RU2731126C1 - Apparatus for distinguishing short-pulse ultra-wideband signals of high efficiency - Google Patents
Apparatus for distinguishing short-pulse ultra-wideband signals of high efficiency Download PDFInfo
- Publication number
- RU2731126C1 RU2731126C1 RU2019139199A RU2019139199A RU2731126C1 RU 2731126 C1 RU2731126 C1 RU 2731126C1 RU 2019139199 A RU2019139199 A RU 2019139199A RU 2019139199 A RU2019139199 A RU 2019139199A RU 2731126 C1 RU2731126 C1 RU 2731126C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inputs
- time
- current
- signal
- outputs
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L7/00—Arrangements for synchronising receiver with transmitter
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Manipulation Of Pulses (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при разработке приёмных устройств, обеспечивающих повышение эффективности обнаружения и различения информационных СШП сигналов как стационарных, так и мобильных высокоскоростных систем передачи информации, многопользовательских систем и других радиоэлектронных систем, и средств, практикующих радиообмен короткоимпульсными сверхширокополосными (СШП) сигналами.The invention relates to the field of radio engineering and can be used in the development of receiving devices that provide an increase in the efficiency of detection and discrimination of information UWB signals, both stationary and mobile high-speed information transmission systems, multi-user systems and other radio electronic systems, and means practicing radio exchange with short-pulse ultra-wideband (UWB ) signals.
Известны различные предложения, характеризующие выполнение конкретных требований по реализации устройств, осуществляющих обработку информационных СШП сигналов на приёмной стороне. Например, в [1] представлен приёмопередающий модуль для радиообмена закодированными визуальными и звуковыми сообщениями, использующий для этого сверхширокополосные сигналы, формируемые кодовыми последовательностями одинаковой длины, содержащими по десять логических единиц, отстоящих друг от друга на разное число отсчётов. Кодовые последовательности, модулирующие информационные нули и информационные единицы одинаковы по содержанию, но отличаются периодом расстановки импульсов. При этом импульсы заполняются высокочастотным колебанием, то есть в канал связи поступают СШП сигналы, представляющие собой потоки радиоимпульсов различной скважности для информационных нулей и информационных единиц. В режиме приёма осуществляется амплитудное детектирование радиоимпульсов, при котором происходит их ограничение снизу по уровню нуля. Далее выделяют огибающие ограниченных радиоимпульсов и усиливают получившиеся видеоимпульсы, которые поступают на вход компаратора с целью получения нормированных прямоугольных импульсов, которые после прохождение RS-триггера выравниваются по длительности и становятся пригодными для обработки в интерфейсе. На одном из выходов синхронизатора формируется цифровая последовательность с найденной в момент захвата состояния синхронизма величиной временного сдвига, который обеспечивает на соответствующем выходе схемы обработки максимальное значение выходного сигнала. Various proposals are known that characterize the fulfillment of specific requirements for the implementation of devices that process information UWB signals on the receiving side. For example, in [1], a transceiver module for radio exchange of coded visual and audio messages is presented, using for this ultra-wideband signals formed by code sequences of the same length, containing ten logical units, spaced from each other by a different number of samples. Code sequences, modulating information zeros and information units are the same in content, but differ in the pulse spacing period. In this case, the pulses are filled with high-frequency oscillations, that is, UWB signals are sent to the communication channel, which are streams of radio pulses of different duty cycle for information zeros and information units. In the receiving mode, amplitude detection of radio pulses is carried out, at which they are limited from below at the zero level. Next, the envelopes of limited radio pulses are separated and the resulting video pulses are amplified, which are fed to the input of the comparator in order to obtain normalized rectangular pulses, which, after the passage of the RS-trigger, are aligned in duration and become suitable for processing in the interface. At one of the outputs of the synchronizer, a digital sequence is formed with the value of the time shift found at the moment of locking the synchronism state, which provides the maximum value of the output signal at the corresponding output of the processing circuit.
К недостаткам известного устройства можно отнести следующее. Ограничение радиоимпульсов снизу будет характеризоваться соответствующими энергетическими потерями. Различная скважность СШП сигналов приводит к более жёстким требованиям по обеспечению стабильности текущего состояния синхронизации. Кроме того, заявленные качества обеспечиваются достаточно большим усложнением алгоритма обработки СШП сигналов. При этом в приёмном устройстве данного приёмопередающего модуля нет адаптации порога обнаружения к изменению помеховой обстановки, что будет снижать достоверность результатов обработки.The disadvantages of the known device include the following. Restricting radio pulses from below will be characterized by corresponding energy losses. Different duty cycle of UWB signals leads to more stringent requirements to ensure the stability of the current state of synchronization. In addition, the declared qualities are provided by a sufficiently large complication of the UWB signal processing algorithm. At the same time, in the receiving device of this transceiver module, there is no adaptation of the detection threshold to a change in the interference environment, which will reduce the reliability of the processing results.
