RU2157050C1 - Method for measuring frequency and device which implements said method - Google Patents

Method for measuring frequency and device which implements said method Download PDF

Info

Publication number
RU2157050C1
RU2157050C1 RU99116629A RU99116629A RU2157050C1 RU 2157050 C1 RU2157050 C1 RU 2157050C1 RU 99116629 A RU99116629 A RU 99116629A RU 99116629 A RU99116629 A RU 99116629A RU 2157050 C1 RU2157050 C1 RU 2157050C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
frequency
input
output
node
unit
Prior art date
Application number
RU99116629A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.В. Гармонов
Д.Е. Меняйлов
В.Б. Манелис
Original Assignee
Гармонов Александр Васильевич
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Гармонов Александр Васильевич filed Critical Гармонов Александр Васильевич
Priority to RU99116629A priority Critical patent/RU2157050C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2157050C1 publication Critical patent/RU2157050C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

Abstract

FIELD: wide-band cellular communication systems. SUBSTANCE: invention may be used in direct channel using universal mobile telephone service (UMTS) and code-division multiple-access (cdma2000) standards for correction of reference oscillator frequency in order to achieve coherent message reception. In addition, invention may be used in satellite communication systems, which may have significant frequency distortion. Invention provides detection of frequency in sequence of Q iterations, iterating reduction of frequency indeterminacy until required precision of evaluation is reached. In addition, invention uses lesser number of parallel frequency channels for signal reception with respect to prior art. Required frequency detection precision is achieved by means of choice of reference signal function, which provides possibility to recover information about possible frequency value in frequency intervals between chosen hypotheses. Generalized correlation evaluation for each hypothesis for all iterations uses k respective correlation evaluations. Thus, frequency value can be approximated with high precision even for very low signal-noise ratio. EFFECT: increased precision of frequency detection for wide a priori frequency indeterminacy band and very low signal-noise ratio, decreased weight and cost of device. 6 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к области широкополосных сотовых систем радиосвязи, в частности может быть использовано в прямом канале по стандартам UMTS и cdma2000, для корректировки частоты опорного генератора, необходимой для когерентного приема сообщений, а также может использоваться при построении спутниковых систем связи, где возможно существование больших расстроек частоты. The invention relates to the field of broadband cellular radio communication systems, in particular, can be used in a direct channel according to UMTS and cdma2000 standards, to adjust the frequency of the reference oscillator necessary for coherent reception of messages, and can also be used in the construction of satellite communication systems where large detunings are possible frequency.

В процессе работы системы широкополосной сотовой связи возможно рассогласование ΔF между несущей частотой принимаемого полезного сигнала и частотой опорного генератора мобильной станции. Это рассогласование (частотный сдвиг) может быть обусловлено доплеровским смещением частоты (из-за движения мобильной станции) и нестабильностью частоты опорных генераторов базовой и мобильной станций. В результате влияния расстройки частоты качество связи может существенно ухудшиться. Поэтому возникает проблема определения частоты (получения ее оценки) для дальнейшей корректировки частотного рассогласования ΔF.
Коррекцию частотного рассогласования можно проводить как с помощью кольца обратной связи, так и с помощью кольца "вперед", проводя коррекцию частоты в последующих относительно точки определения частоты трактах приемника. Выбор варианта построения схемы коррекции зависит от конкретных условий ее реализации и не рассматривается в рамках данного описания.
During the operation of the cellular broadband system, a ΔF mismatch is possible between the carrier frequency of the received useful signal and the frequency of the reference oscillator of the mobile station. This mismatch (frequency shift) may be due to the Doppler frequency shift (due to the movement of the mobile station) and the frequency instability of the reference generators of the base and mobile stations. As a result of the influence of the frequency detuning, the quality of communication can be significantly reduced. Therefore, the problem arises of determining the frequency (obtaining its estimate) for further adjustment of the frequency mismatch ΔF.
Frequency mismatch correction can be carried out both with the help of the feedback ring, and with the help of the “forward” ring, performing frequency correction in the receiver paths subsequent to the frequency determination point. The choice of an option for constructing a correction scheme depends on the specific conditions for its implementation and is not considered in the framework of this description.

В любой системе связи после включения существует расстройка частоты ΔF, причем априорный интервал неопределенности частоты относительно истинного значения заранее известен и составляет [-Fmax, Fmax]. Для систем связи, организуемых в соответствии со стандартами UMTS и cdma2000, Fmax составляет 11 кГц. В результате работы устройства определения частоты требуется уменьшить априорный интервал неопределенности и определить частоту с точностью ± 150 Гц.In any communication system, after switching on, there is a frequency mismatch ΔF, and the a priori frequency uncertainty interval relative to the true value is known in advance and is [-F max , F max ]. For communication systems organized in accordance with UMTS and cdma2000 standards, Fmax is 11 kHz. As a result of the operation of the frequency determination device, it is required to reduce the a priori uncertainty interval and determine the frequency with an accuracy of ± 150 Hz.

Наиболее часто используемыми являются фазовые методы определения частоты. Все они реализуют идею детектирования и фильтрации квазипостоянных фазовых изменений и использования полученной оценки изменений фазы для выработки сигнала оценки частоты. Дискриминационная характеристика цифрового фазового детектора является периодической и имеет пилообразную форму. Периодический характер дискриминационной характеристики является причиной возникновения захвата за ложную оценку частоты, если за счетный интервал времени произойдет сдвиг сигнала по фазе больше, чем на ± πn где n - кратность манипуляции при приеме фазоманипулированного сигнала. Для символов пилот-сигнала n = 1, т.к. они передаются всегда с одинаковой фазой; для символов передаваемой информации n = 4. The most commonly used are phase frequency determination methods. All of them implement the idea of detecting and filtering quasi-constant phase changes and using the obtained estimate of the phase changes to generate a frequency estimation signal. The discriminatory characteristic of a digital phase detector is periodic and has a sawtooth shape. The periodic nature of the discriminatory characteristic is the reason for the capture for a false estimate of the frequency if, during the counting time interval, the phase shift of the signal occurs by more than ± πn where n is the frequency of manipulation when receiving a phase-shifted signal. For pilot symbols n = 1, because they are always transmitted with the same phase; for symbols of transmitted information n = 4.

Принципиальные различия между всеми существующими фазовыми методами определения частоты состоят в реализации операции преобразования постоянного сдвига фазы в измеряемый параметр, однозначно связанный с существующим сдвигом частоты. Поскольку одной оценки фазы в условиях шумов и фединга сигнала обычно оказывается недостаточно, для определения частоты производят накопление и усреднение оценок. Длительность усреднения определяет точность формируемой оценки частоты и инерционность устройства определения частоты в целом. Функция преобразования полученного сигнала оценки фазы в оценку частоты обычно представляет собой зависимость измеряемого параметра от частоты и оптимизируется в соответствии с требованием минимальной сложности исполнения. The fundamental differences between all existing phase methods for determining the frequency are the implementation of the operation of converting a constant phase shift to a measurable parameter that is uniquely associated with the existing frequency shift. Since a single phase estimate under conditions of noise and signal fading is usually not enough, estimates are accumulated and averaged to determine the frequency. The averaging duration determines the accuracy of the generated frequency estimate and the inertia of the frequency determination device as a whole. The function of converting the received phase estimation signal to a frequency estimate is usually the dependence of the measured parameter on the frequency and is optimized in accordance with the requirement of minimal execution complexity.

Одним из наиболее простых способов оценки постоянного сдвига фазы сложного фазоманипулированного сигнала является выделение фазового сдвига между двумя последовательно принятыми комплексными символами и последующее их усреднение [1. Дж. Спилкер. "Цифровая спутниковая связь". М., Связь. 1978 г, стр. 387- 404] . Эту операцию можно реализовать как перемножение комплексного отсчета принятого сигнала с комплексно-сопряженным предыдущим с последующей фильтрацией полученной комбинационной составляющей. Данный подход является частным случаем n-кратного умножения входного сигнала с последующей фильтрацией n*ωo составляющей. Здесь n - кратность манипуляции несущей, ωo - частота несущей.One of the simplest methods for assessing the constant phase shift of a complex phase-manipulated signal is to isolate the phase shift between two sequentially received complex symbols and their subsequent averaging [1. J. Spilker. "Digital satellite communications." M., Communication. 1978, p. 387-404]. This operation can be implemented as multiplication of the complex reference of the received signal with the complex conjugate of the previous one, followed by filtering the resulting combination component. This approach is a special case of n-fold multiplication of the input signal with subsequent filtering of the n * ω o component. Here n is the carrier manipulation rate, ω o is the carrier frequency.

Во временной области средняя частота сигнала может быть определена электронно-счетным частотомером путем подсчета числа положительных и отрицательных переходов сигнала через нулевой уровень за единицу времени [2. В. С. Первачев. "Радиоавтоматика". М" Сов.радио, 1982 г.]. Однако такая оценка средней частоты (через квазичастоту) всегда оказывается завышенной по отношению к среднему значению. Повышение точности оценки средней частоты возможно за счет применения алгоритма с использованием дробного дифференцирования сигнала во временной области, но в этом случае на порядок возрастает вычислительная сложность метода. In the time domain, the average frequency of the signal can be determined by an electronically counting frequency meter by counting the number of positive and negative transitions of the signal through the zero level per unit time [2. V.S. Pervachev. "Radio Automation". M "Sov.radio, 1982]. However, such an estimate of the average frequency (through quasifrequency) is always overestimated in relation to the average value. Improving the accuracy of estimating the average frequency is possible due to the application of the algorithm using fractional signal differentiation in the time domain, but In this case, the computational complexity of the method increases by an order of magnitude.

Известны способ и устройство для определения частоты в цифровой системе связи, описанные [3. Патент US # 4,938,906 "Frequency Estimation system", Jan.8, 1991]. Этот способ формирует оценку частоты с помощью линейной регрессии, анализируя отсчеты фазы. При этом формируется оптимальное по методу наименьших квадратов решение. Данные способ и устройство позволяют определять частоту с высокой точностью, но обладает недостатком, общим для всех цифровых фазовых методов определения частоты, поскольку имеет ограничение на максимальный сдвиг фазы между анализируемыми отсчетами. A known method and device for determining the frequency in a digital communication system described [3. Patent US # 4,938,906 "Frequency Estimation system", Jan.8, 1991]. This method generates a frequency estimate using linear regression by analyzing phase readings. In this case, the optimal solution using the least squares method is formed. These method and device can determine the frequency with high accuracy, but has a drawback common to all digital phase methods for determining the frequency, since it has a limit on the maximum phase shift between the analyzed samples.

В рассматриваемых системах связи для расширения спектра сигнала используется модуляция передаваемых данных ортогональными кодовыми последовательностями и кодирование скремблирующим кодом. В результате модуляции и кодирования комплексные символы преобразуются в последовательность закодированных комплексных чипов информации. При приеме, после переноса сигнала на нулевую частоту и оцифровки в АЦП, производят декодирование наложенных кодов и накопление (суммирование) декодированных чипов для получения переданного символа. Посредством декодирования и суммирования принимаемых чипов производится корреляционная обработка принятого сигнала. Отношение сигнал-шум для принимаемых чипов очень низкое, таким образом, получение достоверных оценок фазы сигнала возможно только после корреляционной обработки сигнала. In the communication systems under consideration, to expand the signal spectrum, modulation of the transmitted data by orthogonal code sequences and coding by scrambling code are used. As a result of modulation and coding, complex symbols are transformed into a sequence of encoded complex information chips. Upon receipt, after transferring the signal to zero frequency and digitizing in the ADC, the codes are decoded and the decoded chips are accumulated (summed) to obtain the transmitted character. By decoding and summing the received chips, correlation processing of the received signal is performed. The signal-to-noise ratio for the received chips is very low, so obtaining reliable estimates of the signal phase is possible only after correlation signal processing.

