RU2179785C2 - Method and device for signal search with use of fast fourier transform - Google Patents
Method and device for signal search with use of fast fourier transform Download PDFInfo
- Publication number
- RU2179785C2 RU2179785C2 RU99103619/09A RU99103619A RU2179785C2 RU 2179785 C2 RU2179785 C2 RU 2179785C2 RU 99103619/09 A RU99103619/09 A RU 99103619/09A RU 99103619 A RU99103619 A RU 99103619A RU 2179785 C2 RU2179785 C2 RU 2179785C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- unit
- fourier transform
- signal
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиосвязи и может быть использовано для первоначального поиска сигнала. The invention relates to the field of radio communications and can be used for the initial search for a signal.
При поиске сигнала необходимо определить взаимно корреляционную функцию принимаемого и опорного сигналов. По положению и величине максимального выброса взаимно корреляционной функции определяют факт наличия сигнала, а также временной сдвиг между принимаемым и опорным сигналами приемника. When searching for a signal, it is necessary to determine the cross-correlation function of the received and reference signals. The position and magnitude of the maximum ejection of the cross-correlation function determines the fact of the presence of a signal, as well as the time shift between the received and reference signals of the receiver.
Известен переборный метод поиска сигнала, когда значения корреляционной функции принимаемого и опорного сигнала вычисляют последовательно с помощью простого коррелятора и в качестве оценки временного положения принятого сигнала выбирают временной сдвиг, при котором корреляция максимальна. Этот способ описан в книге Andrew J. Viterbi "CDMA. Principles of Spread Spectrum Communication". Addison-Wesley Wireless Communications Series. 1995 pp.39-57. There is a known search method for signal search when the values of the correlation function of the received and reference signal are calculated sequentially using a simple correlator and the time shift at which the correlation is maximum is selected as an estimate of the temporal position of the received signal. This method is described in Andrew J. Viterbi's book "CDMA. Principles of Spread Spectrum Communication". Addison-Wesley Wireless Communications Series. 1995 pp. 39-57.
Однако для большой области априорной неопределенности задержек сигнала и низких значений отношения сигнал/шум такой способ приводит к значительному времени поиска. However, for a large region of a priori uncertainty of signal delays and low signal-to-noise ratios, this method leads to a significant search time.
Для уменьшения среднего времени поиска применяют параллельную обработку с помощью банка корреляторов или с помощью согласованных фильтров. Известен, например, способ поиска, описанный в статье Jin Young Kim and Jae Hong Lee "Performance of Matched Filter Acquisition for DS/SSMA System in a Frequency-Selective Fading Channel". IEEE 1996, 0-7803-3157-5/96. В указанном способе для ускорения поиска сигнала используют банк корреляторов. To reduce the average search time, parallel processing is applied using a bank of correlators or using matched filters. There is, for example, a search method described in Jin Young Kim and Jae Hong Lee's article "Performance of Matched Filter Acquisition for DS / SSMA System in a Frequency-Selective Fading Channel". IEEE 1996, 0-7803-3157-5 / 96. In this method, a correlator bank is used to speed up signal search.
В другом способе, описанном в Essam A. Sourour and Someshwar С. Gupta "Direct-Sequence Spread-Spectrum Parallel Acquisition in a Fading Mobile Channel". IEEE Transactions on Communications, vol.38. No.7, July, 1990, для поиска применяют банк согласованных фильтров. In another method described in Essam A. Sourour and Someshwar C. Gupta "Direct-Sequence Spread-Spectrum Parallel Acquisition in a Fading Mobile Channel". IEEE Transactions on Communications, vol. 38. No.7, July, 1990, a bank of matched filters is used to search.
Оба способа поиска существенно сокращают среднее время поиска по сравнению с последовательным поиском простым коррелятором. Однако они используют сложные устройства поиска, требующие значительных затрат на их реализацию. Both search methods significantly reduce the average search time compared to sequential search with a simple correlator. However, they use sophisticated search devices that require significant implementation costs.
Таким образом, актуальной задачей является нахождение такого способа поиска, который бы реализовывал компромисс между средним временем поиска и сложностью устройства поиска (количеством вычислений). Thus, the urgent task is to find such a search method that would implement a compromise between the average search time and the complexity of the search device (the number of calculations).