В патенте [2] предложено устройство, осуществляющее приём СШП сигналов в цифровой форме с использованием двух параллельных временных каналов. Один временной канал служит для приёма сигнала, второй – для оценки уровня внешних шумов. Основу каждого временного канала составляют чувствительные пороговые устройства. Приём в сигнальном и шумовом временных каналах осуществляется в соответствующих временных интервалах (окнах), формируемых соответствующими формирователями. Обнаружение импульса СШП сигнала осуществляется в текущем временном окне сигнального временного канала. Причём длительность временного окна ненамного превышает длительность самого импульса, что позволяет обеспечить повышенную помехозащищённость. Обработанный СШП сигнал с выходов пороговых устройств поступает в цифровой сигнальный процессор (ЦСП), в котором анализируются уровни приходящих СШП сигнала и канального шума, принимается решение о принятом информационном символе, а микроконтроллер регулирует пороговое напряжение, подаваемое на входы пороговых устройств сигнального и шумового временных каналов. Для осуществления автоматической регулировки порогового напряжения производится оценка вероятности ошибки на бит принимаемого СШП сигнала и в зависимости от результатов осуществляется регулировка чувствительности приёмника путём подстройки порогов. The patent [2] proposes a device that receives UWB signals in digital form using two parallel time channels. One time channel is used to receive a signal, the second is to assess the level of external noise. Sensitive threshold devices form the basis of each time channel. Reception in the signal and noise time channels is carried out in the corresponding time intervals (windows) formed by the corresponding shapers. Detection of a UWB signal pulse is carried out in the current time window of the signal time channel. Moreover, the duration of the time window is not much longer than the duration of the pulse itself, which allows for increased noise immunity. The processed UWB signal from the outputs of the threshold devices enters the digital signal processor (DSP), in which the levels of the incoming UWB signal and channel noise are analyzed, a decision is made on the received information symbol, and the microcontroller adjusts the threshold voltage supplied to the inputs of the threshold devices of the signal and noise time channels ... To carry out automatic adjustment of the threshold voltage, the probability of error per bit of the received UWB signal is estimated and, depending on the results, the sensitivity of the receiver is adjusted by adjusting the thresholds.
К недостаткам, присущим этому устройству можно отнести необходимость использования мощных вычислительных средств, таких как ЦСП, которые, как правило, потребляют немало энергии. Кроме того, выбор порога обнаружения импульсов СШП сигналов осуществляется путём обработки канальных шумов во временных окнах шумового временного канала. Следовательно, уровень порога обнаружения импульсов СШП сигналов в сигнальном временном канале здесь адаптируется к уровню шума, но только в той степени, в которой он превысит шумовой порог в пороговом устройстве шумового временного канала, что снижает чувствительность устройства к изменениям помеховой обстановки. The inherent disadvantages of this device include the need to use powerful computing facilities such as DSPs, which tend to consume a lot of energy. In addition, the choice of the threshold for detecting UWB signals pulses is carried out by processing the channel noise in the time windows of the noise time channel. Consequently, the level of the detection threshold of UWB signals pulses in the signal time channel is here adapted to the noise level, but only to the extent that it exceeds the noise threshold in the threshold device of the noise time channel, which reduces the device's sensitivity to changes in the interference environment.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является приёмная часть приёмопередающего модуля [3], принятая за прототип. The closest in technical essence to the proposed is the receiving part of the transceiver module [3], taken as a prototype.
Блок-схема устройства-прототипа представлена на фиг. 1, где обозначено:A block diagram of the prototype device is shown in FIG. 1, where it is indicated:
1.1 -1.5 – с первого по пятый управляемые формирователи временных окон (УФВО);1.1 -1.5 - from the first to the fifth controlled time window generators (UVVO);
2.1 - 2.5 – с первого по пятый импульсные энергетические накопители (ИЭН);2.1 - 2.5 - from the first to the fifth pulse energy storage units (IEN);
3.1 - 3.5 – с первого по пятое пороговые устройства (ПУ);3.1 - 3.5 - from the first to the fifth threshold devices (PU);
4.1 - 4.5 – с первого по пятый формирователи порогов (ФП);4.1 - 4.5 - from the first to the fifth threshold shapers (FP);
6 – блок обработки и управления (БОУ);6 - processing and control unit (BOU);
7.1 - 7.5 – с первого по пятый накопители канальных энергий импульсов (НКЭИ);7.1 - 7.5 - from the first to the fifth accumulators of channel pulse energies (NKEI);
8 – управляемый генератор тактовых импульсов (УГТИ);8 - controlled clock pulse generator (UGTI);
9 – аналого-цифровой преобразователь (АЦП).9 - analog-to-digital converter (ADC).
Устройство-прототип содержит пять идентично организованных сигнальных временных каналов (СВК) (пунктирным прямоугольником обозначен СВК, который приведён в каждой ветви схемы). Каждый из пяти СВК состоит из соответствующих последовательно соединенных УФВО 1.1 - 1.5, ИЭН 2.1 - 2.5, НКЭСИ 7.1 – 7.5. и ПУ 3.1 – 3.5, второй вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего ФП 4.1 – 4.5. При этом первые входы УФВО 1.1 - 1.5 объединены и являются входом устройства, подсоединенным к антенному переключателю (на фиг. 1 не обозначен). Вторые входы каждого из пяти УФВО 1.1 – 1.5 подключены к соответствующим выходам УГТИ 8 и вторым входам соответствующих ИЭН 2.1 - 2.5 и НКЭСИ 7.1 - 7.5. Выходы ПУ 3.1 - 3.5 соединены с соответствующими входами АЦП 13, выход которого соединен с входом БОУ 6, первый выход которого подключен к входам ФП 4.1 - 4.5. Второй выход БОУ 6 соединен с входом УГТИ 8. Третий выход БОУ 10 является выходом устройства.The prototype device contains five identically organized signal time channels (SVC) (the dotted rectangle denotes the SVC, which is shown in each branch of the circuit). Each of the five ICS consists of the corresponding series-connected UHVO 1.1 - 1.5, IEN 2.1 - 2.5, NKESI 7.1 - 7.5. and PU 3.1 - 3.5, the second input of each of which is connected to the output of the corresponding FP 4.1 - 4.5. In this case, the first inputs of the UVBO 1.1-1.5 are combined and are the input of the device connected to the antenna switch (not indicated in Fig. 1). The second inputs of each of the five UHVO 1.1 - 1.5 are connected to the corresponding outputs of the