С другой стороны, как было отмечено выше, для всех цифровых фазовых способов оценки частоты существует ограничение на максимальный сдвиг фазы между отсчетами ±π/n, где n - кратность манипуляции при приеме фазоманипулированного сигнала. При больших значениях частоты фазовый сдвиг для принятых символов полезного сигнала будет превышать максимально допустимый, что не позволяет применять фазовые способы определения частоты во всем заданном априорном интервале неопределенности частоты [-Fmax, Fmax].On the other hand, as noted above, for all digital phase methods of frequency estimation there is a restriction on the maximum phase shift between samples ± π / n, where n is the multiplicity of manipulation when receiving a phase-shifted signal. At large frequency values, the phase shift for the received symbols of the useful signal will exceed the maximum allowable, which does not allow the use of phase methods for determining the frequency in the entire specified a priori frequency uncertainty interval [-F max , F max ].

Известен способ и устройство определения частоты на основе частотного дискриминатора с использованием пары смежных по частоте фильтров. Основная идея, реализуемая при этом, состоит в нахождении центра тяжести энергетического спектра сигнала [4. У. Линдслей "Системы синхронизации в связи и в управлении". Сов. радио, 1979; 5. Automatic frequency control using split-band signal strength measurements: пат. США N 5487186, МКИ Н 04 В 1/16. Scarpa Carl G. ; Hitachi America, Ltd. - N 368747, заявл. 4.1.95, опубл. 23.1.96, НКИ 455.192.2]. A known method and device for determining the frequency based on the frequency discriminator using a pair of adjacent frequency filters. The main idea that is realized in this case is to find the center of gravity of the energy spectrum of the signal [4. W. Lindsley, "Synchronization Systems in Communication and Management." Owls radio, 1979; 5. Automatic frequency control using split-band signal strength measurements: US Pat. USA N 5487186, MKI N 04 V 1/16. Scarpa Carl G.; Hitachi America, Ltd. - N 368747, declared. 4.1.95, publ. 23.1.96, NCI 455.192.2].

Данное техническое решение позволяет определять частоту без декодирования наложенных расширяющих последовательностей (т.е. без корреляционной обработки сигнала). Принимаемый сигнал делится между двумя смежными по частоте фильтрами, занимающими по половине полосы пропускания, и выполняется сравнение уровней сигналов в каждой из этих полос. Разностный сигнал используется для формирования сигнала оценки частоты. [5. Automatic frequency control using split-band signal strength measurements: пат. США N 5487186, МКИ Н 04 В 1/16. Scarpa Carl G.; Hitachi America, Ltd. - N 368747: заявл. 4.1.95, опубл. 23.1.96, НКИ 455.192.2]. This technical solution allows you to determine the frequency without decoding superimposed spreading sequences (i.e., without correlation signal processing). The received signal is divided between two adjacent frequency filters occupying half the passband, and signal levels in each of these bands are compared. The difference signal is used to generate a frequency estimation signal. [5. Automatic frequency control using split-band signal strength measurements: US Pat. USA N 5487186, MKI N 04 V 1/16. Scarpa Carl G .; Hitachi America, Ltd. - N 368747: decl. 4.1.95, publ. 23.1.96, NCI 455.192.2].

Недостатком этого подхода является необходимость построения двух фильтров высокого порядка и большого времени накопления для достижения достаточной точности оценивания. The disadvantage of this approach is the need to build two high-order filters and a large accumulation time to achieve sufficient estimation accuracy.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу определения частоты является способ и устройство, описанные в [6. В.И.Тихонов "Оптимальный прием сигналов". М., Радио и связь, 1983 г, стр. 199 рис. 3.13, стр. 230 рис. 3.21]. Этот способ основан на использовании многоканального приемника, состоящего из n параллельных каналов. Closest to the technical nature of the proposed method for determining the frequency is the method and device described in [6. V.I. Tikhonov "Optimal signal reception". M., Radio and Communications, 1983, p. 199 p. 3.13, p. 230 fig. 3.21]. This method is based on the use of a multi-channel receiver, consisting of n parallel channels.

Такой способ определения частоты заключается в следующем:
выдвигают m гипотез о значении частоты, для чего делят априорный интервал значений частот [-Fmax, Fmax] на m частотных подинтервалов с частотный полосой F каждый;
для каждой из гипотез Fi, соответствующих серединам частотных подинтервалов, где i может принимать значения от 1 до m, вычисляют корреляцию сигнала за время Т, образуя m оценок корреляции;
определяют модули оценок корреляции;
выбирают гипотезу, с максимальным значением модуля оценки корреляции и вычисляют оценку частоты.
This method of determining the frequency is as follows:
put forward m hypotheses about the frequency value, for which they divide the a priori frequency interval [-F max , F max ] into m frequency sub-intervals with a frequency band F each;
for each of the hypotheses Fi corresponding to the midpoints of the frequency subintervals, where i can take values from 1 to m, the signal correlation is calculated over time T, forming m correlation estimates;
determining modules for correlation estimates;
choose a hypothesis with the maximum value of the correlation estimation module and calculate the frequency estimate.

Для реализации описанного способа используют устройство, представленное на фиг. 1, которое содержит:
генератор опорного сигнала 1 - генератор комплексных отсчетов гетеродина для всех n каналов;
m параллельных частотных каналов, каждый из которых состоит из последовательно соединенных:
перемножителя 2 - комплексного перемножителя принятых чипов и комплексных отсчетов генератора опорного сигнала;
блока формирования оценки 3, который содержит сумматор 4 (комплексный сумматор принятых чипов) и узел определения модуля 5 (для вычисления модуля комплексного числа);
блока оценки частоты 6 - для сравнения полученных оценок корреляции и генерирования сигнала оценки частоты, блок оценки частоты содержит:
узел выбора максимума 7 - для определения номера канала с максимальным результатом накопления,
узел формирования оценки частоты 8 - для преобразования результата работы блока 7 в оценку частоты.
To implement the described method, the device shown in FIG. 1, which contains:
reference signal generator 1 is a generator of complex samples of the local oscillator for all n channels;
m parallel frequency channels, each of which consists of series-connected:
multiplier 2 - a complex multiplier of the received chips and complex samples of the reference signal generator;
an evaluation unit 3, which contains an adder 4 (a complex adder of the received chips) and a module definition unit 5 (for calculating a complex number module);
frequency estimation unit 6 — for comparing the obtained correlation estimates and generating a frequency estimation signal, the frequency estimation unit comprises:
node selection maximum 7 - to determine the channel number with the maximum result of accumulation,
frequency estimation unit 8 — for converting the result of the operation of block 7 into a frequency estimate.

Работает устройство следующим образом. The device operates as follows.

После декодирования ортогональных и скремблирующих кодовых последовательностей чипы принятого сигнала поступают на n перемножителей 2, где каждый чип умножается на комплексный отсчет генератора опорного сигнала ejFit Fi - i-я гипотеза (центральная частота подинтервала), t - время. Таким образом, на выходе каждого из перемножителей формируется принятый сигнал со сдвигом по частоте, равным (Fi- Δ F).After decoding the orthogonal and scrambling code sequences, the chips of the received signal are fed to n multipliers 2, where each chip is multiplied by the complex reference signal generator e jFit Fi - the ith hypothesis (the center frequency of the sub-interval ), t - time. Thus, at the output of each of the multipliers, a received signal is formed with a frequency shift equal to (Fi- Δ F).

В блоке формирования оценки 3 при помощи сумматора 4 производится когерентное накопление чипов информации за время Т. Таким образом, формируется m оценок корреляции, соответствующих гипотезам. In the unit for generating the estimate 3, using the adder 4, coherent accumulation of information chips is performed over time T. Thus, m correlation estimates are generated corresponding to the hypotheses.

В узле 5 определяют модуль оценки корреляции, который передается на узел выбора максимума 7. В узле 7 выбирается максимальный результат накопления, по номеру соответствующего канала которого в узле 8 формируется оценка частоты, которая представляет собой значение частоты соответствующей гипотезы. In node 5, a correlation estimation module is determined, which is transmitted to the maximum selection node 7. In node 7, the maximum accumulation result is selected, by the number of the corresponding channel of which in node 8 a frequency estimate is generated, which is the frequency value of the corresponding hypothesis.

Однако использование параллельной схемы не представляется возможным из-за большой стоимости и габаритов устройства определения частоты, необходимых для достижения требуемой точности оценивания. However, the use of a parallel circuit is not possible due to the high cost and dimensions of the frequency determination device necessary to achieve the required estimation accuracy.

Задача, на решение которой направлена заявляемая группа изобретений, это:
определение частоты при большой априорной области неопределенности частоты [-Fmax, Fmax],
достижение высокой точности определения частоты даже при очень низком отношении сигнал-шум,
уменьшение стоимостно-габаритных характеристик устройства.
The problem to be solved by the claimed group of inventions is:
frequency determination with a large a priori region of frequency uncertainty [-F max , F max ],
achieving high accuracy in determining the frequency even with a very low signal to noise ratio,
reduction in cost and overall characteristics of the device.

Для решения поставленной задачи предлагается способ определения частоты и два варианта устройства для его реализации. To solve this problem, a method for determining the frequency and two variants of the device for its implementation are proposed.

