжения канала сигнала;12 - shaper threshold voltage of the signal channel;
13 - блок временного окна канала шума;13 - block time window of the noise channel;
14 - пороговое устройство канала шума;14 - threshold device of the noise channel;
15 - буферное устройство канала шума;15 - buffer device noise channel;
16 - формирователь порогового напряжения канала шума;16 - shaper threshold voltage of the noise channel;
17 - блок обработки и управления;17 - processing and control unit;
18 - блок синхронизации временных окон;18 - block synchronization of time windows;
24 - блок высокой частоты и промежуточной частоты (ВЧ и ПЧ);24 - block high frequency and intermediate frequency (RF and IF);
25 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП);25 - analog-to-digital Converter (ADC);
26 - вейвлет-фильтр;26 - wavelet filter;
28 - декодер.28 - decoder.
Предлагаемое устройство содержит общую I, передающую II и приемную III части. Общая часть I приемопередатчика содержит последовательно соединенные переключатель прием/передача 3 и ШПФ 4, выход которого подсоединен к антенне 5, кроме того, переключатель полосовых фильтров 23, первый и второй выходы-входы которого соединены с входами первого 21 и второго 22 ПФ соответственно. Выходы ПФ 21 и 22 подключены к антенне 5.The proposed device contains a common I, transmitting II and receiving III parts. The general part I of the transceiver contains a series-connected receive / transmit
Передающая часть содержит последовательно соединенные буферное 1, устройство задержки сигнала 27 и генератор СШП импульсов 2, выход которого соединен с первым входом переключателя прием/передача 3, последовательно соединенные формирователь СИП 19 и усилитель 20, выход которого соединен с первым входом переключателя полосовых фильтров 23.The transmitting part contains a
Приемная часть III содержит последовательно соединенные малошумящий усилитель 6, аттенюатор 7, делитель 8 мощности, блок 9 временного окна канала сигнала, пороговое устройство 10 канала сигнала, буферное устройство 11 канала сигнала, выход которого соединен с первым входом блока 17 обработки и управления, последовательно соединенные блок ВЧ и ПЧ 24, АЦП 25 и вейвлет-фильтр 26, выход которого соединен со вторым входом блока синхронизации временных окон 18 и с входом декодера 28, выходы которого являются выходами видеоимпульсов соответственно синхропосылки, символа информационной последовательности «1» и «0». Для упрощения обозначения блоков высокой и промежуточной частот назовем их блоком ВЧ и ПЧ 24, который состоит из входного малошумящего усилителя, смесителя с гетеродином и усилителя промежуточной частоты.The receiving part III comprises a
Кроме того, приемная часть III содержит последовательно соединенные блок временного окна канала шума 13, пороговое устройство 14 канала шума и буферное устройство 15 канала шума, выход которого соединен со вторым входом блока 17 обработки и управления. При этом первый выход блока 17 обработки и управления соединен шиной с входами формирователей порогового напряжения канала сигнала 12, канала шума 16 и формирователя СИП 19, с первым входом блока 18 синхронизации временных окон, со вторыми входами вейвлет-фильтра 26, АЦП 25, блока ВЧ с выходом на ПЧ 24, аттенюатора 7, переключателя полосовых фильтров 23 и переключателя 3 прием/передача, выход которого соединен с входом малошумящего усилителя 6. Второй выход блока 17 обработки и управления соединен с входом буферного устройства 1. Вход-выход блока 17 обработки и управления является информационным входом-выходом. При этом выход переключателя 23 полосовых фильтров соединен с первым входом блока ВЧ с выходом на ПЧ 24. Второй выход делителя 8 мощности соединен с первым входом блока временного окна канала шума 13.In addition, the receiving part III comprises serially connected block of the time window of the
Предлагаемое устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.