Известны методы быстрого поиска, которые характеризуются небольшими временными и вычислительными затратами. Например, известен метод быстрой синхронизации сигнала, представляющего собой М-последовательность, с помощью быстрого преобразования Адамара, описанный в книге В.В. Лосев, Е.Б. Бродская, В. И. Коржик "Поиск и декодирование сложных дискретных сигналов", М., Радио и связь, 1988 г., стр. 72 - 75. Указанный способ при малых вычислительных затратах позволяет быстро установить синхронизацию со входным сигналом. Недостатком этого способа является то, что его применение затруднительно при больших длинах М-последовательностей. Также на практике часто применяют другие сигналы (не М-последовательности), соответственно, в этих случаях указанный способ применить нельзя. Known methods for quick search, which are characterized by low time and computational costs. For example, the method of fast synchronization of a signal representing an M-sequence using the fast Hadamard transform described in the book of V.V. Losev, E.B. Brodskaya, V. I. Korzhik, “Search and Decoding of Complex Discrete Signals,” Moscow, Radio and Communications, 1988, pp. 72–75. The indicated method, at low computational costs, allows you to quickly establish synchronization with the input signal. The disadvantage of this method is that its use is difficult for large lengths of M-sequences. Also, other signals (not M-sequences) are often used in practice, respectively, in these cases, this method cannot be applied.
Для цели поиска можно использовать спектральные преобразования, упрощающие выполнение операции свертки, которая необходима для вычисления взаимной корреляционной функции принимаемого и опорного сигналов. For the purpose of the search, spectral transformations can be used that simplify the convolution operation, which is necessary for calculating the mutual correlation function of the received and reference signals.
Наиболее близким к предлагаемому является способ с использованием двукратного спектрального преобразования Фурье, описанный в книге В.В.Лосев, Е.Б. Бродская, В.И.Коржик "Поиск и декодирование сложных дискретных сигналов", М. , Радио и связь, 1988 г., стр.84. Этот способ основан на вычислении корреляционной функции входного и опорного сигналов с помощью двойного преобразования Фурье. Closest to the proposed is a method using a double spectral Fourier transform described in the book of V.V. Losev, E.B. Brodskaya, V.I. Korzhik "Search and decoding of complex discrete signals", Moscow, Radio and communications, 1988, p. 84. This method is based on the calculation of the correlation function of the input and reference signals using the double Fourier transform.
Способ-прототип заключается в следующем:
формируют опорный сигнал длительностью Т,
выполняют преобразование Фурье опорного сигнала, формируя спектр опорного сигнала,
вычисляют взаимно корреляционную функцию входного и опорного сигналов, выполняя преобразование Фурье входного сигнала на интервале Т,
перемножают полученный спектр входного сигнала на спектр опорного сигнала,
выполняют обратное преобразование Фурье этого произведения,
сравнивают с порогом обнаружения значения полученной взаимно корреляционной функции в каждой точке области неопределенности,
при превышении порога выносят решение о наличии сигнала в указанной точке области неопределенности.The prototype method is as follows:
form a reference signal of duration T,
perform the Fourier transform of the reference signal, forming the spectrum of the reference signal,
calculate the cross-correlation function of the input and reference signals, performing the Fourier transform of the input signal on the interval T,
multiply the obtained spectrum of the input signal by the spectrum of the reference signal,
perform the inverse Fourier transform of this product,
compare with the detection threshold the values of the obtained cross-correlation function at each point of the region of uncertainty,
when the threshold is exceeded, a decision is made on the presence of a signal at a specified point in the region of uncertainty.
Для реализации такого способа используется устройство, представленное на фиг.1, где обозначено:
1 - запоминающее устройство,
2 - блок вычисления квадрата модуля,
3 - пороговый блок,
4 - блок быстрого преобразования Фурье,
5 - перемножитель,
6 - блок обратного преобразования Фурье,
7 - формирователь спектра опорного сигнала,
8 - блок синхронизации.To implement this method, the device shown in Fig. 1 is used, where it is indicated:
1 - storage device
2 - unit calculation of the square of the module,
3 - threshold block
4 - block fast Fourier transform,
5 - multiplier,
6 - block inverse Fourier transform,
7 - shaper spectrum of the reference signal,
8 - block synchronization.
Данное устройство содержит последовательно соединенные запоминающее устройство 1, блок вычисления квадрата модуля 2, пороговый блок 3, выход которого является выходом устройства. Второй вход порогового блока 3 соединен с четвертым выходом блока синхронизации 8. Первый выход блока синхронизации 8 соединен с первым входом блока быстрого преобразования Фурье 4, выход которого соединен со вторым входом запоминающего устройства 1. Второй вход блока быстрого преобразования Фурье 4 соединен со вторым выходом запоминающего устройства 1. Второй выход блока синхронизации 8 соединен с первым входом перемножителя 5, второй вход которого соединен с выходом формирователя спектра опорного сигнала 7. Выход перемножителя 5 соединен с четвертым входом запоминающего устройства 1, третий выход которого соединен с третьим входом перемножителя 5. Третий выход блока синхронизации 8 соединен со входом блока обратного преобразования Фурье 6, выход которого соединен с третьим входом запоминающего устройства 1, четвертый вход которого соединен со вторым входом блока обратного преобразования Фурье 6. This device contains a series-connected
Работает такое устройство следующим образом. Such a device works as follows.