В способ определения частоты, заключающийся в том, что на интервале неопределенности частоты выдвигают гипотезы о значении частоты, для каждой из гипотез вычисляют оценку корреляции сигнала за время Т, по полученным оценкам корреляции вычисляют оценку частоты, дополнительно вводят следующую последовательность новых операций:
определение частоты осуществляют последовательно за Q итераций,
определяют интервал неопределенности частоты для каждой итерации,
на каждой итерации уменьшают интервал неопределенности частоты для данной итерации до интервала неопределенности частоты для следующей итерации, а на последней итерации уменьшают интервал неопределенности частоты до требуемого значения, для чего на каждой итерации:
определяют время Т когерентного накопления оценок корреляции, как меньшее из двух величин, одна из которых равна величине, обратно пропорциональной интервалу неопределенности частоты на данной итерации, а другая равна интервалу стационарности канала,
выдвигают n гипотез, где n > 1, о значении частоты на интервале частоты,
для каждой гипотезы вычисляют k оценок корреляции, выполняемых на непересекающихся временных интервалах длительностью Т, где k определяется величиной интервала неопределенности частоты на следующей итерации, k соответствующих оценок корреляции используют для получения обобщенной оценки корреляции для каждой из гипотез,
формируют опорную сигнальную функцию,
определяют координату центра опорной сигнальной функции по ее максимальному приближению к обобщенным оценкам корреляции всех n гипотез,
определяют частоту, равную координате центра опорной сигнальной функции,
для получения обобщенной оценки корреляции каждой из гипотез накапливают квадраты модулей соответствующих оценок корреляции,
в качестве опорной сигнальной функции S(f) используют функцию вида (Sin(x)/(x))2, где x = πfT, либо криволинейную или полиномиальную регрессионную функцию, максимальное приближение опорной сигнальной функции к обобщенным оценкам корреляции гипотез определяют путем минимизации суммы квадратов отклонений опорной сигнальной функции от обобщенных оценок корреляции гипотез.
In the method of determining the frequency, which consists in the fact that on the frequency uncertainty interval hypotheses about the value of the frequency are put forward, the signal correlation estimate for time T is calculated for each hypothesis, the frequency estimate is calculated from the obtained correlation estimates, the following sequence of new operations is additionally introduced:
frequency determination is carried out sequentially for Q iterations,
determine the frequency uncertainty interval for each iteration,
at each iteration, reduce the frequency uncertainty interval for a given iteration to the frequency uncertainty interval for the next iteration, and at the last iteration, reduce the frequency uncertainty interval to the desired value, for which at each iteration:
determine the time T of coherent accumulation of correlation estimates as the smaller of two quantities, one of which is equal to a value inversely proportional to the frequency uncertainty interval at a given iteration, and the other is equal to the channel stationarity interval,
put forward n hypotheses, where n> 1, about the value of the frequency in the frequency interval,
for each hypothesis, k correlation estimates are calculated performed on non-overlapping time intervals of duration T, where k is determined by the value of the frequency uncertainty interval at the next iteration, k corresponding correlation estimates are used to obtain a generalized correlation estimate for each of the hypotheses,
form a reference signal function
determine the coordinate of the center of the reference signal function by its maximum approximation to the generalized correlation estimates of all n hypotheses,
determine the frequency equal to the coordinate of the center of the reference signal function,
to obtain a generalized correlation estimate of each hypothesis, the squares of the modules of the corresponding correlation estimates are accumulated,
as a reference signal function S (f), use a function of the form (Sin (x) / (x)) 2 , where x = πfT, or a curved or polynomial regression function, the maximum approximation of the reference signal function to the generalized estimates of the correlation of hypotheses is determined by minimizing the sum squared deviations of the reference signal function from the generalized estimates of the correlation of hypotheses.

В устройство определения частоты по первому варианту, содержащее одинаковые параллельные каналы приема сигнала, каждый канал состоит из последовательно соединенных перемножителя и блока формирования оценки, который содержит первый сумматор, первые входы перемножителей параллельных каналов приема объединены и являются информационным входом устройства, вторые их входы соединены с выходами генератора опорного сигнала, выходы блоков формирования оценки соединены с соответствующими им входами блока оценки частоты, содержащим последовательно соединенные узел выбора максимума и узел формирования оценки частоты, выход которого является выходом блока оценки частоты и образует выход устройства, дополнительно вводят следующие отличительные признаки:
введен блок управления,
дополнительно введены в блок формирования оценки каждого параллельного канала приема сигнала узел вычисления квадрата модуля, вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход - со входом второго сумматора, формирующего обобщенную оценку корреляции гипотезы соответствующего канала приема сигнала,
дополнительно введены в блок оценки частоты узел определения зоны сканирования, узел генерирования отсчетов опорной сигнальной функции, последовательно соединенные узел вычисления квадрата отсчета и первый сумматор и последовательно соединенные перемножитель, второй сумматор, узел вычисления квадрата числа и делитель, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход делителя соединен со входом узла выбора максимума, входы узла определения зоны сканирования и первые входы перемножителя объединены и соединены с выходами вторых сумматоров блоков формирования оценки, выход узла определения зоны сканирования соединен с первым входом узла генерирования отсчетов опорной сигнальной функции, первый выход которого соединен со вторым входом перемножителя и входом узла вычисления квадрата отсчета, а второй его выход соединен со вторым входом узла формирования оценки частоты,
выход блока оценки частоты соединен со входом блока управления,
первый управляющий выход блока управления, устанавливающий значения частот, соответствующих гипотезам, соединен со входом генератора опорного сигнала и вторым входом узла генерирования отсчетов опорной сигнальной функции,
второй управляющий выход блока управления, устанавливающий время когерентного накопления, соединен со вторым входом первого сумматора в каждом блоке формирования оценки и третьим входом узла генерирования отсчетов опорной сигнальной функции,
третий управляющий выход блока управления, определяющий количество k оценок корреляции, соединен со вторым входом второго сумматора в каждом блоке формирования оценки,
четвертый управляющий выход блока управления, устанавливающий требуемую точность оценки частоты, соединен с четвертым входом узла генерирования отсчетов опорной сигнальной функции.
In the frequency determination device according to the first embodiment, containing the same parallel signal reception channels, each channel consists of series-connected multipliers and an estimator, which contains the first adder, the first inputs of the multipliers of the parallel reception channels are combined and are the information input of the device, their second inputs are connected to the outputs of the reference signal generator, the outputs of the evaluation units are connected to their respective inputs of the frequency estimator, containing Tel'nykh maximum selection unit connected and the node generating the frequency estimate output which is the output frequency and the evaluation unit forms an output of the device, is further added the following features:
control unit introduced
additionally, the unit for calculating the square of the module, the input of which is connected to the output of the first adder, and the output, with the input of the second adder, forming a generalized correlation estimate of the hypothesis of the corresponding signal reception channel, are additionally introduced into the evaluation unit of each parallel signal receiving channel,
additionally, a scan zone determination unit, a reference signal function sample generation unit, a square reference calculation unit and a first adder and a series multiplier, a second adder, a number square calculation unit and a divider, the second input of which is connected to the output of the first adder, are additionally introduced into the frequency estimation unit and the output of the divider is connected to the input of the node for selecting the maximum, the inputs of the node for determining the scan zone and the first inputs of the multiplier are combined and connected to the output for the second adders of the estimation forming units, the output of the scanning zone determining node is connected to the first input of the reference signal function sample generating node, the first output of which is connected to the second input of the multiplier and the input of the square meter calculation node, and its second output is connected to the second input of the frequency estimation forming node ,
the output of the frequency estimation unit is connected to the input of the control unit,
the first control output of the control unit, which sets the frequency values corresponding to the hypotheses, is connected to the input of the reference signal generator and the second input of the sample generating node of the reference signal function,
the second control output of the control unit, setting the coherent accumulation time, is connected to the second input of the first adder in each evaluation unit and the third input of the sample generating node of the reference signal function,
the third control output of the control unit, determining the number k of correlation estimates, is connected to the second input of the second adder in each evaluation unit,
the fourth control output of the control unit, which sets the required accuracy of the frequency estimation, is connected to the fourth input of the sample generating unit of the reference signal function.

В устройство определения частоты по второму варианту, содержащее одинаковые параллельные каналы приема сигнала, каждый канал состоит из последовательно соединенных перемножителя и блока формирования оценки, который содержит первый сумматор, первые входы перемножителей параллельных каналов приема объединены и являются информационным входом устройства, вторые их входы соединены с выходами генератора опорного сигнала, выходы блоков формирования оценки соединены с соответствующими им входами блока оценки частоты, содержащим узел формирования оценки частоты, выход которого является выходом блока оценки частоты и образует выход устройства, дополнительно вводят следующие отличительные признаки:
введен блок управления,
дополнительно введены в блок формирования оценки каждого параллельного канала приема сигнала узел вычисления квадрата модуля, вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход - со входом второго сумматора, формирующего обобщенную оценку корреляции гипотезы соответствующего канала приема сигнала,
дополнительно введены в блок оценки частоты последовательно соединенные узел определения параметров регрессионной функции и узел вычисления центра регрессионной функции, выход которого соединен со входом узла формирования оценки частоты, а первые входы узла определения параметров регрессионной функции соединены с выходами вторых сумматоров блоков формирования оценки,
выход блока оценки частоты соединен со входом блока управления,
первый управляющий выход блока управления, устанавливающий значения частот, соответствующих гипотезам, соединен со входом генератора опорного сигнала, вторым входом узла определения параметров регрессионной функции, вторым входом узла вычисления центра регрессионной функции и вторым входом узла формирования оценки частоты,
второй управляющий выход блока управления, устанавливающий время когерентного накопления Т, соединен со вторым входом первого сумматора в каждом блоке формирования оценки и третьим входом узла определения параметров регрессионной функции,
третий управляющий выход блока управления, определяющий количество k оценок корреляции, соединен со вторым входом второго сумматора в каждом блоке формирования оценки,
четвертый управляющий выход блока управления, устанавливающий требуемую точность оценки частоты, соединен с третьим входом узла формирования оценки частоты и третьим входом узла вычисления центра регрессионной функции.
In the frequency determination device according to the second embodiment, containing the same parallel signal reception channels, each channel consists of series-connected multipliers and an estimator, which contains the first adder, the first inputs of the multipliers of the parallel reception channels are combined and are the information input of the device, their second inputs are connected to the outputs of the reference signal generator, the outputs of the evaluation forming units are connected to their corresponding inputs of the frequency estimation unit, containing the form node frequency estimation, the output of which is the output of the frequency estimation unit and forms the output of the device, the following distinctive features are additionally introduced:
control unit introduced
additionally, the unit for calculating the square of the module, the input of which is connected to the output of the first adder, and the output, with the input of the second adder, forming a generalized correlation estimate of the hypothesis of the corresponding signal reception channel, are additionally introduced into the evaluation unit of each parallel signal receiving channel,
additionally introduced into the frequency estimation unit are the serially connected regression function parameter determination unit and the regression function center calculation unit, the output of which is connected to the input of the frequency estimation formation unit, and the first inputs of the regression function parameter determination unit are connected to the outputs of the second adders of the evaluation formation units,
the output of the frequency estimation unit is connected to the input of the control unit,
the first control output of the control unit, which sets the frequency values corresponding to the hypotheses, is connected to the input of the reference signal generator, the second input of the regression function parameter determination unit, the second input of the regression function center calculation unit and the second input of the frequency estimation formation unit,
the second control output of the control unit that sets the coherent accumulation time T is connected to the second input of the first adder in each evaluation unit and the third input of the regression function parameter determination unit,
the third control output of the control unit, determining the number k of correlation estimates, is connected to the second input of the second adder in each evaluation unit,
the fourth control output of the control unit, which sets the required accuracy of the frequency estimation, is connected to the third input of the frequency estimation generating unit and the third input of the calculation unit of the center of the regression function.

И в первом, и во втором вариантах реализации устройства формируют n одинаковых параллельных каналов приема, где m > n > 1. In both the first and second embodiments of the device, n identical parallel receive channels are formed, where m> n> 1.

Сравнение заявляемого способа определения частоты с прототипом показывает, что заявляемое изобретение отличается наличием новых признаков способа. A comparison of the proposed method for determining the frequency with the prototype shows that the claimed invention is characterized by the presence of new features of the method.

В предлагаемом способе определение частоты осуществляют последовательно за Q итераций, поэтапно сужая априорную область неопределенности частоты до достижения требуемой точности оценивания. Такой подход позволяет использовать на каждой итерации меньшее количество параллельных частотных каналов приема сигнала относительно прототипа. Необходимая точность определения частоты достигается за счет использования опорной сигнальной функции, позволяющей восстановить информацию о возможном значении частоты на частотных интервалах между выдвинутыми гипотезами. In the proposed method, the frequency determination is carried out sequentially for Q iterations, gradually narrowing the a priori region of frequency uncertainty until the required estimation accuracy is achieved. This approach allows you to use at each iteration a smaller number of parallel frequency channels of signal reception relative to the prototype. The necessary accuracy in determining the frequency is achieved by using the reference signal function, which allows you to restore information about the possible value of the frequency in the frequency intervals between the hypotheses put forward.