Передающая часть источника сообщения излучает в свободное пространство сложный сигнал, состоящий из импульсного СШП сигнала и широкополосного ФМн или ЧТ сигнала, полоса частот которого расположена ниже границы рабочей полосы СШП сигнала. Сигнал в виде закодированной последовательности импульсов, а также иной аудио- и видео-информации подается на ввод «вх/вых» блока 17 и излучается в виде СШП сигнала. Блок 17 устанавливает по шине коды приема в блоке 18 и коды передачи в формирователе СИП 19, и коды частот принимаемого ФМн или ЧТ сигналов в блоке 24. После анализа помеховой обстановки аналогично прототипу в абонентском приемнике устанавливаются коды порогового напряжения канала сигнала и канала шума, переключатель 3 и переключатель 23 устанавливаются в режим «передача». В режиме «передача» выход генератора 2 подключается к ШПФ 4, выход усилителя 20 подключается через переключатель 23 ко второму ПФ 22, а вход блока 24 через переключатель 23 подключается к первому ПФ 21. Синхропосылка ФМн или ЧТ сигнала соответствует адресу абонента, а код приема соответствует собственному адресу передающей части устройства. После завершения калибровки осуществляется поиск для вхождения в синхронизм абонентского приемника и передатчика источника сообщения. Для этого блок 17 выдает синхронизирующую последовательность СШП импульсов через буфер 1 и устройство задержки сигнала 27 на вход СШП генератора 2, в которой содержится информация о коде адреса абонента и коде передатчика источника сообщения. Время задержки τ устройства задержки сигнала 27 определяется временем обработки ФМн или ЧТ сигнала в вейвлет-фильтре 26 и временем его распространения по ВЧ и ПЧ тракту.The transmitting part of the message source emits into the free space a complex signal consisting of a pulsed UWB signal and a broadband PSK or BT signal whose frequency band is located below the boundary of the working band of the UWB signal. The signal in the form of an encoded sequence of pulses, as well as other audio and video information is fed to the input "I / O"
Каждая синхронизирующая последовательность СШП импульсов соответствует определенным образом отдельному элементу СИП ФМн или ЧТ сигнала. Это позволяет, по моментам изменения фазы ФМн сигнала (или смены частоты ЧТ сигнала), засинхронизировать сигнальное временное окно таким образом, что его центр совпадал с импульсом. Усиленный ФМн или ЧТ сигнал формирователя СИП 19 с выхода усилителя 20 через цепь, сформированную в режиме «передача», поступает в антенну 5 и излучается в эфир. Временные интервалы между моментами изменения фазы фазоманипулированного сигнала (или моментами изменения частот ЧТ синхросигнала) кратны периоду следования импульсов СШП сигнала, при этом начало синхропосылки СШП импульсов задерживают на время τ относительно этих моментов перехода. Сформированный синхросигнал через буферное устройство 1 и устройство задержки сигнала 27 запускает генератор 2 и через сформированную в режиме «передача» цепь возбуждает антенну 5, которая излучает СШП сигнал в эфир совместно с ФМн или ЧТ сигналом. Процесс передачи синхросигнала повторяется еще один раз и затем, в приемопередатчике источника сообщения блок 17 коммутирует переключатель 3 прием/передача в состояние «прием», то есть антенна 5 и ШПФ 4 подключаются к входу малошумящего усилителя 6. Аналогичный абонентский приемопередатчик после калибровки находится в режиме «прием», в котором аналогичный блок 17 устанавливает по шине присущие данному устройству коды принимаемых частот ФМн или ЧТ сигнала в блоке 24, код тактовой частоты следования СШП импульсов в блоке 18 и код синхропосылки, в соответствии с принятым кодом адреса источника сообщения в формирователе СИП 19, коммутирует переключатель 3 прием/передача и переключатель 23. В этом режиме «прием» первый ПФ 21 подключен к выходу усилителя 20, второй ПФ 22 подключен к входу блока 24, а ШПФ 4 - к входу малошумящего усилителя 6. Принятый антенной 5 сложный сигнал в виде ФМн или ЧТ, СШП сигнала и помех разделяется ШПФ 4 и вторым ПФ 22. Выделенный ФМн или ЧТ сигнал усиливается блоком 24, преобразуется в цифровой сигнал АЦП 25 и обрабатывается вейвлет-фильтром 26. На выходе вейвлет-фильтра 26 выделяется короткий импульс с соотношением сигнал/помеха на 10÷12 дБ выше, чем на входе вейвлет-фильтра 26, соответствующий моменту изменения фазы ФМн сигнала.Each synchronizing sequence of UWB pulses corresponds in a certain way to a separate element of SIP QPSK or CT signal. This allows, according to the moment of the phase change of the QPSK signal (or the change of the frequency of the ChT signal), to synchronize the signal time window so that its center coincides with the pulse. The amplified QPSK or CT signal of the SIP driver 19 from the output of the
Аналогичным образом выделяется фронт изменения частоты ЧТ сигнала.Similarly, the front of the frequency change of the frequency signal is highlighted.