Отсчеты входного сигнала фиксируются в запоминающем устройстве 1 емкостью N отсчетов. После того как записан последний отсчет, в блоке быстрого преобразования Фурье 4 вычисляется преобразование Фурье от записанного фрагмента входного сигнала. Результат преобразования сохраняется поверх отсчетов входного сигнала в запоминающем устройстве 1. Формирователь спектра опорного сигнала 7 содержит комплексно-сопряженные коэффициенты спектра опорного сигнала. Перемножитель 5 осуществляет перемножение спектральных коэффициентов входного и опорного сигналов, хранящихся соответственно в запоминающем устройстве 1 и в формирователе спектра опорного сигнала 7. Результат запоминается в запоминающем устройстве 1 поверх старых данных. Над результатом перемножения выполняется обратное преобразование Фурье в блоке обратного преобразования Фурье 6. Полученный результат, представляющий собой комплексные отсчеты функции взаимной корреляции входного и опорного сигналов, замещает старые данные в запоминающем устройстве 1. Блок 2 вычисляет квадрат модуля каждого комплексного отсчета в запоминающем устройстве 1 и полученный результат сравнивается с порогом обнаружения в пороговом блоке 3. При превышении порога выносится решение об обнаружении сигнала в соответствующей точке области неопределенности. Устройство синхронизации 8 осуществляет взаимную синхронизацию блоков. The samples of the input signal are fixed in the
Приведенный способ эффективен с позиций компромисса между временем поиска и сложностью реализации. The above method is effective from the standpoint of a compromise between the search time and the complexity of the implementation.
Недостатком же такого способа поиска является то, что практическое его применение возможно только тогда, когда период входного сигнала не очень большой. При большом периоде входного сигнала, что часто имеет место на практике, применению указанного способа препятствуют следующие причины. The disadvantage of this method of search is that its practical application is possible only when the period of the input signal is not very large. With a large period of the input signal, which often takes place in practice, the following reasons hinder the application of this method.
Большие затраты на реализацию. Например, при цифровой обработке сигнала эти затраты связаны с недопустимо большими объемами запоминающих устройств. Высокая сложность вычисления преобразования Фурье для большого числа отсчетов в сочетании с высокими требованиями к быстродействию устройства вычисления преобразования Фурье. High implementation costs. For example, in digital signal processing, these costs are associated with unacceptably large amounts of storage devices. The high complexity of computing the Fourier transform for a large number of samples, combined with the high performance requirements of the device for computing the Fourier transform.
Часто период сигнала настолько велик (например, период повторения сигнала превышает месяц в системе CDMA стандарта IS-95), что отводимое на синхронизацию время должно быть существенно меньше. Обычно в таких случаях область неопределенности средствами системы связи сужена до некоторого фрагмента периода входного сигнала. Often the signal period is so long (for example, the signal repetition period exceeds a month in the IS-95 standard CDMA system) that the time allotted for synchronization should be significantly less. Usually in such cases, the region of uncertainty by means of a communication system is narrowed to a certain fragment of the input signal period.
Период входного сигнала не превышает допустимого времени на синхронизацию, но вместе с тем достаточно велик, так что за это время параметры сигнала, такие, например, как его частота и фаза могут заметно измениться. The period of the input signal does not exceed the allowable time for synchronization, but at the same time is large enough, so that during this time the parameters of the signal, such as, for example, its frequency and phase, can noticeably change.
Задачей, которую решает предлагаемый способ, это обеспечение высокой эффективности поиска в часто встречаемой на практике ситуации большой области неопределенности и/или большого периода входного сигнала, когда применение известных способов поиска оказывается либо невозможным (способ-прототип), либо неэффективным (последовательный поиск, поиск согласованным фильтром). The task that the proposed method solves is to ensure high search efficiency in a situation often encountered in practice of a large region of uncertainty and / or a large input signal period, when the application of known search methods is either impossible (prototype method) or ineffective (sequential search, search matched filter).