Кроме того, обобщенные оценки корреляции для каждой из гипотез на всех итерациях формируются на основании k соответствующих оценок корреляции, что позволяет получать оценку частоты с высокой точностью даже при очень низком отношении сигнал-шум. Следовательно, заявляемый способ обладает новизной. In addition, generalized correlation estimates for each hypothesis at all iterations are formed on the basis of k corresponding correlation estimates, which makes it possible to obtain a frequency estimate with high accuracy even with a very low signal-to-noise ratio. Therefore, the claimed method has a novelty.

Сравнение заявляемого способа определения частоты с другими известными решениями в данной области техники не позволило выявить признаки, заявленные в отличительной части формулы изобретения, следовательно, предлагаемое изобретение также отвечает критериям изобретения: "новизна", "техническое решение задачи", "существенные отличия" и обладает неочевидностью. Comparison of the proposed method for determining the frequency with other known solutions in the art did not reveal the features stated in the characterizing part of the claims, therefore, the present invention also meets the criteria of the invention: "novelty", "technical solution", "significant differences" and has non-obviousness.

Сравнение заявляемых устройств определения частоты по первому и второму вариантам с прототипом показывает, что предлагаемое устройство отличается наличием новых блоков и элементов схемы, а также наличием принципиально новых связей в блок-схеме, которые позволяют реализовать новые признаки заявляемого способа. Отличием вариантов исполнения устройств является различное выполнение блока оценки. Однако и первый, и второй варианты способа позволяют в полной мере реализовать все признаки заявленного способа и получить эквивалентный эффект. Следовательно, заявляемое устройство определения частоты (варианты) обладает новизной. A comparison of the claimed frequency determination devices according to the first and second options with the prototype shows that the proposed device is characterized by the presence of new blocks and circuit elements, as well as the presence of fundamentally new connections in the block diagram, which allow implementing new features of the proposed method. The difference between the versions of devices is the different execution of the evaluation unit. However, the first and second variants of the method allow to fully realize all the features of the claimed method and to obtain an equivalent effect. Therefore, the inventive device for determining the frequency (options) has a novelty.

Сравнение заявляемого устройства определения частоты (варианты) с другими известными решениями в данной области техники не позволило выявить признаки, заявленные в отличительной части формулы изобретения, следовательно, предлагаемое изобретение также отвечает критериям изобретения: "новизна", "техническое решение задачи", "существенные отличия" и обладает неочевидностью. Comparison of the claimed device for determining the frequency (options) with other known solutions in the art did not reveal the features stated in the characterizing part of the claims, therefore, the present invention also meets the criteria of the invention: "novelty", "technical solution", "significant differences "and has non-obviousness.

Графические материалы, поясняющие предлагаемое изобретение:
Фиг. 1 - блок-схема устройства прототипа.
Graphic materials explaining the invention:
FIG. 1 is a block diagram of a prototype device.

Фиг. 2 - блок-схема предлагаемого устройства определения частоты, которая является одинаковой для заявляемого устройства по первому и второму вариантам реализации, различие выполнения вариантов состоит в структуре блока оценки частоты 8. FIG. 2 is a block diagram of the proposed device for determining the frequency, which is the same for the claimed device according to the first and second variants of implementation, the difference in the execution of the options consists in the structure of the unit for estimating the frequency 8.

Фиг. 3 - схема блока оценки частоты для заявляемого устройства определения частоты по первому варианту. FIG. 3 is a diagram of a frequency estimation unit for the claimed frequency determination device according to the first embodiment.

Фиг. 4 - схема блока оценки частоты для заявляемого устройства определения частоты по второму варианту. FIG. 4 is a diagram of a frequency estimation unit for the claimed frequency determination device according to the second embodiment.

Фиг. 5 иллюстрирует принцип заявляемого способа определения частоты. FIG. 5 illustrates the principle of the proposed method for determining the frequency.

Заявляемое устройство определения частоты (фиг. 2) содержит:
генератор опорного сигнала 1 - генератор комплексных отсчетов гетеродина для всех n гипотез;
n параллельных частотных каналов, каждый из которых настроен на частоту, соответствующую одной из гипотез, каждый из n каналов состоит из последовательно соединенных:
перемножителя 2 - комплексного перемножителя принятых чипов и комплексных отсчетов генератора опорного сигнала;
блока формирования оценки 3 (для формирования обобщенной оценки корреляции M(Fi) для данной гипотезы); блок 3 содержит:
первый сумматор 4 (комплексный сумматор принятых чипов),
узел вычисления квадрата модуля 9 (для вычисления квадрата модуля комплексного числа);
второй сумматор 10 (сумматор некогерентного накопления k оценок корреляции);
блок оценки частоты 6 - блок регрессионного анализа полученных обобщенных оценок корреляции M(Fi) и формирования сигнала оценки частоты;
блок управления 11.
The inventive device for determining the frequency (Fig. 2) contains:
reference signal generator 1 — generator of complex heterodyne samples for all n hypotheses;
n parallel frequency channels, each of which is tuned to a frequency corresponding to one of the hypotheses, each of n channels consists of series-connected:
multiplier 2 - a complex multiplier of the received chips and complex samples of the reference signal generator;
a unit for generating an estimate 3 (for generating a generalized correlation estimate M (Fi) for a given hypothesis); block 3 contains:
first adder 4 (complex adder of received chips),
unit for computing the square of module 9 (for calculating the square of the module of a complex number);
second adder 10 (incoherent accumulator of k correlation estimates);
frequency estimation unit 6 — a regression analysis unit for the obtained generalized correlation estimates M (Fi) and generating a frequency estimation signal;
control unit 11.

Блок оценки частоты 6 для заявляемого устройства определения частоты по первому варианту (фиг. 3) содержит:
Узел определения зоны сканирования 12,
Узел генерирования отсчетов опорной сигнальной функции 13,
Перемножитель 14,
Узел вычисления квадрата отсчета 15,
Первый сумматор 17,
Второй сумматор 16,
Узел вычисления квадрата числа 18,
Делитель 19,
Узел выбора максимума 7,
Узел формирования оценки частоты 8.
The frequency evaluation unit 6 for the inventive device for determining the frequency of the first embodiment (Fig. 3) contains:
The node determines the scan zone 12,
The node generating the samples of the reference signal function 13,
Multiplier 14,
Node calculation of the square of reference 15,
The first adder 17,
The second adder 16,
The node for calculating the square of the number 18,
Divider 19,
Node selection maximum 7,
Frequency estimation unit 8.

Блок оценки частоты 6 для заявляемого устройства определения частоты по второму варианту (фиг. 4) содержит:
Узел определения параметров регрессионной функции 20,
Узел вычисления центра регресионной функции 21,
Узел формирования оценки частоты 8.
The frequency estimation unit 6 for the inventive frequency determination device according to the second embodiment (Fig. 4) contains:
The node determining the parameters of the regression function 20,
The node calculation center of the regression function 21,
Frequency estimation unit 8.

Предлагаемый квазиоптимальный алгоритм представляет собой модифицированную многоканальную схему, основанную на оптимальных решающих функциях. The proposed quasi-optimal algorithm is a modified multichannel scheme based on optimal decision functions.

Заявляемый способ реализуется путем последовательной пошаговой процедуры с регрессионной оценкой частоты по результатам параллельного многоканального приема. Регрессионный анализ результатов параллельного многоканального приема используется и в первом, и во втором вариантах устройства. Различие состоит в том, что в первом варианте устройства используется опорная сигнальная функция известного вида с неопределенным местоположением на частотной оси, а во втором варианте устройства как частотное местоположение, так и вид сигнальной функции в общем случае являются неизвестными и определяются в процессе анализа. The inventive method is implemented by a sequential step-by-step procedure with regression estimation of the frequency according to the results of parallel multi-channel reception. Regression analysis of the results of parallel multichannel reception is used in the first and second versions of the device. The difference is that in the first embodiment of the device, a reference signal function of a known type with an indefinite location on the frequency axis is used, and in the second embodiment of the device, both the frequency location and the type of signal function are generally unknown and are determined during analysis.

Заявляемый способ определения частоты реализуют следующим образом. The inventive method for determining the frequency is implemented as follows.

Определение частоты осуществляют последовательно за Q итераций. Frequency determination is carried out sequentially over Q iterations.

Определяют интервал неопределенности частоты для каждой итерации, при этом на каждой итерации уменьшают интервал неопределенности частоты для данной итерации до интервала неопределенности частоты для следующей итерации, а на последней итерации уменьшают интервал неопределенности частоты до требуемого значения. Отметим, что количество итераций, количество гипотез на каждой итерации и требования к точности оценки частоты по окончании каждой из них выбираются в процессе проектирования конкретного устройства и оптимизируются исходя из требований к объему устройства оценки частоты и необходимому быстродействию. The frequency uncertainty interval for each iteration is determined, while at each iteration the frequency uncertainty interval for this iteration is reduced to the frequency uncertainty interval for the next iteration, and at the last iteration, the frequency uncertainty interval is reduced to the desired value. Note that the number of iterations, the number of hypotheses at each iteration, and the requirements for the accuracy of the frequency estimation at the end of each of them are selected in the process of designing a specific device and are optimized based on the requirements for the volume of the frequency estimation device and the required speed.

На каждой итерации определяют время Т когерентного накопления оценок корреляции как меньшее из двух величин, одна из которых равна, например, величине, обратной половине интервала неопределенности частоты на данной итерации, а другая равна интервалу стационарности канала. At each iteration, the time T of the coherent accumulation of correlation estimates is determined as the smaller of two quantities, one of which is, for example, equal to the reciprocal half of the frequency uncertainty interval at this iteration, and the other is equal to the channel stationarity interval.

Далее на каждой итерации выдвигают n гипотез, где n > 1, о значении частоты на интервале частоты, например, отличающемся от интервала неопределенности частоты в α раз, где α < 2. После этого вычисляют k оценок корреляции для каждой гипотезы, выполняемых на непересекающихся временных интервалах длительностью Т. Величина k определяет время формирования обобщенных оценок корреляции и зависит от величины интервала неопределенности частоты на следующей итерации. Изменение времени формирования обобщенных оценок корреляции позволяет добиваться необходимой вероятности уменьшения интервала неопределенности частоты для данной итерации до требуемого значения. Then, at each iteration, n hypotheses are put forward, where n> 1, about the frequency value in the frequency interval, for example, different from the frequency uncertainty interval by α times, where α <2. After that, k correlation estimates are calculated for each hypothesis performed on non-overlapping time intervals of duration T. The value of k determines the time for the formation of generalized correlation estimates and depends on the size of the frequency uncertainty interval at the next iteration. Changing the formation time of generalized correlation estimates allows us to achieve the necessary probability of reducing the frequency uncertainty interval for a given iteration to the desired value.

Для получения обобщенной оценки корреляции каждой из гипотез используют k соответствующих оценок корреляции, например, путем накопления их квадратов модулей. To obtain a generalized correlation estimate of each hypothesis, k corresponding correlation estimates are used, for example, by accumulating their squares of modules.

Формируют опорную сигнальную функцию и определяют частоту, равную координате центра опорной сигнальной функции, по максимальному приближению опорной сигнальной функции к обобщенным оценкам корреляции всех n гипотез. The reference signal function is formed and the frequency equal to the coordinate of the center of the reference signal function is determined by the maximum approximation of the reference signal function to the generalized correlation estimates of all n hypotheses.

