RU2460215C1 - Radio modem - Google Patents
Radio modem Download PDFInfo
- Publication number
- RU2460215C1 RU2460215C1 RU2010154769/07A RU2010154769A RU2460215C1 RU 2460215 C1 RU2460215 C1 RU 2460215C1 RU 2010154769/07 A RU2010154769/07 A RU 2010154769/07A RU 2010154769 A RU2010154769 A RU 2010154769A RU 2460215 C1 RU2460215 C1 RU 2460215C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- block
- unit
- frequency
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к технике электросвязи и может быть использовано в системах передачи данных по KB и УКВ радиоканалам.The present invention relates to telecommunication technology and can be used in data transmission systems on KB and VHF radio channels.
Уже известны радиомодемы, описанные, например, в работах [1, 2] и основанные на последовательной передаче данных по радиоканалу с замираниями. Наличие в таких каналах эффекта многолучевости, при котором задержка распространения отдельных лучей достигает нескольких миллисекунд, приводит к существенной межсимвольной интерференции (МСИ). Для борьбы с этим явлением используются адаптивные корректоры, основанные на периодическом оценивании характеристик канала путем тестирования его специальной последовательностью. Эта последовательность должна быть достаточно длинной, чтобы отразить все особенности характеристик канала, обусловленные наличием МСИ. Это приводит к снижению скорости передачи (также при этом уменьшается полезная мощность передаваемого сигнала). Поэтому как отмечается в работе [3], подобные устройства обладают относительно низкой информационной скоростью.Radio modems are already known, described, for example, in [1, 2] and based on serial transmission of data over a fading radio channel. The presence of a multipath effect in such channels, in which the propagation delay of individual beams reaches several milliseconds, leads to significant intersymbol interference (MSI). To combat this phenomenon, adaptive correctors are used, based on a periodic assessment of the channel characteristics by testing it with a special sequence. This sequence should be long enough to reflect all the features of the channel characteristics due to the presence of ISI. This leads to a decrease in the transmission speed (while also reducing the useful power of the transmitted signal). Therefore, as noted in [3], such devices have a relatively low information speed.
Известны параллельные радиомодемы [4], построенные с использованием нескольких десятков пилот-сигналов, параметры которых зависят только от состояния среды распространения и могут быть определены и использованы в процессе демодуляции на приемной стороне радиолинии. Наличие большого числа неинформативных сигналов существенно снижает как энергетическую эффективность подобных устройств, так и эффективность использования ими выделенной полосы частот, что в конечном итоге приводит к уменьшению помехоустойчивости.Known parallel radio modems [4], built using several dozen pilot signals, the parameters of which depend only on the state of the propagation medium and can be determined and used in the demodulation process on the receiving side of the radio line. The presence of a large number of uninformative signals significantly reduces both the energy efficiency of such devices and the efficiency of their use of the allocated frequency band, which ultimately leads to a decrease in noise immunity.
Известен параллельный радиомодем [5], наиболее близкий к предлагаемому изобретению. Структурная схема этого устройства приведена на фиг.1. Отметим, что с целью обеспечения возможности выявления существенных отличительных признаков заявляемого объекта на фиг.1 представлена функциональная схема устройства, построенная в строгом соответствии с приводимым в тексте работы [5] описанием принципов реализации и взаимодействия отдельных узлов данного устройства. Представленная функциональная схема является более полной и подробной, чем на фиг.12-17 вышеупомянутой работы [5]. Радиомодем содержит пять коммутаторов (КМ) 1, 14, 17, 18 и 19, кодер 2, буферный накопитель (БН) 3, блок 23 распределения и формирования кадров (БРФК), блок 4 вычисления обратного дискретного преобразования Фурье (ОДПФ), блок 5 добавления защитного интервала (БДЗИ), преобразователь числового массива во временную последовательность (ПЧМВП) 6, формирующий фильтр (ФФ) 7, блок 8 согласования (БС), генератор настроечной последовательности (ГНП) 9, блок 10 опорных частот (БОЧ), входной блок (ВБ) 11, блок 12 автоматической регулировки усиления (АРУ), блок 24 преобразователей частоты (БПЧ), буферный запоминающий блок 13 (БЗБ), вычислитель разностной мощности несигнального тона 25 (ВРМНТ), блок 15 дискретного преобразования Фурье (ДПФ), блок 22 вычисления аргумента и поворота фазы (БВАПФ), блок 26 задания интервала ортогональности (БЗИО), формирователь 27 отсчетов несущих со смещенными частотами (ФНСЧ), блок 28 формирования начального адреса при тестировании символьной синхронизации (БФНАСС), блок 29 накопления и усреднения (БНУ), блок 30 вычисления среднего набега фазы (ВСНФ), блок 31 цифровых синтезаторов частот (ЦСЧ), блок 32 определения оптимальных положений частотной и символьной синхронизации (БОПЧСС), блок 20 вычисления информативного приращения фазы (БВИПФ), блок 21 оценки значений символов и эталонной фазы (БОЗС), блок 33 вычисления разностной мощности и усреднения (БВРМ), реверсивный счетчик (PC) 34 и блок 16 управления (БУ), причем первый вход коммутатора 1 соединен со входом передатчика модема, второй вход этого коммутатора подключен к генератору настроечной последовательности 9, третий вход коммутатора 1 соединен с первым выходом БУ 16, третьим входом блока 31 цифровых синтезаторов частот, первым входом блока 28 формирования начального адреса, вторыми входами блока 29 усреднения и блока 32 определения оптимальных положений частотной и символьной синхронизации; выход коммутатора 1 подключен ко входу кодера 2, выход кодера 2 связан со входом буферного накопителя 3, выход буферного накопителя 3 соединен со входом блока 23 распределения и формирования кадров, выход которого подключен ко входу блока 4 вычисления ОДПФ, выход блока 4 вычисления ОДПФ связан со входом блока 5 добавления защитного интервала 5, выход которого соединен с первым входом преобразователя числового массива во временную последовательность 6, второй вход которого связан с первым выходом БОЧ 10, со вторыми входами формирующего фильтра 7 и входного блока 11, с четвертым входом буферного запоминающего блока 13, третьим входом блока 26 задания интервала ортогональности и первым входом блока 31 цифровых синтезаторов частот, выход преобразователя числового массива во временную последовательность 6 подключен к первому входу формирующего фильтра 7, выход которого соединен со входом блока 8 согласования, выход блока согласования связан со входом канала; выход канала связи подключен к первому входу входного блока 11, выход которого соединен со входом АРУ 12, выход АРУ связан с первыми входами блока 24 преобразователей частоты и коммутатора 19, второй вход блока 24 подключен к выходу блока 31 цифровых синтезаторов частот, выход блока 24 преобразователей частоты соединен с первым входом буферного запоминающего блока 13, второй вход которого связан с выходом второго коммутатора 14, третий вход буферного запоминающего блока 13 подключен ко второму выходу блока управления 16; первый и второй выходы буферного запоминающего блока 13 соединены соответственно с первым входом вычислителя разностной мощности несигнального тона 25 и третьим входом блока 15 ДПФ, второй вход вычислителя разностной мощности несигнального тона 25 связан с выходом блока 28 формирования начального адреса при тестировании символьной синхронизации, третий вход вычислителя разностной мощности несигнального тона 25 соединен с третьим входом блока 29 накопления и усреднения и четвертым выходом блока управления 16; четвертый вход вычислителя 25 разностной мощности несигнального тона подключен к четвертому входу блока 29 накопления и усреднения, третьему входу блока 28 формирования начального адреса при тестировании символьной синхронизации и второму выходу БОЧ 10, первый выход вычислителя разностной мощности несигнального тона 25 связан с первым входом блока 29 накопления и усреднения, второй выход вычислителя 25 соединен с первым входом коммутатора 14, второй вход коммутатора 14 подключен к пятому выходу БУ 16 и второму входу блока ДПФ 15, третий вход коммутатора 14 связан с первым выходом блока ДПФ 15, первый вход блока 15 ДПФ соединен с пятыми входами блока 28 формирования начального адреса при тестировании символьной синхронизации и блока 29 накопления и усреднения, первым входом блока 26 задания интервала ортогональности и третьим выходом блока 32 определения оптимальных положений частотной и символьной синхронизации, второй выход блока ДПФ 15 подключен к первому входу блока 22 вычисления аргумента и поворота фазы, третий выход блока ДПФ 15 соединен с четвертым входом блока 33 вычисления разностной мощности и усреднения, второй вход блока 22 вычисления аргумента и поворота фазы связан с выходом блока 30 вычисления среднего набега фазы, выход блока 22 вычисления аргумента и поворота фазы подключен к первому входу блока 20 вычислителей информативного приращения фазы, второй вход блока 26 задания интервала ортогональности соединен с третьим выходом БОЧ 10, вторыми входами блока 28 формирования начального адреса при тестировании символьной синхронизации, блока 21 оценки значений символов и эталонной фазы и пятым входом блока 33 преобразования частоты, выход блока 26 задания интервала ортогональности связан со вторыми входами коммутаторов 17, 18 и 19, вход формирователя 27 отсчетов несущих со смещенными частотами подключен к выходу реверсивного счетчика 34 и второму входу блока 31 цифровых синтезаторов частот, первый и второй выходы формирователя отсчетов несущих со смещенными частотами 27 соединены с первыми входами соответственно коммутаторов 17 и 18, четвертый вход блока 28 формирования начального адреса при тестировании символьной синхронизации связан с третьим выходом блока управления 16; шестой вход блока 29 накопления и усреднения подключен ко второму выходу блока 32 определения оптимальных положений частотной и символьной синхронизации; первый и второй выходы блока 29 усреднения соединены соответственно с первым и третьим входами блока 32 определения оптимальных положений частотной и символьной синхронизации; первый вход блока 30 вычисления среднего набега фазы связан с третьим выходом блока 31 оценки значений символов и эталонной фазы, второй вход блока 30 вычисления среднего набега фазы подключен к выходу блока 20 вычислителей информативного приращения фазы, соединенному с первым входом блока 21 оценки значений символов и эталонной фазы, выходы коммутаторов 17 и 18 связаны соответственно с третьим и вторым входами блока 33 вычисления разностной мощности и усреднения, второй вход блока 20 вычислителей информативного приращения фазы соединен со вторым выходом блока 26 оценки значений символов и эталонной фазы, первый выход которого является выходом модема, выход коммутатора 19 связан с первым входом блока 33 вычисления разностной мощности и усреднения, первый и второй выходы блока 33 вычисления разностной мощности и усреднения подключены соответственно к последовательным входам сложения 3 и вычитания 4 реверсивного счетчика 34, первый и второй входы параллельной записи кода которого соединены соответственно с первым и четвертым выходами блока 32 определения оптимальных положений частотной и символьной синхронизации.Known parallel radio modem [5], the closest to the proposed invention. The structural diagram of this device is shown in figure 1. Note that in order to enable the identification of significant distinguishing features of the claimed object, Fig. 1 shows a functional diagram of the device constructed in strict accordance with the description in the text of [5] of the principles of implementation and interaction of the individual nodes of this device. The presented functional diagram is more complete and detailed than in FIGS. 12-17 of the aforementioned work [5]. The radio modem contains five switches (CM) 1, 14, 17, 18 and 19, an
Работа устройства осуществляется следующим образом. Подлежащие передаче данные поступают на первый вход коммутатора 1, на второй вход которого подается цифровой сигнал с выхода генератора настроечной последовательности 9. На третий вход коммутатора 1 с первого выхода блока 22 управления подается сигнал, изображенный на строке в временной диаграммы, представленной на фиг.2. Как будет показано ниже, в процессе работы модема можно выделить 2 режима (цикла): режим вхождения в связь (1-й цикл) и режим передачи данных (2-й цикл). В течение 1-го цикла под воздействием единичного уровня на управляющем входе 3 к выходу коммутатора 1 подключается выходной сигнал генератора настроечной последовательности 9, а в течение 2-го цикла («0» на входе 3) - подлежащие передаче данные. Выходной сигнал коммутатора поступает на вход кодера 2. В модеме предполагается использование дифференциальной многократной фазовой модуляции с квадратурной реализацией модулятора и демодулятора [6], возможно применение квадратурно-амплитудной модуляции. В кодере 2 последовательность символов данных разбивается на группы по q бит (значение q выбирается из условия применения 2q - кратной модуляции). Каждой из возможных m-разрядных двоичных кодовых комбинаций ставится в соответствие определенный фазовый сдвиг, выбираемый из ряда 0, ,…, ,…, . При этом i-й фазовый сдвиг φi может быть представлен на плоскости с помощью единичного радиус-вектора, образующего угол φi с осью абсцисс. Координаты этого вектора: абсцисса a сn (синфазная составляющая) и ордината a кв n (квадратурная составляющая). Анализируя состав образованной q-битной группы из поступивших данных, кодер 3 выбирает соответствующие группе данных значения a сn и a кв n и передает их в буферный накопитель 3. Отметим, что для дальнейшего описания работы схемы удобно ввести в рассмотрение комплексный сигнал:The operation of the device is as follows. The data to be transmitted is transmitted to the first input of the
содержащий одновременно информацию и об a сn и a кв n; при этом мнимая единица j в данном случае выполняет роль метки, отличающей квадратурную составляющую от синфазной. В буферном накопителе 3 осуществляется накопление NT последовательно поступающих на его вход символов сигнала , что необходимо для реализации параллельного способа передачи данных с использованием метода уплотнения с ортогонально-частотным разделением (OFDM - Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Для обеспечения высокой скорости передачи данных число параллельных подканалов, а следовательно, и число поднесущих в спектре сигнала должно быть большим. Однако такую систему сложно реализовать по классической схеме с числом модуляторов, равным числу несущих. Вместе с тем существует возможность выполнить операцию модуляции во всех подканалах одновременно с гораздо меньшими реализационными затратами на основе эффективных методов цифровой обработки сигналов, а именно вычисляя ОДПФ с использованием алгоритма ОБПФ [7]. Если N/2 символов модулирующего сигнала дополнить N/2 комплексно сопряженными символами containing both information about a cn and a q n ; in this case, the imaginary unit j in this case plays the role of a label that distinguishes the quadrature component from the in-phase component. In the
то после вычисления N-точечного ОДПФ получаем массив вещественных чисел:then after calculating the N-point ODFT, we get an array of real numbers:
Элементы массива {а k, k=0÷{N-1)} можно рассматривать как дискретные отчеты суммы выходов всех модуляторов параллельных каналов, взятые в моменты времени:The elements of the array { a k , k = 0 ÷ {N-1)} can be considered as discrete reports of the sum of the outputs of all modulators of parallel channels taken at time instants:
kΔt=kTopm/N,kΔt = kT opm / N,
где Тopm - длительность интервала ортогональности. Отметим, что размер ОДПФ N равен числу дискретных отсчетов модулированного сигнала на интервале ортогональности. Эффективное вычисление суммы (3) возможно с помощью алгоритма БПФ, при этом желательно, чтобы размер ОДПФ N был целой степенью числа 2. При этом число NT накопленных в узле 2 символов сигнала по разным соображениям [5, §3.3.2, 3.3.3] выбирается меньшим N/2, т.е.wherein T opm - the duration of the interval of orthogonality. Note that the size of the ODPF N is equal to the number of discrete samples of the modulated signal in the orthogonality interval. Efficient calculation of the sum (3) is possible using the FFT algorithm, while it is desirable that the size of the FFT N is an integer power of 2. Moreover, the number N T of 2 signal symbols stored in the node for various reasons [5, §3.3.2, 3.3.3] is chosen smaller than N / 2, i.e.
Это означает, что в передаваемом сигнале модема имеются неиспользуемые частоты. В блоке 23 производится дополнение NT накопленных блоком 3 символов до N/2 нулевыми значениями (соответствующими неиспользуемым частотам) и дополнение полученного массива еще N/2 символами , вычисляемыми по правилу (2). Сформированный таким образом N-точечный массив комплексных данных подается на вход блока 4. В блоке 4 формируется совокупность значений фигурирующих в сумме (3) комплексных экспонент . Эти сигналы образуются аналогично комплексному символу , задаваемому (1), в соответствии с формулой Эйлера:This means that there are unused frequencies in the transmitted modem signal. In
Реализация этой операции может быть выполнена таким образом: в запоминающем устройстве записаны N равноудаленных отсчетов периода гармонического колебания. Меняя адреса считываемых отсчетов в соответствии со значениями n и k, предписываемыми формулой (3) (или алгоритмом БПФ), и учитывая, что адреса отсчетов синусоиды задержаны на N/4 относительно адресов косинусоиды с той же фазой, получают значения колебаний, объединение которых в соответствии с (5) дает С использованием этих значений и отсчетов входного сигнала в соответствии с выражением (3) (либо непосредственно по этой формуле либо с использованием алгоритма БПФ) в блоке 4 осуществляется вычисление ОДПФ. В результате по окончании вычисления ОДПФ на выходе блока 4 получается массив из N действительных чисел, равных отсчетам последовательности a(kΔt)=a k, определяемой (3). В блоке 5 добавления защитного интервала длина этого массива увеличивается путем его циклического расширения до S=N+NЗИ отсчетов, где NЗИ - количество отсчетов, содержащихся в защитном интервале OFDM-символа длительностьюThe implementation of this operation can be performed as follows: N equidistant samples of the period of harmonic oscillation are recorded in the storage device. By changing the addresses of the read samples in accordance with the values of n and k prescribed by formula (3) (or the FFT algorithm), and taking into account that the addresses of the samples of the sine wave are delayed by N / 4 relative to the addresses of the cosine wave with the same phase, we obtain oscillation values, the combination of which in according to (5) gives Using these values and samples the input signal in accordance with expression (3) (either directly by this formula or using the FFT algorithm) in
где Δt - шаг дискретизации, определяемый соотношением (4).where Δt is the discretization step determined by relation (4).
Механизм формирования циклического расширения иллюстрируется фиг.3 и заключается в помещении копии NЗИ оконечных отсчетов выхода ОДПФ в начало OFDM-символа (формирование префикса).The mechanism of formation of the cyclic extension is illustrated in Figure 3 and consists in placing copies terminal N GI samples IDFT output symbols in the OFDM-top (formation of a prefix).
Наличие защитного интервала необходимо для устранения межсимвольной интерференции, обусловленной многолучевостью, вследствие которой первые NЗИ отсчетов очередного OFDM-символа оказываются искаженными и при демодуляции просто отбрасываются. Восстановление принятой информации осуществляется по N отсчетам исходной части символа OFDM (фиг.3) с использованием для демодуляции N-точечного ДПФ.The presence of a guard interval is necessary to eliminate intersymbol interference due to multipath, as a result of which the first N ZI samples of the next OFDM symbol turn out to be distorted and are simply discarded during demodulation. The restoration of the received information is carried out on N samples of the initial part of the OFDM symbol (Fig. 3) using N-point DFT for demodulation.
Выходной массив блока 5 добавления защитного интервала, содержащий S отсчетов, поступает на первый вход преобразователя числового массива во временную последовательность 6, на второй вход которого с первого выхода блока опорных частот 8 поступают импульсы частоты дискретизации (строка а временной диаграммы, изображенной на фиг.2):The output array of the guard
Выходной сигнал блока 6 поступает на формирующий фильтр (ФФ) 7, представляющий собой цифровой полосовой фильтр, который ограничивает спектр общего OFDM сигнала в соответствии с эффективной полосой пропускания телефонного канала. Выходной сигнал блока 7 поступает в блок согласования 8, где осуществляется цифроаналоговое преобразование и нормирование по уровню сформированного сигнала, после чего сигнал передается по каналу связи.The output signal of
Прежде чем приступить к описанию работы структурной схемы приемника модема, изображенной на фиг.1, отметим, что задачей приемника является демодуляция принимаемого сигнала OFDM. Она может достаточно просто решена на основе вычисления дискретного преобразования Фурье (ДПФ) с использованием алгоритмов БПФ [7]. Однако при этом необходимо наличие совершенной символьной синхронизации и устранение частотного сдвига, вносимого радиоканалом.Before proceeding with the description of the operation of the structural diagram of the modem receiver, shown in figure 1, we note that the task of the receiver is to demodulate the received OFDM signal. It can be quite simply solved based on the calculation of the discrete Fourier transform (DFT) using FFT algorithms [7]. However, this requires perfect symbol synchronization and the elimination of the frequency shift introduced by the radio channel.
Поскольку в KB модемах возможен значительный сдвиг частоты несущих передаваемого сигнала, который к тому же непрерывно изменяется во времени, оценка этого сдвига, необходимая для его устранения, обычно осуществляется в 2 этапа: вначале производиться грубая оценка, а затем точная. Таким образом, укрупненная структурная схема приемника модема имеет вид, показанный фиг.4 (в описании прототипа [5] она приведена на фиг.14). Обозначения узлов, приведенных фиг.4, расшифровываются следующим образом: ПЧ - преобразователь частоты, БВ - блок вычисления ДПФ.Since in KB modems a significant shift in the carrier frequency of the transmitted signal is possible, which also continuously changes over time, the estimate of this shift necessary to eliminate it is usually carried out in 2 stages: first, a rough estimate is made, and then an accurate one. Thus, the enlarged structural diagram of the modem receiver has the form shown in Fig.4 (in the description of the prototype [5] it is shown in Fig.14). The designations of the nodes shown in Fig. 4 are deciphered as follows: IF — frequency converter, BV — DFT calculation unit.
В процессе работы системы синхронизации обычно выделяют 2 этапа: первоначальная оценка синхропараметров, имеющая место на этапе вхождения в связь, и слежение за изменяющимися значениями синхропараметров, производимое в процессе работы модема.In the process of operation of the synchronization system, 2 stages are usually distinguished: the initial assessment of the sync parameters taking place at the stage of entering into communication, and the tracking of the changing values of the sync parameters made during the operation of the modem.
В устройстве-прототипе для установления символьной синхронизации используется метод «отстающего и опережающего окна», сущность которого иллюстрируется фиг.5.In the prototype device to establish symbolic synchronization, the method of “lagging and leading windows” is used, the essence of which is illustrated in Fig.5.
На фиг.5 показано временное расположение двух последовательно поступивших OFDM-символов, содержащих по S отсчетов принимаемого сигнала (верхняя строка), а также соответствующее правильно установленной символьной синхронизации среднее положение блока из N отсчетов OFDM-символа и 2 его смещенных на NЗИ/2 отсчетов положения, причем первое смещено в сторону опережения (опережающее окно), а второе - отставания (отстающее окно).Figure 5 shows the temporal location of two successively received OFDM symbols containing S samples of the received signal (upper line), as well as the average position of a block of N samples of the OFDM symbol and 2 shifted by N ZI / 2 corresponding to correctly established symbol synchronization position counts, the first shifted to the lead (leading window), and the second lagging (lagging window).