Для решения этой задачи, во-первых:
в способ поиска сигнала с использованием преобразования Фурье, заключающийся в том, что формируют опорный сигнал длительностью Т, выполняют преобразование Фурье опорного сигнала, формируя спектр опорного сигнала, выполняют преобразование Фурье входного сигнала на интервале длительностью Т, перемножают полученный спектр входного сигнала на спектр опорного сигнала, производят обратное преобразование Фурье этого произведения, формируя взаимно корреляционную функцию входного и опорного сигналов, сравнивают с порогом обнаружения значения полученной взаимно корреляционной функции, при превышении порога выносят решение о наличии сигнала с соответствующей временной задержкой,
вводятся дополнительные операции:
формирование взаимно корреляционной функции входного и опорного сигналов осуществляют на всей области неопределенности временных задержек входного сигнала, при этом делят указанную область неопределенности на перекрывающиеся интервалы длительности Т и с областью перекрытия τ, вычисляют взаимно корреляционную функцию входного и опорного сигналов на каждом из указанных перекрывающихся интервалов, значения взаимно корреляционных функций, вычисленные на указанных перекрывающихся интервалах и соответствующие одинаковым временным задержкам, суммируют.To solve this problem, firstly:
in a method of searching for a signal using the Fourier transform, which consists in generating a reference signal of duration T, performing the Fourier transform of the reference signal by forming the spectrum of the reference signal, performing the Fourier transform of the input signal in an interval of duration T, multiplying the resulting spectrum of the input signal by the spectrum of the reference signal , perform the inverse Fourier transform of this product, forming a cross-correlation function of the input and reference signals, compare with the detection threshold tions obtained cross-correlation function, if exceeded give a decision on a signal with a corresponding time delay,
additional operations are introduced:
the formation of a cross-correlation function of the input and reference signals is carried out on the entire uncertainty region of the time delays of the input signal, while the specified uncertainty region is divided into overlapping intervals of duration T and the overlap region τ, the cross-correlation function of the input and reference signals is calculated on each of the indicated overlapping intervals, values of cross-correlation functions calculated on the indicated overlapping intervals and corresponding to the same time intervals handles summarize.
Во-вторых:
в устройство поиска сигнала с использованием преобразования Фурье, содержащее первое запоминающее устройство, блок быстрого преобразования Фурье, блок обратного преобразования Фурье, перемножитель, формирователь спектра опорного сигнала, блок синхронизации, блок вычисления квадрата модуля и пороговый блок, причем первый выход блока синхронизации соединен с первым входом блока быстрого преобразования Фурье, выход которого соединен со вторым входом первого запоминающего устройства, второй вход блока быстрого преобразования Фурье соединен со вторым выходом первого запоминающего устройства, второй выход блока синхронизации соединен с первым входом перемножителя, второй вход которого соединен с выходом формирователя спектра опорного сигнала, выход перемножителя соединен с четвертым входом первого запоминающего устройства, третий выход которого соединен с третьим входом перемножителя, третий выход блока синхронизации соединен со входом блока обратного преобразования Фурье, выход которого соединен с третьим входом первого запоминающего устройства, четвертый выход которого соединен со вторым входом блока обратного преобразования Фурье, выход блока вычисления квадрата модуля соединен со входом порогового блока, второй вход которого соединен с четвертым выходом блока синхронизации, а выход является выходом устройства,
дополнительно введены:
блок задержки, вход которого является входом устройства, блок коммутации, второе и третье запоминающие устройства, сумматор, выход блока задержки соединен с первым входом первого запоминающего устройства, первый выход первого запоминающего устройства соединен с первым входом блока коммутации, второй вход которого соединен с пятым выходом блока синхронизации, первый и второй выходы блока коммутации соединены соответственно со входами второго и третьего запоминающих устройств, выходы которых соединены со входами сумматора, выход сумматора соединен со входом блока вычисления квадрата модуля.Secondly:
to a signal search device using a Fourier transform, comprising a first storage device, a fast Fourier transform unit, an inverse Fourier transform unit, a multiplier, a reference signal spectrum shaper, a synchronization unit, a module square calculation unit and a threshold unit, the first output of the synchronization unit being connected to the first the input of the fast Fourier transform block, the output of which is connected to the second input of the first storage device, the second input of the fast Fourier transform block is dined with the second output of the first storage device, the second output of the synchronization unit is connected to the first input of the multiplier, the second input of which is connected to the output of the spectrum shaper of the reference signal, the output of the multiplier is connected to the fourth input of the first storage device, the third output of which is connected to the third input of the multiplier, the third output the synchronization unit is connected to the input of the inverse Fourier transform unit, the output of which is connected to the third input of the first storage device, the fourth output which is connected to the second input of the inverse Fourier transform unit, calculating a square block output module connected to the input of the threshold unit, a second input coupled to a fourth output of the synchronization unit and the output is an output device,
additionally introduced:
the delay unit, the input of which is the input of the device, the switching unit, the second and third storage devices, the adder, the output of the delay unit is connected to the first input of the first storage device, the first output of the first storage device is connected to the first input of the switching unit, the second input of which is connected to the fifth output synchronization unit, the first and second outputs of the switching unit are connected respectively to the inputs of the second and third storage devices, the outputs of which are connected to the inputs of the adder, the output is the sum ora connected to the input module square calculating unit.
На прилагаемых чертежах представлено:
Фиг.1 - структурная схема устройства прототипа.The accompanying drawings show:
Figure 1 - structural diagram of the device of the prototype.