В качестве опорной сигнальной функции может использоваться функция вида (Sin(x)/(x))2, где x = πfT, координату центра которой находят путем минимизации суммы квадратов отклонений опорной сигнальной функции от обобщенных оценок корреляции гипотез. Другим вариантом опорной сигнальной функции может являться любая другая криволинейная или полиномиальная регрессионная функция, дающая хорошее приближение к истинной форме центрального лепестка сигнальной функции принимаемого сигнала.As a reference signal function, a function of the form (Sin (x) / (x)) 2 can be used, where x = πfT, the center coordinate of which is found by minimizing the sum of the squared deviations of the reference signal function from the generalized hypothesis correlation estimates. Another variant of the reference signal function can be any other curvilinear or polynomial regression function, which gives a good approximation to the true shape of the central lobe of the signal function of the received signal.

При реализации способа определения частоты в устройстве по первому варианту используется структура блока 6, представленная на фиг. 3, а фиг. 5 иллюстрирует принцип последовательной регрессионной оценки частоты по результатам параллельного многоканального приема. When implementing the frequency determination method in the device according to the first embodiment, the structure of block 6 shown in FIG. 3, and FIG. 5 illustrates the principle of sequential regression estimation of frequency based on the results of parallel multi-channel reception.

На первом шаге анализируется весь априорный интервал неопределенности частоты [-Fmax, Fmax]. Для этого выбирают время когерентного накопления оценок Т как меньшее из двух величин, одна из которых равна, например, величине, обратной половине интервала неопределенности частоты на данной итерации, а другая равна интервалу стационарности канала, и выдвигают n гипотез о значении частоты. Гипотезы выдвигаются на интервале частот, в общем случае не равном интервалу неопределенности частоты для данной итерации.In the first step, the entire a priori frequency uncertainty interval [-F max , F max ] is analyzed. To do this, choose the time of coherent accumulation of estimates of T as the smaller of two quantities, one of which is, for example, the reciprocal half of the frequency uncertainty interval at a given iteration, and the other is equal to the channel stationarity interval, and put forward n hypotheses about the frequency value. Hypotheses are put forward on the frequency interval, in the general case not equal to the frequency uncertainty interval for a given iteration.

Для каждой из гипотез вычисляют обобщенную оценку корреляции, для чего параллельно формируют n величин, соответствующих гипотезам, используя следующую функцию:

Figure 00000002

где i - номер гипотезы, принимающий значения от 1 до n,
Fi - частота, соответствующая i-ой гипотезе,
M(Fi) - обобщенная оценка корреляции для каждой из i гипотез (результат накопления квадрата модулей k оценок корреляции),
k - количество накапливаемых оценок корреляции,
Xi,bReXi,bIm - реальная и мнимая части когерентного накопления принятых чипов в соответствии с i-ой гипотезой для b-ой оценки корреляции.For each of the hypotheses, a generalized correlation estimate is calculated, for which n values corresponding to the hypotheses are formed in parallel using the following function:
Figure 00000002

where i is the number of the hypothesis, taking values from 1 to n,
Fi is the frequency corresponding to the i-th hypothesis,
M (Fi) is a generalized correlation estimate for each of the i hypotheses (the result of the accumulation of the square of the modules k correlation estimates),
k is the number of accumulated correlation estimates,
X i, b Re X i, b Im - the real and imaginary parts of the coherent accumulation of the received chips in accordance with the i-th hypothesis for the b-th correlation estimate.

Далее определяют зону сканирования, ограниченную частотами F1 и F2. Эту операцию можно проводить, например, путем выбора двух гипотез, имеющих наибольшее значение (1) и определения их частот. Выбор двух наибольших результатов накопления позволяет уменьшить вычислительную сложность метода, поскольку искомое значение частоты будет располагаться в интервале частот, ограниченном частотами данных гипотез.Next, determine the scanning area limited by the frequencies F 1 and F 2 . This operation can be carried out, for example, by selecting two hypotheses that have the greatest value (1) and determining their frequencies. The choice of the two largest accumulation results makes it possible to reduce the computational complexity of the method, since the desired frequency value will be located in the frequency range limited by the frequencies of these hypotheses.

Для определения частоты находят максимум следующей решающей функции, основанной на методе наименьших квадратов (максимума правдоподобия):

Figure 00000003

где Sinc[.] - функция вида Sin(x)/(x),
τ - переменная, принимающая значения от F1 до F2.To determine the frequency, the maximum of the following decisive function is found, based on the least squares method (maximum likelihood):
Figure 00000003

where Sinc [.] is a function of the form Sin (x) / (x),
τ is a variable taking values from F 1 to F 2 .

Величина τ, при которой выполняется условие максимума (2), и будет являться искомой оценкой частоты. Определение оценки частоты можно производить как путем последовательного приращения τ и нахождения максимального значения Ω(τ), так и с использованием параллельной схемы, каждый из выходов которой соответствует своему значению τ. Выбор дискретности приращения переменной τ зависит от величины интервала неопределенности частоты по окончании данной итерации и может быть определен как величина примерно равная четверти этого интервала. The value of τ at which the maximum condition (2) is satisfied will be the desired frequency estimate. The frequency estimate can be determined both by sequentially incrementing τ and finding the maximum value of Ω (τ), and using a parallel circuit, each of the outputs of which corresponds to its own value of τ. The choice of the discreteness of the increment of the variable τ depends on the size of the frequency uncertainty interval at the end of this iteration and can be defined as a value approximately equal to a quarter of this interval.

На следующем шаге снова производят выбор времени когерентного накопления оценок T в соответствии с описанным выше правилом в окрестности полученной оценки частоты с учетом определенного для данной итерации интервала неопределенности формируют n гипотез и выполняют очередную итерацию определения частоты, уточняя полученную на предыдущей итерации оценку. At the next step, the time of coherent accumulation of estimates of T is again made in accordance with the rule described above, in the vicinity of the obtained frequency estimate, taking into account the uncertainty interval defined for this iteration, n hypotheses are generated and the next iteration of the frequency determination is performed, refining the estimate obtained at the previous iteration.

Проведя Q таких итераций, априорный интервал неопределенности частоты [-Fmax, Fmax] сужается до размеров, удовлетворяющих заданной допустимой погрешности оценивания.After conducting Q such iterations, the a priori frequency uncertainty interval [-F max , F max ] narrows to sizes satisfying the given permissible estimation error.

Как было отмечено выше, существуют два общих принципа использования полученной оценки частоты для коррекции частотного рассогласования. При использовании кольца обратной связи по окончании каждого шага оценивания полученное значение оценки частоты передается в устройство коррекции, например в опорный генератор аналогового демодулятора для его сложнения с текущим значением частоты генератора. В этом случае не требуется при формировании гипотез учитывать полученную на предыдущей итерации оценку частоты, поскольку она будет учитываться автоматически. As noted above, there are two general principles for using the obtained frequency estimate to correct the frequency mismatch. When using the feedback ring at the end of each estimation step, the obtained frequency estimate value is transmitted to a correction device, for example, to the reference generator of an analog demodulator to add it to the current value of the generator frequency. In this case, when forming hypotheses, it is not necessary to take into account the frequency estimate obtained at the previous iteration, since it will be taken into account automatically.

Принцип действия способа определения частоты основан на том, что вид сигнальной функции принимаемого сигнала априори известен и зависит только от длительности когерентного накопления сигнала. Выбор длительности когерентного накопления сигнала необходимо производить с учетом интервала ортогональности принимаемого сигнала. The principle of the method for determining the frequency is based on the fact that the form of the signal function of the received signal is a priori known and depends only on the duration of the coherent signal accumulation. The choice of the duration of the coherent accumulation of the signal must be made taking into account the interval of orthogonality of the received signal.

Особенностью стандарта UMTS является временное разделение пилот-символов и символов информации. Если интервал стационарности канала больше интервала ортогональности, то для символов пилот-сигнала, передаваемых всегда с одинаковой фазой, можно проводить когерентное накопление нескольких символов. A feature of the UMTS standard is the temporary separation of pilot symbols and information symbols. If the channel stationarity interval is greater than the orthogonality interval, then for pilot symbols transmitted always with the same phase, several symbols can be coherently accumulated.

Между тем фаза принимаемых символов информации априори не определена, поскольку для передачи информации используется 4-фазная манипуляция сигнала. Таким образом, при приеме символов информации длительность когерентного накопления не может превышать длительности символа, что в большинстве случаев является ограничением для их использования. Meanwhile, the phase of the received information symbols is not a priori determined, since 4-phase signal manipulation is used to transmit information. Thus, when receiving information symbols, the duration of coherent accumulation cannot exceed the duration of the symbol, which in most cases is a limitation for their use.

Несмотря на существующие ограничения на использование символов информации предлагаемый алгоритм определения частоты позволяет формировать оценку частоты используя только символы пилот-сигнала, обеспечивая при этом требуемую точность определения частоты за время, не значительно превышающее время анализа в устройстве-прототипе. Despite the existing restrictions on the use of information symbols, the proposed frequency determination algorithm allows one to generate a frequency estimate using only the pilot symbols, while ensuring the required frequency determination accuracy for a time not significantly exceeding the analysis time in the prototype device.

В стандарте cdma2000 существует постоянно передаваемый пилот-сигнал, что позволяет получать оценки корреляции на смежных временных интервалах. При этом временные характеристики предлагаемого устройства значительно превосходят аналогичные показатели устройства-прототипа. In the cdma2000 standard, there is a continuously transmitted pilot signal, which allows obtaining correlation estimates at adjacent time intervals. At the same time, the temporal characteristics of the proposed device are significantly superior to those of the prototype device.

Работает заявляемое устройство по первому варианту следующим образом (фиг. 2, фиг. 3). The claimed device according to the first embodiment works as follows (Fig. 2, Fig. 3).

В начале каждой из Q итераций блок управления 11 при помощи 4-х управляющих сигналов передает во все блоки устройства определения частоты необходимые данные, соответствующие номеру итерации. At the beginning of each of the Q iterations, the control unit 11, using 4 control signals, transmits to all the blocks of the frequency determination device the necessary data corresponding to the iteration number.

При помощи управляющего сигнала 1 в генератор опорного сигнала 1 и в узел генерирования отсчетов опорной сигнальной функции 13 передают частоты Fi. Управляющий сигнал 2 предназначен для передачи значения параметра Т (время когерентного накопления сигнала) в сумматор 4 и в узел 13. Управляющий сигнал 3 определяет время некогерентного накопления оценок корреляции (количество оценок k) в сумматоре 10. Управляющий сигнал 4 позволяет задавать дискретность изменения переменной τ в узле 13. Using the control signal 1, the frequencies Fi are transmitted to the reference signal generator 1 and to the sample generating unit of the reference signal function 13. The control signal 2 is designed to transmit the value of the parameter T (time of coherent accumulation of the signal) to the adder 4 and node 13. The control signal 3 determines the time of incoherent accumulation of correlation estimates (the number of estimates k) in the adder 10. The control signal 4 allows you to set the discreteness of the change of the variable τ at node 13.