Устройство-прототип работает следующим образом. После обнаружения СШП синхросигнала и захвата состояния синхронизма для приёма и различения информационных СШП сигналов используются последние два СВК, а три первых (левый, центральный и правый) осуществляют поддержание состояния синхронизма. При этом смесь импульсов информационного СШП сигнала и канального шума или одного канального шума с выхода антенного переключателя поступает на первые входы УФВО 1.4 или УФВО 1.5. Одновременно на вторые их входы, вторые входы ИЭН 2.4 и ИЭН 2.5 и вторые входы НКЭИ 7.4 и НКЭИ 7.5 с соответствующих выходов УГТИ 8 поступают тактовые импульсы с найденной задержкой для формирования текущих временных окон УФВО 1.4 и УФВО 1.5 и тактирования временных промежутков, в течение которых осуществляется накопление смеси энергий импульсов СШП сигнала и канального шума или одного канального шума в НКЭИ 7.4 и НКЭИ 7.5. Накопленная в НКЭИ 7.4 или НКЭИ 7.5 на длительности СШП сигнала энергия импульсов поступает соответственно на входы ПУ 3.4 и ПУ 3.5, с выхода которых соответственно на 4-й и 5-й входы АЦП 9 поступают надпороговые накопленные в канальных энергетических накопителях энергии либо смеси импульсов СШП сигнала с канальным шумом, либо одного канального шума. В АЦП 9 осуществляется оцифровка надпороговой энергии и цифровой отсчёт с выхода АЦП 9 поступает на вход БОУ 6, где в зависимости от того, в 4-м или в 5-м СВК был превышен цифровой порог накопленной на длительности СШП сигнала энергией, будет принято решение о том какой из информационных символов был принят – нуль или единица. Одновременно аналогичные процедуры осуществляются в первых трёх СВК. При этом в случае превышения оцифрованной в АЦП 9 накопленной на длительности СШП сигнала энергией цифрового порога в центральном СВК и в каком-либо одном из остальных двух СВК, составляющих временной дискриминатор, исходя из соотношения надпороговых энергий осуществляется оценка величины и знака временного сдвига формируемых сигнальных временных окон, которая используется для подстройки частоты и фазы УГТИ 8 с целью компенсации этого сдвига. Таким образом, на каждом временном промежутке, равном длительности СШП сигнала осуществляется слежение за величиной задержки, доставляющей максимум энергетическим отсчётам.The prototype device works as follows. After detecting the UWB sync signal and capturing the synchronism state, the last two UWB signals are used to receive and distinguish information UWB signals, and the first three (left, center and right) maintain the synchronism state. In this case, a mixture of pulses of an information UWB signal and channel noise or one channel noise from the output of the antenna switch is fed to the first inputs of UVBO 1.4 or UVBO 1.5. At the same time, clock pulses with the determined delay arrive at their second inputs, the second inputs of IEN 2.4 and IEN 2.5 and the second inputs of NKEI 7.4 and NKEI 7.5 from the corresponding outputs of the
К основным недостаткам устройства-прототипа можно отнести несколько факторов. Первый из них - это техническая избыточность. Принципиально приём информационных СШП сигналов и слежение за задержкой с целью поддержания состояния синхронизма можно реализовать с использованием не пяти, а трёх СВК за счёт небольшого усложнения алгоритма обработки, что при современной вычислительной базе реализуется достаточно просто. Второй недостаток заключается в заниженной чувствительности алгоритма нахождения оценки временного сдвига в силу того, что в качестве его параметров используются надпороговые энергии СШП сигнала, накопленные в центральном и каком-либо другом СВК на длительности всего СШП сигнала. То есть временной сдвиг может быть оценён только в том случае, когда обе упомянутые энергии превысят цифровой порог, а до этого временной сдвиг не может быть обнаружен. Наконец, в качестве третьего недостатка можно предъявить то, что не используется динамический энергетический порог обнаружения, позволяющий в какой-то степени компенсировать отрицательное влияние изменения внешних помеховых факторов.Several factors can be attributed to the main disadvantages of the prototype device. The first is technical redundancy. In principle, the reception of information UWB signals and tracking the delay in order to maintain the synchronism state can be implemented using not five, but three ICSs due to a slight complication of the processing algorithm, which is quite simple to implement with a modern computing base. The second disadvantage is the underestimated sensitivity of the algorithm for finding the estimate of the time shift due to the fact that the above-threshold UWB signal energies accumulated in the central and some other UWB signal over the duration of the entire UWB signal are used as its parameters. That is, the time shift can only be estimated when both of the mentioned energies exceed the digital threshold, and before that the time shift cannot be detected. Finally, as a third disadvantage, it is possible to present the fact that the dynamic energy detection threshold is not used, which makes it possible to compensate to some extent for the negative influence of changes in external interference factors.
Задача предлагаемого устройства состоит в упрощении схемотехнической реализации устройства, повышения чувствительности алгоритма нахождения оценки временного сдвига, а также улучшение помехоустойчивость при различении короткоимпульсных СШП сигналов повышенной эффективности.The task of the proposed device is to simplify the circuitry implementation of the device, increase the sensitivity of the algorithm for finding the estimate of the time shift, and also improve the noise immunity when distinguishing between short-pulse UWB signals of increased efficiency.