Как отмечалось при описании передатчика в передаваемом сигнале имеются тоны, не используемые для передачи данных. Положим, что один из таких тонов находится в подканале с номером n.As noted in the description of the transmitter, the transmitted signal contains tones that are not used for data transmission. Suppose that one of these tones is in the subchannel with number n.
Изображенная на фиг.5 ситуация характеризуется тем, что все отсчеты опережающего и отстающего окон принадлежат одному и тому же OFDM символу. При этом мощность n-го отсчета ДПФ, вычисленного по N отсчетам входного сигнала, входящим в опережающее окно, будет равна мощности n-го отсчета ДПФ, вычисленного по N отсчетам, принадлежащим отстающему окну. В итоге выходной сигнал узла вычитания УВ на фиг.5 будет равен нулю, что и говорит о наличии установленной символьной синхронизации. При нарушенной символьной синхронизации, отсчеты одного из окон выйдут за пределы одного OFDM-символа, баланс мощностей неиспользуемых отсчетов ДПФ, вычисленных на основе отстающего и опережающего окон, будет нарушен, и выходной сигнал узла вычитания будет отличен от нуля. Таким образом, по сигналу на выходе УВ можно судить о наличии символьной синхронизации.The situation depicted in FIG. 5 is characterized in that all the samples of the leading and lagging windows belong to the same OFDM symbol. In this case, the power of the nth DFT sample calculated from the N samples of the input signal included in the leading window will be equal to the power of the nth DFT sample calculated from N samples belonging to the lagging window. As a result, the output signal of the HC subtraction unit in FIG. 5 will be zero, which indicates the presence of established symbol synchronization. If the symbol synchronization is broken, the samples of one of the windows will go beyond one OFDM symbol, the power balance of the unused DFT samples calculated on the basis of the lagging and leading windows will be violated, and the output signal of the subtraction node will be nonzero. Thus, by the signal at the output of the HC, one can judge the presence of symbol synchronization.
Грубая оценка частотного сдвига в прототипе осуществляется методом, похожим на вышеописанный метод «опережающего» и «отстающего» окна, но реализуемым в частотной области. Идея метода иллюстрируется блок-схемой, представленной на фиг.6.A rough estimate of the frequency shift in the prototype is carried out by a method similar to the above-described method of “leading” and “lagging” windows, but implemented in the frequency domain. The idea of the method is illustrated in the flowchart shown in Fig.6.
Эта схема включает в себя 2 преобразователя частоты ПЧ1 и ПЧ2, осуществляющих перенос спектра входного сигнала на частоты соответственно Δƒ+ΔƒD и Δƒ-ΔƒD, где Δƒ - значение тестируемой величины частотной расстройки, а ΔƒD - девиация частотной расстройки, необходимая для реализации данного метода (в работе [5] рекомендуется выбирать ΔƒD=0,1ΔFOFDM, где ΔFOFDM - ширина полосы пропускания одного подканала при OFDM передаче).This circuit includes 2 frequency converters IF1 and IF2, which transfer the spectrum of the input signal to the frequencies Δƒ + Δƒ D and Δƒ-Δƒ D , respectively, where Δƒ is the value of the tested value of the frequency detuning, and Δƒ D is the deviation of the frequency detuning necessary for implementation of this method (in [5] it is recommended to choose Δƒ D = 0.1ΔF OFDM , where ΔF OFDM is the bandwidth of one subchannel during OFDM transmission).
Вычислению мощности, например, выбранного для установления синхронизации, n-го неинформационного отсчета ДПФ должно предшествовать его выделение, осуществляемое путем вычисления n-го отсчета ДПФ входного сигнала.The calculation of the power, for example, selected for establishing synchronization, of the nth non-informational count of the DFT should be preceded by its selection, carried out by calculating the nth count of the DFT of the input signal.
При нулевой частотной расстройке, мощности, вычисленные в нижней и верхней ветвях схемы, являются одинаковыми и на выходе узла вычитания УВ присутствует нулевой сигнал, при наличии ухода частоты баланс мощностей нарушается и знак выходного сигнала УВ указывает знак частотной расстройки.At zero frequency detuning, the powers calculated in the lower and upper branches of the circuit are the same and there is a zero signal at the output of the HC subtraction node, if there is a frequency drift, the power balance is violated and the sign of the HC output signal indicates the sign of the frequency detuning.
Идея выполнения точной оценки частотного сдвига основана на использовании решений о значении символа, переданного по i-му подканалу, и будет подробнее пояснена при описании реализации устройства-прототипа.The idea of making an accurate estimate of the frequency shift is based on the use of decisions on the meaning of the symbol transmitted over the i-th subchannel, and will be explained in more detail in the description of the implementation of the prototype device.
Необходимо отметить, что рассмотренный метод посимвольной синхронизации предполагает, что вносимый каналом частотный сдвиг спектра принимаемого сигнала полностью устранен. Аналогично иллюстрируемый на фиг.6 метод оценки частотного сдвига является корректным лишь при наличии установленной посимвольной синхронизации.It should be noted that the considered method of symbol-by-symbol synchronization assumes that the frequency shift of the spectrum of the received signal introduced by the channel is completely eliminated. Similarly illustrated in Fig.6, the method of estimating the frequency shift is correct only if there is a set of symbol-wise synchronization.
Вместе с тем, на этапе вхождения в связь оба названных условия не выполняются. В этой ситуации в прототипе реализуется алгоритм совместного оценивания посимвольной синхронизации и частотного сдвига, основанный на Nуср-кратном тестировании всех возможных сочетаний положений символьной синхронизации и значений частотного сдвига, усреднении и запоминании результатов и последующем отыскании оптимальных положений синхропараметров как координат ячейки таблицы с минимальным значением усредненного результата тестирования.However, at the stage of entering into communication, both of the above conditions are not satisfied. In this situation, in the prior art is realized joint estimation algorithm symbol by symbol synchronization and frequency offset based on the N -fold SPM testing all possible combinations of positions symbol timing and frequency offset values, and averaging the results and memorizing subsequent finding optimal positions sinhroparametrov as a table cell coordinates with the minimum value average test result.
Рассмотрим далее, как все изложенное реализуется в схеме прототипа, представленной на фиг.1.Let us further consider how all of the above is implemented in the prototype circuit shown in figure 1.
Сигнал, поступающий из канала связи, подается на первый вход входного блока 11, на второй вход которого с выхода БОЧ 10 подаются тактирующие импульсы, следующие с частотой дискретизации ƒd (строка а временной диаграммы фиг.2). В входном блоке 11 осуществляется фильтрация и аналого-цифровое преобразование. Далее отсчеты цифрового сигнала поступают на вход блока 12 АРУ, который нормализует уровень принимаемого сигнала. После этого отсчеты принятого цифрового сигнала s(kΔt) подаются на первый вход блока преобразователей частоты 24. Структурная схема блока 24 показана на фиг.7. Она представляет собой последовательное соединение преобразователя Гильберта ПГ и набора из Nчс параллельно включенных идентичных по построению преобразователей частоты ПЧ1, ПЧ2,…, ПЧNчс, где Nчc - число тестируемых на этапе вхождения в связь значений оценки частотного сдвига, вносимого каналом.The signal coming from the communication channel is fed to the first input of the
Необходимость параллельного включения такого большого числа преобразователей частоты обусловлена тем, что ввиду достаточно быстрого изменения во времени параметров радиоканала выбранный в прототипе алгоритм совместного оценивания посимвольной синхронизации и частотного сдвига, основанный на переборе всех возможных комбинаций и последующем усреднении, имеет практический смысл лишь в том случае, когда оценка всех тестируемых значений частотного сдвига выполняется одновременно. При этом в течение одной посылки OFDM символа появится возможность (при достаточном быстродействии выбранной элементной базы) оценки методом «отстающего» и «опережающего» окна всех Nпс тестируемых положений посимвольной синхронизации, и общее время вхождения в синхронизм будет определяться лишь числом Nуcp OFDM-посылок, на которых производится усреднение результатов тестирования. Попытка реализовать данный алгоритм путем последовательного тестирования разных значений частотного сдвига сделает данную процедуру бессмысленной, поскольку за время ее выполнения параметры канала изменятся столь существенным образом, что результат оценивания окажется недостоверным.The need for the parallel inclusion of such a large number of frequency converters is due to the fact that, due to a fairly rapid change in the parameters of the radio channel over time, the algorithm selected in the prototype for joint estimation of symbol-based synchronization and frequency shift based on enumerating all possible combinations and subsequent averaging makes practical sense only if when the evaluation of all tested values of the frequency shift is performed simultaneously. In this case, within one sending of the OFDM symbol, it will be possible (with sufficient speed of the selected element base) to evaluate by the “lagging” and “leading” window all N ps tested positions of symbol-by-symbol synchronization, and the total time of entering the synchronism will be determined only by the number N уcp OFDM- parcels on which the test results are averaged. An attempt to implement this algorithm by sequentially testing different values of the frequency shift will make this procedure pointless, since during its execution the channel parameters will change so significantly that the evaluation result will be unreliable.
Схема конкретной реализации i-го преобразователя частоты ПЧi представлена на фиг.8. Она включает в себя два перемножителя и узел сложения. Выходной сигнал ПЧi sΔωi (kΔt) описывается выражением:A diagram of a specific implementation of the i-th frequency converter i is shown in Fig. 8. It includes two multipliers and an addition node. The output signal of the IF i s Δωi (kΔt) is described by the expression:
где Сигналы cos ΔωikΔt и sin ΔωikΔt, поступающие на вторые входы перемножителей схемы фиг.8, подаются на входы блока 24 с соответствующих выходов блока 31 цифровых синтезаторов частот. Структурная схема блока 31 представлена на фиг.9 и включает в себя ключ K и Nчс цифровых синтезаторов частоты ЦСЧ1, ЦСЧ2,…, ЦСЧNчс. Отметим, что схема ЦСЧ1 несколько отличается от схем остальных ЦСЧi, i≠1, поэтому на фиг.10 отдельно изображена структура ЦСЧi, i≠1, а на фиг.11 - ЦСЧ1.Where The signals cos Δω i kΔt and sin Δω i kΔt supplied to the second inputs of the multipliers of the circuit of Fig. 8 are supplied to the inputs of
Как уже отмечалось, в процессе работы модема можно выделить 2 режима: режим вхождения в связь, в котором осуществляется первоначальная оценка синхропараметров и режим работы, в котором осуществляется прием передаваемых данных и необходимое для этого отслеживание изменений синхропараметров (положения посимвольной синхронизации и частотного сдвига), обусловленных изменением во времени параметров канала.As already noted, during the operation of the modem, two modes can be distinguished: the mode of entering into communication, in which the synchro-parameters are initially evaluated and the mode of operation, in which the transmitted data are received and the tracking of changes in the synchro-parameters (position of symbolic synchronization and frequency shift) necessary for this, due to a change in time of the channel parameters.
В режиме вхождения в связь по сигналу с первого выхода блока управления 22, поступающему на третий вход блока 31, открывается ключ К в схеме фиг.9, и импульсы с частотой дискретизации ƒd, подаваемые на первый вход блока 31 с первого выхода блока опорных частот 10, поступают на входы всех ЦСЧi, i=1÷Nчс. Функциональная схема одного узла ЦСЧi, i≠1 (фиг.10) включает в себя два ЗУ, в одном из которых записаны Nп отсчетов дискретизированного периода косинусоиды, а в другом - синусоиды. Адрес считываемого на k-м шаге дискретизации отсчета определяется кодом на выходе соответствующего сумматора, этот код представляет собой сумму по модулю Nп числа, зарегистрированного в регистре адреса (Рг Адр) и некоторого числа ΔNi, хранящегося в регистре Pг ΔNi, и определяющего частоту Δωi, считываемых с ЦСЧ; дискретизированных гармонических колебаний cos ΔωikΔt и sin ΔωikΔt. Значение ΔNi определяется из соотношения:In the mode of entering into communication by the signal from the first output of the
где Δƒi=Δωi/2π. Через элемент задержки ЭЗ (см. фиг.10) выходной код сумматора подается на вход схемы переписи кода (СПК), посредством которой с приходом на первый вход ЦСЧ 31 очередного импульса дискретизации переписывается в Рг Адр. Элемент задержки ЭЗ обеспечивает возможность считывания отсчетов ЦСЧ (до их изменения), подготовленных аналогичным образом на предыдущем шаге дискретизации, соответствующим ПЧi (см. фиг.7).where Δƒ i = Δω i / 2π. Through the delay element EZ (see Fig. 10), the output code of the adder is fed to the input of the code rewriting circuit (SEC), by means of which, with the arrival of the next sampling pulse at the first input of the
Отличие схемы ЦСЧ1, изображенной на фиг.11, от рассмотренной схемы заключается в том, что посредством коммутатора, управляемого поступающим на третий вход блока 31 сигналом с первого выхода блока управления 16, в течение первого режима работы модема к одному из входов сумматоров подключается выход регистра Рг ΔN1 (так же как и в схеме фиг, 10), а во втором режиме - выход реверсивного счетчика 34, связанный со вторым входом блока 31 синтезатора частот.The difference between the DSC 1 circuit shown in Fig. 11 and the considered circuit is that, through a switch controlled by the signal from the first output of the
Таким образом, в первом режиме работы модема на Nчс выходах блока 31 формируются Nчс вариантов дискретизированного выходного сигнала с устраненным в разной степени влиянием оцениваемого частотного сдвига, вносимого радиоканалом. Эти сигналы поступают через блок 24 преобразователей частот на Nчс входов Вх1,…, ВхNчс буферного запоминающего блока 13 (все они обозначены как первый вход). Функциональная схема буферного запоминающего блока 13 изображена на фиг.12. Она включает в себя Nчc идентичных буферных запоминающих узлов БЗУi… Блок-схема узла БЗУi показана на фиг.13, а алгоритм его работы - на фиг.14. Узел БЗУi изображенный на фиг.13, состоит из ЗУ1, содержащего S ячеек памяти, и ЗУ2, включающего 2 S ячеек. Для описания алгоритма работы БЗУi удобно в составе ЗУ2 выделить ЗУ2-1, включающее первые S ячеек памяти с адресами 0÷(S-1) и ЗУ2-2, включающее оставшиеся S ячеек с адресами S÷(2S-1). Процессами записи и считывания информации в БЗУi управляет узел управления УУ БЗУi. Поскольку форма реализации описываемого модема и входящих в его состав блоков предполагает использование программируемого многофункционального средства, на фиг.14 представлен алгоритм функционирования блока БЗУi, из которого становятся ясными функции, выполняемые узлом УУ БЗУi. В результате анализа сигнала, поступающего на третий вход буферного запоминающего блока 13 (фиг.12, фиг.13) со второго выхода блока управления 16 фиг.1 (см. строку д временной диаграммы работы устройства, изображенной на фиг.2), УУ БЗУi фиг.13 обеспечивает выполнение действий, предписываемых либо блоками 1 и 2 алгоритма фиг.14 (эти процедуры выполняются параллельно во времени) либо блоками 3 и 4 алгоритма фиг.14, реализуемыми последовательно во времени. Как видно из временной диаграммы, при этом в течение почти всей длительности TS=1/ƒS OFDM-символа (строка в диаграммы фиг.2) осуществляется считывание информации, зафиксированной в ЗУ2 и необходимой для тестирования различных положений посимвольной синхронизации, выполняемого в соответствии с описанным выше алгоритмом «отстающего» и «опережающего» окна (блок 1 алгоритма), и последовательная во времени запись в ЗУ1 новых отсчетов сигнала с выхода блока 10 преобразования частот, поступающих с частотой дискретизации ƒd (блок 2 алгоритма). Последовательность тактирующих запись импульсов с частотой ƒd подается на второй вход буферного запоминающего блока 13 фиг.1.Thus, in the first modem operation mode, at the N h outputs of
Для реализации использованного в данном устройстве и изложенного выше метода синхронизации необходимо на этапе вхождения в связь (т.е. в 1-м режиме работы модема) S раз в течение одного OFDM-символа обеспечить считывание N отсчетов, поступивших на буферный запоминающий блок 13 с блока 24 преобразования частоты сигнала, при этом начальный адрес каждой партии из N отсчетов должен последовательно инкрементироваться. Аналогичная ситуация имеет место и во втором (рабочем) режиме функционирования модема, в котором осуществляется слежение за оптимальным положением посимвольной синхронизации. Отличие от 1-го режима здесь состоит лишь в том, что число тестируемых положений может быть уменьшено с S вариантов до ±Nгр вокруг номинального (определенного в 1 цикле и в процессе предыдущего слежения).To implement the synchronization method used in this device and the above, it is necessary, at the stage of entering into communication (i.e., in the 1st mode of the modem), to read N samples received at the buffer storage unit 13 s S times during one
Задачу формирования начальных адресов считываемых партий отсчетов в прототипе выполняет блок 28 фиг.1 формирования начального адреса при тестировании символьной синхронизации, алгоритм работы которого представлен на фиг.15. Алгоритм запускается при включении модема. В алгоритме показано «начало» и отсутствует «конец», поскольку его выполнение прекращается лишь с выключением модема. На вход 1 блока 28 фиг.1 с первого выхода блока управления 16 подается сигнал, показанный на строке г временной диаграммы фиг.2, который равен 1 в течение длительности 1-го режима и 0 - в течение 2-го.The task of forming the starting addresses of the read batches of samples in the prototype is performed by
Таким образом, левая часть алгоритма фиг.15 иллюстрирует функционирование блока 28 формирования начального адреса при тестировании символьной синхронизации в режиме вхождения в связь, а правая - в рабочем режиме. На второй вход блока 28 с третьего выхода БОЧ 10 (фиг.1) подаются короткие единичные импульсы с частотой ƒS (частотой следования OFDM-символов), показанные на строке в временной диаграммы (фиг.2). Появление каждого импульса на втором входе блока 28 фиг.1 соответствует началу очередного цикла тестирования положения посимвольной синхронизации, осуществляемого в течение длительности OFDM-символа при положительном результате проверки условия Вх.2=1. При отрицательном результате этого анализа (Вх.2=0) с помощью блока 1 алгоритма (фиг.15) «NOP» или «нет операции» производится ожидание прихода очередного единичного импульса на втором входе блока 28. При этом в блоке 2 алгоритма фиг.15 обнуляется значение переменной СА (счетчик адреса), затем анализируется сигнал, поступающий на третий вход блока 28 с второго выхода БОЧ (строка б временной диаграммы фиг.2). Этот сигнал представляет собой последовательность двухуровневых прямоугольных импульсов типа меандр (то есть со скважностью равной 2). Частота следования этих импульсов ƒвх3 незначительно превышает ƒd:ƒвх3=1,3 ƒd, что позволяет за время, меньшее длительности OFDM-символа Тc=S/ƒd, выполнять S тестирований.Thus, the left part of the algorithm of Fig. 15 illustrates the operation of the start
В зависимости от того, какой из полупериодов описанного сигнала присутствует в данный момент на третьем входе блока 28 фиг.1 (в одном из полупериодов Вх.3=0, в другом - Вх.3=1), выполняется блок 3 или 4 алгоритма фиг.15. В каждом из этих блоков на первый выход блока 28 фиг.1 выдается значение начального адреса для тестирования в соответствии с правилом, иллюстрируемым фиг.5. Кроме того, вспомогательной переменной РОМ в каждом из блоков 3, 4 алгоритма фиг.15 присваивается значение, равное значению сигнала на Вх3. Это необходимо для того, чтобы с помощью последующего условного перехода (РОМ-Вх3=0) обеспечить ожидание момента смены сигналом на Вх.3 своего значения и сохранить неизменным в течение полупериода сигнала Вх3 начальное значение адреса на выходе. Процедура ожидания реализуется с помощью блока 5 алгоритма фиг.15. Далее в алгоритме осуществляется инкрементирование переменной СА и производится проверка количества тестирований. Если оно меньше предусмотренного числа тестов на данной посылке OFDM-символа Nпс=S, то вновь анализируется состояние Вх.3 и цикл повторяется. По окончании тестирования на очередном OFDM-символе (СА=-Nпс), вновь осуществляется проверка состояния сигнала на Вх1. По окончании первого цикла начинается второй, на Вх1 появляется «0» и работает правая часть алгоритма фиг.15. Напомним, что во втором цикле задачей блока 28 фиг.1 является формирование начальных адресов кадров из N отсчетов, извлекаемых из блока 13 фиг.1 в процессе тестирования положений посимвольной синхронизации, осуществляемого в рамках слежения за изменением параметров радиоканала в рабочем режиме. При этом первоначально осуществляется анализ состояния четвертого входа блока 28 фиг.1, на который с третьего выхода БУ 16 подается сигнал, изображенный на строке з временной диаграммы фиг.2 и представляющий собой короткие единичные импульсы, соответствующие началам допустимого интервала тестирования положений посимвольной синхронизации в рабочем режиме (строка ж временной диаграммы, фиг.2). Этот интервал во 2-м режиме начинается спустя время Δt после прихода очередного импульса с частотой ƒS и заканчивается на Δt раньше прихода последующего импульса ƒS. Блок 7 алгоритма «NOP» (фиг.15) используется для ожидания прихода очередного единичного импульса на вход 4 блока 28 фиг.1. Далее работа правой части алгоритма фиг.15 осуществляется аналогично его левой части, с той лишь разницей, что в блоке 8 алгоритма переменной СА присваивается значение:Depending on which of the half-periods of the described signal is currently present at the third input of