Последовательность коротких видеоимпульсов поступает на вход декодера 28, который выделяет из этой последовательности код синхропосылки, код «1», код «0» в виде короткого видеоимпульса на его выходе для ФМн сигнала. Для ЧТ сигнала декодер 28 будет реагировать на фронт положительной и/или отрицательной видеопоследовательности ЧТ сигнала (фиг.6).The sequence of short video pulses is fed to the input of the decoder 28, which extracts the sync code, code “1”, code “0” from this sequence as a short video pulse at its output for the PSK signal. For the CT signal, the decoder 28 will respond to the front of the positive and / or negative video sequence of the TB signal (Fig. 6).
Кроме того, каждый короткий видеоимпульс с выхода вейвлет-фильтра 26 осуществляет синхронизацию последовательности выходных стробов блока 18, следующих с тактовой частотой, близкой к тактовой частоте входных СШП импульсов, смещенной на величину эффекта Доплера. Учитывая, что длительность временного окна в 2÷3 раза превышает длительность СШП импульса, то накопление ошибки из-за эффекта Доплера по смещению СШП импульса относительно центра временного окна на каждом относительно коротком по времени элементе СИП будет незначительно. Первый выход блока 18 стробирует временное окно канала сигнала в соответствующие моменты прихода импульса СШП сигнала. При попадании принятого и усиленного импульса СШП сигнала во временное окно канала сигнала пороговое устройство 10 сравнивает его уровень с пороговым напряжением, результат сравнения через буферное устройство 11 поступает на первый вход блока 17, где СШП сигнал обрабатывается. При повторном совпадении кодовой последовательности импульсов СШП сигнала с кодом синхронизации блок 17 определяет код адреса приемопередатчика источника сообщения. Этот блок устанавливает код, соответствующий адресу приемопередатчика источника сообщения в формирователе СИП 19, и коммутирует переключатель 3 прием/передача в состояние «передача». Усиленный ФМн или ЧТ сигнал формирователя СИП 19 поступает в антенну 5 и излучается в эфир. Одновременно с этим блок 17 абонента формирует код квитанции «синхронизм» совместно с кодовой последовательностью импульсов, соответствующей адресу источника сообщения. Импульсы квитанции «синхронизм» через буферное устройство 1 и устройство задержки 27 запускают генератор 2 и через переключатель 3 и ШПФ 4 возбуждают антенну 5, которая излучает данный СШП сигнал в эфир совместно с ФМн и ЧТ синхросигналом. Процесс передачи квитанции повторяется еще один раз и затем в абонентском блоке 17 коммутирует переключатель 3 прием/передача в состояние «прием», то есть антенна 5 и ШПФ 4 подключаются к входу малошумящего усилителя 6. Аналогичным образом, как и в абонентском приемопередатчике, принятые ФМн и ЧТ синхросигнал и СШП импульсы квитанции «синхронизм» принимаются, усиливаются, обрабатываются и выделяются в приемнике приемопередатчика источника сообщения. После двукратного выделения квитанции блок 17 разрешает передачу информации в виде кодовой последовательности СШП сигнала и ФМн или ЧТ сигнала.In addition, each short video pulse from the output of the wavelet filter 26 synchronizes the sequence of output gates of
Сигналы на входе и выходе вейвлет-фильтра 26 представлены на фиг.3, 4 - для ФМн-180 сигнала и на фиг.5, 6 - для ЧТ сигнала.The signals at the input and output of the wavelet filter 26 are presented in figure 3, 4 for FMN-180 signal and figure 5, 6 for the CH signal.
Время вхождения в синхронизм предлагаемой системы связи невелико, не зависит от скважности СШП импульсов
где τСИНХ - время вхождения в синхронизм;where τ SINH - time of entry into synchronism;
Т - период синхросигнала.T is the period of the clock signal.