Для решения поставленной задачи в устройство различения короткоимпульсных сверхширокополосных сигналов повышенной эффективности, содержащее три управляемых формирователя временных окон (УФВО), выходы которых соединены с первыми входами трех импульсных энергетических накопителей (ИЭН), соответственно, а также три пороговых устройства, вторые входы которых подсоединены к выходам трех соответствующих формирователей порога, входы которых объединены и подключены к одному из выходов блока обработки и управления (БОУ), выход которого является выходом /входом устройства, при этом выходы первого, второго и третьего ИЭН соединены соответственно со вторым, третьим и четвертым входами БОУ; первые входы УФВО объединены и являются входом устройства, вторые входы УФВО соединены со вторыми входами соответствующих ИЭН, согласно изобретению, введен блок синхронизации, три выхода которого соединены со вторыми входами УФВО соответственно, четвертый выход блока синхронизации соединен с входом БОУ, выходы которого с первого по третий соединены с третьими входами соответственно третьего, второго и первого ИЭН, выходы БОУ с четвертого по шестой соединены соответственно с третьими входами УФВО; седьмой выход БОУ соединен с входом блока синхронизации; выходы ИЭН соединены соответственно со вторым, третьим и четвертым входами БОУ, пятый, шестой и седьмой входы которого подключены соответственно к выходам третьего, второго и первого пороговых устройств, причем выход устройства является выходом/входом.To solve the set problem, a device for discriminating short-pulse ultra-wideband signals of increased efficiency, containing three controlled time window shapers (UVVO), whose outputs are connected to the first inputs of three pulse energy storage devices (IES), respectively, as well as three threshold devices, the second inputs of which are connected to outputs of three corresponding threshold shapers, the inputs of which are combined and connected to one of the outputs of the processing and control unit (PCU), the output of which is the output / input of the device, while the outputs of the first, second and third IEN are connected respectively to the second, third and fourth inputs of the PCU ; the first inputs of the UVBO are combined and are the input of the device, the second inputs of the UVBO are connected to the second inputs of the corresponding IES, according to the invention, a synchronization unit is introduced, three outputs of which are connected to the second inputs of the UVBO, respectively, the fourth output of the synchronization unit is connected to the input of the BOU, the outputs of which from the first to the third is connected to the third inputs of the third, second and first IEN, respectively, the outputs of the BOU from the fourth to the sixth are connected, respectively, to the third inputs of the UFVO; the seventh output of the ACU is connected to the input of the synchronization unit; IEN outputs are connected respectively to the second, third and fourth inputs of the RCD, the fifth, sixth and seventh inputs of which are connected to the outputs of the third, second and first threshold devices, respectively, and the device output is an output / input.
На фиг. 2 представлена блок-схема предлагаемого устройства, где обозначено:FIG. 2 shows a block diagram of the proposed device, where it is indicated:
1.1 - 1.3 – с первого по третий управляемые формирователи временных окон (УФВО);1.1 - 1.3 - from the first to the third controlled time window shapers (UVVO);
2.1 - 2.3 – с первого по третий импульсные энергетические накопители (ИЭН);2.1 - 2.3 - from the first to the third pulse energy storage units (IEN);
3.1 - 3.3 – с первого по третий пороговые устройства (ПУ);3.1 - 3.3 - from the first to the third threshold devices (CP);
4.1 - 4.3 – с первого по третий формирователи порогов ФП;4.1 - 4.3 - from the first to the third FP threshold shapers;
5 – блок синхронизации (БС);5 - synchronization unit (BS);
6 – блок обработки и управления (БОУ).6 - processing and control unit (BOU).
Предлагаемое устройство содержит три идентично организованных сигнальных временных каналов (СВК) (пунктирным прямоугольником обозначен СВК, который приведён в каждой ветви схемы). Каждый из трёх СВК состоит из соответствующих последовательно соединенных УФВО 1.1 - 1.3, ИЭН 2.1 - 2.3 и ПУ 3.1 - 3.3, второй вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего ФП 4.1 - 4.3. При этом первые входы УФВО 1.1 - 1.3 объединены и являются входом устройства. Вторые входы каждого из трёх УФВО 1.1 – 1.3 подключены к соответствующим выходам блока синхронизации 5 и вторым входам соответствующих ИЭН 2.1 - 2.3, выходы которых соединены соответственно со вторым, третьим и четвертым входам БОУ 6. Выходы ПУ 3.1 - 3.3 соединены с седьмым, шестым и пятым входами БОУ 6 соответственно. Третьи входы ИЭН 2.1 - 2.3 подключены соответственно к первому, второму и третьему выходам БОУ 6. Третьи входы УФВО 1.1 – 1.3 соединены соответственно с четвертым, пятым и шестым выходами БОУ 6, вход которого соединен с четвертым выходом блока синхронизации 5, седьмой выход которого соединен со входом блока синхронизации 5. Вход/выход БОУ 6 является выходом/входом устройства.The proposed device contains three identically organized signal time channels (SVC) (the dotted rectangle indicates the SVC, which is shown in each branch of the circuit). Each of the three ICS consists of the corresponding series-connected UHVO 1.1 - 1.3, IEN 2.1 - 2.3 and PU 3.1 - 3.3, the second input of each of which is connected to the output of the corresponding FP 4.1 - 4.3. In this case, the first inputs of the UVVO 1.1 - 1.3 are combined and are the input of the device. The second inputs of each of the three UVVO 1.1 - 1.3 are connected to the corresponding outputs of the
Блок обработки и управления 6 предлагаемого устройства отличается от БОУ 6 устройства-прототипа расширенным списком выполняемых функций, включая функции аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей.The processing and