а для подсчета числа тестирований вводится дополнительная переменная СТ, инициализируемая в том же блоке 8 фиг.14 нулевым значением. На вход 5 блока 28 фиг.1 подается «оптимальный» начальный адрес, используемый для демодуляции кадра из N отсчетов ЗУ2 буферного запоминающего блока 13 фиг.1, который был определен в течение 1-го режима и предшествовавших шагов коррекции во 2-м режиме. В соответствии с правилом тестирования, иллюстрируемым фиг.5, для определения начального значения СА из него необходимо вычесть NЗИ/2, что и делается в блоке 8 алгоритма фиг.15. При слежении за оптимальным положением Nопт посимвольной синхронизации можно сузить диапазон тестирования по сравнению с режимом вхождения в связь, сохранив его в границах Nопт±Nгp. Поэтому начальное значения переменной СА вычисляется по формуле (10) (вычитание осуществляется по модулю S, что позволяет учесть случай, когда Nопт<Nгр). Очевидно, что при таком выборе начального значения СА для подсчета числа тестирований целесообразно ввести дополнительную переменную СТ.and to count the number of tests, an additional variable CT is introduced, initialized in the
В результате работы данного фрагмента алгоритма в течение временных интервалов, соответствующих единичным значениям сигнала на строке ж временной диаграммы фиг.2, на выходе блока 28 фиг.1 будут появляться начальные адреса кадров из N отсчетов, необходимых для тестирования положений посимвольной синхронизации в рабочем режиме.As a result of the operation of this fragment of the algorithm during time intervals corresponding to single signal values on line g of the time diagram of Fig. 2, the output addresses of
Формируемые на выходе блока 28 начальные адреса кадров из N отсчетов подаются на второй вход блока 25 вычислителей разностной мощности несигнального тона, структурная схема которого изображена на фиг.16. Схема включает Nчc параллельно включенных вычислителей разностной мощности несигнального тона ВРМНТi, первые входы которых, объединенные на схеме фиг.1 в один общий первый вход, связаны с выходами ЗУ2 соответствующих БЗУi буферного запоминающего блока, изображенного на фиг.12. Алгоритм функционирования отдельного блока ВРМНТi представлен на фиг.17. Очередной запуск этого алгоритма осуществляется импульсами, формируемыми изображенными на фиг.16 элементом И и схемой выделения фронта импульса СВФИ. Диаграммы сигналов на третьем и четвертом входах блока 25 (на входах схемы И фиг.16), выходе схемы И и выходе СВФИ представлены соответственно на строках ж, б, и и к временной диаграммы фиг.2.The initial frame addresses of N samples generated at the output of
Первый блок алгоритма (фиг.17) предписывает считывание с ЗУ2 БЗУi фиг.13 кадров из N отсчетов, начальный адрес которых поступает на второй вход блока 25 с выхода блока 28 фиг.1. Адреса последовательно считываемых отсчетов формируются изображенным на схеме фиг.16 формирователем адресов считываемых отсчетов (ФАСО) и подаются как на второй вход блока 13 через коммутатор 14 фиг.1, так и на второй вход каждого ВРМНТi (фиг.16). Последнее необходимо для синхронизации ячеек внутренней памяти ВРМНТi, принимающих значения считываемых отсчетов, с адресацией считывания.The first block of the algorithm (Fig. 17) prescribes the reading from
Во втором блоке алгоритма фиг.17 производится вычисление n-го отсчета ДПФ (что эквивалентно выделению n-го неиспользуемого для передачи тона), осуществляемое по N считанным отсчетам в соответствии с выражением:In the second block of the algorithm of Fig. 17, the n-th DFT sample is calculated (which is equivalent to the allocation of the n-th tone that is not used for transmission), carried out according to N readout samples in accordance with the expression:
В третьем блоке определяется мощность несигнального тона Pнс, рассчитываемая как:In the third block, the power of the non-signal tone P ns is calculated, calculated as:
На четвертый вход каждого блока ВРМНТi фиг.16 подается сигнал с выхода схемы И, иллюстрируемой строкой и временной диаграммы фиг.2. При этом, как видно из сопоставления строк и и к временной диаграммы, каждому нечетному запуску на четвертом входе соответствует наличие 1, а четному - 0. Поэтому при каждом нечетном запуске ВРМНТi будет выполняться левая ветвь алгоритма по условию Вх.4=0 фиг.17, что соответствует фиксации в Рг1 фиг.17 мощности отсчета ДПФ, вычисленного на основе «опережающего» окна (см. фиг.5), а при каждом четном - правая ветвь, фиксирующая аналогичный результат для «отстающего» окна и определяющая модуль разностной мощности, значение которого и выдается на выход 1i ВРМНТi. На фиг.16 выходы 1i всех ВРМНТi условно объединяются в первый выход блока 25, который изображен в виде шины на схеме фиг.1.At the fourth input of each block of BPMN i of FIG. 16, a signal is output from the output of circuit I, illustrated by a line and a timing diagram of FIG. 2. Moreover, as can be seen from the comparison of the lines and to the time diagram, each odd start at the fourth input corresponds to 1, and to even 0. Therefore, with each odd start of BPMN i, the left branch of the algorithm will be executed according to the condition Bx.4 = 0 of FIG. 17, which corresponds to the fixation in Pr1 of FIG. 17 of the DFT reading power calculated on the basis of the “leading” window (see FIG. 5), and for each even branch, the right branch fixing the same result for the “lagging” window and determining the difference power module whose value is
Выходной сигнал блока 25 фиг.1 поступает на вход блока накопления и усреднения 19, схема которого изображена на фиг.18. В состав блока 29 входят Nчc запоминающих и усредняющих узлов ЗУУi. Задачей каждого из этих узлов является запоминание и усреднение разностных мощностей, вычисленных в блоке 25 в первом цикле работы модема при Nчс разных значениях компенсируемого в блоке 24 (фиг.1) частотного сдвига, кроме того ЗУУi используется и во втором цикле работы модема для слежения за оптимальным положением посимвольной синхронизации. Алгоритм работы ЗУУi иллюстрируется фиг.19. Запуск данного алгоритма осуществляется передним фронтом сигнала, поступающего на третий вход блока 29 накопления и усреднения (входы 3i ЗУУi) и изображенного на строке ж временной диаграммы фиг.2.The output signal of
Как уже отмечалось, представленный на фиг.19 алгоритм реализуется в ЗУУ1, которое отличается от остальных ЗУУi тем, что используется и в 1-м и во 2-м режимах работы модема. Поэтому на второй вход этого узла (у остальных ЗУУi данный вход отсутствует) подается сигнал с первого выхода блока управления 16, изображенный на строке г временной диаграммы фиг.2 и содержащий информацию о том, какой из циклов работы имеет место. Сразу после запуска алгоритма ЗУУ1 проверяется условие Bx21=0 и по результатам проверки устанавливаются значения переменных Nфин и Na, определяющих количество символов (посылок) OFDM сигнала, на которых осуществляется усреднение (Nфин) и число тестируемых положений посимвольной синхронизации (Na). В ЗУУi при i≠1 данная проверка отсутствует и всегда устанавливает присущие 1-му режиму значение Nфин=Nуcp, Na=S.As already noted, the algorithm shown in Fig. 19 is implemented in the memory 1 , which differs from the rest of the memory i in that it is used in the 1st and 2nd modes of operation of the modem. Therefore, a signal from the first output of the
Далее осуществляется проверка условия М=0, где М - переменная, устанавливаемая в ноль либо по окончании цикла усреднения, либо при первоначальном включении модема (этот случай в алгоритме не показан). При выполнении условия М=0 осуществляется подготовка к новому циклу усреднения, заключающаяся в обнулении всех Na ячеек памяти ЗУУi; нулевой инициализации счетчика j усредняемых посылок, и установке в 1 значения М и сигнала на Вых2 (только для ЗУУ1). Далее в блоке 4 алгоритма фиг.19 обнуляется счетчик адреса ячеек памяти ЗУУi в которых хранятся усредняемые значения разностных мощностей. На входы 4i всех ЗУУi (i=1÷Nчс) подаются короткие единичные импульсы (строка л временной диаграммы фиг.2), формируемые конъюнктором и схемой выделения переднего фронта (СВПФ), изображенного в нижней части рисунка на фиг.18. На входы конъюнктора (третий и четвертый входы блока 29) поступают сигналы, изображенные на временной диаграмме (фиг.2, строки ж и б), при этом на выходе образуется сигнал, изображенный на строке и временной диаграммы. Отметим, что аналогичный сигнал имеет место и на выходе конъюнктора в схеме вычислителя разностной мощности несигнального тона (фиг.16). Однако в данном случае импульсы на выходе СВФИ (фиг.16) формируются не по каждому, а лишь по переднему фронту этого сигнала (строка л временной диаграммы фиг.2). В результате значения Вх4i=1 имеют место лишь в те моменты времени, когда на первом выходе блока 29 фиг.1 оказывается вычисленной разностная мощность «отстающего» и «опережающего» окон. Если условие Вх4i=1 не выполняется, с использованием блока 5 «NOP» («нет операции») в алгоритме фиг.19 реализуется ожидание прихода очередного импульса на Вх4i. Далее в блоке 6 алгоритма выполняется суммирование с накоплением в ячейке памяти с адресом СА (Рг(СА)), а затем в блоке 7 инкрементируется значение адреса СА. Выполнение операций блоков 6 и 7 алгоритма (фиг.19) циклически продолжается до тех пор, пока не будет изменено содержимое всех Nа ячеек памяти, что гарантируется проверкой условия CA<Na. Затем инкрементируется значение счетчика числа усреднений j. При достижении этой переменной значения Nфин (что говорит о том, что описываемый алгоритм уже запускался Nфин раз, т.е. цикл усреднения завершен), посредством блока 9 алгоритма устанавливаются значения М=0 и Вых2=0.Next, the condition M = 0 is checked, where M is a variable that is set to zero either at the end of the averaging cycle or when the modem is initially turned on (this case is not shown in the algorithm). When the condition M = 0 is fulfilled, preparation for a new averaging cycle is carried out, which consists in zeroing all N a memory cells of the memory i ; zero initialization of the counter j of averaged packages, and setting to 1 the value of M and the signal to Output2 (only for the memory 1 ). Next, in the
Сигналы с пятого и шестого входов (фиг.18), поступающие соответственно на входы 5i ЗУУi и на управляющий (нижний) вход коммутатора КМ (см. фиг.18), выдаются по окончании описанного цикла работы ЗУУi блоком 32 (фиг.1) и необходимы для подключения к первому выходу блока 29 определенных ячеек памяти (фиг.18).The signals from the fifth and sixth inputs (Fig. 18), respectively, received at
Наличие на втором выходе блока 29 накопления и усреднения нулевого сигнала говорит о том, что в ячейках этого блока зафиксирована информация, анализ которой позволит сделать вывод об оптимальных значении частотного сдвига и положении посимвольной синхронизации. Этот сигнал поступает на третий вход блока 32 определения оптимальных положений частотной и символьной синхронизации, алгоритм работы которого представлен на фиг.20, и запускает этот алгоритм. Задачей блока 32 является определение адреса ячейки памяти в блоке 29 с минимальным значением усредненной разностной мощности. По этому адресу в 1-м режиме устанавливаются оптимальные значения корректирующего частотного сдвига (по номеру i ЗУУi в блоке 29, которому принадлежит найденная ячейка) и положение посимвольной синхронизации (по номеру этой ячейки в ЗУУi). Во втором режиме, когда используется лишь ЗУУ1, определяется лишь адрес ячейки с минимальным содержимым в этом блоке, по которому корректируется положение посимвольной синхронизации. В блоке 1 алгоритма (фиг.20) контрольной переменной NK присваивается значение Nмах, заведомо большее максимально ожидаемого значения усредненной разностной мощности, кроме того, устанавливается 0 на выходе 4 блока 32 фиг.1. Затем анализируется состояние второго входа блока 32, на который с первого выхода БУ 16 подается сигнал, определяющий длительность 1-го режима (строка г временной диаграммы на фиг.2). В 1-м цикле (левое ветвление) в блоке 2 алгоритма (фиг.20) определяются значения переменных imax=Nчс и jmax=S, определяющих диапазон поиска ячейки с минимальным содержимым, а во 2-м цикле (правое ветвление), когда используется только первое ЗУУ1, в блоке 3 принимается jmax=2 Nгp<S, так как в режиме слежения границы поиска должны быть меньше, чем в режиме вхождения в связь. Затем в блоке 4 инициализируется единицей (так как нумерация ЗУУi в блоке 29 начинается с i=1) значение i. В блоке 5 алгоритма (фиг.20) на второй выход блока 32 фиг.1 подается значение i, которое, поступая на шестой вход блока 29, посредством коммутатора КМ (см. фиг.18) подключает к первому входу блока 32 выход ЗУУi. Далее в блоке 6 алгоритма инициализируется нулем (так как адресация ячееек памяти ЗУУi в блоке 29 начинается j=0) переменная j, а затем (блок 7 алгоритма) значение передается на третий выход блока 32 фиг.1. Поскольку третий выход блока 32 соединен через пятый вход блока 29 со входом адресации 5i ЗУУi (см. фиг.18), значение j определяет адрес ячейки памяти ЗУУi, подключаемой к первому входу блока 32. Таким образом, по окончании выполнения операции, предписываемой блоком 7 алгоритма (фиг.20), к первому входу блока 24 фиг.1 оказывается подключенным содержимое j-й ячейки памяти i-го ЗУУi. Далее осуществляется сравнение числа на первом входе (Вх1) с контрольной переменной NK, при Вх1<NK в блоке 8 алгоритма (фиг.20) переменной NK присваивается новое значение NK=Вх1, и переменными imin и jmin фиксируются значения i и j, при которых это событие имело место. Затем в блоке 9 алгоритма инкрементируется значение j, проверяется условие незавершенности цикла по j (j=jmax-1) и в 1-м режиме работы модема (Вх2≠0) аналогичные процедуры производятся с переменной i (блок 10 и проверка условия i=imax). Так реализуется алгоритм поиска ячейки памяти блока 29 фиг.1 с минимальным значением средней разностной мощности. По окончании процедуры поиска в блоках 11, 13 и 14 алгоритма (фиг.20) в 1-м режиме работы модема на первый, второй и третий выходы блока 32 фиг.1 соответственно выдаются значения ΔNi min (определяемое по формуле (9) при i=imin и соответствующее наилучшему компенсирующему частотному сдвигу), imin (определяющее наилучший компенсирующий частотный сдвиг), и вычисленное через jmin значение jj (определяющее начальный адрес Nна в ЗУ2 блока 13 среднего положения кадра из N отсчетов (см. фиг.5), соответствующий оптимальной посимвольной синхронизации). Затем в блоке 15 алгоритма (фиг.20) на четвертом выходе блока 32 (фиг.1) устанавливается 1. Это говорит о том, что определение ΔNmin (блок 11 алгоритма) завершено и значение, присутствующее на первом выходе, может быть переписано в блок 34 (фиг.1), что осуществляется по положительному фронту сигнала, поступающего на второй вход реверсивного счетчика с четвертого вывода блока 32. Значение ΔNmin на первый вход реверсивного счетчика подается с первого выхода блока 32 фиг.1. Во втором режиме (режиме слежения) с третьего выхода блока 32 фиг.1 передается определенный через jmin в блоке 12 алгоритма начальный адрес jj, соответствующий оптимальной посимвольной синхронизации. (Записанная в блоке 12 формула позволяет пересчитать jmin, определенное в диапазоне 0÷2 Nгp., в вычисляемое на данном этапе работы алгоритма значение jj, соответствующее диапазону 0÷S-1).The presence at the second output of the
Таким образом, посредством взаимодействия описанной совокупности блоков в прототипе решаются 2 задачи: первоначальная оценка синхропараметров на этапе вхождения в связь (1-й режим) и слежение за оптимальным положением посимвольной синхронизации в процессе работы модема (2-й режим). Как отмечалось выше, для правильной демодуляции принятых данных необходимо в процессе работы модема (2-й режим) также обеспечить слежение за величиной вносимого каналом частотного сдвига.Thus, through the interaction of the described set of blocks in the prototype, 2 problems are solved: the initial assessment of the sync parameters at the stage of entering into communication (1st mode) and tracking the optimal position of symbol-by-symbol synchronization during the modem's operation (2nd mode). As noted above, for the correct demodulation of the received data, it is necessary in the process of the modem operation (2nd mode) to also monitor the magnitude of the frequency shift introduced by the channel.
Данное слежение, реализуемое на основе метода, иллюстрируемого фиг.6, осуществляется с использованием блоков 26, 27, 17, 18, 19, 33 и 34 схемы, изображенной на фиг.1.This tracking, implemented on the basis of the method illustrated in Fig.6, is carried out using
В блоке 26 задания интервала ортогональности с использованием поступающего на его первый вход определенного в блоке 32 начального адреса Nна, соответствующего оптимальной посимвольной синхронизации, осуществляется формирование временного интервала, в течение которого на вход приемника поступают отсчеты канального сигнала, сформированные в передатчике в течение интервала ортогональности.In the
Функциональная схема блока 26 задания интервала ортогональности показана на фиг.21. Значение Nнa, поступающее на первый вход, записывается в регистр адреса РА. На второй вход с БОЧ 10 поступают прямоугольные импульсы с частотой ƒd (строка а временной диаграммы фиг.2), а на третий вход - импульсы с частотой ƒS (строка в временной диаграммы фиг.2), каждый из которых устанавливает счетчик импульсов СИ в ноль. Каждый раз в момент накопления в СИ числа, равного Nна, срабатывает схема совпадения кодов ССК и устанавливает выходной RS-триггер в единичное состояние. При этом открывается ключ К, и импульсы поступают на вход делителя частоты (ДЧ) с коэффициентом деления N (напомним, что N - число импульсов с частотой ƒd, укладывающихся в интервале ортогональности). При появлении положительного фронта на выходе ДЧ посредством формирователя короткого импульса RS-триггер переводится в состояние «0» и тем самым закрывается ключ К. Таким образом на выходе триггера формируется сигнал, соответствующий синхронизированному интервалу ортогональности. Этот сигнал поступает на вторые (управляющие) входы коммутаторов (КМ) 17, 18 и 19 (фиг.1). На первый вход КМ 19 с выхода АРУ 12 поступают отсчеты принимаемого сигнала, а на первые входы КМ 17 и КМ 18 - отчеты несущих со смещенными частотами с первого и второго выходов формирователя отсчетов несущих со смещенными частотами 27, функциональная схема которого показана на фиг.22.A functional diagram of the orthogonality
Входящие в состав этой схемы цифровые синтезаторы частоты ЦСч1 и ЦСч2 имеют структуру, аналогичную показанной на фиг.9, с той лишь разницей, что роль Рг ΔNi на фиг.22 выполняют управляющие регистры УР1 и УР2. Коды NУР1 и NУР2, записанные в эти регистры, формируются с помощью сумматоров См1 и См2 и датчиков положительного и отрицательного приращений ±ΔND. При этом NУР1=ΔN-ΔND и NУР2=ΔN+ΔND, где ΔN - число, зафиксированное в реверсивном счетчике 29 (фиг.1) и соответствующее отслеженному в приемнике значению частотного сдвига, вносимого радиоканалом. В результате на первом и втором выходах блока 27 (выходах ЦСч1 и ЦСч2 фиг.22) появляются отсчеты опорных гармонических колебаний с частотами Δƒ±ΔƒD, необходимые для реализации алгоритма слежения за частотным сдвигом, иллюстрируемого фиг.6.The digital frequency synthesizers DSC1 and DSC2 included in this circuit have a structure similar to that shown in Fig. 9, with the only difference being that the role of Pr ΔN i in Fig. 22 is played by the control registers UR1 and UR2. Codes N UR1 and N UR2 recorded in these registers are generated using adders Sm1 and Sm2 and sensors of positive and negative increments ± ΔN D. In this case, N UR1 = ΔN-ΔN D and N UR2 = ΔN + ΔN D , where ΔN is the number recorded in the reverse counter 29 (Fig. 1) and corresponding to the value of the frequency shift introduced by the radio channel tracked in the receiver. As a result, at the first and second outputs of block 27 (outputs CSCh1 and CSCh2 of FIG. 22), reference harmonic oscillations with frequencies Δƒ ± Δƒ D appear, which are necessary to implement the frequency shift tracking algorithm illustrated in FIG. 6.