Чипы принятого сигнала после декодирования ортогональных и скремблирующих кодовых последовательностей поступают на n комплексных перемножителей 2, где каждый чип умножается на комплексный отсчет генератора опорного сигнала ejFit, Fi - частота i-ой гипотезы, t - время. Таким образом, на выходе каждого из перемножителей формируется принятый сигнал, сдвинутый по частоте на величину (Fi - ΔF).The chips of the received signal after decoding the orthogonal and scrambling code sequences are fed to n complex multipliers 2, where each chip is multiplied by the complex reference signal generator e jFit , Fi is the frequency of the i-th hypothesis, t is time. Thus, at the output of each of the multipliers, a received signal is generated, shifted in frequency by an amount (Fi - ΔF).

В блоке 3 производится формирование оценки M(Fi) для данной гипотезы в соответствии с функцией (1). Для этого при помощи сумматора 4 производится когерентное накопление чипов информации за время Т. После этого в узле 9 вычисляют квадрат модуля накопленной когерентной суммы (квадрат оценки корреляции). In block 3, the estimation of M (Fi) is generated for this hypothesis in accordance with function (1). To do this, using the adder 4, a coherent accumulation of information chips is performed over time T. After that, in node 9, the square of the module of the accumulated coherent sum (square of the correlation estimate) is calculated.

Сумматор 10 предназначен для некогерентного накопления k квадратов оценок корреляции и формирования, таким образом, значения обобщенной оценки корреляции M(Fi) для данной гипотезы. The adder 10 is designed for incoherent accumulation of k squares of correlation estimates and formation, thus, the value of the generalized correlation estimates M (Fi) for this hypothesis.

Блок оценки частоты 6 (фиг. 3) по полученным значениям функции M(Fi) производит определение частоты, используя решающую функцию (2). The frequency estimation unit 6 (Fig. 3), using the obtained values of the function M (Fi), determines the frequency using the decisive function (2).

Узел определения зоны сканирования 12, реализуемый в данном случае как узел выбора двух максимумов, выбирает два частотных канала с максимальным значением M(Fi) и определяет их номера, которые передаются в узел 13, где определяются их частоты: F1 и F2. Затем в узле 13 производится генерирование отсчетов регрессионной функции вида (Sin(x)/(x))2, где x = π(Fi-τ)T, при этом переменная τ изменяется в диапазоне от F1 до F2 с дискретностью, заданной управляющим сигналом 4 из блока управления 11.The node for determining the scanning zone 12, which is implemented in this case as a node for selecting two maxima, selects two frequency channels with a maximum value of M (Fi) and determines their numbers, which are transmitted to node 13, where their frequencies are determined: F 1 and F 2 . Then, in node 13, samples of the regression function are generated of the form (Sin (x) / (x)) 2 , where x = π (Fi-τ) T, while the variable τ varies in the range from F 1 to F 2 with the discreteness specified control signal 4 from the control unit 11.

Отсчеты регрессионной функции из узла 13 поступают на перемножитель 14, где производится их перемножение с соответствующими отсчетами М(Fi). Результат умножения передается в сумматор 16 для их суммирования для каждого значения τ по всем n каналам. Полученные суммы передаются в узел вычисления квадрата числа 18. Совместная работа узлов 14, 16 и 18 позволяет сформировать числитель выражения (2). The samples of the regression function from the node 13 are sent to the multiplier 14, where they are multiplied with the corresponding samples M (Fi). The result of the multiplication is transmitted to the adder 16 for summing them for each value of τ over all n channels. The resulting amounts are transmitted to the node for calculating the square of 18. The joint work of nodes 14, 16 and 18 allows you to form the numerator of expression (2).

Узел вычисления квадрата отсчета 15 предназначен для получения отсчетов (Sin(x)/(x))4. Совместная работа узла 15 и сумматора 17 позволяет сформировать знаменатель выражения (2).The node calculation of the square of reference 15 is designed to obtain samples (Sin (x) / (x)) 4 . The joint work of the node 15 and the adder 17 allows you to create the denominator of the expression (2).

На выходе делителя 19 формируется решающая функция Ω(τ), отсчеты которой передаются в узел 7 для нахождения максимального значения. Для формирования оценки частоты в узел 8 из узла 13 передается информация о диапазоне и дискретности изменения τ. Сопоставление этой информации с найденным в узле 7 максимумом функции Ω(τ) позволяет принять решение о значении частоты и выдать ее оценку на выход узла 8, образующий выход блока 6. At the output of the divider 19, a decisive function Ω (τ) is formed, the readings of which are transmitted to node 7 to find the maximum value. To form a frequency estimate, information on the range and discreteness of the change in τ is transmitted to node 8 from node 13. Comparison of this information with the maximum of the function Ω (τ) found in node 7 makes it possible to decide on the frequency value and give its estimate to the output of node 8, which forms the output of block 6.

Полученная оценка частоты передается в блок управления 11 для ее использования при формировании частот Fi на следующей итерации. The resulting frequency estimate is transmitted to the control unit 11 for its use in the formation of frequencies Fi at the next iteration.

В установившемся режиме устройство определения частоты работает непрерывно, осуществляя одинаковые циклы (итерации) оценки частоты. Для организации режима слежения при помощи предлагаемой структуры необходимо повторять последний (самый точный) шаг оценки частоты. Отметим, что на последней итерации ширина центрального лепестка сигнальной функции может быть выбрана достаточно большой, что позволяет использовать данный метод для создания систем автоподстройки частоты с широкой полосой удержания. In the steady state, the frequency determination device operates continuously, carrying out the same cycles (iterations) of frequency estimation. To organize the tracking mode using the proposed structure, it is necessary to repeat the last (most accurate) step of frequency estimation. Note that at the last iteration, the width of the central lobe of the signal function can be chosen large enough, which allows using this method to create frequency-locked loop systems with a wide holding band.

При использовании способа 2 оценки частоты заявляемый способ реализуют, используя блок 6, блок-схема которого изображена на фиг. 4. When using frequency estimation method 2, the inventive method is implemented using block 6, the block diagram of which is shown in FIG. 4.

Использование регрессионной функции вида (Sin(x)/(x))2 (частный случай криволинейной регрессии) позволяет получать наилучшую оценку сдвига частоты, поскольку в этом случае используется истинная сигнальная функция принимаемого сообщения. Вместе с тем, предлагаемый способ позволяет проводить оценку частоты с использованием ряда других криволинейных или полиномиальных регрессионных функций, дающих хорошее приближение к истинной форме центрального лепестка сигнальной функции.Using a regression function of the form (Sin (x) / (x)) 2 (a special case of curvilinear regression) allows you to get the best estimate of the frequency shift, since in this case the true signal function of the received message is used. At the same time, the proposed method allows frequency estimation using a number of other curvilinear or polynomial regression functions, which give a good approximation to the true shape of the central lobe of the signal function.

При реализации способа определения частоты в устройстве по второму варианту используется структура блока 6, представленная на фиг. 4. When implementing the method for determining the frequency in the device according to the second embodiment, the structure of block 6 shown in FIG. 4.

Предлагаемое устройство также предполагает выполнение Q итераций для определения частоты. Работает устройство следующим образом. The proposed device also involves performing Q iterations to determine the frequency. The device operates as follows.

На первом шаге анализируется весь априорный интервал неопределенности частоты [-Fmax, Fmax] . Для этого выбирают время когерентного накопления оценок Т в соответствии с описанным выше правилом и выдвигают n гипотез о значении частоты на интервале частот, в общем случае не равном интервалу неопределенности частоты для данной итерации.In the first step, the entire a priori frequency uncertainty interval [-F max , F max ] is analyzed. To do this, choose the time of coherent accumulation of estimates of T in accordance with the rule described above and put forward n hypotheses about the value of the frequency in the frequency interval, in the general case not equal to the frequency uncertainty interval for this iteration.

Для каждой из гипотез с помощью блоков 1, 2, 3 и 11 вычисляют обобщенную оценку корреляции, для чего параллельно формируют n величин, соответствующих гипотезам, используя выражение (1). Работа блоков 1, 2, 3 и 11 при реализации способа определения частоты на устройстве по второму варианту на каждой из Q итераций аналогична описанной выше реализации способа на устройстве по первому варианту. В результате их работы также будут сформированы обобщенные оценки корреляции для каждой из n гипотез. For each of the hypotheses, using blocks 1, 2, 3, and 11, a generalized correlation estimate is calculated, for which n values corresponding to the hypotheses are formed in parallel using expression (1). The operation of blocks 1, 2, 3, and 11 when implementing the method for determining the frequency on the device according to the second embodiment at each of Q iterations is similar to the above implementation of the method on the device according to the first embodiment. As a result of their work, generalized correlation estimates for each of the n hypotheses will also be generated.

После накопления в сумматоре 10 (фиг. 2) k квадратов оценок корреляции и формирования, таким образом, значения функции M(Fi) для каждой из n гипотез оценки корреляции M(Fi) из блоков 3 поступают в узел определения параметров регрессионной функции 20. After accumulating in the adder 10 (Fig. 2) k squares of correlation and formation estimates, thus, the values of the function M (Fi) for each of the n hypotheses of the correlation estimate M (Fi) from blocks 3 go to the parameter determination node of the regression function 20.

В узле 20 определяют параметры регрессионной функции S(f) по обобщенным оценкам корреляции, полученным для каждой из n гипотез таким образом, чтобы обеспечить максимальное ее приближение к этим оценкам. At node 20, the parameters of the regression function S (f) are determined from the generalized correlation estimates obtained for each of the n hypotheses in such a way as to maximize its approximation to these estimates.

В зависимости от вида регрессионной функции и способа определения близости регрессионной функции к имеющимся обобщенным оценкам корреляции возможны различные алгоритмы определения ее параметров. Рассмотрим два основных подхода к определению параметров регрессионной функции. Depending on the type of regression function and the method for determining the proximity of the regression function to the available generalized correlation estimates, various algorithms for determining its parameters are possible. Consider two main approaches to determining the parameters of a regression function.

Аналитический подход заключается в получении точных аналитических выражений расчета каждого параметра. Пусть, например, регрессионная функция представляет собой полином:

Figure 00000004

где x - аргумент полинома,
ab - коэффициенты (параметры) полинома,
М - порядок полинома.The analytical approach is to obtain accurate analytical expressions for calculating each parameter. Let, for example, the regression function be a polynomial:
Figure 00000004

where x is the argument of the polynomial,
a b - coefficients (parameters) of the polynomial,
M is the order of the polynomial.

Рассмотрим определение параметров регрессионной функции по методу наименьших квадратов, при котором параметры регрессионной функции выбирают таким образом, чтобы сумма квадратов разности обобщенных оценок корреляции и значений регрессионной функции в соответствующие моменты времени была минимальной. Пусть M(Fi) - i-я обобщенная оценка корреляции, a Fi - ее координата на частотной оси. Тогда необходимо определить параметры регрессионного полинома, при которых выполняется условие минимума выражения:

Figure 00000005

Для нахождения параметров регрессионной функции, минимизирующих выражение (4), нужно вычислить частные производные выражения (4) по каждому параметру и приравнять их к нулю. Дифференцирование выражения (4) приводит к системе линейных уравнений, решения которых легко определяются аналитически.Let us consider the determination of the parameters of the regression function by the least squares method, in which the parameters of the regression function are chosen so that the sum of the squares of the difference between the generalized correlation estimates and the values of the regression function at the corresponding time instants is minimal. Let M (Fi) be the ith generalized correlation estimate, and Fi be its coordinate on the frequency axis. Then it is necessary to determine the parameters of the regression polynomial under which the condition for the minimum expression is satisfied:
Figure 00000005

To find the parameters of the regression function that minimize expression (4), it is necessary to calculate the partial derivatives of the expression (4) for each parameter and equate them to zero. Differentiation of expression (4) leads to a system of linear equations whose solutions are easily determined analytically.