При этом необходимо учитывать, что в заявляемом устройстве используется кодово-импульсная модуляция (КИМ), при которой СШП сигналы, переносящие информационные единицы и нули, формируются следующим образом. Выбирается некоторый код (здесь 24-х элементный код Неймана-Хоффмана как самый сбалансированный), паузы между импульсами этого кода пропорциональны числам псевдослучайной числовой последовательности, у которой количество элементов такое же, как и у выбранного кода. Для СШП сигнала, переносящего информационную единицу (далее прямой СШП сигнал), в качестве временных позиций импульсов выбираются позиции, соответствующие единицам кода Неймана-Хоффмана, а для СШП сигнала, переносящего информационный нуль (далее инверсный СШП сигнал), в качестве временных позиций выбираются позиции, соответствующие нулям кода Неймана-Хоффмана. На фиг. 3а) представлен «разреженный» код Неймана-Хоффмана NH(t), на базе которого формируются прямой и инверсный СШП сигналы, где чёрные заполненные кружки соответствуют временным позициям импульсов прямого СШП сигнала, а пустые квадратики - временным позициям импульсов инверсного СШП сигнала. На фиг. 3б) представлены текущие временные позиции «сигнальных» временных окон как функции времени
Заявляемое устройство работает следующим образом. После обнаружения СШП синхросигнала, захвата состояния синхронизма и введения в ПУ 1.1 - 1.3 опорного энергетического порога П0 используется СВК, в котором УФВО 1.2 формирует текущее «сигнальное» (индекс sig) временное окно для приёма и различения информационных СШП сигналов, моменты начала формирования которого определяются временными позициями «разреженного» кода Неймана-Хоффмана. Для поддержания состояния синхронизма используются два других СВК, при этом в одном из этих СВК УФВО 1.1 формирует текущее «опережающее» (индекс adv) временное окно, а в другом СВК УФВО 1.3 формирует текущее «запаздывающее» (индекс ret) временное окно. Текущие временные окна соседних СВК смещены друг относительно друга на длительность временного окна 2τ0 (τ0 – длительность импульса СШП сигнала), поэтому они одновременно образуют временной дискриминатор. На фиг. 4а) условно в виде прямоугольников тёмно-серого, чёрного и светло-серого цветов соответственно представлены текущие временные позиции этих временных окон в своих временных каналах для обработки импульсов прямого и инверсного СШП сигналов. На фиг. 4б) для большей ясности представлен укрупнённый фрагмент, содержащий только три соответствующих временных окна для обработки прямого СШП сигнала. The claimed device operates as follows. After the detection of the UWB sync signal, the capture of the synchronism state and the introduction of the reference energy threshold P 0 into the CP 1.1 - 1.3, the SVC is used, in which the UWB 1.2 forms the current "signal" (index sig) time window for receiving and distinguishing information UWB signals, the moments of the beginning of the formation of which are determined by the time positions of the "sparse" Neumann-Hoffman code. To maintain the synchronism state, two other VCS are used, while in one of these VCS UFO 1.1 forms the current "leading" (adv index) time window, and in the other, the UHC UFO 1.3 forms the current "lagging" (ret index) time window. The current time windows of neighboring ICS are shifted relative to each other by the duration of the time window 2τ 0 (τ 0 is the pulse duration of the UWB signal), therefore they simultaneously form a time discriminator. FIG. 4a), conventionally, in the form of rectangles of dark gray, black and light gray colors, respectively, the current time positions of these time windows are presented in their time channels for processing pulses of direct and inverse UWB signals. FIG. 4b), for greater clarity, an enlarged fragment is presented containing only three corresponding time windows for processing the direct UWB signal.
При этом смесь импульсов информационного СШП сигнала и канального шума с выхода блока предварительной обработки поступает на первые входы УФВО 1.1 - 1.3. Одновременно на вторые их входы и вторые входы ИЭН 2.1 - 2.3 с соответствующих выходов БС 5 поступают тактирующие импульсы, а на третьи их входы и третьи входы ИЭН 2.1 - 2.3 с соответствующих выходов БОУ 6 поступают команды, определяющие моменты начала формирования текущих «сигнального», «опережающего» и «запаздывающего» временных окон, а также моменты начала накопления энергий, поступающей на первые входы ИЭН 2.1 - 2.3 смеси импульсов СШП сигнала и канального шума с учётом с найденной в процессе захвата состояния синхронизма временной задержки. Далее накапливаемые в ИЭН 2.1 - 2.3 импульсные энергии, полученные как на длительности текущих временных окон, соответствующих импульсам приходящего СШП сигнала, так и на длительности текущих временных окон, соответствующих его инверсии, с выходов ИЭН 2.1 - 2.3 поступают на соответствующие входы БОУ 6, где они оцифровываются, превращаясь в энергетические отсчёты, и на их основе вычисляются текущие значения импульсного энергетического отношения сигнал/шум для импульсов прямого СШП сигналаIn this case, the mixture of pulses of the information UWB signal and channel noise from the output of the preprocessing unit is fed to the first inputs of the UWBO 1.1 - 1.3. At the same time, timing pulses are sent to their second inputs and the second inputs of IEN 2.1 - 2.3 from the corresponding outputs of
или для импульсов инверсного СШП сигнала or for pulses of inverse UWB signal
Здесь в пренебрежении взаимной энергией импульса СШП сигнала и канального шума
Далее осуществляется усреднение по количеству обнаруженных импульсных энергий текущего импульсного энергетического отношения сигнал/шум (1) или (2), то есть получение величин
Одновременно накапливаемая в ИЭН 2.1 - 2.3 импульсная энергия с их выходов поступает на соответствующие входы ПУ 3.1 - 3.3, с выхода которых надпороговые части этих энергий (
Если же упомянутый выше цифровой порог не будет превышен суммой оцифрованных энергетических отсчётов, полученных обработкой на длительности текущего «сигнального» временного окна, то текущий СШП сигнал будет пропущен.If the above digital threshold is not exceeded by the sum of the digitized energy samples obtained by processing for the duration of the current "signal" time window, then the current UWB signal will be skipped.