Выходные сигналы коммутаторов 19, 17 и 18 поступают на первый, второй и третий входы блока 33 вычисления разностной мощности и усреднения, функциональная схема которого представлена на фиг.23. В преобразователях частоты ПЧ1 и ПЧ2 осуществляется перенос спектра принимаемого сигнала на частоты Δƒ+ΔƒD и Δƒ-ΔƒD. В блоках БВДПФ1 и БВДПФ2 в соответствии с формулой (11) вычисляются n-е отсчеты ДПФ и этих сигналов (т.е. выделяется несигнальный тон). После этого в блоках вычисления мощности БВМ1 и БВМ2 по правилу (12) вычисляются мощности Р(Δƒ+ΔƒD) и Р(Δƒ-ΔƒD) смещенного по частоте несигнального тона, а в узле вычитания УВ в соответствии с алгоритмом, иллюстрируемым фиг.6, вычисляется разностная мощность РΔ=Р(Δƒ+ƒD)-Р(Δƒ-ƒD). В узле деления УД определяется нормированная разностная мощность РΔН=PΔ/Рcp, где Pcp - значение средней мощности сигнальных тонов, поступающих на четвертый вход блока 33 с блока 15 (фиг.1). В моменты времени, определяемые поступлением на пятый вход импульсов с третьего выхода БОЧ 10, следующих с частотой ƒS тактирования OFDM-символов, посредством схемы перелиси кода СПК в регистр Рг с выхода сумматора См записывается алгебраическая сумма числа, накопленного в Рг ранее, и поступающего с выхода УД значения PΔН. Таким образом, в регистре (Рг) осуществляется накопление суммарного значения разностной мощности (при включении модема Рг инициализируется нулем). В узле вычисления модуля (УВМ) определяется модуль числа, накопленного в Рг, который посредством схемы сравнения (СС) сравнивается с некоторым порогом Ny, выдаваемым датчиком «Ny» и задающим объем усреднения. При превышении выходным сигналом УВМ значения Ny СС выдает короткий импульс, поступающий на сигнальный вход коммутатора КМ. На управляющий вход этого узла поступает сигнал с анализатора знака (A3), определяющего знак числа, накопленного в Рг. В зависимости от уровня (ноль или единица) на выходе A3 коммутатор КМ подключает выходной импульс СС к первому выходу или второму выходу блока 33 фиг.1. Кроме того, через элемент задержки ЭЗ, обеспечивающий возможность четкого срабатывания A3 и КМ, выходной импульс СС сбрасывает регистр Рг в ноль. Сигналы с первого и второго выходов блока 33 поступают соответственно на третий и четвертый входы сложения и вычитания реверсивного счетчика 34 фиг.1 и корректируют тем самым хранящееся в нем значение ΔN1, определяющее частоту компенсируемого частотного сдвига радиоканала.The output signals of the
Демодуляция и оценка значений принятых символов, а также точное слежение за величиной вносимого радиоканалом частотного сдвига осуществляются в прототипе в результате взаимодействия блоков 15, 20, 21, 22 и 30 (фиг.1). Как известно [7], одновременная демодуляция во всех параллельных подканалах в системе с OFDM может быть выполнена путем вычисления ДПФ от совокупности N отсчетов {a k}, поступивших в течение интервала ортогональности. При этом вычисление n-го отчета ДПФ осуществляется по формуле (11), а всего таких образом вычисляется N отсчетов (при n=0÷N-1). Каждый из этих отсчетов представляется комплексным числом, реальная и мнимая чисти которого содержат информацию о синфазной а сп и квадратурной a кв n составляющих, переданных по данному подканалу. Для уменьшения реализационных затрат процедура вычисления ДПФ выполняется с использованием алгоритма быстрого преобразования Фурье (БПФ) [7]. Описанные операции в устройстве-прототипе реализуются в блоке ДПФ 15. На первый вход блока ДПФ с третьего выхода блока 32 фиг.1 подается значение начального адреса отсчета, зафиксированного в ЗУ2 блока 13 буферной памяти, соответствующего оптимальной посимвольной синхронизации. На второй вход блока с пятого выхода блока управления 16 подается сигнал, задающий временной интервал работы блока ДПФ (интервал ортогональности) и изображенный на строке е временной диаграммы на фиг.2 в виде прямоугольного единичного импульса. С приходом уровня «I» на второй вход блок ДПФ осуществляет последовательную во времени выдачу на первый выход адресов N отсчетов, хранящихся в ЗУ2 блока 13. Эти адреса представляют собой результат последовательной инкрементации (т.е. увеличения на 1) значения начального адреса, поступившего на первый вход. Формируемые таким образом адреса с первого выхода блока 15 через коммутатор 14, управляемый сигналом с пятого выхода БУ 16, поступают на второй вход блока 13, вследствие чего на его втором выходе появляются (и подаются на вход 3 блока ДПФ 15) необходимые для демодуляции (то есть вычисления ДПФ) отсчеты принятого сигнала. Отметим, что связь второго выхода блока 13 с третьим входом блока 15 на фиг.1 показана тонкой, а не составной линей потому, что передача информации по этому соединению осуществляется лишь во втором цикле работы модема, когда к первому выходу блока 13 оказывается подключенным лишь выход одного БЗУ1 (см. фиг.12). При этом составная линия показывает соединение нескольких выходов одного блока с несколькими соответствующими входами другого блока (например, соединение первого выхода блока 13 с первым входом блока 25).Demodulation and evaluation of the values of the received symbols, as well as accurate tracking of the magnitude of the frequency shift introduced by the radio channel are carried out in the prototype as a result of the interaction of
В блоке ДПФ 15 на основе считанных описанным образом N отсчетов принятого сигнала осуществляется вычисление ДПФ, производимое на основе алгоритма БПФ. Результаты вычисления ДПФ подаются на второй выход блока 15. Поскольку эти результаты представляют собой набор N комплексных чисел, второй выход блока 15 и ряд других аналогичных соединений на фиг.1 показаны составными линиями. Также в блоке ДПФ 15 по правилу (12) вычисляется мощность каждого сигнального тона, а затем определяется их среднее арифметическое значение, которое и представляет собой значение Pcp, подаваемое на третий выход блока ДПФ.In the
С второго выхода блока 15 комплексные значения отсчетов ДПФ, определяемые выражением (1), поступают на первый вход блока вычисления аргумента и поворота фазы БВАПФ 22. В этом блоке с каждым i-м отсчетом ДПФ (выходом i-го подканала в системе с OFDM при приеме n-го OFDM символа), последовательно выполняются две следующие операции:From the second output of
1) вычисляется его аргумент1) its argument is calculated
2) определяется уточненное значение аргумента символа φоi[n], в котором с доступной данному устройству точностью скорректировано влияние неотслеживаемого описанной выше инерционной системой слежения за частотным сдвигом набега фазы, обусловленного быстрым допплеровским изменением частоты в радиоканале. Коррекция осуществляется в соответствии с выражением:2) the refined value of the argument of the symbol φ оi [n] is determined, in which, with the accuracy of the device available, the influence of the untracked inertial tracking system described above for tracking the frequency shift of the phase incursion due to the fast Doppler frequency change in the radio channel is corrected. Correction is carried out in accordance with the expression:
где Δφcp[n-1] - среднее по всем принимаемым OFDM символам значение «быстрого» набега фазы, вычисленное на (n-1)-м OFDM такте в блоке вычисления среднего набега фазы ВСНФ 30, подаваемое на второй вход блока вычисления аргумента и поворота фазы 22.where Δφ cp [n-1] is the average over all OFDM symbols received the value of the “fast” phase shift calculated on the (n-1) th OFDM clock in the block for calculating the average phase shift of the
Величины φ0i[n], (i=1÷NT) являются выходным сигналом блока 22 фиг.1 и подаются на первый вход блока вычисления информативного приращения фазы БВИПФ 20. На второй вход этого блока со второго выхода блока оценки значений символов и эталонной фазы БОЗС 21 поступают вычисленные в этом блоке в предыдущем такте значения φЭТi[n-1], (i=1÷NT) эталонной фазы (т.е. фазы, определяемой целым числом использованных при кодировании в блоке 2 фазовых сдвигов, кратных 2π/2q, где q - кратность используемой фазовой модуляции). В блоке 20 фиг.1 оцениваются информативные приращения фазы Δφi[n] демодулированного сигнала в i-м подканале на n-м OFDM такте. Эти величины вычисляются как:The values of φ 0i [n], (i = 1 ÷ N T ) are the output signal of
Выходной сигнал блока 20 (совокупность величин Δφi[n], (i=1÷NT) подается на вход блока 21 оценки значений символов и эталонной фазы и на второй вход блока вычисления среднего набега фазы ВСНФ 30. Блок 21 включает в себя NT параллельно включенных идентичных узлов, каждый из которых имеет структурную схему, представленную на фиг.24. Сигнал, действующий на входе 1i i-го узла Δφi[n] поступает на вход узла оценки значений символов (УОЗС) (см. фиг.24). В этом узле осуществляется сопоставление величины Δφi[n] с фазовыми сдвигами, кратными 2π/2q. Выявленный в результате этого сопоставления эталонный фазовый сдвиг ΔφЭТi[n], наименее отличающийся от Δφi[n], и принимается за оценку истинного фазового сдвига, а соответствующие ему двоичные символы на выходе 1i УОЗС подаются на выход модема для дальнейшей обработки в декодере канала. Со второго выхода УОЗС на первый вход вычислителя значений эталонной фазы (ВЗЭФ) и на третий выход блока 21 (см. фиг.24) подается величина ΔφЭТi[n]. На второй вход ВЗЭФ с выхода регистра Рг подается задержанное на один OFDM-такт значение эталонной фазы ΔφЭТi[n-1] и в соответствии с выражением в узле ВЗЭФ вычисляется новое значение эталонной фазы, подаваемой далее на первый вход регистра Рг. Запись же этой величины в Рг (а следовательно, и выдача ее значения на выход 2i) осуществляется лишь в начале каждого OFDM-такта с приходом на второй вход регистра Рг коротких единичных импульсов с частотой ƒS (строка в временной диаграммы фиг.2). В результате на втором выходе БОЗС 21 формируется величина ΔφЭТi[n], в конечном итоге необходимая для формирования фигурирующей в (14) оценки «быстрого» допплеровского набега фазы Δφcp[n]. В качестве начального условия при n=0 в приемнике и передатчике может быть использовано ΔφЭТi[-1]=0.The output signal of block 20 (the set of values Δφ i [n], (i = 1 ÷ N T ) is fed to the input of
В блоке ВСНФ 30 (фиг.1) определяется среднее арифметическое Δφcp[n] фазовой ошибки Δi[n], вычисляемой как разность поступающих на его входы величин ΔφЭТi[n] и Δφi[n]:In the block VSNF 30 (figure 1), the arithmetic mean Δφ cp [n] of the phase error Δ i [n], calculated as the difference of the quantities Δφ ETi [n] and Δφ i [n] arriving at its inputs, is determined :
Значение Δφcp[n] задерживается на один OFDM такт и подается на выход блока 30 (фиг.1). Таким образом на второй вход блока 22 поступает величина Δφcp[n-1], которая и фигурирует в формуле (14).The value Δφ cp [n] is delayed by one OFDM clock cycle and is supplied to the output of block 30 (Fig. 1). Thus, the value Δφ cp [n-1], which appears in formula (14), is supplied to the second input of
Недостатком рассмотренного модема является низкая помехоустойчивость, обусловленная следующими обстоятельствами:The disadvantage of this modem is the low noise immunity due to the following circumstances:
1. Как видно из приведенного описания, точность первоначальной оценки канального частотного сдвига в данном устройстве определяется количеством параллельных каналов обработки информации, организованных в блоках 13, 24, 25 и 31. Так, для оценки с точностью до 1 Гц частотного сдвига в диапазоне ±100 Гц необходима организация 200 параллельных каналов. Реальный реализационный ресурс ограничивает возможность получения точной оценки частотного сдвига. Это усложняет условия функционирования инерционной системы слежения за частотным сдвигом: она должна обладать достаточно широкой полосой захвата. В результате в качестве такой системы используется устройство фазовой автоподстройки низкого порядка, не способное отслеживать флуктуации частотного сдвига, возникающие при связи между движущимися с изменяющимися скоростями объектами, что в конечном итоге снижает помехоустойчивость модема при работе в таких условиях.1. As can be seen from the above description, the accuracy of the initial estimate of the channel frequency shift in this device is determined by the number of parallel channels of information processing organized in
2. Критерий, на основании которого выявляется информация о степени подстроенности синхропараметров (как посимвольной синхронизации в методе «отстающего» и «опережающего» окна фиг.5, так и частотного сдвига в методе, иллюстрируемом фиг.6), базируется на сравнении мощностей, содержащихся в единственном отсчете ДПФ принимаемого сигнала, соответствующем несигнальному тону при тех или иных модификациях значений оцениваемых синхропараметров. При этом шум, действующий в канале, непосредственно влияет на получаемую таким образом информацию. Используемая в прототипе возможность уменьшения влияния шума за счет усреднения результатов анализа степени подстроенности синхропараметров является ограниченной, поскольку вследствие быстрого изменения во времени параметров радиоканала длительность усреднения не может быть выбрана достаточно большой. Вследствие этого ухудшается качество посимвольной синхронизации, а также снижается эффективность инерционной системы слежения за частотным сдвигом, что снижает помехоустойчивость модема.2. The criterion on the basis of which information is found on the degree of adjustment of the synchro-parameters (both symbol-wise synchronization in the “lagging” and “leading” window method of FIG. 5 and the frequency shift in the method illustrated in FIG. 6) is based on a comparison of the powers contained in a single sample of the DFT of the received signal corresponding to a non-signal tone with various modifications of the values of the estimated sync parameters. In this case, the noise acting in the channel directly affects the information obtained in this way. Used in the prototype, the ability to reduce the influence of noise due to averaging the results of the analysis of the degree of adjustment of the sync parameters is limited, because due to the rapid change in time of the parameters of the radio channel, the averaging time cannot be chosen sufficiently large. As a result of this, the quality of symbol-based synchronization is deteriorating, and the efficiency of the inertial tracking system for tracking the frequency shift is reduced, which reduces the noise immunity of the modem.
3. В процессе точного слежения за быстрым допплеровским сдвигом, осуществляемым посредством блоков 20, 21, 22 и 30 схемы, приведенной на фиг.1, коррекция фазы i-го принятого тона в соответствии с выражением (11) осуществляется за счет использования среднего по всем NT принятым тонам фазового сдвига Δφcp[n-1], вычисленного в узле 20. Ввиду того, что усредненное значение Δφcp не совпадает с конкретным значением фазового сдвига в отдельном i-м подканале, точность слежения за быстрым допплеровским сдвигом снижается, что тоже в конечном итоге ухудшает помехоустойчивость устройства.3. In the process of accurately tracking the fast Doppler shift carried out by
4. Вследствие неизбежной неидеальности синхронизации при наличии распространенной в радиоканалах мощной узкополосной сосредоточенной по спектру помехи (расположенной в полосе одного из подканалов системы с OFDM) ее мешающее влияние не только не позволит принять информацию в данном подканале (что может быть исправлено с помощью помехоустойчивого кода в декодере канала), но и окажется весьма существенным в других подканалах и приведет к неисправляемым ошибкам. Это также снижает помехоустойчивость устройства.4. Due to the inevitable non-ideality of synchronization in the presence of a powerful narrow-band interference concentrated in the radio channels (located in the band of one of the subchannels of the OFDM system), its interfering effect will not only prevent information from being received in this subchannel (which can be corrected using the noise-immunity code in channel decoder), but also turns out to be very significant in other subchannels and will lead to uncorrectable errors. It also reduces the noise immunity of the device.
В предлагаемом изобретении решается задача повышения помехоустойчивости модема. The present invention solves the problem of increasing the noise immunity of the modem.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении помехоустойчивости устройства, обусловленном более эффективной реализацией процедур первоначальной оценки и отслеживания вносимого каналом частотного сдвига и посимвольной синхронизации и принятия решений о значении принимаемых символов, а также устранением влияния сосредоточенной по спектру помехи, попадающей в полосу частот одного из параллельных подканалов, на сигналы, передаваемые по остальным подканалам.The technical result of the invention is to increase the noise immunity of the device, due to a more efficient implementation of the procedures for the initial assessment and tracking of the frequency shift introduced by the channel and symbol-by-symbol synchronization and decision-making on the meaning of the received symbols, as well as eliminating the influence of the spectrum-centered interference falling into the frequency band of one of the parallel subchannels, to signals transmitted over the remaining subchannels.
Указанный технический результат достигается тем, что в радиомодем, включающий четыре коммутатора, кодер, буферный накопитель, блок обратного дискретного преобразования Фурье, блок добавления защитного интервала, преобразователь числового массива во временную последовательность, формирующий фильтр, блок согласования, генератор настроечной последовательности, блок опорных частот, входной блок, блок автоматической регулировки усиления, буферный запоминающий блок, блок дискретного преобразования Фурье, блок вычислителей информативного приращения фазы, блок оценки значений символов и эталонной фазы и блок управления, причем первый вход первого коммутатора подключен ко входу передатчика модема, второй вход первого коммутатора соединен с выходом генератора настроечной последовательности, третий вход первого коммутатора связан с первым выходом блока управления, а выход первого коммутатора подключен ко входу кодера, выход которого соединен со входом буферного накопителя; выход блока обратного дискретного преобразования Фурье связан со входом блока добавления защитного интервала; выход блока добавления защитного интервала подключен к первому входу преобразователя числового массива во временную последовательность, второй вход которого соединен с первым выходом блока опорных частот, вторым входом формирующего фильтра, вторым входом входного блока, четвертым входом буферного запоминающего блока; выход преобразователя числового массива во временную последовательность связан с первым входом формирующего фильтра; выход блока согласования соединен с выходом передатчика модема, второй вход второго коммутатора подключен к пятому выходу блока управления и ко второму входу блока дискретного преобразования Фурье, третий вход второго коммутатора связан с первым выходом блока дискретного преобразования Фурье, выход второго коммутатора соединен со вторым входом буферного запоминающего блока, третий вход блока опорных частот подключен ко второму входу блока оценки значений символов и эталонной фазы; первый вход входного блока связан со входом приемника модема; второй выход блока управления соединен с третьим входом буферного запоминающего блока; третий вход блока дискретного преобразования Фурье связан с первым выходом буферного запоминающего блока; второй вход блока вычислителей информативного приращения фазы соединен со вторым выходом блока оценки значений символов и эталонной фазы, первый выход которого является выходом приемника модема, дополнительно введены блок распределения и формирования кадров с внесением избыточности, два сумматора, генератор пилот-сигнала, блок режекторных фильтров, узкополосный полосовой фильтр, два преобразователя частоты с комплексным выходом, блок накапливающих сумматоров, дециматор, блок накопления отсчетов и вычисления дискретного преобразования Фурье, анализатор частотного сдвига, фильтр, блок группирования, синхронизации и вычисления аргумента, формирователь частоты переноса спектра сигнала, блок вычисления и обработки синхросуммы, регистр адреса, фазовый дискриминатор посимвольной синхронизации, блок вычисления и анализа дисперсии мощности тонов, коммутационный блок и кодер-накопитель настроечной последовательности, причем выход буферного накопителя подключен ко входу блока распределения и формирования кадров с внесением избыточности, выход которого соединен со входом блока обратного дискретного преобразования Фурье, второй вход преобразователя числового массива во временную последовательность связан со входом генератора пилот-сигнала, первым входом блока управления, вторыми входами обоих преобразователей частоты с комплексным выходом, узкополосного полосового фильтра, блока режекторных фильтров и фильтра, третьим входом формирователя частоты переноса спектра сигнала и первым выходом блока опорных частот, выход формирующего фильтра подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с первым выходом генератора пилот-сигнала и третьим входом первого преобразователя частоты с комплексным выходом, выход первого сумматора связан со входом блока согласования, второй выход блока опорных частот подключен к вторым входам блока накапливающих сумматоров, дециматора, блока накопления отсчетов и вычисления дискретного преобразования Фурье и анализатора частотного сдвига, третий выход блока опорных частот соединен со вторыми входами формирователя частоты переноса спектра сигнала, регистра адреса, блока управления и блока оценки значений символов и эталонной фазы и четвертым входом блока группирования, синхронизации и вычисления аргумента, второй выход генератора пилот-сигнала связан с четвертым входом первого преобразователя частоты с комплексным выходом, выход входного блока подключен к первому входу блока режекторных фильтров, третий вход которого соединен с выходом блока вычисления и анализа дисперсии мощности тонов, выход блока режекторных фильтров связан со входом блока автоматической регулировки усиления, выход блока автоматической регулировки усиления подключен к первым входам узкополосного полосового фильтра и фильтра, выход узкополосного полосового фильтра соединен с первым входом первого преобразователя частоты с комплексным выходом, выход которого связан с первым входом блока накапливающих сумматоров, выход блока накапливающих сумматоров подключен к первому входу дециматора, выход дециматора соединен с первым входом узла накопления отсчетов и вычисления дискретного преобразования Фурье, первый выход которого связан с первым входом анализатора частотного сдвига, второй выход блока накопления отсчетов и вычисления дискретного преобразования Фурье подключен к третьему входу анализатора частотного сдвига, первый выход анализатора частотного сдвига соединен с четвертым входом формирователя частоты переноса спектра сигнала, а второй - с третьим входом блока управления, выход фильтра связан с первым входом второго преобразователя частоты с комплексным выходом, третий и четвертый входы которого подключены соответственно к первому и второму выходам формирователя частоты переноса спектра, выход второго преобразователя частоты с комплексным выходом соединен с первым входом третьего коммутатора, второй вход третьего коммутатора связан с шестым выходом блока управления, выход третьего коммутатора подключен к первому входу буферного запоминающего блока, первый выход буферного запоминающего блока связан с первым входом узла вычисления и обработки синхросуммы, второй выход буферного запоминающего блока подключен ко второму входу блока вычисления и обработки синхросуммы, первый вход второго коммутатора соединен с первым выходом блока вычисления и обработки синхросуммы, первый вход четвертого коммутатора соединен с третьим выходом блока вычисления и обработки синхросуммы, второй вход четвертого коммутатора связан с выходом второго сумматора, третий вход четвертого коммутатора подключен к третьему выходу блока управления, третьему входу блока вычисления и обработки синхросуммы и пятому входу формирователя частоты переноса спектра сигнала, выход четвертого коммутатора соединен с первым входом регистра адреса, первый вход блока дискретного преобразования Фурье связан со вторыми входами второго сумматора и фазового дискриминатора посимвольной синхронизации, четвертым входом блока вычисления и обработки синхросуммы и выходом регистра адреса, второй выход блока дискретного преобразования Фурье подключен к первому входу блока группирования, синхронизации и вычисления аргумента и входу блока вычисления и анализа дисперсии мощности тонов, третий выход блока дискретного преобразования Фурье соединен с пятым входом блока вычисления и обработки синхросуммы, второй вход блока группирования, синхронизации и вычисления аргумента связан с пятым выходом блока вычисления и обработки синхросуммы и первым входом формирователя частоты переноса спектра сигнала, третий вход блока группирования, синхронизации и вычисления аргумента подключен ко второму входу блока вычислителей информативного приращения фазы, выход блока группирования, синхронизации и вычисления аргумента соединен с первым входом блока вычислителей информативного приращения фазы, первый вход блока оценки значений символов и эталонной фазы связан с выходом коммутаторного блока, второй выход блока вычисления и обработки синхросуммы подключен к первому входу фазового дискриминатора посимвольной синхронизации, четвертый выход блока вычисления и обработки синхросуммы соединен с четвертым входом блока управления, первый вход второго сумматора связан с выходом фазового дискриминатора посимвольной синхронизации, выход блока вычислителей информативного приращения фазы соединен с первым входом коммутационного блока, второй вход коммутационного блока связан с выходом кодера-накопителя настроечной последовательности, третий вход коммутационного блока подключен к первому выходу блока управления, вход кодера-накопителя настроечной последовательности соединен с выходом генератора настроечной последовательности.The specified technical result is achieved by the fact that in the radio modem, which includes four switches, an encoder, a buffer drive, a block of the inverse discrete Fourier transform, a block for adding a guard interval, a numerical array converter in a time sequence forming a filter, a matching block, a tuning sequence generator, a reference frequency block , input unit, automatic gain control unit, buffer storage unit, discrete Fourier transform unit, informative computer calculator unit phase increment, a block for estimating the values of symbols and a reference phase, and a control unit, wherein the first input of the first switch is connected to the input of the modem transmitter, the second input of the first switch is connected to the output of the training sequence generator, the third input of the first switch is connected to the first output of the control unit, and the output the first switch is connected to the input of the encoder, the output of which is connected to the input of the buffer drive; the output of the inverse discrete Fourier transform block is connected to the input of the guard interval adding block; the output of the guard interval adding unit is connected to the first input of the numerical array converter into a time sequence, the second input of which is connected to the first output of the reference frequency unit, the second input of the shaping filter, the second input of the input unit, the fourth input of the buffer storage unit; the output of the numerical array converter into a time sequence is connected to the first input of the shaping filter; the output of the matching unit is connected to the output of the modem transmitter, the second input of the second switch is connected to the fifth output of the control unit and to the second input of the discrete Fourier transform unit, the third input of the second switch is connected to the first output of the discrete Fourier transform unit, the output of the second switch is connected to the second input of the buffer storage block, the third input of the block of reference frequencies is connected to the second input of the unit for evaluating the values of symbols and the reference phase; the first input of the input unit is connected to the input of the modem receiver; the second output of the control unit is connected to the third input of the buffer storage unit; the third input of the discrete Fourier transform block is connected to the first output of the buffer storage unit; the second input of the informative phase increment calculator block is connected to the second output of the symbol value and reference phase estimator, the first output of which is the output of the modem receiver, an additional block for distributing and generating frames with redundancy, two adders, a pilot signal generator, a block of notch filters, narrow-bandpass filter, two frequency converters with complex output, block accumulating adders, decimator, block of accumulation of samples and calculation of discrete conversion Fourier analyzer, frequency shift analyzer, filter, grouping, synchronization and argument calculation unit, signal spectrum transfer frequency shaper, clock sum calculation and processing unit, address register, phase-by-phase synchronization discriminator, tone power dispersion calculation and analysis unit, switching block and encoder a training sequence drive, the output of the buffer storage device being connected to the input of the distribution and framing unit with redundancy, the output of which is connected to the input ohm of the inverse discrete Fourier transform block, the second input of the numerical array converter into the time sequence is connected to the input of the pilot signal generator, the first input of the control unit, the second inputs of both frequency converters with a complex output, a narrow-band pass filter, a notch filter block and a filter, and a third input of the shaper the frequency spectrum of the signal spectrum and the first output of the block of reference frequencies, the output of the shaping filter is connected to the first input of the first adder, the second input to It is connected to the first output of the pilot signal generator and the third input of the first frequency converter with a complex output, the output of the first adder is connected to the input of the matching unit, the second output of the reference frequency unit is connected to the second inputs of the accumulating adders block, the decimator, the accumulation unit and the discrete conversion calculation Fourier and frequency shift analyzer, the third output of the reference frequency block is connected to the second inputs of the frequency spectrum shaper of the signal spectrum, address register, control unit lane and the unit for evaluating the values of symbols and the reference phase and the fourth input of the grouping unit, synchronizing and calculating the argument, the second output of the pilot signal generator is connected to the fourth input of the first frequency converter with a complex output, the output of the input unit is connected to the first input of the notch filter block, the third input which is connected to the output of the block for calculating and analyzing the dispersion of the power of tones, the output of the notch filter unit is connected to the input of the automatic gain control unit, the output of the automatic gain control is connected to the first inputs of the narrow-bandpass filter and filter, the output of the narrow-bandpass filter is connected to the first input of the first frequency converter with a complex output, the output of which is connected to the first input of the accumulator adders block, the output of the accumulator adders block is connected to the first input of the decimator, the output of the decimator connected to the first input of the sample accumulation and discrete Fourier transform calculation node, the first output of which is often connected to the first input of the analyzer shift, the second output of the block of accumulation of samples and the calculation of the discrete Fourier transform is connected to the third input of the frequency shift analyzer, the first output of the frequency shift analyzer is connected to the fourth input of the shaper of the frequency transfer of the signal spectrum, and the second to the third input of the control unit, the filter output is connected to the first the input of the second frequency converter with a complex output, the third and fourth inputs of which are connected respectively to the first and second outputs of the spec RA, the output of the second frequency converter with a complex output is connected to the first input of the third switch, the second input of the third switch is connected to the sixth output of the control unit, the output of the third switch is connected to the first input of the buffer storage unit, the first output of the buffer storage unit is connected to the first input of the calculation unit and processing the clock sum, the second output of the buffer storage unit is connected to the second input of the block computing and processing the clock sum, the first input of the second switch is connected to the first m is the output of the synchronization sum calculation and processing unit, the first input of the fourth switch is connected to the third output of the synchronization sum calculation and processing unit, the second input of the fourth switch is connected to the output of the second adder, the third input of the fourth switch is connected to the third output of the control unit, the third input of the synchronization calculation and processing unit and the fifth input of the frequency spectrum transfer former of the signal, the output of the fourth switch is connected to the first input of the address register, the first input of the discrete transform block Fourier transform is connected with the second inputs of the second adder and phase discriminator of symbol-based synchronization, the fourth input of the clock calculation and processing unit and the output of the address register, the second output of the discrete Fourier transform unit is connected to the first input of the grouping, synchronization and argument calculation block and the input of the dispersion calculation and analysis block power of tones, the third output of the discrete Fourier transform block is connected to the fifth input of the synchronization sum calculation and processing unit, the second input of the grouping block arithmetic, synchronization and calculation of the argument is associated with the fifth output of the synchrosum sum calculation and processing unit and the first input of the signal spectrum transfer frequency shaper, the third input of the grouping, synchronization and argument calculation unit is connected to the second input of the informative phase increment unit, the output of the grouping, synchronization and calculation unit the argument is connected to the first input of the block of calculators of the informative phase increment, the first input of the block for estimating the values of symbols and the reference phase is connected to the output m of the switching unit, the second output of the synchronization calculation and processing unit is connected to the first input of the phase discriminator of the symbol synchronization, the fourth output of the synchronization calculation and processing unit is connected to the fourth input of the control unit, the first input of the second adder is connected to the output of the phase symbol discriminator, the output of the informative calculator unit phase increment is connected to the first input of the switching unit, the second input of the switching unit is connected to the output of the drive encoder three-way sequence, the third input of the switching unit is connected to the first output of the control unit, the input of the encoder-storage of the training sequence is connected to the output of the generator of the training sequence.