Фиг.2 - структурная схема предлагаемого устройства. Figure 2 - structural diagram of the proposed device.
Фиг.3 - временная диаграмма начального поиска. Figure 3 is a timing chart of an initial search.
Фиг.4 - вычисление свертки на основании теоремы Винера - Хинчина. Figure 4 - calculation of convolution based on the Wiener - Khinchin theorem.
Фиг.5 - запись отсчетов для блока быстрого преобразования Фурье. 5 is a record of samples for block fast Fourier transform.
Фиг. 6 - отношение вычислительной сложности поиска на основе преобразования Фурье к вычислительной сложности поиска на основе коррелятора (согласованного фильтра). FIG. 6 shows the ratio of the computational complexity of the search based on the Fourier transform to the computational complexity of the search based on the correlator (matched filter).
Предлагаемый способ заключается в следующем:
формируют опорный сигнал длительностью Т,
выполняют преобразование Фурье опорного сигнала, формируя спектр опорного сигнала,
область неопределенности делят на перекрывающиеся интервалы длительностью, равной длительности опорного сигнала и с областью перекрытия τ,
перемножают полученный спектр входного сигнала на спектр опорного сигнала,
выполняют обратное преобразование Фурье этого произведения, вычисляя взаимно корреляционную функцию входного и опорного сигналов на каждом перекрывающемся интервале,
суммируют значения разных взаимно корреляционных функций, соответствующие одинаковым временным задержкам, формируя таким образом взаимно корреляционную функцию входного и опорного сигналов на всей анализируемой области неопределенности,
сравнивают с порогом обнаружения значения полученной взаимно корреляционной функции в каждой точке области неопределенности,
при превышении порога выносят решение о наличии сигнала в указанной точке области неопределенности.The proposed method is as follows:
form a reference signal of duration T,
perform the Fourier transform of the reference signal, forming the spectrum of the reference signal,
the uncertainty region is divided into overlapping intervals of duration equal to the duration of the reference signal and with the overlap region τ,
multiply the obtained spectrum of the input signal by the spectrum of the reference signal,
perform the inverse Fourier transform of this product, calculating the cross-correlation function of the input and reference signals on each overlapping interval,
summarize the values of different cross-correlation functions corresponding to the same time delays, thus forming a cross-correlation function of the input and reference signals over the entire analyzed region of uncertainty,
compare with the detection threshold the values of the obtained cross-correlation function at each point of the region of uncertainty,
when the threshold is exceeded, a decision is made on the presence of a signal at a specified point in the region of uncertainty.
Для реализации предлагаемого способа может быть использовано устройство, представленное на фиг.2, где обозначено:
1 - запоминающее устройство,
2 - блок вычисления квадрата модуля,
3 - пороговый блок,
4 - блок быстрого преобразования Фурье,
5 - перемножитель,
6 - блок обратного преобразования Фурье,
7 - формирователь спектра опорного сигнала,
8 - блок синхронизации,
9 - блок задержки,
10 - блок коммутации,
11 - второе запоминающее устройство,
12 - третье запоминающее устройство,
13 - сумматор.To implement the proposed method can be used the device shown in figure 2, where it is indicated:
1 - storage device
2 - unit calculation of the square of the module,
3 - threshold block
4 - block fast Fourier transform,
5 - multiplier,
6 - block inverse Fourier transform,
7 - shaper spectrum of the reference signal,
8 - synchronization unit,
9 - delay unit,
10 - switching unit,
11 is a second storage device,
12 is a third storage device,
13 - adder.
Предлагаемое устройство содержит последовательно соединенные блок задержки 9, запоминающее устройство 1, блок коммутации 10, первый выход которого соединен со входом второго запоминающего устройства 11, а второй выход соединен со входом третьего запоминающего устройства 12. Выходы запоминающих устройств 11 и 12 соединены с соответствующими входами сумматора 13, выход которого соединен со входом блока вычисления квадрата модуля 2. Выход блока вычисления квадрата модуля 2 соединен со входом порогового блока 3, второй вход которого соединен с четвертым выходом блока синхронизации 8, а выход является выходом устройства. Первый выход блока синхронизации 8 соединен с первым входом блока быстрого преобразования Фурье 4, выход которого соединен со вторым входом запоминающего устройства 1. Второй вход блока быстрого преобразования Фурье 4 соединен со вторым выходом запоминающего устройства 1. Второй выход блока синхронизации 8 соединен с первым входом перемножителя 5, второй вход которого соединен с выходом формирователя спектра опорного сигнала 7. Выход перемножителя 5 соединен с четвертым входом запоминающего устройства 1, третий выход которого соединен с третьим входом перемножителя 5. Третий выход блока синхронизации 8 соединен со входом блока обратного преобразования Фурье 6, выход которого соединен с третьим входом запоминающего устройства 1, четвертый вход которого соединен со вторым входом блока обратного преобразования Фурье 6. Пятый выход блока синхронизации соединен со вторым входом блока коммутации 10. The proposed device contains a series-connected delay unit 9, a
Работает предлагаемое устройство следующим образом. The proposed device operates as follows.