На фиг. 5 – 10 представлены результаты математико-имитационного моделирования процесса функционирования предлагаемого устройства. Так на фиг. 5а) и фиг. 5в) в качестве иллюстрации представлены величины энергетических отсчётов, накапливаемых импульсных энергий смеси прямого (фиг. 5а) и инверсного (фиг. 5в) СШП сигналов с канальными шумами на своих временных позициях. Там же приведён опорный энергетический порог П0, который изображён жирной горизонтальной пунктирной линией тёмно-серого цвета. Чёрными заполненными кружками обозначены энергетические отсчёты, накапливаемые в текущем «сигнальном» временном окне, чёрными пустыми квадратиками – энергетические отсчёты, накапливаемые в текущем «опережающем» временном окне, чёрными заполненными квадратиками – энергетические отсчёты, накапливаемые в текущем «запаздывающем» временном окне. На фиг.5б) и фиг. 5г) представлены надпороговые части этих энергетических отсчётов. Здесь же тёмно-серыми заполненными ромбиками представлены временные позиции хранящихся для сравнения копий элементов «разреженного» кода Неймана-Хоффмана. Изображение, приведённое на фиг. 6, служит пояснением к фиг. 5, так как иллюстрирует укрупнённый масштаб ситуации до накопления текущей энергии (кривые тёмно-серого цвета) прямого (фиг. 6а) и инверсного (фиг. 6б) СШП сигналов в текущем «сигнальном» временном окне (прямоугольники чёрного цвета). Из анализа фиг. 6 следует, что все текущие временные окна начинают запаздывать относительно момента вхождения в синхронизм, поэтому текущая энергия смеси импульсов СШП сигналов с канальными шумами начинает перераспределяться между текущим «опережающим» (прямоугольники тёмно-серого цвета) и текущим «сигнальным» временными окнами. Именно по этой причине на фиг. 5б) и фиг. 5г) величина энергетических отсчётов, характеризующих надпороговые части накопленных в текущем «опережающем» временном окне импульсных энергий, так велика, а разброс величин энергетических отсчётов, характеризующих надпороговые части накопленных в текущем «сигнальном» временном окне импульсных энергий, так значителен.FIG. 5 - 10 presents the results of mathematical simulation of the process of functioning of the proposed device. Thus, in FIG. 5a) and Fig. 5c) as an illustration, the values of energy samples, accumulated impulse energies of a mixture of direct (Fig.5a) and inverse (Fig.5c) UWB signals with channel noise at their time positions are presented. There is also given the reference energy threshold P 0 , which is depicted by a bold horizontal dashed line in dark gray color. The black filled circles indicate the energy counts accumulated in the current "signal" time window, black empty squares - the energy counts accumulated in the current "leading" time window, black filled squares - the energy counts accumulated in the current "lagging" time window. 5b) and FIG. 5d) shows the above-threshold parts of these energy readings. Here, dark gray filled rhombuses represent the time positions of the copies of the "sparse" Neumann-Hoffman code stored for comparison. The image shown in FIG. 6 serves as an explanation to FIG. 5, as it illustrates the enlarged scale of the situation before the accumulation of current energy (curves of dark gray color) of direct (Fig. 6a) and inverse (Fig. 6b) UWB signals in the current "signal" time window (black rectangles). From an analysis of FIG. 6, it follows that all current time windows begin to lag behind the moment of acquisition of synchronism; therefore, the current energy of the mixture of UWB signals with channel noise begins to be redistributed between the current "leading" (dark gray rectangles) and the current "signal" time windows. It is for this reason that FIG. 5b) and Fig. 5d) the value of energy counts characterizing the above-threshold parts of impulse energies accumulated in the current "advanced" time window is so large, and the spread of energy counts characterizing the above-threshold parts of impulse energies accumulated in the current "signal" time window is so significant.
На фиг. 7 в качестве подтверждения итогов анализа фиг. 5 и фиг. 6 представлена динамика накопления количества оцифрованных отсчётов. При этом на фиг. 7б) чёрными и серыми прямоугольниками условно представлены временные позиции текущего «сигнального» временного окна для обработки прямого (чёрный цвет) и инверсного (тёмно-серый цвет) СШП сигналов. Здесь
Анализ фиг. 7а) и 7б) показывает, что внешне цифровая форма оценки максимума автокорреляционной функции (полной суммы оцифрованных отсчётов) как бы малочувствительна к смещению временных окон, так как изображённое на фиг. 7а) неотличимо от изображённого на фиг. 7б). Однако, эти изображения нельзя рассматривать отдельно от фиг. 5б) и фиг. 5г), так как единичные отсчёты, динамически накапливаемые и представленные на фиг. 7а) характеризуются гораздо меньшей физической энергетикой, чем аналогичные отсчёты, представленные на фиг. 7б). Это означает, что реальная вероятность правильного обнаружения СШП сигналов, импульсы которых обрабатываются на длительности текущего «сигнального» временного окна гораздо выше такой же, но условной (иллюстративной) вероятности, если бы накопление оцифрованных отсчётов осуществлялось на длительности текущего «опережающего» временного окна.Analysis of FIG. 7a) and 7b) shows that the outwardly digital form of estimating the maximum of the autocorrelation function (the total sum of the digitized samples) is, as it were, insensitive to the shift of time windows, since the one shown in Fig. 7a) is indistinguishable from that shown in FIG. 7b). However, these images cannot be viewed separately from FIG. 5b) and Fig. 5d), since the unit samples dynamically accumulated and shown in Fig. 7a) are characterized by much lower physical energetics than similar readings shown in Fig. 7b). This means that the real probability of correct detection of UWB signals whose pulses are processed for the duration of the current "signal" time window is much higher than the same, but conditional (illustrative) probability, if the accumulation of digitized samples were carried out over the duration of the current "advanced" time window.
Иллюстративный материал, представленный на фиг. 8 – 10, характеризует те же особенности обработки СШП сигналов на приёмной стороне, что и на фиг. 5 – 7, но в случае использования текущего значения динамического энергетического порога Пд,i и текущей оценки временного смещения δti. При этом для иллюстраций, представленных на фиг. 8 – 10,
Анализ изображённого на фиг. 8 – 10 и сравнение его с представленным на фиг. 5 – 7 показывает, что использование текущей оценки временного смещения по назначению устанавливает с большой точностью импульсы прямого и инверсного СШП сигналов по центру текущего «сигнального» временного окна, а введение текущего динамического энергетического порога (показан на фиг. 8а) и фиг. 8в) чёрной жирной штриховой горизонтальной линией) учитывает возросшую энергетику отсчётов, характеризующих накопление импульсной энергии на длительности текущего «сигнального» временного окна, что влечёт за собой следующее:The analysis shown in FIG. 8-10 and comparing it with that shown in FIG. 5-7 shows that using the current estimate of the time offset for its intended purpose sets the pulses of the forward and inverse UWB signals to the center of the current "signal" time window with high accuracy, and the introduction of the current dynamic energy threshold (shown in Fig. 8a) and FIG. 8c) with a black bold dashed horizontal line) takes into account the increased energy of the counts characterizing the accumulation of impulse energy over the duration of the current "signal" time window, which entails the following:
- увеличение накапливаемой на длительности текущего «сигнального» временного окна импульсной энергии до максимальных значений;- increase of the pulse energy accumulated on the duration of the current "signal" time window up to maximum values;
- уменьшение разброса величин энергетических отсчётов, характеризующих надпороговые части накопленных на длительности текущего «сигнального» временного окна импульсных энергий, до минимальных значений;- decrease in the spread of the values of energy readings, characterizing the above-threshold parts of the pulse energies accumulated over the duration of the current "signal" time window, to the minimum values;
- обнуление возможных остаточных шумовых энергетических отсчётов в текущих «опережающем» и «запаздывающем» временных окнах.- zeroing of possible residual noise energy samples in the current "leading" and "lagging" time windows.