Описание изобретения включает 38 фигур.The description of the invention includes 38 figures.
На фигуре 1 изображена функциональная схема устройства-прототипа.The figure 1 shows a functional diagram of a prototype device.
На фигуре 2 представлены временные диаграммы, иллюстрирующие работу прототипа. The figure 2 presents time diagrams illustrating the operation of the prototype.
На фигурах 3-24 приведены алгоритмы работы и функциональные схемы отдельных узлов, входящих в состав устройства-прототипа.In figures 3-24 shows the algorithms and functional diagrams of individual nodes that are part of the prototype device.
На фигуре 25 изображена функциональная схема предлагаемого изобретения.The figure 25 shows a functional diagram of the invention.
На фигуре 26 представлены временные диаграммы, иллюстрирующие работу предлагаемого изобретения.The figure 26 presents time diagrams illustrating the operation of the invention.
На фигурах 27-38 приведены алгоритмы работы и функциональные схемы отдельных узлов, входящих в состав предлагаемого изобретения.In figures 27-38 shows the algorithms and functional diagrams of individual nodes that are part of the invention.
Функциональная схема предлагаемого изобретения представлена на фиг.25. Она включает в себя четыре коммутатора (КМ) 1, 25, 27, 28, кодер 2, буферный накопитель (БН) 3, блок 4 распределения и формирования кадров с добавлением избыточности (БРФКИ), блок 5 вычисления обратного дискретного преобразования Фурье (ОДПФ), блок 6 добавления защитного интервала (БДЗИ), преобразователь 7 числового массива во временную последовательность (ПЧМВП), формирующий фильтр (ФФ) 8, два сумматора 9 и 33, блок 10 согласования (БС), генератор 11 настроечной последовательности (ГНП), блок 12 опорных частот (БОЧ), генератор 13 пилот-сигнала (ГПС), входной блок (ВБ) 14, блок 15 режекторных фильтров (БРФ), блок 16 автоматической регулировки усиления (АРУ), узкополосный полосовой фильтр (УПФ) 17, два преобразователя частоты с комплексным выходом (ПЧКВ) 18 и 24, блок 19 накапливающих сумматоров (БНС), дециматор 20, блок 21 накопления отсчетов и вычисления ДПФ (НОДПФ), анализатор 22 частотного сдвига (АЧС), фильтр 23, буферный запоминающий блок 26 (БЗБ), блок 29 дискретного преобразования Фурье (БПФ), блок группирования, синхронизации и вычисления аргумента (БГСВА) 30, блок 31 оценки значений символов и эталонной фазы (БОЗС), регистр адреса (РА) 32, формирователь 34 частоты переноса спектра сигнала (ФЧПСС), блок 35 вычисления и обработки синхросуммы (БВОС), фазовый дискриминатор посимвольной синхронизации (ФДПС) 36, блок 37 вычислителей информативного приращения фазы (БВИПФ), коммутаторный блок (КБ) 38, блок 39 управления (БУ), блок 40 вычисления дисперсии мощности тонов (БВДМТ), и кодер-накопитель настроечной последовательности (КННП) 41, причем первый вход коммутатора 1 соединен со входом передатчика модема, второй вход этого коммутатора связан с выходом ГНП 11 и входом КННП 41, третий вход коммутатора 1 соединен с первым выходом БУ 39 и третьим входом коммутаторного блока 38, выход коммутатора 1 связан со входом кодера 2, выход кодера 2 подключен ко входу БН 3, выход БН 3 соединен со входом БРФКИ 4, выход которого связан со входом ОДПФ 5, выход блока 5 подключен ко входу БДЗИ 6, выход БДЗИ 6 соединен с первым входом ПЧМВП 7, второй вход которого связан с первым выходом БОЧ 12, со входом ГПС 13, первым входом БУ 39, вторыми входами ВБ 14, БРФ 15, УПФ 17, ПЧКВ 18 и 24, ФФ 8, ПЧМВП 7, фильтра 23, третьим входом ФЧПСС 34 и четвертым входом БЗБ 26, выход ПЧМВП 7 подключен к первому входу ФФ 8, выход ФФ 8 подключен к первому входу сумматора 9, второй вход которого связан с первым выходом ГПС 13 и третьим входом ПЧКВ 18; выход сумматора 9 подключен ко входу блока 10 согласования, выход БС 10 соединен с выходом передатчика модема, второй выход БОЧ 12 связан со вторыми входами дециматора 20, блока 21 накопления отсчетов и вычисления ДПФ, АЧС 22 и БНС 19, третий выход БОЧ 12 подключен ко вторым входам БОЗС 31, ФЧПСС 34, PA 32, БУ 39 и четвертому входу БГСВА 30, второй выход ГПС 13 соединен с четвертым входом ПЧКВ 18, первый вход ВБ 14 связан со входом приемника модема, выход ВБ 14 подключен к первому входу БРФ 15, третий вход БРФ 15 соединен с выходом БВДМТ 40, выход БРФ 15 связан со входом АРУ 16, выход АРУ 16 подключен к первым входам УПФ 17 и фильтра 23, выход УПФ 17 соединен с первым входом ПЧКВ 18, выход ПЧКВ 18 связан соответственно с первым входом БНС 19, выход БНС 19 подключен к первому входу дециматора 20, выход дециматора 20 соединен с первым входом НОДПФ 21, первый выход которого связан с первым входом АЧС 22, второй выход блока 21 подключен к третьему входу АЧС 22, первый выход АЧС 22 соединен с четвертым входом ФЧПСС 34, второй выход АЧС 22 связан с третьим входом БУ 39, выход фильтра 23 подключен к первому входу ПЧКВ 24, третий и четвертый входы ПЧКВ 24 соединены соответственно с первым и вторым выходами ФЧПСС 34, выход ПЧКВ 24 связан с первым входом КМ 25, второй вход КМ 25 подключен к шестому выходу БУ 39, выход КМ 25 соединен с первым входом БЗБ 26, второй вход которого связан с выходом КМ 27, третий вход блока 26 подключен ко второму выходу БУ 39, первый выход блока 26 соединен с первым входом БВОС 35 и третьим входом ДПФ 29, второй выход БЗБ 26 связан со вторым входом БВОС 35, первый вход КМ 27 подключен к первому выходу БВОС 35, второй вход КМ 27 соединен со вторым входом ДПФ 29 и пятым выходом БУ 39, третий вход КМ 27 связан с первым выходом ДПФ 29, первый вход КМ 28 подключен к третьему выходу БВОС 35, второй вход КМ 28 соединен с выходом сумматора 33, третий вход КМ 28 связан с третьим выходом БУ 39, третьим входом БВОС 35 и пятым входом ФЧПСС 34, выход КМ 28 подключен к первому входу РА 32, первый вход ДПФ 29 соединен с выходом РА 32, вторыми входами сумматора 33 и ФДПС 36 и четвертым входом БВОС 35, второй выход ДПФ 29 связан с первым входом БГСВА 30 и входом БВДМТ 40, третий выход ДПФ 29 подключен к пятому входу БВОС 35, второй вход БГСВА 30 соединен с пятым выходом БВОС 35 и первым входом ФЧПСС 34, третий вход БГСВА 30 связан со вторым выходом БОЗС 31 и вторым входом БВИПФ 37, выход БГСВА 30 подключен к первому входу БВИПФ 37, первый вход БОЗС 31 соединен с выходом КБ 38, первый выход БОЗС 31 является выходом приемника модема, второй выход БВОС 35 связан с первым входом ФДПС 36, четвертый выход БВОС 35 подключен к четвертому входу БУ 39, шестой вход БВОС 35 соединен с четвертым выходом БУ 39, первый вход сумматора 33 связан с выходом ФДПС 36, выход БВИПФ 37 соединен с первым входом КМ 38, второй вход КБ 38 связан с выходом КННП 41.Functional diagram of the invention is presented in Fig.25. It includes four switches (CM) 1, 25, 27, 28, encoder 2, buffer storage (BN) 3, block 4 distribution and formation of frames with the addition of redundancy (BRFKI), block 5, the calculation of the inverse discrete Fourier transform (ODPF) , block 6 adding a protective interval (BDZI), a converter 7 of a numerical array into a time sequence (ППМВП), a forming filter (ФФ) 8, two adders 9 and 33, a block 10 matching (BS), the generator 11 training sequence (GNP), block 12 reference frequencies (BOC), the generator 13 pilot signal (GPS), the input unit (WB) 14, block 15 notch filters (BRF), block 16 automatic gain control (AGC), narrow-band pass filter (UPF) 17, two frequency converters with complex output (PCHC) 18 and 24, block 19 accumulating adders (BNS) , decimator 20, block 21 of the accumulation of samples and the calculation of the DFT (NADPF), the analyzer 22 frequency shift (ASF), filter 23, the buffer storage unit 26 (BZB), block 29 of the discrete Fourier transform (FFT), block grouping, synchronization and calculation of the argument (BGSVA) 30, block 31 of the evaluation of the values of the characters and the reference phase (BOS), p address histogram (RA) 32, signal spectrum transfer frequency shaper (FSPSS) 34, synchro sum calculation and processing unit (BBS) 35, phase-by-phase synchronizer (FPSS) 36, block informative phase increment calculators (BVIPF) 37, switch block (KB ) 38, control unit 39, control unit 40 for calculating the dispersion of power of tones (BVDMT), and a tuning sequence encoder storage device (KNNP) 41, the first input of switch 1 being connected to the input of the modem transmitter, the second input of this switch connected to the output of the GNP 11 and the input of KNNP 41, the third input of the switch 1 is connected to the first output of the BU 39 and the third input of the switch unit 38, the output of the switch 1 is connected to the input of the encoder 2, the output of the encoder 2 is connected to the input of the BN 3, the output of the BN 3 is connected to the input of the BRFKI 4, the output of which is connected to the input of the ODF 5, the output of block 5 is connected to the input of the BDZI 6, the output of the BDZI 6 is connected to the first input of the PCMVP 7, the second input of which is connected to the first output of the BOC 12, with the input of the GPS 13, the first input of the BU 39, the second inputs of the WB 14, BRF 15, UPF 17, ПЧКВ 18 and 24, ФФ 8, ПЧМВП 7, filter 23, third input ФППСС 34 and fourth input БЗБ 26, output ПММВП 7 is connected to the first input of ФФ 8, the output of ФФ 8 is connected to the first input of adder 9, the second input of which is connected with the first output of GPS 13 and the third input of ПЧКВ 18; the output of the adder 9 is connected to the input of the matching unit 10, the output of the BS 10 is connected to the output of the modem transmitter, the second output of the BOC 12 is connected to the second inputs of the decimator 20, the block 21 of the accumulation of samples and the calculation of the DFT, ASF 22 and BNS 19, the third output of the BOC 12 is connected to the second inputs of the BOZS 31, FCHPSS 34, PA 32, BU 39 and the fourth input of the BGSVA 30, the second output of the GPS 13 is connected to the fourth input of the PChV 18, the first input of the WB 14 is connected to the input of the modem receiver, the output of the WB 14 is connected to the first input of the BRF 15, the third input of the BRF 15 is connected to the output of the BVDMT 40, the output of the BRF 15 is connected to the input of the AR 16, the output of the AGC 16 is connected to the first inputs of the UPF 17 and the filter 23, the output of the UPF 17 is connected to the first input of the PCHF 18, the output of the PCHC 18 is connected respectively to the first input of the BNS 19, the output of the BNS 19 is connected to the first input of the decimator 20, the output of the decimator 20 is connected with the first input of NODPF 21, the first output of which is connected to the first input of ASF 22, the second output of block 21 is connected to the third input of ASF 22, the first output of ASF 22 is connected to the fourth input of FSPS 34, the second output of ASF 22 is connected with the third input of BU 39, output the filter 23 is connected to the first input PPCV 24, the third and fourth inputs ChKV 24 are connected, respectively, with the first and second outputs of FCHPSS 34, the output of FKHV 24 is connected to the first input of KM 25, the second input of KM 25 is connected to the sixth output of BU 39, the output of KM 25 is connected to the first input of BZB 26, the second input of which is connected to the output of KM 27, the third input of block 26 is connected to the second output of the control unit 39, the first output of block 26 is connected to the first input of the BVOS 35 and the third input of the DFT 29, the second output of the BZB 26 is connected to the second input of the BVOS 35, the first input of the KM 27 is connected to the first output of the BVOS 35 , the second input of KM 27 is connected to the second input of the DFT 29 and the fifth output of BU 39, the third KM 27 is connected to the first output of the DPF 29, the first input of KM 28 is connected to the third output of the BVOS 35, the second input of KM 28 is connected to the output of the adder 33, the third input of the KM 28 is connected to the third output of the BV 39, the third input of the BVOS 35 and the fifth input 34, the output of the KM 28 is connected to the first input of the RA 32, the first input of the DPF 29 is connected to the output of the RA 32, the second inputs of the adder 33 and the FDPS 36 and the fourth input of the BVOS 35, the second output of the DPF 29 is connected to the first input of the BGSVA 30 and the input of the BVDMT 40, the third output of the DFT 29 is connected to the fifth input of the BVOS 35, the second input of the BGSVA 30 is connected to the fifth output of the BVOS 35 and the first input of the FFPSS 34, the third input of the BSVSA 30 is connected to the second output of the BVPS 31 and the second input of the BVIPF 37, the output of the BSVS 30 is connected to the first input of the BVPS 37, the first input of the BPS 31 is connected to the output of KB 38, the first output of the BPS 31 is the output of the modem receiver the second output of BVOS 35 is connected to the first input of FDPS 36, the fourth output of BVOS 35 is connected to the fourth input of BU 39, the sixth input of BVOS 35 is connected to the fourth output of BU 39, the first input of adder 33 is connected to the output of FDPS 36, the output of BVIPF 37 is connected to the first input KM 38, the second input of KB 38 is connected to the output of KNNP 41.
Работа устройства осуществляется следующим образом. Подлежащие передаче данные поступают на сигнальный вход 1 коммутатора 1, на второй (сигнальный) вход которого подается цифровой сигнал с выхода генератора настроечной последовательности ГНП 11. Управление работой коммутатора осуществляется поступающим на его третий вход сигналом с первого выхода блока управления БУ 39, показанным на строке к временной диаграммы, представленной на фиг.26. В процессе вхождения в связь (1-й режим работы модема) к выходу коммутатора подключается настроечная последовательность (вход 2). В режиме передачи данных (2-й режим работы модема) сигнал «1» на третьем входе коммутатора КМ 1 обеспечивает подключение к его выходу подлежащих передаче данных, поступающих на первый вход. Выходной сигнал коммутатора КМ 1 подается на вход кодера 2. Так же как и в прототипе, в описываемом модеме предполагается использование дифференциальной многократной фазовой модуляции с квадратурной реализацией модулятора и демодулятора. При этом функции, построение и взаимодействие входящих в состав передатчика кодера 1 модема и буферного накопителя являются полностью такими же, как у одноименных узлов 2 и 3 устройства-прототипа, и подробно описаны выше (при описании прототипа).The operation of the device is as follows. The data to be transmitted is fed to signal
Блок распределения и формирования кадров с внесением избыточности 4 в принципе также выполняет те же функции, что и блок 23 в схеме фиг.1 устройства-прототипа, а именно:Block distribution and formation of frames with the introduction of
1) формирование из накопленной в БН 3 совокупности NT, информационных комплексных символов массива из N/2 комплексных чисел (при выполнении условия (4));1) the formation of the accumulated in
2) дополнение сформированного в п.1 N/2 - точечного массива до N-точечного дополнительными N/2 символами , формируемыми по правилу (2).2) addition of the N / 2-point array formed in
Однако в блоке 4 предлагаемого изобретения в отличие от блока 23 прототипа выполнение первой из двух перечисленных операций осуществляется несколько по-другому: не используемые вследствие условия (4) тоны заполняются не нулями (как в прототипе), а символами, дублирующими входящие в число NT информационные знаки. Таким образом, в передаваемый сигнал вносится избыточность: один информационный символ передается по двум (а возможно и более, в зависимости от соотношения NT и N) параллельным подканалам.However, in
Выполняемые функции, построение и взаимодействие блока вычисления ОДПФ 5, блока добавления защитного интервала 6, преобразователя числового массива во временную последовательность 7 и формирующего фильтра 8, посредством которых осуществляется дальнейшая обработка информации в передатчике модема, являются полностью такими же, как у однотипных узлов устройства-прототипа, и подробно изложены в описании прототипа.The functions performed, the construction and interaction of the
Отсчеты сигнала с выхода блока 8 поступают на первый вход сумматора 9. На второй вход этого сумматора с первого выхода генератора пилот-сигнала ГПС 13 подаются отсчеты сформированного гармонического колебания (пилот-сигнала) xпс(kΔt)=cos 2πƒпсkΔt, спектральная линия которого находится на частоте ƒпс вблизи нижней границы полосы пропускания телефонного канала и не перекрывается со спектром OFDM сигнала, сформированным фильтром 8. В сумматоре 9 производится сложение отсчетов, присутствующих на его первом и втором входах. Выходной сигнал сумматора подается на вход блока 10 согласования, в котором производится его цифро-аналоговое преобразование и нормирование по уровню. Выходной сигнал блока 10 передается в канал.The samples of the signal from the output of
Принимаемый сигнал с выхода канала связи поступает на первый вход входного блока 14, на второй вход которого с первого выхода блока 12 опорных частот подаются тактирующие импульсы, следующие с частотой дискретизации ƒd. В этом узле осуществляются фильтрация и преобразование непрерывного входного сигнала в цифровой, который затем поступает на первый вход блока режекторных фильтров (БРФ) 15. Функциональная схема этого блока показана на фиг.27.The received signal from the output of the communication channel is fed to the first input of the
Она включает в себя набор из N параллельно включенных фильтров РФi(i=1÷NT), каждый из которых настроен на подавление участка спектра входного сигнала в полосе частот i-го подканала. На второй вход блока режекторных фильтров 15 поступают импульсы, следующие с частотой ƒd, и тактирующие работу цифровых фильтров РФi(i=1÷NT). Выходы этих фильтров подключены ко входам коммутатора КМ (см. фиг.27), кроме того, один из входов КМ непосредственно соединен с первым входом блока 15. Управление коммутацией осуществляется сигналом, поступающим на третий вход блока, который формируется в блоке вычисления и анализа мощности тонов БВДМТ 40. Правила формирования этого сигнала и назначение режекторных фильтров будет пояснены ниже, пока же отметим, что в режиме вхождения в связь (1-м цикле работы модема) управляющий сигнал имеет значение, обеспечивающее коммутацию выхода блока 15 непосредственно с его первым входом.It includes a set of N parallel-connected RF filters i (i = 1 ÷ N T ), each of which is configured to suppress a portion of the spectrum of the input signal in the frequency band of the ith subchannel. The second input of the block of
Выходной сигнал блока 15 подается на вход АРУ 16, в котором нормализуется уровень принимаемого сигнала.The output signal of
Выходной сигнал АРУ yпр(kΔt) подается на первый вход узкополосного полосового фильтра 17, на второй вход которого поступают тактирующие импульсы с частотой ƒd. Полоса пропускания этого фильтра Δƒупф=2ƒчст ограничивается значениями ƒпс-ƒчст (нижняя граница) и ƒпс+ƒчст (верхняя граница), где ƒчст - абсолютное значение максимального предполагаемого частотного сдвига, вносимого радиоканалом. Отметим, что ƒупф<ƒв/2M, что позволит в дальнейшем осуществить М-кратную децимацию преобразованного символа. Кроме того, узкая полоса пропускания УПФ 17 способствует существенному уменьшению мощности флуктуационного шума. Посредством фильтра 17 из сигнала yпр(kΔt) выделяется пилот-сигнал имеющий частоту где ƒчс - значение канального частотного сдвига. Этот сигнал далее подается на первый вход преобразователя частоты с комплексным выходом ПЧКВ 18, функциональная схема которого показана на фиг.28.The AGC output signal y pr (kΔt) is supplied to the first input of a narrow-
Она включает в себя преобразователь Гильберта (ПГ), четыре перемножителя , узел сложения (УС) и узел вычитания (УВ). На второй вход этой схемы с первого выхода БОЧ 12 подаются импульсы с частотой ƒd, тактирующие работу ПГ. На третий вход с выхода 1 ГПС поступают отсчеты используемого в передатчике пилот-сигнала xпс(kΔt)=cos2πƒпсkΔt, а на четвертый вход - отсчеты находящегося с ним в квадратуре сигнал . Полагая сигналы и реальной и мнимой частями комплексного аналитического сигнала , а синфазный Sпс(kΔt) (на котором присутствует задержанный входной сигнал) и квадратурный выходы преобразователя Гильберта аналогичными составляющими сигнала , правило получения сигналов и на выходах ПЧКВ 18 можно описать выражениями (знак * означает комплексное сопряжение):It includes a Hilbert transducer (GH), four multipliers , the addition node (CSS) and the subtraction node (HC). The second input of this circuit from the first output of the
и and
В соответствии с этими выражениями и построена схема, приведенная на фиг.28.In accordance with these expressions and built the circuit shown in Fig.