Выражение (4) для общего вида регрессионной функции имеет вид:

Figure 00000006

где θi - i-й параметр регрессионной функции.Expression (4) for the general form of the regression function has the form:
Figure 00000006

where θ i is the ith parameter of the regression function.

Отметим, что аналитическое определение параметров возможно не для всех видов регрессионных функций. В отличие от выражения (4) дифференцирование выражения (5) может приводить к системе нелинейных уравнений, получение точных решений которой часто бывает невозможным или требует существенных аппаратных затрат. Характерным примером может служить использование функции (Sin(x)/(x))2.Note that the analytical determination of parameters is not possible for all types of regression functions. In contrast to expression (4), differentiating expression (5) can lead to a system of nonlinear equations, obtaining exact solutions of which is often impossible or requires significant hardware costs. A typical example is the use of the function (Sin (x) / (x)) 2 .

Для определения параметров регрессионной функции в этом случае можно применять численные методы [7. А.А. Амосов, Ю.А. Дубинский и Н.В. Копченова. Вычислительные методы для инженеров. М., "Высшая школа", 1994, стр.262-263; 8. Математическая энциклопедия под ред. И.М. Виноградова М., "Советская энциклопедия", 1982]. In this case, numerical methods can be used to determine the parameters of the regression function [7. A.A. Amosov, Yu.A. Dubinsky and N.V. Kopchenova. Computational methods for engineers. M., "Higher School", 1994, pp. 262-263; 8. Mathematical Encyclopedia, ed. THEM. Vinogradova M., "Soviet Encyclopedia", 1982].

После определения значений параметров регрессионной функции в узле 21 производится вычисление ее центра. Для этого можно использовать процедуру, аналогичную процедуре нахождения максимального значения выражения (2). Эта процедура основана на вычислении значения функции при разных значениях переменной с последующим сравнением полученных результатов. Управляющий сигнал 1 из блока управления 11 позволяет определить область поиска центра регрессионной функции. При этом, как и ранее, выбор дискретности изменения переменной зависит от величины интервала неопределенности частоты по окончании данной итерации. After determining the values of the parameters of the regression function in node 21, its center is calculated. To do this, you can use a procedure similar to the procedure for finding the maximum value of expression (2). This procedure is based on calculating the value of the function for different values of the variable, followed by comparing the results. The control signal 1 from the control unit 11 allows you to determine the search area of the center of the regression function. In this case, as before, the choice of the discreteness of the change in the variable depends on the size of the frequency uncertainty interval at the end of this iteration.

Другим вариантом вычисления центра регрессионной функции может быть определение местоположения экстремумов регрессионной функции S(f) на частотной оси, однозначно связанных с искомым значением центра регрессионной функции. Another option for calculating the center of the regression function can be to determine the location of the extrema of the regression function S (f) on the frequency axis, uniquely associated with the desired value of the center of the regression function.

В узле 8 формируют оценку частоты, для чего используется информация из блока 11 о выдвинутых на текущей итерации гипотезах и точности оценки частоты на данной итерации (дискретности изменения переменной регрессионной функции в блоке 21), поступающая по управляющим сигналам. Сопоставление этой информации с полученной в узле 21 оценкой местоположения центра регрессионной функции позволяет определить частоту и выдать ее оценку на выход блока. In node 8, a frequency estimate is formed, for which information from block 11 about the hypotheses advanced at the current iteration and the accuracy of the frequency estimate at this iteration (discreteness of the change in the variable of the regression function in block 21) is used, which is received from the control signals. Comparison of this information with the estimate of the location of the center of the regression function obtained in node 21 makes it possible to determine the frequency and give its estimate to the output of the block.

Управляющие сигналы, поступающие в блок 6 из блока управления 11, выполняют те же функции, что и ранее:
сигнал 1 определяет частоты выдвинутых гипотез, на которые настроены параллельные каналы приема (блоки 2 и 3),
сигнал 2 определяет вид сигнальной функции сформированных в блоках 3 оценок,
сигнал 4 задает требуемую точность оценки частоты на данной итерации.
The control signals received in block 6 from the control unit 11, perform the same functions as before:
signal 1 determines the frequency of the hypotheses advanced, which are configured parallel receive channels (blocks 2 and 3),
signal 2 determines the type of signal function of the estimates formed in blocks 3,
signal 4 sets the required accuracy of the frequency estimate at a given iteration.

На следующем шаге снова производят выбор времени когерентного накопления оценок Т, в окрестности полученной оценки частоты с учетом определенного для данной итерации интервала неопределенности формируют n гипотез и выполняют очередную итерацию оценки частоты, уточняя определенную на предыдущей итерации частоту. At the next step, the time of coherent accumulation of estimates of T is again selected, in the vicinity of the obtained frequency estimate, taking into account the uncertainty interval defined for a given iteration, n hypotheses are generated and the next iteration of the frequency estimate is performed, refining the frequency determined at the previous iteration.

Заявляемый способ определения частоты и устройство для его реализации (варианты) по сравнению с прототипом позволяют получить принципиально новый технический эффект:
определять частоту при большой априорной области неопределенности частоты в тех случаях, когда использование фазовых методов оказывается принципиально невозможным,
существенно сократить затраты на реализацию способа, что достигается за счет определения частоты последовательно за Q итераций,
получать оценку частоты с высокой точностью даже при очень низком отношении сигнал-шум,
определять частоту при реализации способа определения частоты для стандарта UMTS, имеющего временное разделение пилот-символов и символов информации, используя только символы пилот-сигнала, за время, незначительно превышающее время оценивания в прототипе,
определять частоту за время, существенно меньшее времени оценивания в прототипе, при реализации способа определения частоты для стандарта cdma2000, имеющего постоянно передаваемый пилот-сигнал.
The inventive method of determining the frequency and device for its implementation (options) in comparison with the prototype allows you to get a fundamentally new technical effect:
determine the frequency with a large a priori region of frequency uncertainty in those cases when the use of phase methods is fundamentally impossible
significantly reduce the cost of implementing the method, which is achieved by determining the frequency sequentially for Q iterations,
receive a frequency estimate with high accuracy even with a very low signal-to-noise ratio,
determine the frequency when implementing the method of determining the frequency for the UMTS standard, which has a time separation of pilot symbols and information symbols using only pilot symbols for a time slightly exceeding the evaluation time in the prototype,
determine the frequency for a time significantly less than the evaluation time in the prototype, when implementing a method for determining the frequency for the cdma2000 standard, which has a continuously transmitted pilot signal.

Claims (6)