Из представленного выше материала следует, что предлагаемое устройство обеспечивает заявленные качества.From the material presented above, it follows that the proposed device provides the declared qualities.
Реализация заявленного устройства не должна вызывать затруднений, так как функциональные узлы, входящие в блоки устройства, общеизвестны, широко используются в отечественных и зарубежных патентах, а также описаны в технической литературе. Например, блоки, аналогичные по назначению предложенным в заявленном изобретении известны из [3,4]. The implementation of the claimed device should not cause difficulties, since the functional units included in the units of the device are well known, widely used in domestic and foreign patents, and are also described in the technical literature. For example, blocks similar in purpose to those proposed in the claimed invention are known from [3,4].
Источники информацииSources of information
1. Патент 157935 (РФ). Приёмопередающий модуль для обмена данными с помощью сверхширокополосных сигналов. МПК Н04В 1/38, H04L 9/00 / Зайцев А.В., Митрофанов Д.Г., Тимофеев И.А., Красавцев О.О., Кичулкин Д.А., Терещенко А.А., Азаров В.С., Черников А.К., Чижов А.А. Заявка №2014147229/08 от 24.11.2014. Опубл. 20.12.2015 г. 1. Patent 157935 (RF). Transceiver module for data exchange using ultra-wideband signals.
2. Патент 2315424 (РФ). Система связи с высокой скоростью передачи информации сверхширокополосными сигналами. МПК Н04B 1/69, H04L 5/26. Бондаренко В.В., Кыштымов Г.А., Бондаренко В.В., Кыштымов С.Г. Заявка №2006119887/09 от 06.06.2006. Опубл. 20.01.2008 г. 2. Patent 2315424 (RF). Communication system with high speed data transmission by ultra-wideband signals.
3. Корниенко А.В. Алгоритмы синтеза и обработки короткоимпульсных сверхширокополосных сигналов в радиосистемах передачи информации с учётом мешающих факторов. / Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. – Рязань. – 2008. – С. 17.3. Kornienko A.V. Algorithms for the synthesis and processing of short-pulse ultra-wideband signals in radio systems for transmitting information, taking into account interfering factors. / Abstract of a dissertation for the degree of candidate of technical sciences. - Ryazan. - 2008 .-- S. 17.
4. Патент 2354048 (РФ). Способ и система связи с быстрым вхождением в синхронизм сверхширокополосными сигналами. МПК Н04B 7/00 / Кыштымов Г.А., Бондаренко В.В., Кыштымов С.Г. Заявка №2007144256/09 от 28.11.2007. Опубл. 27.04.2009 г. 4. Patent 2354048 (RF). Method and system of communication with fast acquisition of synchronism by ultra-wideband signals.
Claims (2)
1. Устройство различения короткоимпульсных сверхширокополосных сигналов повышенной эффективности, содержащее три управляемых формирователя временных окон (УФВО), выходы которых соединены с первыми входами трех импульсных энергетических накопителей (ИЭН), соответственно, а также три пороговых устройства, вторые входы которых подсоединены к выходам трех соответствующих формирователей порога, входы которых объединены и подключены к одному из выходов блока обработки и управления (БОУ), выход которого является выходом /входом устройства, при этом выходы первого, второго и третьего ИЭН соединены соответственно со вторым, третьим и четвертым входами БОУ; первые входы УФВО объединены и являются входом устройства, вторые входы УФВО соединены со вторыми входами соответствующих ИЭН, отличающееся тем, что введен блок синхронизации, три выхода которого соединены со вторыми входами УФВО соответственно, четвертый выход блока синхронизации соединен с входом БОУ, выходы которого с первого по третий соединены с третьими входами соответственно третьего, второго и первого ИЭН, выходы БОУ с четвертого по шестой соединены соответственно с третьими входами УФВО; седьмой выход БОУ соединен с входом блока синхронизации; выходы ИЭН соединены соответственно со вторым, третьим и четвертым входами БОУ, пятый, шестой и седьмой входы которого подключены соответственно к выходам третьего, второго и первого пороговых устройств, причем выход устройства является выходом/входом.