Входные отсчеты поступают в блок задержки 9 емкостью М отсчетов. Из блока задержки 9 М отсчетов, представляющих собой фрагмент входного сигнала, перезаписывают в запоминающее устройство 1. В блоке быстрого преобразования Фурье 4 выполняется преобразование Фурье над фрагментом входного сигнала из запоминающего устройства 1. Результат преобразования сохраняется в запоминающем устройстве 1 поверх старых данных. Формирователь спектра опорного сигнала 7 содержит комплексно-сопряженные отсчеты спектра опорного сигнала. Перемножитель 5 осуществляет перемножение спектральных коэффициентов входного и опорного сигналов, хранящихся соответственно в запоминающем устройстве 1 и в формирователе спектра опорного сигнала 7, результат запоминается в запоминающем устройстве 1 поверх старых данных. Над полученным результатом перемножения выполняется обратное преобразование Фурье в блоке обратного преобразования Фурье 6. Полученный результат, представляющий собой комплексные отсчеты функции взаимной корреляции входного и опорного сигналов, фиксируется поочередно во втором 11 и в третьем 12 запоминающих устройствах с помощью блока коммутации 10. Для расчета взаимно корреляционной функции входного и опорного сигнала на перекрывающихся интервалах используются два запоминающих устройства (ЗУ) 11 и 12, в которые поочередно запоминается входной сигнал на интервале длительностью Т. Например, в ЗУ 11 запоминается входной сигнал на первом временном интервале, а в ЗУ 12 запоминается входной сигнал на следующем интервале. При этом неважно, что временные интервалы пересекаются. Когда входной сигнал на временном интервале Т сохранен в ЗУ 11 или 12, расчет взаимно корреляционной функции на соответствующем временном интервале длительностью Т не представляет затруднений. Управление блоком коммутации 10 осуществляется в блоке синхронизации 8. Отсчеты корреляционных функций в запоминающих устройствах 11 и 12, соответствующие одной и той же точке области неопределенности, суммируются в блоке 13. Результат суммирования, представляющий собой отсчет искомой функции взаимной корреляции на интервале всей области неопределенности, поступает в блок 2, который вычисляет квадрат модуля комплексного числа. Полученная величина сравнивается с порогом обнаружения в пороговом устройстве 3. При превышении порога выносится решение об обнаружении сигнала в соответствующей точке области неопределенности. Устройство синхронизации 8 осуществляет взаимную синхронизацию блоков. После поступления в блок задержки 9 следующих М/2 отсчетов входного сигнала из области неопределенности алгоритм работы повторяется. The input samples enter the delay unit 9 with a capacity of M samples. From the delay block, 9 M samples representing a fragment of the input signal are overwritten into
Приведенный способ является работоспособным решением в отличие от способа-прототипа, когда область неопределенности (и/или период входного сигнала) очень велика. The above method is a workable solution, in contrast to the prototype method, when the region of uncertainty (and / or the period of the input signal) is very large.
Сравним эффективность предложенного способа поиска, а также последовательного способа поиска на основе коррелятора и способа поиска на основе согласованного фильтра. Compare the effectiveness of the proposed search method, as well as a sequential search method based on the correlator and the search method based on a matched filter.
При цифровой обработке сигналы представляют собой последовательность отсчетов с некоторым постоянным интервалом между отсчетами. Пусть область неопределенности равна N отсчетов, а интервал, на котором вычисляется взаимная корреляционная функция, в предложенном способе составляет М отсчетов (M<N). Рассматриваемую ситуацию поясняет рисунок на фиг.3. При этом опорным сигналом устройства поиска является фрагмент псевдослучайной последовательности (ПСП), которая обычно представляет собой входной сигнал. In digital processing, signals are a sequence of samples with some constant interval between samples. Let the uncertainty region be equal to N samples, and the interval on which the mutual correlation function is calculated in the proposed method is M samples (M <N). The situation in question is illustrated in the figure in Fig. 3. In this case, the reference signal of the search device is a fragment of a pseudo-random sequence (PSP), which is usually an input signal.