1. Способ определения частоты, заключающийся в том, что на интервале неопределенности частоты выдвигают гипотезы о значении частоты, для каждой из гипотез вычисляют оценку корреляции сигнала за время Т, по полученным оценкам корреляции вычисляют оценку частоты, отличающийся тем, что определение частоты осуществляют последовательно за Q итераций, определяют интервал неопределенности частоты для каждой итерации, при этом на каждой итерации уменьшают интервал неопределенности частоты для данной итерации до интервала неопределенности частоты для следующей итерации, а на последней итерации уменьшают интервал неопределенности частоты до требуемого значения, причем на каждой итерации: определяют время Т когерентного накопления оценок корреляции, как меньшее из двух величин, одна из которых равна величине, обратно пропорциональной интервалу неопределенности частоты на данной итерации, а другая равна интервалу стационарности канала, выдвигают n гипотез, где n > 1, о значении частоты на интервале частоты, для каждой гипотезы вычисляют k оценок корреляции, выполняемых на непересекающихся временных интервалах длительностью Т, где k определяется величиной интервала неопределенности частоты на следующей итерации, k соответствующих оценок корреляции используют для получения обобщенной оценки корреляции для каждой из гипотез, формируют опорную сигнальную функцию, определяют координату центра опорной сигнальной функции, по максимальному приближению опорной сигнальной функции к обобщенным оценкам корреляции всех n гипотез, определяют частоту, равную координате центра опорной сигнальной функции. 1. The method of determining the frequency, which consists in the fact that hypotheses about the frequency value are put forward on the frequency uncertainty interval, the signal correlation estimate for time T is calculated for each hypothesis, the frequency estimate is calculated according to the obtained correlation estimates, characterized in that the frequency determination is carried out sequentially for Q iterations, determine the frequency uncertainty interval for each iteration, while at each iteration, reduce the frequency uncertainty interval for a given iteration to the hour uncertainty interval the notes for the next iteration, and at the last iteration, reduce the frequency uncertainty interval to the desired value, and at each iteration: determine the time T of the coherent accumulation of correlation estimates as the smaller of two quantities, one of which is equal to the value inversely proportional to the frequency uncertainty interval at this iteration and the other is equal to the channel stationarity interval, put forward n hypotheses, where n> 1, about the frequency value on the frequency interval, for each hypothesis, k correlation estimates performed on the time intervals of duration T, where k is determined by the value of the frequency uncertainty interval at the next iteration, k corresponding correlation estimates are used to obtain a generalized correlation estimate for each of the hypotheses, a reference signal function is formed, the coordinate of the center of the reference signal function is determined by the maximum approximation of the reference signal function generalized estimates of the correlation of all n hypotheses determine the frequency equal to the coordinate of the center of the reference signal function. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что для получения обобщенной оценки корреляции каждой из гипотез накапливают квадраты модулей соответствующих оценок корреляции. 2. The method according to claim 1, characterized in that in order to obtain a generalized correlation estimate of each of the hypotheses, the squares of the modules of the corresponding correlation estimates are accumulated. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве опорной сигнальной функции S(f) используют функцию вида (Sin(х)/(х))2, где х=πfТ.3. The method according to claim 1, characterized in that as a reference signal function S (f) use a function of the form (Sin (x) / (x)) 2 , where x = πfT. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что максимальное приближение опорной сигнальной функции к обобщенным оценкам корреляции гипотез определяют путем минимизации суммы квадратов отклонений опорной сигнальной функции от обобщенных оценок корреляции гипотез. 4. The method according to claim 1, characterized in that the maximum approximation of the reference signal function to the generalized estimates of the correlation of hypotheses is determined by minimizing the sum of the squares of the deviations of the reference signal function from the generalized estimates of the correlation of hypotheses. 5. Устройство определения частоты, содержащее одинаковые параллельные каналы приема сигнала, каждый канал состоит из последовательно соединенных перемножителя и блока формирования оценки, который содержит первый сумматор, первые входы перемножителей параллельных каналов приема объединены и являются информационным входом устройства, вторые их входы соединены с выходами генератора опорного сигнала, выходы блоков формирования оценки соединены с соответствующими им входами блока оценки частоты, содержащим последовательно соединенные узел выбора максимума и узел формирования оценки частоты, выход которого является выходом блока оценки частоты и образует выход устройства, отличающееся тем, что введен блок управления и дополнительно введены в блок формирования оценки каждого параллельного канала приема сигнала узел вычисления квадрата модуля, вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход - со входом второго сумматора, формирующего обобщенную оценку корреляции гипотезы соответствующего канала приема сигнала, а в блок оценки частоты введены узел определения зоны сканирования, узел генерирования отсчетов опорной сигнальной функции, последовательно соединенные узел вычисления квадрата отсчета и первый сумматор и последовательно соединенные перемножитель, второй сумматор, узел вычисления квадрата числа и делитель, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход делителя соединен со входом узла выбора максимума, входы узла определения зоны сканирования и первые входы перемножителя блока оценки частоты объединены и соединены с выходами вторых сумматоров блоков формирования оценки, выход узла определения зоны сканирования в блоке оценки частоты соединен с первым входом узла генерирования отсчетов опорной сигнальной функции, первый выход которого соединен со вторым входом перемножителя и входом узла вычисления квадрата отсчета, а второй его выход соединен со вторым входом узла формирования оценки частоты, выход блока оценки частоты соединен со входом блока управления, первый управляющий выход которого, устанавливающий значения частот, соответствующих гипотезам, соединен со входом генератора опорного сигнала и вторым входом узла генерирования отсчетов опорной сигнальной функции, второй управляющий выход блока управления, устанавливающий время когерентного накопления Т, соединен со вторым входом первого сумматора в каждом блоке формирования оценки и третьим входом узла генерирования отсчетов опорной сигнальной функции, третий управляющий выход блока управления, определяющий количество k оценок корреляции, соединен со вторым входом второго сумматора в каждом блоке формирования оценки, четвертый управляющий выход блока управления, устанавливающий требуемую точность оценки частоты, соединен с четвертым входом узла генерирования отсчетов опорной сигнальной функции. 5. A frequency determining device containing the same parallel signal reception channels, each channel consists of series-connected multipliers and an estimator, which contains the first adder, the first inputs of the multipliers of parallel reception channels are combined and are the information input of the device, their second inputs are connected to the outputs of the generator the reference signal, the outputs of the blocks of the formation of the assessment are connected to their corresponding inputs of the unit of the frequency estimation, containing series-connected a node for selecting a maximum and a node for generating a frequency estimate, the output of which is the output of the frequency estimator and forms the output of the device, characterized in that a control unit is inserted and an additional unit for calculating the square of the module whose input is connected to the output the first adder, and the output with the input of the second adder, forming a generalized estimate of the correlation of the hypothesis of the corresponding signal receiving channel, and a node is defined in the frequency estimation unit the scanning zone, the node generating the samples of the reference signal function, the series-connected node for calculating the square of the reference and the first adder and the series-connected multiplier, the second adder, the node for calculating the square of the number and the divider, the second input of which is connected to the output of the first adder, and the output of the divider is connected to the input of the maximum selection node, the inputs of the node for determining the scanning zone and the first inputs of the multiplier of the frequency estimation unit are combined and connected to the outputs of the second adders of the forming blocks As a result of evaluation, the output of the scan zone determination unit in the frequency estimation unit is connected to the first input of the reference signal function sample generation unit, the first output of which is connected to the second input of the multiplier and the input of the square meter calculation unit, and its second output is connected to the second input of the frequency estimation formation unit , the output of the frequency estimator is connected to the input of the control unit, the first control output of which, which sets the frequency values corresponding to the hypotheses, is connected to the input of the reference generator of the second signal and the second input of the reference signal function sample generation node, the second control output of the control unit that sets the coherent accumulation time T is connected to the second input of the first adder in each estimation generation unit and the third input of the reference signal function sample generation node, the third control output of the control unit determining the number k of correlation estimates is connected to the second input of the second adder in each evaluation unit, the fourth control output of the control unit A setpoint that establishes the required accuracy of the frequency estimate is connected to the fourth input of the sample generating unit of the reference signal function. 6. Устройство определения частоты, содержащее одинаковые параллельные каналы приема сигнала, каждый канал состоит из последовательно соединенных перемножителя и блока формирования оценки, который содержит первый сумматор, первые входы перемножителей параллельных каналов приема объединены и являются информационным входом устройства, вторые их входы соединены с выходами генератора опорного сигнала, выходы блоков формирования оценки соединены с соответствующими им входами блока оценки частоты, содержащим узел формирования оценки частоты, выход которого является выходом блока оценки частоты и образует выход устройства, отличающееся тем, что введен блок управления и дополнительно введены в блок формирования оценки каждого параллельного канала приема сигнала узел вычисления квадрата модуля, вход которого соединен с выходом первого сумматора, а выход - со входом второго сумматора, формирующего обобщенную оценку корреляции гипотезы соответствующего канала приема сигнала, а в блок оценки частоты введены последовательно соединенные узел определения параметров регрессионной функции и узел вычисления центра регрессионной функции, выход которого соединен со входом узла формирования оценки частоты, а первые входы узла определения параметров регрессионной функции соединены с выходами вторых сумматоров блоков формирования оценки, выход блока оценки частоты соединен со входом блока управления, первый управляющий выход блока управления, устанавливающий значения частот, соответствующих гипотезам, соединен со входом генератора опорного сигнала, вторым входом узла определения параметров регрессионной функции, вторым входом узла вычисления центра регрессионной функции и вторым входом узла формирования оценки частоты, второй управляющий выход блока управления, устанавливающий время когерентного накопления Т, соединен со вторым входом первого сумматора в каждом блоке формирования оценки и третьим входом узла определения параметров регрессионной функции, третий управляющий выход блока управления, определяющий количество k оценок корреляции, соединен со вторым входом второго сумматора в каждом блоке формирования оценки, четвертый управляющий выход блока управления, устанавливающий требуемую точность оценки частоты, соединен с третьим входом узла формирования оценки частоты и третьим входом узла вычисления центра регрессионной функции. 6. A frequency determining device containing the same parallel signal reception channels, each channel consists of series-connected multipliers and an estimator, which contains the first adder, the first inputs of the multipliers of parallel reception channels are combined and are the information input of the device, their second inputs are connected to the outputs of the generator the reference signal, the outputs of the units for generating estimates are connected to the corresponding inputs of the unit for estimating the frequency, containing the node for forming the estimates The output of which is the output of the frequency estimation unit and forms the output of the device, characterized in that a control unit is introduced and an additional unit for calculating the square of the module, the input of which is connected to the output of the first adder, and the output to the input of the second adder, forming a generalized estimate of the correlation of the hypothesis of the corresponding signal reception channel, and a series-connected regression parameter determination unit is introduced into the frequency estimation unit the function and the node for calculating the center of the regression function, the output of which is connected to the input of the node for generating the frequency estimate, and the first inputs of the node for determining the parameters of the regression function are connected to the outputs of the second adders of the blocks for generating the estimate, the output of the block for frequency estimation is connected to the input of the control unit, the first control output of the block control setting the frequency values corresponding to the hypotheses is connected to the input of the reference signal generator, the second input of the node for determining the parameters of the regression f by the second input of the node for calculating the center of the regression function and the second input of the node for generating the frequency estimate, the second control output of the control unit that sets the coherent accumulation time T is connected to the second input of the first adder in each block for generating the estimate and the third input of the node for determining the parameters of the regression function, third the control output of the control unit, which determines the number k of correlation estimates, is connected to the second input of the second adder in each evaluation unit, the fourth control The output output of the control unit, which establishes the required accuracy of the frequency estimation, is connected to the third input of the frequency estimation forming unit and the third input of the calculation unit of the center of the regression function.
RU99116629A 1999-07-29 1999-07-29 Method for measuring frequency and device which implements said method RU2157050C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99116629A RU2157050C1 (en) 1999-07-29 1999-07-29 Method for measuring frequency and device which implements said method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU99116629A RU2157050C1 (en) 1999-07-29 1999-07-29 Method for measuring frequency and device which implements said method

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2157050C1 true RU2157050C1 (en) 2000-09-27

Family

ID=20223290

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU99116629A RU2157050C1 (en) 1999-07-29 1999-07-29 Method for measuring frequency and device which implements said method

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2157050C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7616711B2 (en) 2004-07-20 2009-11-10 Qualcomm Incorporated Frequency domain filtering to improve channel estimation in multicarrier systems
RU2487481C1 (en) * 2012-02-14 2013-07-10 Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" Method for frequency-estimation of broadband signals and apparatus for realising said method
RU2606634C2 (en) * 2015-02-12 2017-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный торгово-экономический университет" Method of ultra broadband signal detecting
RU2691380C1 (en) * 2018-07-05 2019-06-13 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Device for high-accuracy signal frequency estimation in broadband communication systems
RU2691972C1 (en) * 2018-07-04 2019-06-19 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Method for high-accuracy signal frequency estimation in broadband communication systems

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ТИХОНОВ В.И. Оптимальный прием сигналов. - М.: Радио и связь, 1983, с.199, рис.3.13, с.230, рис.3.21. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7616711B2 (en) 2004-07-20 2009-11-10 Qualcomm Incorporated Frequency domain filtering to improve channel estimation in multicarrier systems
RU2487481C1 (en) * 2012-02-14 2013-07-10 Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" Method for frequency-estimation of broadband signals and apparatus for realising said method
RU2606634C2 (en) * 2015-02-12 2017-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный торгово-экономический университет" Method of ultra broadband signal detecting
RU2691972C1 (en) * 2018-07-04 2019-06-19 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Method for high-accuracy signal frequency estimation in broadband communication systems
RU2691380C1 (en) * 2018-07-05 2019-06-13 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Device for high-accuracy signal frequency estimation in broadband communication systems

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8457177B2 (en) System and method for fast code phase and carrier frequency acquisition in GPS receiver
US7010066B2 (en) System and method for fast code phase and carrier frequency acquisition in GPS receiver
US6798758B1 (en) Method and apparatus for acquiring code synchronization in a CDMA communication system
JP4560510B2 (en) Synchronization method and synchronization system for frequency shift keying receiver
US7653152B2 (en) Frequency measurement system for low modulation index digital FM/PM communication
CA2212067C (en) Cdma synchronous acquisition circuit
US7567636B2 (en) Method and apparatus for performing signal correlation using historical correlation data
EP0892528A2 (en) Carrier recovery for DSSS signals
JPH07202753A (en) Acquisition method by a modulus an obtainment of the duplex dwell most that has a continuous judgement method by a sign partition multiple access and a direct spectrum spread system and its device
US20040022228A1 (en) Power measurement of received CDMA signals using soft threshold preprocessing after correlation
US6859489B2 (en) Method and device for determining the carrier frequency of base stations in the mobile receiver of a cellular mobile radio system working with W-CDMA
JP2007520100A (en) GPS receiver using differential correlation
RU2157050C1 (en) Method for measuring frequency and device which implements said method
Persson et al. A segmented matched filter for CDMA code synchronization in systems with Doppler frequency offset
US5822384A (en) Search method for acquisition of time synchronization between a spreading sequence of a receiver and that of a transmitter
Berner et al. Operations comparison of deep space ranging types: Sequential tone vs. pseudo-noise
RU2168267C2 (en) Method of automatic frequency control and device for its realization
RU2286015C1 (en) Method for automatic adjustment of frequency of supporting signal of receiving station, method for estimating mismatch of frequency of beam signals relatively to frequency of supporting signal, device for automatic adjustment of frequency of supporting signal of receiving station
RU2178620C2 (en) Method of search for wide-band signal ( variants ) and device for its implementation
FI102578B (en) Method for measuring the frequency difference and receiver
RU2487481C1 (en) Method for frequency-estimation of broadband signals and apparatus for realising said method
JP2006519567A (en) Method and system for capturing a received impulse radio signal
RU2251801C9 (en) Method for searching for multiple-beam broadband signal and device containing implementation of said method
RU2353050C1 (en) Adaptive multi-functional correlation and filtering device
RU2713218C1 (en) Demodulator

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20170730