Из формул (1), (2) следует, что время вхождения в синхронизм τСИНХ предлагаемой системы по длительности в 100-200 раз меньше, чем время вхождения в синхронизм системы связи-прототипа при одинаковых длительностях СШП импульса τ и периодах синхросигнала Т.From formulas (1), (2) it follows that the synchronization time τ SINH of the proposed system is 100-200 times shorter than the time of synchronization of the prototype communication system with the same UWB pulse widths τ and clock periods T.
Предлагаемая система связи работает с временным разделением передачи и приема. Учитывая то, что блок 18 синхронизации временных окон синхронизируется за время не более двух элементов синхропосылки ФМн или ЧТ сигнала и в дальнейшем сохраняется условие синхронизации длительное время при стационарном размещении приемопередатчика, то можно прерывать излучение ФМн или ЧТ сигнала на оставшееся время приема СШП сообщения. Это позволит существенно уменьшить потребляемую энергию усилителем 20. ШПФ 4 и ПФ 21, 22, объединенные в триплексер, обеспечивают параллельную работу с заданной неравномерностью коэффициента передачи в полосе рабочих частот и заданный уровень развязки между выводами фильтров.The proposed communication system operates with a time division of transmission and reception. Given that the
Цифровой вейвлет-фильтр 26 реализуется в ПЛИС серий FPGA - сверхбыстродействующем устройстве цифровой обработки сигналов. Для обработки изменяющегося во времени ФМн или ЧТ сигнала на входе вейвлет-фильтра 26 u(t) использована комплексная вейвлет-функция Морле (Morlet's wavelet) как наиболее подходящая для детектирования ФМн и ЧТ сигналов. Аналитическая запись этой функции определяется как произведение двух экспонент:Digital wavelet filter 26 is implemented in FPGA FPGA series - ultra-fast digital signal processing device. To process the time-varying QPSK or BH signal at the input of the wavelet filter 26 u (t), the complex Morlet's wavelet function was used as the most suitable for detecting the QPSK and BH signals. The analytical record of this function is defined as the product of two exponentials:
где w, z - параметры вейвлета.where w, z are the wavelet parameters.
С учетом параметров масштаба и сдвига:Given the parameters of scale and shift:
где а - параметр масштаба, b - параметр сдвига.where a is the scale parameter, b is the shift parameter.
Прямое интегральное вейвлет-преобразование сигналов выполняется по аналогии с преобразованием Фурье, но в качестве базы используется не синусоидальный сигнал, а вейвлет ψ(a,b,t):The direct integral wavelet transform of the signals is carried out by analogy with the Fourier transform, but the wavelet ψ (a, b, t) is used as the base, not the sinusoidal signal:
где u(t) - исследуемый сигнал, ψ(a,b,t) - вейвлет Морле.where u (t) is the signal under investigation, ψ (a, b, t) is the Morlet wavelet.
Так как форма базисных функций ψ(a,b,t) зафиксирована, то вся информация об исследуемом сигнале u(t) переносится на значения вейвлет-коэффициентов с(а,b), вейвлет-спектр коэффициентов вычисляется по формуле:Since the form of the basis functions ψ (a, b, t) is fixed, all information about the signal u (t) under investigation is transferred to the values of the wavelet coefficients c (a, b), the wavelet spectrum of the coefficients is calculated by the formula:
На практике значения коэффициентов вейвлет-преобразования в цифровом процессоре сигналов определяются с помощью быстрых алгоритмов вычисления вейвлет-коэффициентов ортогонального вейвлет-преобразования, которые каскадами повторяют дискретные свертки и осуществляют неполную выборку сигнала на выходе [Малла С. Вейвлеты в обработке сигналов: Пер. с англ. - М.: Мир, 2005. - с.276 - 303].In practice, the values of the wavelet transform coefficients in a digital signal processor are determined using fast algorithms for calculating the wavelet coefficients of the orthogonal wavelet transform, which cascades repeat discrete convolutions and perform incomplete sampling of the output signal [Malla S. Wavelets in signal processing: Trans. from English - M .: Mir, 2005. - p. 276 - 303].