Учитывая свойство частотного сдвига преобразования Фурье, заключающееся в том, что умножение сигнала на эквивалентно переносу спектра сигнала вниз на величину ƒпс, получаем, что выходной сигнал ПЧКВ 18Given the property of the frequency shift of the Fourier transform, namely, that the multiplication of the signal on equivalent to signal spectrum transfer down by ƒ ps , we get that the
можно рассматривать (без учета шума) как комплексную гармоническую последовательность с частотой, равной значению вносимого радиоканалом частотного сдвига ƒчс. Отметим, что величина ƒчс может быть как положительной, так и отрицательной, что скажется на знаке составляющей can be considered (excluding noise) as a complex harmonic sequence with a frequency equal to the value of the frequency shift introduced by the radio channel ƒ hs . Note that величина hs can be either positive or negative, which will affect the sign of the component
С выхода ПЧКВ 18 комплексный сигнал , содержащий синфазную Sƒчс и квадратурную составляющие, поступает на вход блока 19 накапливающих сумматоров, схема которого показана на фиг.29. Блок содержит два параллельно включенных накапливающих сумматора НС1 и НС2, на первые входы которых поступают отсчеты сигналов и .From
После накопления в каждом из сумматоров суммы М отсчетов с третьего входа блока 19 через элемент задержки ЭЗ на вторые входы узлов НС1 и НС2 поступает импульс, устанавливающий их в нулевое состояние. (Частота следования импульсов ƒДМ, поступающих на второй вход, связана с частотой дискретизации ƒв соотношением: ƒДМ=ƒd/M.) Наличие элемента задержки ЭЗ обеспечивает возможность считывания накопленных в НС1 и НС2 сумм перед их сбросом (обнулением). Используемые в блоке 19 накапливающие сумматоры можно рассматривать как нерекурсивные цифровые фильтры, с импульсной характеристикой h(kΔt) вида прямоугольного окна:After the accumulation in each of the adders of the sum of M samples from the third input of
Можно показать, что АЧХ такого фильтра при надлежащем выборе М имеет вид, при котором в области возможных значений вносимого радиоканалом частотного сдвига БНС 19 возникает лишь незначительное изменение (уменьшение) амплитуды поступающих на его вход дискретных гармонических составляющих и комплексного сигнала Вместе с тем, накопление сумм отсчетов приводит к усреднению наложенного на них аддитивного шума канала и тем самым способствует уменьшению его мешающего влияния, что в конечном итоге приводит к повышению помехоустойчивости предлагаемого устройства.It can be shown that the frequency response of such a filter with the appropriate choice of M has the form in which in the region of possible values of the frequency shift of the
Комплексный выходной сигнал БНС 19 поступает на первый вход дециматора 20, который состоит из двух коммутаторов с объединенными и подключенными ко второму входу управляющими входами. Поступающие на управляющий вход импульсы с частотой fдм обеспечивают считывание накопленных в этот момент в сумматорах блока 19 сумм путем подключения комплексного выхода этого блока к комплексному первому входу узла накопления отсчетов и вычисления НОДПФ 21. Таким образом осуществляется децимация с коэффициентом преобразования частоты М.The complex output signal of the
В блоке 21 в 1-м цикле работы модема осуществляется первоначальное накопление Nчс от счетов сигналов и которые можно рассматривать как реальную и мнимую части комплексного сигнала:In
где ΔtДМ=1/ƒДМ - шаг дискретизации после децимации. Значение Nчc выбирается из условия обеспечения необходимой абсолютной погрешности Δƒчс определения величины ƒчс частотного сдвига в радиоканале и рассчитывается как Nчс=2ƒчст/Δƒчс. По завершении первоначального накопления осуществляется вычисление ДПФ сигнала , для выполнения которого целесообразно использовать алгоритм БПФ. Далее в процессе работы модема на каждом такте ΔtДМ принимается новый отсчет сигнала поступающий на первый вход НОДПФ 21, и темсамым производится обновление одного значения накопленного массива, после чего вновь вычисляется его ДПФ.where Δt DM = 1 / ƒ DM is the sampling step after decimation. The value of N hs is selected from the condition of ensuring the necessary absolute error Δƒ hs of determining the value of ƒ hs of the frequency shift in the radio channel and is calculated as N hs = 2ƒ hh / Δƒ hs . Upon completion of the initial accumulation, the DFT signal is calculated , for the implementation of which it is advisable to use the FFT algorithm. Further, during the operation of the modem at each clock cycle Δt DM , a new signal count is received arriving at the first input of
Алгоритм работы блока 21 представлен на фиг.30. Запуск алгоритма осуществляется каждым импульсом с частотой ƒДМ, поступающим на второй вход. В начале осуществляется анализ значения переменной F - «флага первого прохождения». Поскольку при включении модема ее значение не инициализируется, первоначально F≠Fконтр и выполняется правая часть алгоритма (этап начального накопления). Начинается его выполнение с анализа значения еще одного флага - переменной F1. При первом запуске алгоритма условие F1≠F1контр выполняется, что дает возможность присвоить в блоке 5 алгоритма переменной i, посредством которой осуществляется подсчет накопленных отсчетов входного сигнала, нулевое значение. Кроме того, в блоке 5 алгоритма переменной F1 присваивается значение F1контр, после чего при последующих запусках алгоритма переменная i не инициализируется и сохраняет значение, равное номеру последнего введенного в НОДПФ 21 отсчета. В блоке 6 алгоритма фиг.30 осуществляется запись в соответствующие ячейки памяти входных отсчетов, а в блоке 7 ведется подсчет числа введенных отсчетов, и, кроме того, на втором выходе НОДПФ 21 поддерживается нулевое значение, свидетельствующее о том, что в данное время производится процесс первоначального накопления отсчетов. По завершении этого процесса (при i=Nна) в блоке 8 флагу переменной F присваивается значение F=Fконтр, а в блоке 9 производится вычисление ДПФ сигнала, отсчеты которого зафиксированы в массивах XRe и XIm, чем и заканчивается выполнение алгоритма. При следующих запусках в связи с выполнением условия F=Fконтр работает левая часть алгоритма (блоки 1-4). В блоке 1 инициализируется нулем переменная i цикла перезаписи содержимого ячеек памяти (блоки 2, 3) и на второй выход подается единица, свидетельствующая о том, что процесс первоначального накопления отсчетов завершен. По окончании цикла перезаписи в блоке 4 в первые ячейки массивов XRe и XIm записываются значения вновь поступившего на первый вход НОДПФ 21 отсчета комплексного сигнала, после чего в блоке 9 алгоритма опять вычисляется ДПФ.The operation algorithm of
Комплексные отсчеты ДПФ с первого выхода НОДПФ поступают на первый вход АЧС 22. В этом блоке на основе анализа вычисленного ДПФ осуществляется приближенное (с точностью, определяемой размером Nчс ДПФ) определение частотного сдвига ƒчс спектра сигнала, имеющего место в канале, а также формируется логический сигнал (выход 2), необходимый для синхронизации функционирования других узлов модема. Алгоритм работы АЧС 22 представлен на фиг.31. Запуск алгоритма осуществляется каждым импульсом, поступающим на второй вход с частотой ƒДМ. Алгоритм начинается с проверки условия Вх3=1, невыполнение которого говорит о том, что в блоке 21 (фиг.25) идет процесс первоначального накопления отсчетов и ДПФ еще не вычислено. Поэтому на втором выходе АЧС устанавливается «0» и выполнение алгоритма заканчивается. При положительном исходе проверки в блоке 1 алгоритма производится определение номера nmах отсчета ДПФ , имеющего наибольшую мощность . Далее в зависимости от выполнения условия nmax≤<Nчс/2 оценивается, положительной или отрицательной является величина частотного сдвига ƒчс и по формулам, приведенным в блоках 2 и 3 алгоритма (фиг.31), вычисляется ее алгебраическое значение. (Δƒчс=2ƒчст/Nчс - интервал между частотами соседних гармоник ДПФ). Далее проверяется условие F=Fконтр, невыполнение которого означает, что прохождение по основному телу цикла осуществляется первый раз и оценка ухода частоты в предыдущем такте ƒчс пред не выполнялась. В этом случае в блоке 4 алгоритма осуществляются присваивания ƒчс пред=ƒчс, F=Fконтр и на втором выходе АЧС 44 поддерживается нулевой уровень (блок 5 алгоритма фиг.31). В случае если F=Fконтр, производится проверка соотношения |ƒчс-ƒчс пред|<ƒпop, где ƒпор - пороговое значение, определяемое из соотношения частоты ƒДМ и предполагаемой скорости изменения частотного сдвига в радиоканале. При невыполнении этого условия делается вывод о том, что результат определения частотного сдвига в данном такте является ошибочным и он не фиксируется. Это позволяет снизить вероятность ошибочного приема символов в условиях импульсных помех и тем самым повышает помехоустойчивость модема. В том случае если данное условие выполняется, в блоке 7 алгоритма (фиг.31) вычисляется значение ΔNчс, которое нужно занести в качестве начального условия в соответствующий регистр ФЧПСС 34, чтобы с ее выхода считывать отсчеты гармонического колебания с частотой ƒчс. Величина ΔNчс определяется как:Complex DFT samples from the first output of the NODPF are fed to the first input of
ΔNчс=ƒчсΔt=ƒчс/ƒd.ΔN hs = ƒ hs Δt = ƒ hs / ƒ d .
После этого в блоке 7 алгоритма (фиг.31) на первый выход АЧС 22 выдается найденное значение ΔNчс; на втором выходе АЧС устанавливается единица (свидетельствующая о том, что процесс первоначальной оценки частотного сдвига завершен) и осуществляется переприсваивание ƒчс пред=ƒчс.After that, in
Достоинством предложенной системы первоначальной оценки канального частного сдвига (совокупность блоков 17-22 схемы, приведенной на фиг.25) является то, что требуемая точность оценки здесь может быть достигнута за счет выбора необходимого размера ДПФ, что не требует столь больших реализационных затрат, как в устройстве-прототипе. (При одном и том же уровне сложности реализации точность оценки в предложенном устройстве будет выше). Это позволяет снизить требование к ширине полосы захвата системы слежения за частотным сдвигом в рабочем режиме и использовать в этом качестве цифровую систему фазовой синхронизации 3-го порядка, позволяющую отслеживать флуктуации частотного сдвига, что в конечном итоге повышает помехоустойчивость модема.The advantage of the proposed system of the initial estimation of the channel partial shift (the set of blocks 17-22 of the circuit shown in Fig. 25) is that the required estimation accuracy can be achieved here by choosing the necessary DFT size, which does not require as much implementation costs as in prototype device. (With the same level of implementation complexity, the accuracy of the assessment in the proposed device will be higher). This allows you to reduce the requirement for the capture bandwidth of the frequency shift tracking tracking system in the operating mode and use a third-order digital phase synchronization system as such, which allows tracking frequency shift fluctuations, which ultimately increases the modem noise immunity.
Сигнал с второго выхода АЧС, показанный на строке г временной диаграммы предлагаемого устройства (см. фиг.26), поступает на третий вход БУ 39, на второй вход которого с третьего выхода БОЧ 12 поступают короткие импульсы с частотой ƒS=1/TS, где ТS - длительность OFDM-символа. С использованием этих сигналов на шестом выходе БУ формируется сигнал, изображенный на строке д временной диаграммы фиг.26, переход которого в единичное состояние осуществляется с приходом первого после аналогичного перехода на третьем входе БУ (строка в временной диаграммы фиг.26) импульса с частотой ƒS. Этот сигнал с шестого выхода БУ подается на второй (управляющий) вход КМ 25. Единица на втором входе коммутатора разрешает прохождение на первый вход БЗБ 26 комплексного выходного сигнала:The signal from the second output of the ASF, shown on line g of the timing diagram of the proposed device (see Fig. 26), is fed to the third input of the control unit 39, the second input of which from the third output of the
преобразователя частоты с комплексным выходом ПЧКВ 24. Схема ПЧКВ 24 полностью аналогична схеме ПКЧВ 18, изображенной на фиг.28. На первый вход блока 24 поступает выходной сигнал y(kΔt) цифрового фильтра 23, который удаляет пилот-сигнал из спектра выходного сигнала АРУ 16 (на второй вход фильтра 23 поступают тактирующие его работу импульсы с частотой ƒd. Эти же импульсы подаются на второй вход ПКЧВ 24 и тактируют работу входящего в его состав преобразователя Гильберта). На третий и четвертый входы ПЧКВ 24 с первого и второго выходов ФЧПСС 34 подаются отсчеты косинусоидального и синусоидального колебаний, частота которых равна оценке частотного сдвига, вносимого каналом связи. (В рассматриваемый момент работы устройства эта частота равна определенному в АЧС 22 значению ƒчс).a frequency converter with a
Таким образом начинается поиск оптимального положения посимвольной синхронизации. Прежде чем описывать функционирование и взаимодействие узлов, участвующих в этой процедуре, рассмотрим принцип, заложенный в основу этого поиска.Thus, the search begins for the optimal position of symbol-by-symbol synchronization. Before describing the functioning and interaction of the nodes involved in this procedure, we consider the principle underlying this search.
На фиг.32 показан временной интервал, равный двум длительностям OFDM-символа, взятый при отсутствии посимвольной синхронизации. На этом интервале полностью укладывается n-й OFDM символ, содержащий S отсчетов, и присутствуют части (n+1)-го и (n-1)-го символов (в сумме также содержащие S отсчетов). Если вычислить сумму вида:On Fig shows a time interval equal to two durations of the OFDM symbol, taken in the absence of symbol-by-symbol synchronization. On this interval, the nth OFDM symbol containing S samples is completely fit and there are parts of the (n + 1) th and (n-1) th symbols (in total also containing S samples). If you calculate the sum of the form:
то значение |-В(l)| будет максимальным в том случае, когда номер l начального отсчета в сумме (16) совпадает с номером начального отсчета изображенного на фиг.32 n-го OFDM-символа. Действительно, в этом случае сомножители, участвующие в формировании всех Nзи слагаемых суммы (16), принадлежат одному OFDM-символу и в соответствии с иллюстрируемым на фиг.3 правилом формирования OFDM-сигналов при отсутствии частотного сдвига, других канальных искажений и шума для них справедливо соотношение:then the value | -B (l) | will be maximum in the case when the number l of the initial reference in the sum (16) coincides with the number of the initial reference of the nth OFDM symbol shown in Fig. 32. Indeed, in this case, the factors involved in the formation of N communication terms of the sum (16) belong to the same OFDM-symbol and according to the rule illustrated in Figure 3 forming OFDM-signal in the absence of a frequency offset, channel distortions and other noise for their fair ratio:
При этом все слагаемые (16) являются действительными и имеют одинаковые знаки.Moreover, all terms (16) are valid and have the same signs.
Если же номер l таков, что начало суммирования не совпадает с началом полного OFDM символа, укладывающегося на временном интервале, изображенном на фиг.32, отдельные слагаемые суммы (16) являются комплексными и могут иметь разные знаки, поскольку составляющие их сомножители принадлежат разным OFDM-символам, вследствие чего значение модуля суммы (16) уменьшается.If the number l is such that the beginning of the summation does not coincide with the beginning of the full OFDM symbol falling within the time interval shown in Fig. 32, the individual summands (16) are complex and can have different signs, since the constituent factors belong to different OFDM- symbols, as a result of which the value of the modulus of the sum (16) decreases.
Наличие частотного сдвига ƒчс в радиоканале приводит к тому, что соотношение (17) изменяется следующим образом:The presence of a frequency shift ƒ hs in the radio channel leads to the fact that relation (17) changes as follows:
При этом выражение (16) трансформируется к виду:In this case, expression (16) is transformed to the form:
где Where
В результате свойство максимума модуля суммы (16) при l, соответствующем началу OFDM символа, сохраняется, кроме того, вычисляя аргумент накопленной суммы, можно получить информацию о значении частотного сдвига в канале:As a result, the property of the maximum modulus of the sum (16) at l corresponding to the beginning of the OFDM symbol is preserved, in addition, by calculating the argument of the accumulated sum, one can obtain information on the value of the frequency shift in the channel:
где ωчс=2πƒчс; NΔt<=Т; Т - интервал ортогональности.where ω hs = 2πƒ hs ; NΔt <= T; T is the interval of orthogonality.
Таким образом, задача посимвольной синхронизации сводится к вычислению в соответствии с (16) величины В(l) при всех и определении значения l, максимизирующего модуль функции B(l). При этом аргумент вычисленной суммы содержит информацию о мгновенном (на интервале OFDM-символа) значении вносимого каналом частотного сдвига. Преимуществом данного подхода по сравнению с реализованным в прототипе методом «отстающего» и «опережающего» окна заключается в том, что информация о значениях синхропараметров получается не на основе анализа одного отсчета, а по итогам накопления суммы отсчетов, что приводит к усреднению шума канала и в конечном итоге повышает помехоустойчивость модема. Дополнительное снижение влияния шума может быть достигнуто либо путем вычисления В(l) на нескольких OFDM-символах с последующим усреднением результатов (в режиме вхождения в связь) либо путем фильтрации выходного сигнала такого фазового дискриминатора в системе фазовой синхронизации.Thus, the task of symbol-by-symbol synchronization is reduced to calculating, in accordance with (16), the quantities B (l) for all and determining a value l maximizing the modulus of the function B (l). The argument of the calculated sum contains information about the instantaneous (in the interval of the OFDM symbol) value of the frequency shift introduced by the channel. The advantage of this approach compared to the “lagging” and “leading” window methods implemented in the prototype is that information on the values of the sync parameters is obtained not based on the analysis of one sample, but based on the results of the accumulation of the sum of samples, which leads to averaging of the channel noise in ultimately increases the noise immunity of the modem. An additional reduction in the influence of noise can be achieved either by calculating B (l) on several OFDM symbols with subsequent averaging of the results (in the communication mode) or by filtering the output signal of such a phase discriminator in a phase synchronization system.
Практическая реализация изложенного подхода в предлагаемом устройстве осуществляется в процессе взаимодействия буферного запоминающего блока БЗБ 26 и блока вычисления и обработки синхросуммы БВОС 35.The practical implementation of the above approach in the proposed device is carried out in the process of interaction of the buffer
Функциональная схема БЗБ 26 приведена на фиг.33. Она включает в себя два идентичный буферных запоминающих узла БЗУ 1 и БЗУ 2, предназначенных для запоминания, хранения и выдачи отсчетов действительной (БЗУ1) и мнимой (БЗУ2) частей комплексного сигнала . Функциональная схема каждого из этих блоков имеет вид, показанный на фиг.13, алгоритм их функционирования представлен на фиг.14. Сигнал, поступающий на третий вход БЗБ 26 с выхода 2 БУ 39, показан на строке е временной диаграммы фиг.26. Подробное описание схемы и алгоритма представлены при рассмотрении одноименных узлов (полностью идентичных БЗУ1 и БЗУ2) устройства-прототипа. Отметим лишь, что из анализа работы схемы и алгоритма можно заключить, что начиная со второго тактового периода OFDM сигнала после установления «1» на выходе 6 БУ 39 в ЗУ2 узлов БЗУ1 и БЗУ2 содержится 2S отсчетов, соответствующих длине двух OFDM-символов в ситуации, изображенной на фиг.32. При этом влияние частотного сдвига канала на значения этих отсчетов в значительной степени (определяемой точностью оценки сдвига в АЧС 22) устранено в ПЧКВ 24.