1. A device for discriminating short-pulse ultra-wideband signals of increased efficiency, containing three controllable time window shapers (UVVO), the outputs of which are connected to the first inputs of three pulse energy storage devices (IES), respectively, as well as three threshold devices, the second inputs of which are connected to the outputs of three corresponding threshold shapers, the inputs of which are combined and connected to one of the outputs of the processing and control unit (PCU), the output of which is the output / input of the device, while the outputs of the first, second and third IEN are connected respectively to the second, third and fourth inputs of the PCU; the first inputs of the UVBO are combined and are the input of the device, the second inputs of the UVBO are connected to the second inputs of the corresponding IES, characterized in that a synchronization block is introduced, three outputs of which are connected to the second inputs of the UVBO, respectively, the fourth output of the synchronization block is connected to the input of the BOU, the outputs of which are from the first on the third are connected to the third inputs of the third, second and first IEN, respectively, the outputs of the BOU from the fourth to the sixth are connected, respectively, to the third inputs of the UFO; the seventh output of the ACU is connected to the input of the synchronization unit; IEN outputs are connected respectively to the second, third and fourth inputs of the RCD, the fifth, sixth and seventh inputs of which are connected to the outputs of the third, second and first threshold devices, respectively, and the device output is an output / input.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019139199A RU2731126C1 (en) | 2019-12-03 | 2019-12-03 | Apparatus for distinguishing short-pulse ultra-wideband signals of high efficiency |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019139199A RU2731126C1 (en) | 2019-12-03 | 2019-12-03 | Apparatus for distinguishing short-pulse ultra-wideband signals of high efficiency |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2731126C1 true RU2731126C1 (en) | 2020-08-31 |
Family
ID=72421635
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019139199A RU2731126C1 (en) | 2019-12-03 | 2019-12-03 | Apparatus for distinguishing short-pulse ultra-wideband signals of high efficiency |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2731126C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2756974C1 (en) * | 2020-10-09 | 2021-10-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") | Apparatus for detecting an incoherent sequence of ultra-wideband quasi-radio signals of arbitrary waveform |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2354048C1 (en) * | 2007-11-28 | 2009-04-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method and communication system with fast acquisition by ultra-wideband signals |
| US8502729B2 (en) * | 2006-01-30 | 2013-08-06 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Ultra-wideband radar sensors and networks |
| 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 |
| WO2017061961A1 (en) * | 2015-10-08 | 2017-04-13 | Arcelik Anonim Sirketi | A communication means and the household appliance wherein the same is used |
-
2019
- 2019-12-03 RU RU2019139199A patent/RU2731126C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8502729B2 (en) * | 2006-01-30 | 2013-08-06 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Ultra-wideband radar sensors and networks |
| RU2354048C1 (en) * | 2007-11-28 | 2009-04-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method and communication system with fast acquisition by ultra-wideband signals |
| 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 |
| WO2017061961A1 (en) * | 2015-10-08 | 2017-04-13 | Arcelik Anonim Sirketi | A communication means and the household appliance wherein the same is used |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| Shaheen, E. M. DS-UWB pulse design in IEEE802.15.3a multipath fading channel for cognitive radio applications. International Journal of Ultra Wide-band Communications and Systems, 2016, vol. 3, no. 3, pp. 155-165. * |
| Wang, S. S., Chai, S. L., Xiao, K., Liu, Y. Simu-lation study on RFI signal in impulse UWB radar sys-tem with equivalent time sampling. Signal Processing (ICSP), 12th International Conference on Hangzhou. China, 2014. pp. 2145 - 2148 * |
| Корниенко А.В. Алгоритмы синтеза и обработки короткоимпульсных сверхширокополосных сигналов в радиосистемах передачи информации с учётом мешающих факторов. / Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. - Рязань. - 2008. - С. 17. * |
| Корниенко А.В. Алгоритмы синтеза и обработки короткоимпульсных сверхширокополосных сигналов в радиосистемах передачи информации с учётом мешающих факторов. / Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. - Рязань. - 2008. - С. 17. Wang, S. S., Chai, S. L., Xiao, K., Liu, Y. Simu-lation study on RFI signal in impulse UWB radar sys-tem with equivalent time sampling. Signal Processing (ICSP), 12th International Conference on Hangzhou. China, 2014. pp. 2145 - 2148. Shaheen, E. M. DS-UWB pulse design in IEEE802.15.3a multipath fading channel for cognitive radio applications. International Journal of Ultra Wide-band Communications and Systems, 2016, vol. 3, no. 3, pp. 155-165. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2756974C1 (en) * | 2020-10-09 | 2021-10-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") | Apparatus for detecting an incoherent sequence of ultra-wideband quasi-radio signals of arbitrary waveform |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4972430A (en) | Spread spectrum signal detector | |
| KR100615838B1 (en) | Discrimination method and communication device for distinguishing between different data burst forms in a digital telecommunication system | |
| RU2731369C1 (en) | Apparatus for processing short-pulse ultra-wideband signals at a receiving side | |
| ITRM980585A1 (en) | RAKE RECEIVER AND SECTOR MANAGEMENT PROCEDURE FOR DISTRIBUTED SPECTRUM COMMUNICATIONS | |
| CN105721375A (en) | Low signal-to-noise ratio short preamble burst signal demodulation system and method | |
| US7844020B2 (en) | Transmission system, transmitter, receiver, and transmission method | |
| RU2731126C1 (en) | Apparatus for distinguishing short-pulse ultra-wideband signals of high efficiency | |
| CN105897303A (en) | Method for reducing synchronization time of frequency-hopping communication | |
| CN109586761B (en) | Tracking demodulation method of high dynamic spread spectrum signal | |
| GB2310116A (en) | Data clock recovery in cordless phone | |
| US5120997A (en) | Spread spection signal detector | |
| US7280587B2 (en) | Spectrum spread reception apparatus | |
| EP0431957B1 (en) | Synchronization word detection apparatus | |
| EP0500025A2 (en) | Automatic frequency control method and device for use in receiver | |
| RU2277760C2 (en) | Method for transferring information in communication systems with noise-like signals and a software product | |
| FI72842C (en) | Television ghost image detection and elimination system. | |
| RU2731207C1 (en) | Method for increasing processing efficiency of ultra-wideband short pulse signals at a receiving side | |
| KR20040022971A (en) | Apparatus And Method For Tracking Phase Of Pseudo Random Sequence Based On Pilot Signal In Mobile Device | |
| EP0082575A1 (en) | An energy-synchronised demodulator circuit | |
| US8102905B2 (en) | Pulse detection in wireless communications system | |
| US9641312B1 (en) | Method for symbol clock recovery in pulse position modulation (PPM) systems | |
| RU2127486C1 (en) | Method and device for transmitting messages by broad-band signals | |
| RU2723269C1 (en) | Method for synchronizing receiving and transmitting devices of a radio link using short-pulse ultra-wideband signals | |
| US10333583B2 (en) | Signal detection circuit and signal detection method | |
| Alhakim et al. | Design of tracking loop with dirty templates for UWB communication systems |