Триплексер может быть выполнен в соответствии с описанным в источнике информации [Алексеев О.В., Грошев Г.А. и др. «Многоканальные частотно - разделительные устройства и их применение», Москва, «Радио и связь», 1981 г., стр.64, рис.46].The triplexer can be made as described in the source of information [Alekseev O.V., Groshev G.A. and others. "Multichannel frequency separation devices and their application", Moscow, "Radio and communications", 1981, p. 64, Fig. 46].
Декодер 28 последовательности импульсов может быть выполнен в виде регистра сдвига, в котором состояние одного разряда последовательно сдвигается с тактовой частотой, и схем совпадения на N входов, которые подключены к соответствующим выходам регистра сдвига, совпадающих с кодом адреса, синхропосылки, информационного символа «1» и «0» [Энциклопедия «Автоматизация производства и промышленной электроники», 1964 г., том 1, стр.305, рис.а].The pulse sequence decoder 28 can be made in the form of a shift register, in which the state of one bit is sequentially shifted with a clock frequency, and coincidence circuits with N inputs that are connected to the corresponding outputs of the shift register that match the address code, sync parcel, information symbol “1” and “0” [Encyclopedia “Automation of Production and Industrial Electronics”, 1964,
Реализация остальных блоков заявляемого устройства не вызывает затруднений, так как описание их подробно опубликовано в технической литературе.The implementation of the remaining blocks of the claimed device does not cause difficulties, since their description is published in detail in the technical literature.
По сравнению с прототипом предлагаемое устройство обладает следующими преимуществами.Compared with the prototype of the proposed device has the following advantages.
Включение в общую часть приемопередатчика первого 21 и второго 22 полосовых фильтров, входящих в триплексер, переключателя полосовых фильтров 23 и включение в передающую часть приемопередатчика формирователя СИП 19, усилителя 20, устройства задержки сигнала 27, а так же включение в приемную часть приемопередатчика блока ВЧ с выходом на ПЧ 24, АЦП 25, вейвлет-фильтра 26 и декодера 28, а также выполнение блока 18 со вторым входом, служащим для установки его в начальное состояние, позволяет уменьшить в сто и более раз время поиска абонента и время вхождения системы в синхронизм, что улучшает качество синхронизации при работе с мобильными объектами.The inclusion in the common part of the transceiver of the first 21 and second 22 bandpass filters included in the triplexer, the bandpass filter switch 23 and the inclusion in the transmitting part of the transceiver of the SIP driver 19, the
Время вхождения системы в синхронизм (синхронизацию) не превышает двух периодов следования синхронизирующего сигнала. Так как условия синхронизма поддерживаются непрерывно во время сеанса связи, то высокое качество синхронизации сохраняется и при взаимных перемещениях объектов.The time the system enters synchronism (synchronization) does not exceed two periods of the synchronization signal. Since the conditions of synchronism are maintained continuously during a communication session, the high quality of synchronization is maintained during mutual movements of objects.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007144256/09A RU2354048C1 (en) | 2007-11-28 | 2007-11-28 | Method and communication system with fast acquisition by ultra-wideband signals |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2007144256/09A RU2354048C1 (en) | 2007-11-28 | 2007-11-28 | Method and communication system with fast acquisition by ultra-wideband signals |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2354048C1 true RU2354048C1 (en) | 2009-04-27 |
Family
ID=41019164
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2007144256/09A RU2354048C1 (en) | 2007-11-28 | 2007-11-28 | Method and communication system with fast acquisition by ultra-wideband signals |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2354048C1 (en) |
Cited By (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2433532C1 (en) * | 2010-03-11 | 2011-11-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method of communication by ultra-wideband signals with high stability of synchronisation |
| RU2527487C2 (en) * | 2012-08-07 | 2014-09-10 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Apparatus for ultra-broadband radio communication with high noise-immunity |