Процедура нахождения начального адреса n-го OFDM-символа (т.е. установления посимвольной синхронизации, см. фиг.32) в 1-м цикле работы модема (режиме вхождения в связь) реализуется в блоке 35 вычисления и обработки синхросуммы, алгоритм работы которого представлен на фиг.34.The procedure for finding the starting address of the nth OFDM symbol (i.e., establishing symbol-by-symbol synchronization, see Fig. 32) in the 1st modem operation cycle (communication mode) is implemented in the sync sum calculation and processing unit 35, the operation algorithm of which presented in Fig. 34.
Алгоритм запускается короткими единичными импульсами, формируемыми на четвертом выходе БУ 39 (строка з временной диаграммы фиг.26), поступающими на шестой вход БВОС 35. Как видно из диаграммы, эти импульсы задержаны во времени относительно импульсов на третьем выходе БОЧ 12, следующих с частотой ƒS=1/TS (строка в временной диаграммы фиг.26), на величину шага дискретизации Δt=1/ƒd. При этом поступление их на вход 6 БВОС начинается лишь после того как в АЧС 22 завершится формирование первой оценки частотного сдвига.The algorithm is triggered by short single pulses generated at the fourth output of the control unit 39 (
В начале алгоритма анализируется сигнал, поступающий на вход 3 БВОС 35 с третьего выхода блока управления 39. При включении модема (или при перезапуске режима вхождения в связь в случае срыва связи) этот сигнал имеет нулевое значение, в рабочем режиме его значение равно «1» (строка и временной диаграммы фиг.26). Поэтому в 1-м цикле (на этапе вхождения в связь) выполняется правая часть алгоритма. Она начинается с проверки условий F=Fконтр и F1=F1контр, которые при первых двух прохождениях (двух первых запусках алгоритма) не выполняются. Это связано с тем, что в течение первых двух OFDM-символов ЗУ2 буферного запоминающего блока 26 еще не заполнено и поэтому вычисление и обработка синхросуммы (16) не имеет смысла. Вследствие выполнения при первом прохождении команды блока 28 алгоритма (фиг.34) при втором прохождении условие F1=F1контр выполняется и в блоке 29 алгоритма (фиг.34) производится установка в ноль элементов комплексного массива , служащих для накопления значений суммы (16) при разных значениях начального адреса. Также в этом блоке алгоритма присваивается нулевое значение переменной n, используемой в алгоритме для подсчета числа OFDM-символов, на которых осуществляется усреднение синхросуммы; устанавливается в «0» сигнал на четвертом выходе БВОС 35, по значению которого блок управления 39 определяет длительность 1-го цикла, кроме того флагу F присваивается значение Fконтр, обеспечивающее в дальнейшем выполнение блоков 15-27 алгоритма (фиг.34).At the beginning of the algorithm, the signal arriving at
При третьем и последующих запусках алгоритма в цикле по переменной r (блок 16 инициализации r и блоки 17-20 тела цикла) производится вычисление суммы (16) при значении ее начального адреса l=k (l - переменная формулы (16), k - переменная алгоритма фиг.34). Как видно из временной диаграммы (строка ж, фиг.26), сигнал с пятого выхода блока управления 39, поступающий на второй (управляющий) вход КМ 27 в 1-м цикле, имеет нулевое значение. Это обеспечивает подключение поступающего с первого выхода БВОС 35 на первый (сигнальный) вход КМ 27 адреса считываемого отсчета к соединенному с выходом КМ 27 второму входу БЗБ 26, вследствие чего на первом выходе блока 26 и на входе 1 БВОС 35 появляется значение адресуемого отсчета. В цикле по переменной k (блок 15 инициализации и блоки 16-21 тела цикла фиг.34) осуществляется вычисление сумм (16) при всех S возможных значениях их начального адреса l=k, (k=0÷(S-1). Кроме того, в блоке 15 алгоритма (фиг.34) переменной Р присваивается значение вычисленной в блоке ДПФ 29 и подаваемой на пятый вход БВОС 35 средней мощности сигнальных тонов Pcp, в блоке 21 алгоритма фиг.34 при каждом k определяется нормированное значение синхросуммы (В алгоритме значение предполагается хранить в тех же ячейках памяти, что и , поэтому последнее равенство записано в обозначениях: . Это позволяет повысить помехоустойчивость приемника, поскольку при малых значениях Рср поднимает уровень анализируемой далее величины . Результаты этих вычислений фиксируются в комплексном (т.е. двумерном, имеющем реальную и мнимую части) массиве . В блоке 22 алгоритма (фиг.34) осуществляется подсчет числа OFDM-символов n, на которых производится накопление сумм с целью усреднения результатов, минимизирующего мешающее влияние шума канала. До тех пор пока n не достигла значения заранее заданного числа Nyn, определяющего объем усреднения (до выполнения условия n=Nyn), выполнение алгоритма на этом заканчивается. При n=Nyn вычисление синхросуммы (16) заканчивается и начинается обработка полученных результатов. В новом цикле по k (блок 23 инициализации и блоки 24-26 тела цикла (фиг.34)) определяется значение начального адреса k, при котором накопленная нормированная синхросумма имеет максимальный модуль МВ(K). Значение этого адреса присваивается переменной Na, оно определяет начало n-го OFDM-символа на фиг.32, что и является задачей посимвольной синхронизации. В блоке 27 алгоритма это значение выдается на третий выход блока БВОС 35, на четвертом выходе БВОС устанавливается уровень «1», свидетельствующий о том, что задача установления синхронизации на этапе вхождения в связь выполнена; кроме того, осуществляется обнуление массива , необходимое для функционирования БВОС 35 в начинающимся далее 2-м режиме работы модема (в режиме передачи данных).At the third and subsequent runs of the algorithm in the cycle with respect to the variable r (block 16 of initialization r and blocks 17-20 of the body of the cycle), the sum (16) is calculated with the value of its initial address l = k (l is the variable of formula (16), k is the variable algorithm of Fig. 34). As can be seen from the timing diagram (line g, Fig. 26), the signal from the fifth output of the control unit 39, which is supplied to the second (control) input of the
Значение Na с выхода 3 БВОС 35 подается на сигнальный вход 1 KM 28, на третий (управляющий) вход которого с третьего выхода БУ 39 поступает сигнал, изображенный на строке и временной диаграммы фиг.26. Как видно из диаграммы, в 1-м режиме этот сигнал имеет нулевой уровень. Под воздействием этого уровня КМ 28 (фиг.25) подключает к первому входу регистра адреса РА 32 сигнал, присутствующий на его первом входе. С приходом на второй вход тактирования записи РА 32 очередного импульса с частотой ƒS с третьего выхода БОЧ 12 (строка в временной диаграммы фиг.26) присутствующее на первом входе РА 32 число записывается в регистр. Таким образом в РА 32 фиксируется определенное в 1-м цикле значение Na, т.е. устанавливается число NPA=Nа. Запись с каждым импульсом частоты ƒS в РА 32 случайного числа, присутствующего на входе 1 РА 32 в моменты, предшествующие определению Na, не мешает работе устройства, т.к. использование содержимого РА 32 осуществляется только во втором цикле работы модема.The value of N a from the
Начало второго режима (режима передачи данных) устанавливается блоком управления БУ 39 (фиг.25) после получения им на четвертом входе единичного уровня сигнала, поступающего с четвертого выхода БВОС 35, с приходом на второй вход БУ 39 очередного импульса БОЧ 12 с частотой ƒS. При, этом сигнал на выходе 3 БУ 39 принимает единичное значение (строка и временной диаграммы фиг.26). В рабочем режиме осуществляется демодуляция преданного сигнала данных и необходимое для этого слежение за правильным положением посимвольной синхронизации и значением вносимого радиоканалом частотного сдвига.The beginning of the second mode (data transfer mode) is set by the control unit BU 39 (Fig. 25) after it receives at the fourth input a unit level of the signal from the fourth output of the BVOS 35, with the arrival of the
Задача слежения за правильным положением посимвольной синхронизации в рабочем режиме решается в результате взаимодействия блоков 28, 32, 33, 35, 36 модема (фиг.25). При этом в БВОС 35 на основе анализа значений синхросуммы вида (16) по-прежнему определяется оценка начального адреса Na зафиксированной в ЗУ БЗБ 26 совокупности отсчетов, принадлежащих n-му OFDM-символу, однако поиск этого адреса теперь осуществляется не на всем интервале длительности OFDM-символа, включающем S отсчетов, а в более узких границах. Кроме того, накопление синхросуммы в этом случае осуществляется только на одном OFDM-символе, поскольку усреднение и коррекция результатов осуществляются совокупностью блоков 28, 32, 33, 36 модема (фиг.25).The task of tracking the correct position of the character-by-symbol synchronization in the operating mode is solved as a result of the interaction of the
Работа алгоритма, изображенного на фиг.34, при этом осуществляется следующим образом. Как уже отмечалось, в рабочем режиме подаваемый на вход 3 БВОС 35 сигнал с третьего выхода БУ 39 имеет единичный уровень, поэтому по результатам проверки значения этого сигнала осуществляется выполнение левой части алгоритма, включающей блоки 1-14 (фиг.34).The operation of the algorithm depicted in Fig.34, in this case, is as follows. As already noted, in the operating mode, the signal from the third output of the control unit 39 supplied to the input of the BVOS 35 has a single level, therefore, according to the results of checking the value of this signal, the left-hand side of the algorithm is executed, including blocks 1-14 (Fig. 34).
Как следует из временной диаграммы (строка ж, фиг.26), сигнал на пятом выходе БУ 39, поступающий на первый (управляющий) вход КМ 27 в течение промежутка времени, следующего за моментом запуска алгоритма работы БВОС 35, по-прежнему равен нулю, поэтому так же как и в 1-м цикле КМ 27 ко второму входу адресации ЗУ2 в БЗБ 26 во время выполнения алгоритма подключает выход 1 БВОС 35. При этом на первый вход БВОС 35 с первого выхода БЗБ 26 поступают адресуемые отсчеты. В блоке 1 алгоритма (фиг.34) переменной NPA присваивается значение начального адреса OFDM-символа, зафиксированного в ЗУ2 БЗБ 26. При первом запуске алгоритма во 2-м цикле оно равно значению Na, выданному в блоке 27 алгоритма (фиг.34) на третий выход БВОС 35 по окончании 1-го цикла, далее в результате взаимодействия блоков 32, 33, 35 и 36 эта величина меняется, отслеживая правильное положение посимвольной синхронизации. Кроме того, в блоке 1 алгоритма (так же как и в блоке 15 алгоритма) переменной Р присваивается поступающее на вход 5 БВОС 35 значение средней мощности сигнальных тонов Рср.As follows from the time chart (line g, Fig. 26), the signal at the fifth output of the control unit 39, arriving at the first (control) input of the
В блоке 2 алгоритма (фиг.34) устанавливаются нижнее Nн=NPA-ΔN и верхнее Nв=NPA+ΔТ граничные значения поиска начального адреса полного OFDM-символа, задаваемые в предположении, что за время, прошедшее с момента последнего запуска алгоритма его (начального адреса), значение не могло измениться более чем на ±ΔN единиц. Также здесь (в блоке 2) инициализируются переменная цикла k и вспомогательная переменная i.In
Далее в цикле по переменной r (блок 3 инициализации r и блоки 4-7 тела цикла) так же как и в правой части алгоритма производится вычисление суммы (16) при значении ее начального адреса l=k (l - переменная формулы (16), k - переменная алгоритма). В цикле по переменной k (частично блок 2 инициализации и блоки 3-8 тела цикла) осуществляется вычисление сумм (16) при 2AN возможных значениях их начального адреса l=k, (k=Nн÷Nk). Результаты этих вычислений фиксируются в комплексном массиве . При этом в блоке 8 алгоритма также и с той же целью, что и в блоке 21 алгоритма (см. выше), осуществляется нормирование значения по переменной Р. По окончании описанного цикла по k организуется новый цикл по k (блок 9 инициализации и блоки 10-12 алгоритма). В этом цикле определяется начальный адрес синхросуммы с максимальным модулем МВ(k). Значение этого адреса присваивается переменной Nа, оно и определяет текущую оценку начального адреса полного OFDM-символа.Then, in the cycle with respect to the variable r (block 3 of initialization r and blocks 4-7 of the body of the cycle), as in the right-hand side of the algorithm, the sum (16) is calculated with the value of its initial address l = k (l is the variable of formula (16), k is an algorithm variable). In the loop with respect to the variable k (partially the
В блоке 13 алгоритма (фиг.34) в соответствии с правилом (18) определяется набег фазы группового сигнала Δφгр=ωчсT на интервале ортогональности, обусловленный некомпенсированным в ПЧКВ 24 частотным сдвигом. В блоке 14 алгоритма величины Na и Δωгр выдаются на второй и пятый выходы БВОС 35 (фиг.25); кроме того осуществляется обнуление комплексного массива ; подготавливающее алгоритм к новому запуску.In
Значение начального адреса Na[n], определенное в n-м OFDM-такте, присутствующее на втором выходе БВОС 35, подается на первый вход ФДПС 36 (фиг.25). На второй вход этого блока с выхода РА 32 поступает значение адреса NPA[n], зафиксированное в n-м такте. В ФДПС вычисляется разностный сигнал:The value of the starting address N a [n], determined in the nth OFDM clock present at the second output of the BVOS 35, is supplied to the first input of the FDPS 36 (Fig. 25). At the second input of this block, the value of the address N PA [n] recorded in the nth step is supplied from the output of
ΔNФД[n]=Na[n]-NPA[n],ΔN PD [n] = N a [n] -N PA [n],
который затем усредняется в течение нескольких ОФДМ-тактов.which is then averaged over several OFDM cycles.
Выходной сигнал ФДПС поступает на первый вход сумматора 33, на второй вход которого с выхода РА 32 подается число NPA[n]. В результате на выходе сумматора 33 появляется новое скорректированное значение:PDPS output signal arrives at the first input of the
которое подается на второй вход КМ 28. Во втором цикле работы модема сигнал, поступающий на третий (управляющий) вход КМ 28, принимает единичное значение (строка и временной диаграммы фиг.26). Вследствие этого к выходу КМ 28 подключается сигнал, поступающий на его второй вход с сумматора 33, то есть NPA[n+1]. Это значение подается на первый вход (записи) регистра адреса РА 32 и записывается при поступлении на второй вход РА очередного импульса с третьего выхода БОЧ 12. Таким образом осуществляется слежение за правильным положением посимвольной синхронизации.which is fed to the second input of
Точное слежение за изменяющимся во времени значением частотного сдвига, вносимого радиоканалам в групповой сигнал, осуществляется в формирователе частоты переноса спектра сигнала ФЧПСС 34, функциональная схема которого приведена на фиг.35. Схема включает четыре перемножителя П1, П2, П3, П4, четыре сумматора СМ1, СМ2, СМ3, СМ4, три коммутатора КМ1, КМ2, КМ3, три регистра Рг1, Рг2, Рг3, датчик «0» и узел памяти УП, в котором записаны дискретные отсчеты полного периода синусоиды и косинусоиды. Каждый из перемножителей осуществляет умножение числа, поступающего на его первый вход, на некоторой фиксированный коэффициент, подаваемый на второй вход. Работа ФЧПСС описывается следующими уравнениями:The exact tracking of the time-varying value of the frequency shift introduced by the radio channels into the group signal is carried out in the frequency shaper of the spectrum
Уравнение (22) позволяет вычислить непосредственно фазу считываемых с УП (фиг.35) на первый и второй выходы отсчетов гармонических колебаний. Сложение в (22) осуществляется по модулю П, где П - количество записанных в УП (фиг.35) дискретных отсчетов полного периода косинусоиды и синусоиды. Вычисляемая в соответствии с (22) фаза представляет собой адрес соответствующего отсчета. Фигурирующая в (22) величина определяет прогнозируемое в i-м такте значение набега фазы, обусловленного наличием нескомпенсированного частотного сдвига, которое рекуррентным образом вычисляется в соответствии с уравнением (21). При этом приращение набега фазы Δf[i] рассчитывается как линейная комбинация присутствующего в i-м такте на первом входе ФЧПСС набега фазы группового сигнала Δφгр[i] и величины , характеризующей вычисленную в предыдущем такте оценку скорости изменения набега фазы, обусловленного нескомпенсированным частотным сдвигом. Величина Δφгр[i] вычисляется в БВОС 35 и обуславливается частотным сдвигом, нескомпенсированным в ПЧКВ 24 при действии на его третьем и четвертым входах отсчетов выходных сигналов ФЧПСС, сформированных в предыдущем, (i-1)-м такте. Рекуррентный процесс вычисления величины описывается уравнением (20). На первом шаге (при начальном условии ) значение выбирается равным (1-α2)Δƒi, где в соответствии с (19) Δƒi=α1Δφгр[i]. На последующих шагах оно рассчитывается как линейная комбинация и Δƒ[i].Equation (22) allows you to directly calculate the phase read from the UE (Fig. 35) to the first and second outputs of the samples of harmonic oscillations. Addition in (22) is carried out modulo P, where P is the number of discrete samples of the full period of the cosine wave and sinusoid recorded in the UE (Fig. 35). The phase calculated in accordance with (22) is the address of the corresponding reference. The quantity appearing in (22) determines the predicted phase incursion value in the ith step due to the presence of an uncompensated frequency shift, which is calculated recursively in accordance with equation (21). In this case, the increment of the phase shift Δf [i] is calculated as a linear combination of the phase shift of the group signal Δφ gr [i] present in the i-th cycle at the first input , which characterizes the estimate of the rate of change in the phase incursion calculated in the previous measure due to the uncompensated frequency shift. The value Δφ gr [i] is calculated in the BVOS 35 and is determined by the frequency shift, which is not compensated in
Уравнения (19-22) в схеме фиг.35 реализуются совокупностями следующих узлов: уравнение (19) - П1, П3 и СМ1; уравнение (20) - П2, П4, СМ2 и Рг1; уравнение (21) - СМ3 и Рг2 и уравнение (22) - СМ4 и Рг3. На вторые входы тактирования записи регистров Рг1 и Рг2 подаются короткие единичные импульсы с частотой ƒS (строка в временной диаграммы фиг.26). На второй вход регистра Рг3 с третьего входа подаются импульсы с частотой ƒd (строка а временной диаграммы фиг.26). Коммутаторы Км1, Км2 и Км3 служат для обеспечения режима начальной установки, в котором частота выходных колебаний ФЧПСС 34 задается равной величине ƒчс, определенной в блоке АЧС. При этом на третьи (управляющие) входы всех трех коммутаторов подается сигнал, поступающий на пятый вход ФЧПСС с третьего выхода БУ (строка з временной диаграммы фиг.26). При нулевом значении этого сигнала (режим вхождения в связь) к выходам коммутаторов подключаются их вторые (сигнальные) входы, а при единичном значении (в рабочем режиме) - первые входы. В рабочем режиме на первые входы записи регистров Рг1, Рг2 и Рг3 с выходов коммутаторов подаются величины, предписываемые уравнениями (19-22). В режиме вхождения в связь на первые входы регистров Рг1 и Рг3 поступает сигнал с датчика «0», а на первый вход регистра Рг2 - сигнал ΔNчс, поступающий через четвертый вход с первого выхода АЧС 22 (фиг.25), что и обеспечивает генерацию колебаний с частотой ƒчс в этом режиме. Отметим, что в достаточно длительном (из-за выполнения усреднения на нескольких OFDM-тактах) процессе первоначального поиска положения посимвольной синхронизации, выполняемом в БВОС 35, значение ΔNчc (а следовательно, и соответствующая ему частота ƒчс), определяемое АЧС 22, неоднократно обновляется и тем самым следит за изменением значения частотного сдвига. Это позволяет повысить точность синхронизации и, как следствие, повысить помехоустойчивость модема.Equations (19-22) in the scheme of Fig. 35 are implemented by the following nodes: equation (19) - P1, P3 and CM1; equation (20) - P2, P4, CM2 and Pr1; equation (21) is CM3 and Prg2 and equation (22) is CM4 and Prg3. Short single pulses with a frequency of ƒ S are applied to the second clock inputs of the register recordings of the registers Рг1 and Рг2 (line in the time diagram of FIG. 26). Pulses with a frequency of Р d are fed to the second input of the register Рg3 from the third input (line a of the time diagram of Fig. 26). The switches Km1, Km2 and Km3 are used to provide the initial installation mode, in which the frequency of the output oscillations of the
Можно показать, что рассмотренный блок представляет собой цифровую систему фазовой синхронизации 3-го порядка, которая позволяет с минимальной ошибкой отслеживать (в режиме слежения) быстроизменяющиеся значения частотного сдвига, что повышает помехоустойчивость модема при работе в таких условиях. Практически ее апробация проводилась при следующих значениях коэффициентов: α1=0,125; α2=0,5; α3=0,85.It can be shown that the block under consideration is a third-order digital phase synchronization system that allows one to track (in the tracking mode) with fast error the rapidly changing frequency shift values, which increases the modem noise immunity during operation under such conditions. In practice, its testing was carried out at the following values of the coefficients: α 1 = 0.125; α 2 = 0.5; α 3 = 0.85.
Демодуляция и оценка значений принятых символов, а также устранение остаточной рассинхронизации осуществляются в предлагаемом устройстве в результате взаимодействия блоков 29, 39, 38, 37 и 31 (фиг.25). Так же как и в устройстве-прототипе одновременная демодуляция во всех параллельных подканалах системы с OFDM выполняется путем вычисления ДПФ от совокупности N отсчетов {yчс(kΔt)}, реализуемого ДПФ 29. В предлагаемом изобретении на вход 1 блока 29 ДПФ с выхода РА 32 подается значение начального адреса, зафиксированного в ЗУ2 (см. фиг.13) БЗБ 26 отсчета, соответствующего установленной посимвольной синхронизации. На второй вход блока ДПФ 29 с пятого выхода БУ 39 подается сигнал, изображенный на строке ж временной диаграммы фиг.26, по положительному фронту которого начинается работа блока ДПФ 29. С приходом уровня «1» на второй вход блока 29 с его первого выхода осуществляется последовательная во времени выдача адресов N отсчетов, хранящихся в ЗУ2 БЗБ 26 (см. фиг.13). Через КМ 27, управляемый подаваемым на его второй вход тем же сигналом с пятого выхода БУ 39, адреса поступают на второй вход БЗБ 26, вследствие чего с его первого выхода подаются на третий вход блока 29 подлежащие демодуляции (т.е. вычислению ДПФ) отсчеты принятого сигнала yчс(kΔt).Demodulation and evaluation of the values of the received symbols, as well as the elimination of residual desynchronization are carried out in the proposed device as a result of the interaction of
В блоке 29 (фиг.25) с использованием БПФ вычисляется ДПФ считанной партии отсчетов, после чего определяется среднее арифметическое значение Рср мощности всех отсчетов ДПФ, подаваемое затем на третий выход.In block 29 (FIG. 25), using the FFT, the DFT of the readout batch of samples is calculated, after which the arithmetic average value P cf of the power of all DFT samples is determined, then supplied to the third output.