На рисунке фиг.3 серым цветом выделена часть ПСП, совпадающая с опорным сигналом. Если в интервал анализа не попала вся согласованная с опорным сигналом последовательность, то невозможно циклическим сдвигом фрагмента входного сигнала в интервале анализа добиться полного совпадения входного сигнала с опорным. При этом только энергия перекрывающейся части принимаемого и опорного сигналов войдет в полезный отклик устройства поиска. Энергетические потери будут тем больше, чем больше временной сдвиг между принимаемым и опорным сигналом. Это утверждение иллюстрирует рисунок на фиг.4. In the figure of FIG. 3, the part of the memory bandwidth coinciding with the reference signal is highlighted in gray. If the entire sequence consistent with the reference signal does not fall into the analysis interval, then it is impossible to achieve complete coincidence of the input signal with the reference one by cyclic shift of the input signal fragment in the analysis interval. In this case, only the energy of the overlapping part of the received and reference signals will enter the useful response of the search device. The energy loss will be greater, the greater the time shift between the received and reference signal. This statement is illustrated in the figure in Fig. 4.
На рисунке фиг. 4 хорошо видно, что величина корреляционного выброса снижается с ростом задержки между принимаемым и опорным сигналом, так что при предельных сдвигах амплитуда корреляционного сдвига падает в 2 раза (мощность - в 4 раза) при неизменной мощности шумов. In the figure of FIG. Figure 4 clearly shows that the magnitude of the correlation outlier decreases with increasing delay between the received and reference signals, so that with extreme shifts, the amplitude of the correlation shift decreases by a factor of 2 (power - by a factor of 4) with a constant noise power.
Для уменьшения энергетических потерь в предложенном способе поиска интервалы, на которых вычисляется корреляционная функция, перекрываются (фиг. 4) и значения разных корреляционных функций для одинаковых задержек сигнала суммируются. При этом амплитуда полезного сигнала возрастет в 1.5 раза (мощность - в 2.25 раза). Но мощность шума при таком суммировании возрастает в 3 раза, так как половина отсчетов шума в перекрывающихся интервалах совпадает. При этом помехоустойчивость поиска при использовании М-точечного БПФ будет эквивалентна помехоустойчивости устройства поиска на корреляторе или согласованном фильтре с длительностью анализа одной точки области неопределенности 0.75•М отсчетов. To reduce energy losses in the proposed search method, the intervals at which the correlation function is calculated are overlapped (Fig. 4) and the values of different correlation functions for the same signal delays are summed. In this case, the amplitude of the useful signal will increase by 1.5 times (power - by 2.25 times). But the noise power with this summation increases 3 times, since half of the noise samples in the overlapping intervals coincide. In this case, the noise immunity of the search when using the M-point FFT will be equivalent to the noise immunity of the search device on the correlator or matched filter with a duration of analysis of one point in the region of uncertainty of 0.75 • M samples.
Оценим теперь вычислительные затраты, необходимые для реализации устройства поиска на БПФ. Let us now evaluate the computational costs required to implement a FFT search device.
В предложенном способе поиска для просмотра всей области неопределенности необходимо выполнить 
Таким образом, общее количество элементарных операций, необходимых для анализа всей области неопределенности, определяется выражением: (2•N+М)•(5•log2(M)+3)+N. На анализ одной временной позиции требуется 
Устройство поиска, выполненное на основе коррелятора или согласованного фильтра, работающее с тем же качеством, потребует выполнить 0.75•М•N элементарных вычислительных операций для анализа всей области неопределенности или 0.75•М вычислительных операций для анализа одной временной позиции. A search device based on a correlator or a matched filter that works with the same quality will require 0.75 • M • N elementary computational operations to analyze the entire uncertainty area or 0.75 • M computational operations to analyze one time position.
На фиг. 5 приведена зависимость отношения числа операций, выполняемых устройством поиска на основе БПФ, к числу операций, выполняемых устройством поиска на основе коррелятора (согласованного фильтра) в зависимости от величины М для N=32768. In FIG. Figure 5 shows the relationship between the number of operations performed by a FFT-based search device and the number of operations performed by a correlator-based search device (matched filter) depending on the value of M for N = 32768.
Анализ фиг. 4 показывает, что экономия вычислительных ресурсов при использовании предложенного способа поиска начинается при величине М, превышающей 128, что практически всегда имеет место на практике. The analysis of FIG. 4 shows that the saving of computing resources when using the proposed search method begins with a value of M exceeding 128, which almost always takes place in practice.