| RU2528134C1 (en) * | 2013-10-11 | 2014-09-10 | Открытое акционерное общество "Камчатский гидрофизический институт" (ОАО "КГФИ") | Device for decoding signals passing through multibeam communication channel |
| RU2541908C1 (en) * | 2013-11-14 | 2015-02-20 | Открытое акционерное общество "Камчатский гидрофизический институт" (ОАО "КГФИ") | Device for decoding signals passing through multibeam communication channel |
| RU2580070C2 (en) * | 2014-07-30 | 2016-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Смоленский научно-инновационный центр радиоэлектронных систем "Завант" | Radio communication system with ultra-wideband signals |
| CN108092736A (en) * | 2017-12-26 | 2018-05-29 | 广州海格通信集团股份有限公司 | A kind of low detection probability waveform display method based on wavelet transformation |
| RU191376U1 (en) * | 2019-05-13 | 2019-08-02 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | A device for distinguishing ultra-wideband short-pulse signals during radio exchange |
| RU2723269C1 (en) * | 2019-08-20 | 2020-06-09 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method for synchronizing receiving and transmitting devices of a radio link using short-pulse ultra-wideband signals |
| RU2731126C1 (en) * | 2019-12-03 | 2020-08-31 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Apparatus for distinguishing short-pulse ultra-wideband signals of high efficiency |
| RU2731207C1 (en) * | 2019-12-02 | 2020-08-31 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method for increasing processing efficiency of ultra-wideband short pulse signals at a receiving side |
| RU2731369C1 (en) * | 2019-12-02 | 2020-09-02 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Apparatus for processing short-pulse ultra-wideband signals at a receiving side |
| RU2757924C1 (en) * | 2020-10-29 | 2021-10-25 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Ultra-wideband radio communication device with increased noise immunity |
| CN117060985A (en) * | 2023-10-10 | 2023-11-14 | 南京控维通信科技有限公司 | Shipborne dual-antenna PCMA system signal recapturing method and device |
| RU2822377C1 (en) * | 2023-12-18 | 2024-07-04 | Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга" | Ultra-wide instantaneous reception band |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4513412A (en) * | 1983-04-25 | 1985-04-23 | At&T Bell Laboratories | Time division adaptive retransmission technique for portable radio telephones |
| US6925108B1 (en) * | 2000-05-26 | 2005-08-02 | Freescale Semiconductor, Inc. | Ultrawide bandwidth system and method for fast synchronization |
| US6967993B1 (en) * | 2000-05-26 | 2005-11-22 | Freescale Semiconductor, Inc. | Ultrawide bandwidth system and method for fast synchronization using sub-code spins |
| RU2265278C1 (en) * | 2004-10-01 | 2005-11-27 | Денисенко Виктор Петрович | Method and device for transmitting and receiving limited-spectrum signals (alternatives) |
-
2007
- 2007-11-28 RU RU2007144256/09A patent/RU2354048C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4513412A (en) * | 1983-04-25 | 1985-04-23 | At&T Bell Laboratories | Time division adaptive retransmission technique for portable radio telephones |
| US6925108B1 (en) * | 2000-05-26 | 2005-08-02 | Freescale Semiconductor, Inc. | Ultrawide bandwidth system and method for fast synchronization |
| US6967993B1 (en) * | 2000-05-26 | 2005-11-22 | Freescale Semiconductor, Inc. | Ultrawide bandwidth system and method for fast synchronization using sub-code spins |
| RU2265278C1 (en) * | 2004-10-01 | 2005-11-27 | Денисенко Виктор Петрович | Method and device for transmitting and receiving limited-spectrum signals (alternatives) |
Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2433532C1 (en) * | 2010-03-11 | 2011-11-10 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method of communication by ultra-wideband signals with high stability of synchronisation |
| RU2527487C2 (en) * | 2012-08-07 | 2014-09-10 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Apparatus for ultra-broadband radio communication with high noise-immunity |
| RU2528134C1 (en) * | 2013-10-11 | 2014-09-10 | Открытое акционерное общество "Камчатский гидрофизический институт" (ОАО "КГФИ") | Device for decoding signals passing through multibeam communication channel |
| RU2541908C1 (en) * | 2013-11-14 | 2015-02-20 | Открытое акционерное общество "Камчатский гидрофизический институт" (ОАО "КГФИ") | Device for decoding signals passing through multibeam communication channel |
| RU2580070C2 (en) * | 2014-07-30 | 2016-04-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Смоленский научно-инновационный центр радиоэлектронных систем "Завант" | Radio communication system with ultra-wideband signals |
| CN108092736A (en) * | 2017-12-26 | 2018-05-29 | 广州海格通信集团股份有限公司 | A kind of low detection probability waveform display method based on wavelet transformation |
| RU191376U1 (en) * | 2019-05-13 | 2019-08-02 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | A device for distinguishing ultra-wideband short-pulse signals during radio exchange |
| RU2723269C1 (en) * | 2019-08-20 | 2020-06-09 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method for synchronizing receiving and transmitting devices of a radio link using short-pulse ultra-wideband signals |
| RU2731207C1 (en) * | 2019-12-02 | 2020-08-31 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method for increasing processing efficiency of ultra-wideband short pulse signals at a receiving side |
| RU2731369C1 (en) * | 2019-12-02 | 2020-09-02 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Apparatus for processing short-pulse ultra-wideband signals at a receiving side |
| RU2731126C1 (en) * | 2019-12-03 | 2020-08-31 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Apparatus for distinguishing short-pulse ultra-wideband signals of high efficiency |
| RU2757924C1 (en) * | 2020-10-29 | 2021-10-25 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Ultra-wideband radio communication device with increased noise immunity |
| CN117060985A (en) * | 2023-10-10 | 2023-11-14 | 南京控维通信科技有限公司 | Shipborne dual-antenna PCMA system signal recapturing method and device |
| CN117060985B (en) * | 2023-10-10 | 2023-12-22 | 南京控维通信科技有限公司 | Shipborne dual-antenna PCMA system signal recapturing method and device |
| RU2822377C1 (en) * | 2023-12-18 | 2024-07-04 | Акционерное общество "Центральный научно-исследовательский радиотехнический институт имени академика А.И. Берга" | Ultra-wide instantaneous reception band |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2354048C1 (en) | Method and communication system with fast acquisition by ultra-wideband signals | |
| JP5438196B2 (en) | Method of determining line of sight (LOS) distance between telecommunications devices | |
| US7822098B2 (en) | Transmitting signals for time of arrival estimation | |
| US10715355B2 (en) | Processing module for a communication device and method therefor | |
| US5629639A (en) | Correlation peak detector | |
| EP3799319B1 (en) | Systems and methods for selecting ultra-wideband preamble according to environmental condition | |
| US20030108133A1 (en) | Apparatus and method for increasing received signal-to-noise ratio in a transmit reference ultra-wideband system | |
| US20020061080A1 (en) | Method and system for reducing potential interference in an impulse radio | |
| EP2329292A1 (en) | Two-way ranging with inter-pulse transmission and reception | |
| Guvenc et al. | Non-coherent TOA estimation in IR-UWB systems with different signal waveforms | |
| RU2527487C2 (en) | Apparatus for ultra-broadband radio communication with high noise-immunity | |
| HUP0100906A2 (en) | Procedure for synchronizing the radio end device of a radio telecommunications network and radio end device for implementing the procedure | |
| US11942984B2 (en) | Communication device and operating method | |
| CN101002396A (en) | Method for estimating time of arrival of signal received in wireless communication system | |
| CN102638335A (en) | Cross-correlation and autocorrelation cascade based frame synchronizing method | |
| RU2315424C1 (en) | Communication system with high speed information transfer in form of ultra-broadband signals | |
| US20100040168A1 (en) | Transmitting apparatus, receiving apparatus and communication system | |
| JP2001237816A (en) | Signal synchronous system and receiver | |
| CN101351962B (en) | Method and device for adjusting a pulse detection threshold, and pulse detection method and device, and corresponding receiver | |
| RU2441320C1 (en) | System of communication by ultrabroadband signals with increased accuracy and stability of synchronisation | |
| RU2433532C1 (en) | Method of communication by ultra-wideband signals with high stability of synchronisation | |
| KR100914353B1 (en) | Peak detection precision | |
| US7292619B2 (en) | Method and system for acquiring ultra-wide-bandwidth communications signals using sequential block searches | |
| RU2757924C1 (en) | Ultra-wideband radio communication device with increased noise immunity | |
| EP1913701B1 (en) | Delay estimation apparatus and method |