Таким образом, при одинаковом качестве и времени поиска предложенный способ поиска на основе преобразования Фурье проще в реализации, чем устройство поиска, построенное на основе коррелятора или согласованного фильтра, при практически применяемых интервалах анализа одной точки области неопределенности. Thus, with the same quality and search time, the proposed search method based on the Fourier transform is easier to implement than a search device constructed on the basis of a correlator or a matched filter, at practically used intervals of analysis of one point of the uncertainty region.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99103619/09A RU2179785C2 (en) | 1999-02-19 | 1999-02-19 | Method and device for signal search with use of fast fourier transform |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU99103619/09A RU2179785C2 (en) | 1999-02-19 | 1999-02-19 | Method and device for signal search with use of fast fourier transform |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU99103619A RU99103619A (en) | 2001-02-20 |
| RU2179785C2 true RU2179785C2 (en) | 2002-02-20 |
Family
ID=20216294
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU99103619/09A RU2179785C2 (en) | 1999-02-19 | 1999-02-19 | Method and device for signal search with use of fast fourier transform |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2179785C2 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2480901C1 (en) * | 2011-12-29 | 2013-04-27 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия связи имени маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства Обороны Российской Федерации (Минобороны России) | Method for automatic detection of signals |
| RU2495483C2 (en) * | 2010-11-29 | 2013-10-10 | Нтт Досомо, Инк. | Signal processing method and device and machine-readable data medium |
| RU2506702C2 (en) * | 2011-12-28 | 2014-02-10 | Открытое акционерное общество "Российский институт мощного радиостроения" | Device for synchronisation in radio communication system with pseudorandom operational frequency readjustment |
| RU2510933C2 (en) * | 2012-06-22 | 2014-04-10 | Открытое акционерное общество "Российский институт мощного радиостроения" | Device for synchronisation in radio communication system with programmed operational frequency tuning |
-
1999
- 1999-02-19 RU RU99103619/09A patent/RU2179785C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| ЗИНЧУК В.М. и др. Алгоритмы адаптивной цифровой фильтрации ШПС на фоне узкополосных помех и флуктуационного шума. Зарубежная радиоэлектроника, 1992, № 9, с. 84-98. * |
| ЛОСЕВ В.В. и др. Поиск и декодирование сложных дискретных сигналов. - М.: Радио и связь, 1988, с.3, 72-75, 84. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2495483C2 (en) * | 2010-11-29 | 2013-10-10 | Нтт Досомо, Инк. | Signal processing method and device and machine-readable data medium |
| RU2506702C2 (en) * | 2011-12-28 | 2014-02-10 | Открытое акционерное общество "Российский институт мощного радиостроения" | Device for synchronisation in radio communication system with pseudorandom operational frequency readjustment |
| RU2480901C1 (en) * | 2011-12-29 | 2013-04-27 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военная академия связи имени маршала Советского Союза С.М. Буденного" Министерства Обороны Российской Федерации (Минобороны России) | Method for automatic detection of signals |
| RU2510933C2 (en) * | 2012-06-22 | 2014-04-10 | Открытое акционерное общество "Российский институт мощного радиостроения" | Device for synchronisation in radio communication system with programmed operational frequency tuning |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| TW419912B (en) | Fast fourier transform based CDMA RAKE receiver structure and method | |
| EP2294518B1 (en) | Adaptive correlation | |
| RU2200365C2 (en) | Device for orthogonalization of code-division multiple-access signals | |
| US7505511B2 (en) | Matched filter and spread spectrum receiver | |
| CA2653176C (en) | Method and arrangement for preamble detection | |
| US8228971B2 (en) | Technique for searching for a preamble signal in a spread spectrum signal using a fast Hadamard transform | |
| CN1354916A (en) | Programmable matched filter searcher | |
| JP2004507131A (en) | Optical processor enhanced receiver architecture (OPERA) systems and methods | |
| US8320258B2 (en) | Method and device for recognizing a synchronization message from a wireless telecommunication device | |
| RU2179785C2 (en) | Method and device for signal search with use of fast fourier transform | |
| JP4265332B2 (en) | UWB equipment | |
| CN1389995A (en) | Method and device for capturing synchronizing-code before random access of channel in WCDMA system | |
| JP2001094468A (en) | Correlator | |
| JP2742519B2 (en) | Differential signal detection matched filter for use in spread spectrum communication systems. | |
| Budisin | Fast PN sequence correlation by using FWT | |
| US6601078B1 (en) | Time-efficient real-time correlator | |
| CN102201832B (en) | Parallel matching filter based on time division multiplexing | |
| KR100652373B1 (en) | Cell Searcher and cell searching method of the W-CDMA using common partial correlation for primary and secondary synchronization code | |
| Leclère et al. | Complexity reduction for high sensitivity acquisition of GNSS signals with a secondary code | |
| RU2331981C2 (en) | Method and device for searching wideband signal affected by narrowband interference | |
| WO2000076164A1 (en) | Cellular telephony searcher | |
| US7336739B2 (en) | Cross-correlation signal detector | |
| EP1411441A1 (en) | Matrix calculation device | |
| RU2208916C1 (en) | Method of search for multibeam wide-band signal and device for its realization, process of detection and evaluation of size of cluster of beam signals and unit for its realization | |
| KR0181142B1 (en) | Correlator of spread spectrum communication system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20050220 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100220 |