Отметим, что как видно из строки ж временной диаграммы фиг.26, выполнение блоком 26 описанных операций производится не только в рабочем режиме, но и в режиме вхождения в связь (начиная с процесса установления посимвольной синхронизации). Это необходимо для вычисления используемой в этом процессе (вход 5 блока БВОС 35, соединенный с третим выходом блока 29) средней мощности Рср, которая, как нетрудно показать, не зависит от правильности выбора начального адреса партии из N входных отсчетов блока 29 ДПФ, устанавливаемого в процессе посимвольной синхронизации.Note that, as can be seen from line g of the timing diagram of FIG. 26, the execution by the
Со второго выхода блока 29 результаты вычисления ДПФ поступают на первый вход блока группирования, синхронизации и вычисления аргумента (БГСВА) 30, функциональная схема которого изображена на фиг.36. Как отмечалось при описании блока 3 передатчика, передаваемый сигнал модема формируется таким образом, что один информационный символ передается по нескольким (двум и более) параллельным подканалам. В левой верхней части фиг.36 показано, как из всей совокупности поступивших на первый вход блока 30 отсчетов ДПФ образуется NT. групп, включающих по 3 или 2 отсчета, соответствующих выходам подканалов, используемых для передачи одного информационного символа. i-я группа отсчетов поступает на входы 1i (включающий 3 или 2 входа для отдельных отсчетов i-го узла группирования, синхронизации и вычисления аргумента (БГСВАi, i=1-NT)). Функциональная схема реализации такого узла, рассчитанного на обработку трех входных отсчетов, показана на фиг.37. Она содержит 3 идентичных параллельно включенных тракта выравнивания фазы входных отсчетов, в состав каждого из которых входят комплексный перемножитель КП, вычислитель аргумента ВА, узел вычитания УВ, цифровой фильтр ЦФ и комплексный запоминающий узел КЗУ, а также комплексный сумматор КСм, вычислитель аргумента суммарного сигнала ВА∑ и элемент задержки ЭЗ.From the second output of
Каждый из трактов выравнивания фазы представляет собой цифровую систему фазовой автоподстройки (ФАП) 1-го порядка, устраняющую остаточную рассинхронизацию принимаемого k-то тона. В комплексном перемножителе КП осуществляется умножение комплексного входного отсчета ДПФ (выхода k-го подканала) на считываемый на n-м OFDM-такте с выхода КЗУ отсчет подстраиваемого по фазе комплексного гармонического колебания ехр(-jφk[n])=cos φk[n]-sin φk[n].Each of the phase equalization paths is a first-order digital phase-locked loop (FAP) system that eliminates the residual desynchronization of the received k-tone. In the complex KP multiplier, the complex input DFT (output of the kth subchannel) is multiplied by the readout on the nth OFDM clock from the output of the short-circuit amplifier, the phase-adjusted complex harmonic oscillation exp (-jφ k [n]) = cos φ k [ n] -sin φ k [n].
Конкретная схемная реализация КП имеет вид, изображенный на фиг.28 (без преобразовал теля Гильберта ПГ). Вместо выходных сигналов Snc и ПГ в данном случае используются реальная и мнимая части входных отсчетов ДПФ.A specific circuit implementation of the KP has the form depicted in Fig. 28 (without the Hilbert PG converter). Instead of the output signals S nc and In this case, the GHGs use the real and imaginary parts of the input DFT samples.
Далее в блоке ВА вычисляется аргумент результата этого умножения, из которого затем в УВ вычитаются (по третьему входу УВ) поступающие на третий вход БГСВА (а следовательно, на вход 3i БГСВА,) со второго выхода описываемого ниже блока 31 оценки значений символов (БОЗС) значение эталонной фазы φэт i i-го информационного символа и (по второму входу УВ) подаваемое на второй вход БГСВА (а следовательно, и на второй вход БГСВАi) с пятого выхода БВОС 35 значение набега фазы группового сигнала Δφгр на интервале ортогональности, обусловленного некомпенсированным в ПЧКВ 24 частотным сдвигом. Выходной сигнал УВ Δφk поступает на цифровой фильтр ЦФ первого порядка. Алгоритм работы этого фильтра описывается разностным уравнением:Next, in block VA, the argument of the result of this multiplication is calculated, from which then, in the shock wave (on the third input of the shock wave) received on the third input of the HVAC (and therefore on the
где φk[n] - выходной сигнал фильтра в n-м OFDM-такте, определяющий фазу (адрес) считываемых далее с КЗУ в этом такте отсчетов комплексного гармонического колебания ехр(-7φk[n]); α=const; сложение осуществляется по модулю Nп; Nп - число отсчетов в периоде косинусоиды и синусоиды, записанных в комплексном запоминающем узле КЗУ.where φ k [n] is the filter output signal in the nth OFDM clock cycle, which determines the phase (address) of the samples of complex harmonic oscillation exp (-7φ k [n]) read further from the ROM in this clock cycle; α = const; addition is carried out modulo N p ; N p - the number of samples in the period of the cosine and sinusoids recorded in the complex storage node of the short-circuit memory.
Практическая реализация фильтра может быть выполнена по схеме фиг.38, включающей перемножитель Π на постоянный коэффициент α, сумматор См и регистр Рг со входами записи 1 и тактирования записи 2. Отметим, что на вход тактирования записи 2 регистра Рг поступает задержанный элементом задержки ЭЗ (см. фиг.37) импульс с четвертого входа БГСВА (то есть короткий единичный импульс с третьего выхода БОЧ 12, строка 3 временной диаграммы фиг.26). Как будет показано ниже, этим же импульсом в блоке 31 тактируется запись в выходной регистр вычисленного в n-м OFDM-такте значения эталонной фазы i-го информационного символа. Незначительная задержка, вносимая элементом ЭЗ, обеспечивает то, что к моменту фиксации в Рг результата сложения в сумматоре (фиг.38) ко второму и третьему входам вычислителя аргумента ВА в схеме фиг.37 оказываются приложенными значения φэт i[n] и Δφгр[n], вычисленные в n-м OFDM-такте, что и обеспечивает работу ЦФ в соответствии с уравнением (23). При этом выходной сигнал УВ в схеме фиг.37, образующийся в результате вычитания из имеющей место в n-м OFDM-такте полной фазы принятого K-го тона (выход ВА фиг.37), сформированной в передатчике и восстановленной в блоке 31 приемника полной эталонной фазы φэт i[n] этого тона, и вычисленного в БВОС 35 (и еще не использованного в ФЧПСС 34) набега фазы в n-м такте Δφгр[n], вызванного частотным сдвигом в канале, и представляет собой остаточную фазовую рассинхронизацию этого тона, которая полностью отслеживается (т.е. сводится к нулю) описанной цифровой системой ФАП 1-го порядка (узлы КП, ВА, УВ, ЦФ и КЗУ фиг.37). Таким образом осуществляется выравнивание фаз сигналов, присутствующих на выходах комплексных перемножителей КП во всех (трех) ветвях БГСВА, изображенного на фиг.37. Это позволяет алгебраически сложить (по правилам сложения комплексных чисел) эти сигналы в комплексном сумматоре КСМ и использовать для дальнейшей обработки суммарный сигнал. В соответствии с теорией разнесенного приема при этом существенно увеличивается помехоустойчивость модема.A practical implementation of the filter can be performed according to the scheme of Fig. 38, which includes a multiplier Π by a constant coefficient α, an adder Сm and a register Rg with inputs of a
Выходной сигнал комплексного сумматора подается на вход узла ВА∑, в котором осуществляется вычисление его аргумента φoi[n], подаваемого на выход БГСВАi. Совокупность выходов узлов БГСВАi, (i=1÷NT) в схеме фиг.36 образует выходной сигнал БГСВА 30, подаваемый на вход 1 блока вычислителей информативного приращения фазы (БВИПФ) 37.The output signal of the complex adder is fed to the input of the VA узла node, in which its argument φ oi [n] is calculated, which is supplied to the output of the BGSVA i . The set of outputs of the nodes BGSVA i , (i = 1 ÷ N T ) in the circuit of Fig.36 forms the
По своему назначению и выполнению блок 37 полностью аналогичен одноименному блоку в схеме устройства-прототипа. На его второй вход с выхода блока 31 оценки значений символов (БОЗС) поступает набор вычисленных в предыдущем такте значений φэт i[n-1], (i=1÷NT) полной эталонной фазы сигналов, подаваемых по i-м подканалам. Отметим, что несмотря на то, что второй вход блока 37 и третий вход блока 30 соединены с вторым выходом БОЗС 31, блоком 37 в n-м OFDM-такте считываются значения φэт i[n-1], вычисленные в (n-1)-м такте, а блоком 30 - φэт i[n], вычисленные в n-м такте. Это связано с разными моментами времени считывания выходной информации БОЗС 31 этими блоками. Как указывается выше, БГСВА считывает эту информацию сразу после записи в выходные регистры БОЗС результата вычислений в n-м такте (т.е. окончания n-го такта). Рассматриваемый же блок 37 выполняет свои функции и принимает данную информацию в течение n-го такта, когда в выходных регистрах БОЗС 31 находятся значения φэт i[n-1], вычисленные в предыдущем такте.In its purpose and implementation, block 37 is completely similar to the block of the same name in the circuit of the prototype device. At its second input, from the output of the block for estimating symbol values (BOS), a set of values of φ et i [n-1], (i = 1 ÷ N T ) of the full reference phase of signals supplied by the i-th subchannels, is calculated in the previous step. Note that despite the fact that the second input of block 37 and the third input of
В блоке 37 определяются информативные приращения фазы Δφi[n] демодулированного сигнала в i-м подканале на n-м OFDM-такте. Эти величины вычисляются как:In block 37, informative phase increments Δφ i [n] of the demodulated signal in the ith subchannel on the nth OFDM clock are determined. These values are calculated as:
Δφi[n]=φоi[n]-φэт i[n-1].Δφ i [n] = φ оi [n] -φ et i [n-1].
Совокупность найденных таким образом значений Δφi[n], (i=1÷NT) составляет выходной сигнал БВИПФ 37 и подается на первый вход коммутационного блока 38, на второй вход которого поступает выходной сигнал кодера-накопителя настроечной последовательности КННП 41. На вход КННП с выхода ГНП 11 подается настроечная последовательность, которая одновременно генерируется и используется в качестве передаваемых данных в режиме вхождения в связь и в удаленном модеме, выходной сигнал передатчика которого поступает на вход тракта приема описываемого устройства. В блоке КННП 41 (так же как и в кодере передатчика) осуществляется кодирование q-битных кодовых комбинаций (где 2q - кратность используемой фазовой модуляции), сформированных из настроечной последовательности, фазовым сдвигом Δφнпi в соответствии с манипуляционным кодом (в отличие от кодера результатом кодирования здесь является значение самого фазового сдвига, а не значения синфазной и квадратурной координат вектора, образующего такой сдвиг с осью абсцисс). Кроме того, в блоке 41 производится накопление NT фазовых сдвигов Δφнni[n], передаваемых в n-м OFDM-такте. Совокупность этих величин в качестве выходного сигнала КННП 41 и подается на второй вход КБ 38.The combination of the values Δφ i [n] found in this way (i = 1 ÷ N T ) makes up the output signal of the BVIPF 37 and is supplied to the first input of the switching unit 38, to the second input of which the output signal of the encoder-storage of the tuning sequence of the KNNP 41 is received. KNNP from the output of the
На третий (управляющий) вход КБ 38 с первого выхода блока управления БУ 39 поступает сигнал, изображенный на строке к временной диаграммы фиг.26. Положительный фронт этого сигнала формируется в БУ после накопления заранее заданного Nnn числа импульсов с частотой ƒS, поступивших на его второй вход, после поступления на четвертый вход с четвертого выхода БВОС единичного уровня, свидетельствующего о том, что первоначальное установление посимвольной синхронизации завершено. Значение Nпп определяется исходя из максимально возможной длительности переходного процесса цифровой ФАП 1-го порядка, реализованной на основе тракта выравнивания фазы в блоке БГСВА 30. В результате в режиме вхождения в связь (уровень «0» на третьем входе коммутационного блока 38) к выходу КБ 38 (а следовательно, и к первому входу блока оценки значений символов и эталонной фазы БОЗС 31) оказывается подключенным выход блока 41, а в режиме передачи данных - выход блока 37.The third (control) input KB 38 from the first output of the control unit BU 39 receives the signal shown on the line to the time diagram of Fig.26. The positive front of this signal is formed in the control unit after the accumulation of a predetermined N nn number of pulses with a frequency ƒ S received at its second input, after the unit level is received at the fourth input from the fourth output of the CWS, indicating that the initial establishment of symbol synchronization is completed. The value of N pp is determined on the basis of the maximum possible duration of the transition process of the first-order digital phase-locked loop implemented on the basis of the phase alignment path in the
По своему назначению и выполнению блок определения значений символов 31 полностью аналогичен одноименному блоку 21 в схеме устройства-прототипа. Он включает в себя Nт параллельно включенных идентичных узлов, каждый из которых имеет функциональную схему, показанную на фиг.24. Подробное изложение принципов функционирования и взаимодействия входящих в ее состав узлов (УОЗС - узел оценки значений символов, ВЗЭФ - вычислитель значений эталонной фазы и регистра Рг) дано при описании устройства-прототипа, поэтому здесь отметим лишь некоторые особенности использования данной схемы в предполагаемом устройстве. Подключение к первому входу блока 31 (а следовательно и ко входу 1i i-го узла этого блока, изображенного на фиг.24) в режиме вхождения в связь сформированных в блоке 41 «безошибочных» фазовых сдвигов Δφнni[n] позволяет обеспечить вхождение в синхронизм цифровых систем фазовой автоподстройки ЦСФАП I порядка, реализуемых в виде трактов выравнивания фазы в блоке 30. Действительно, пока эти ЦСФАП находятся в переходном режиме (то есть пока сигналы на входах комплексного сумматора КСМ узлов БГСВАi на фиг.37 не сформированы), выходной сигнал этих узлов φoi[n] является малоинформативным и в конечном итоге не позволяет выработать в блоке 31 правильную оценку эталонной фазы φэтi[n], подаваемую на третий вход блока 30 и необходимую для его корректного функционирования. Использование в этом случае сформированных описанным образом величин Δφнni[n], при условия одновременной передачи удаленным модемом сигнала, соответствующего той же настроечной последовательности, решает данную проблему. В режиме же передачи данных сигнал φoi[n] с большей достоверностью, чем в прототипе, обеспечивает оценку принятых символов, подаваемую на выход блока 31, являющийся выходом модема.In its purpose and implementation, the unit for determining the values of
Изображенный на фиг.24 выход 3i г-го узла, входящего в состав БОЗС (совокупность этих выходов в прототипе образовывала выход 3 БОЗС), в блоке 31 предложенного устройства не используется, поскольку необходимость в информации, представленной на этом выходе при взаимодействии блока 31 с другими блоками устройства, отсутствует.Depicted in FIG. 24, the output of the 3rd i -th node included in the BOSS (the combination of these outputs in the prototype formed the
Тактирование записи в регистр Рг вычисленного в ВЗЭФ (фиг.24) и подаваемого на выход 2 (а следовательно, и на выход 2 БОЗС 31) значения эталонной фазы φэтi осуществляется поступающими на вход 2 БОЗС 31 с выхода 3 БОЧ 12 короткими единичными импульсами с частотой ƒS, показанными на строке 3 временной диаграммы фиг.26.The clock in the register Rg calculated in the VZEF (Fig. 24) and applied to output 2 (and therefore to
Как уже отмечалось при анализе свойств прототипа, одним из существенных мешающих факторов при передаче данных по радиоканалам является мощная узкополосная сосредоточенная по спектру помеха, попадающая в полосу частот одного из параллельных подканалов системы с OFDM. Эта помеха не только не позволяет принять информацию в данном подканале, но и вследствие неизбежных погрешностей синхронизации существенно ухудшает условия приема в других подканалах и тем самым приводит к значительному ухудшению помехоустойчивости. В предлагаемом устройстве предусмотрены меры по снижению мешающего влияния этой помехи, которые заключаются в следующем. Как видно из схемы фиг.25, сигнал с выхода 2 блока БПФ 29 поступает также и на вход блока вычисления и анализа дисперсии мощности тонов БВДМТ 40. В этом блоке осуществляется оценка дисперсии мощности i-го тона DPi вычисляемая на некотором интервале времени T0=N0TS(ТS=1/ƒS - длительность OFDM-символа) по формулам:As already noted in the analysis of the properties of the prototype, one of the significant interfering factors when transmitting data over radio channels is a powerful narrow-band spectrum-focused noise that falls into the frequency band of one of the parallel subchannels of an OFDM system. This interference not only does not allow the reception of information in this subchannel, but also due to the inevitable synchronization errors significantly worsens the reception conditions in other subchannels and thereby leads to a significant deterioration in noise immunity. The proposed device provides measures to reduce the interfering effect of this interference, which are as follows. As can be seen from the diagram of Fig. 25, the signal from the
где - i-й отсчет ДПФ (комплексное число), вычисленный в блоке ДПФ 29 в n-м после начала накопления суммы (24) или (25) OFDM-такте;Where - the i-th DFT sample (complex number) calculated in the
- мощность величины ; - power value ;
* - знак комплексного сопряжения;* - sign of complex conjugation;
- оценка математического ожидания величины . - estimate of the mathematical expectation of a quantity .
Очевидно, что вычислению DPi, по формуле (24) предшествует вычисление по формуле (25).Obviously, the calculation of D Pi , by formula (24) is preceded by the calculation by the formula (25).
После вычисления каждого значения DPi, , (N - размер ДПФ) в блоке 40 осуществляется проверка выполнения условия DPi<Dдоп, где Dдоп - некоторая заранее определенное допустимое значение величин DPi,. (Отметим, что при практической реализации удобнее вычислять величину N0DPi и проверить выполнение условия N0DPi<Dдоп, т.к. при этом в формуле (24) отпадает необходимость деления на N0). Невыполнение данного условия означает, что среднее отклонение мощности i-го тона от ее среднего значения превышает установленное на основе предварительных исследований допустимое значение. Это и говорит о наличие в i-ом подканале сосредоточенной по спектру помехи. Номер i этого подканала фиксируется и выдается на выход БВДМТ 40 (при отсутствии такого подканала на выходе этого блока присутствует "0"). Выходной сигнал блока 40 подается на вход 3 описанного выше блока режекторных фильтров 15, структурная схема которого показана на фиг.27. Этим сигналом управляется коммутатор Км (фиг.27), пропускающий на выход сигнал i-го режекторного фильтра РФi. При этом участок спектра входного сигнала в полосе частот i-го подканала оказывается подавленным и влияние сосредоточенной по спектру помехи на другие подканалы устраняется. Возникающая в данном случае потеря информации, передаваемой по i-му каналу, компенсируется используемым в блоке 30 (фиг.25) алгоритмом выделения информативной фазы φ0i[n] по суммарному сигналу, кроме того ошибки малой кратности могут быть исправлены в декодере канала (подключаемого к выходу модема) на основе помехоустойчивого кодирования.After calculating each value of D Pi , , (N is the size of the DFT) in block 40, the fulfillment of the condition D Pi <D add is checked, where D add is some predetermined allowable value of the values of D Pi,. (Note that in practical implementation it is more convenient to calculate the value of N 0 D Pi and verify that the condition N 0 D Pi <D add , because in this case, there is no need to divide by N 0 in formula (24)). Failure to do so means that the average deviation of the power of the i-th tone from its average value exceeds the permissible value established on the basis of preliminary studies. This indicates the presence in the i-th subchannel focused on the spectrum of interference. The number i of this subchannel is fixed and issued to the output of the BVDMT 40 (in the absence of such a subchannel, "0" is present at the output of this block). The output signal of the block 40 is fed to the
Таким образом, введенная совокупность новых узлов и связей позволяет получить технический результат - повышение помехоустойчивости модема, обусловленное следующими наиболее важными факторами:Thus, the introduced set of new nodes and connections allows us to obtain a technical result - an increase in the noise immunity of the modem, due to the following most important factors:
1. Предложенный в данном устройстве вариант построения первоначального оценивателя частотного сдвига в канале (совокупность блоков 39-44) при эквивалентных реализационных затратах позволяет обеспечить более высокую точность оценки значения частотного сдвига. Это снижает требования к полосе захвата системы слежения за частотным сдвигом в рабочем режиме и позволяет использовать в этом качестве предложенную цифровую систему фазовой синхронизации 3-го порядка, обеспечивающую возможность слежения за флуктуациями частотного сдвига и тем самым повышающую помехоустойчивость модема.1. The option proposed in this device for constructing an initial frequency shift estimator in a channel (set of blocks 39-44) at equivalent implementation costs allows for a higher accuracy in estimating the frequency shift value. This reduces the requirements for the swath of the tracking system for tracking the frequency shift in the operating mode and allows you to use the proposed third-order digital phase synchronization system as such, providing the ability to track fluctuations in the frequency shift and thereby increase the noise immunity of the modem.
2. В предложенном варианте построения системы посимвольной синхронизации (как в режиме вхождения в связь, так и в рабочем режиме) и системы слежения за частотным сдвигом в рабочем режиме информация о значениях синхропараметров получается на основе анализа не одного отсчета, а накапливаемой суммы соответствующим образом обработанных отсчетов, что приводит к уменьшению влияния шума канала (за счет его усреднения) и в конечном итоге повышает помехоустойчивость модема.2. In the proposed version of constructing a system of symbol-by-symbol synchronization (both in the mode of entering into communication and in the operating mode) and the tracking system for tracking the frequency shift in the operating mode, information on the values of the sync parameters is obtained based on the analysis of not one reference, but the accumulated amount of the correspondingly processed samples, which reduces the effect of channel noise (due to its averaging) and ultimately increases the modem noise immunity.
3. Устранение остаточной рассинхронизации при принятии решений о значении принятых символов производится не за счет использования усредненного по всем подканалам значения фазовой ошибки (не совпадающего с истинным фазовым сдвигом в каждом отдельном подканале), а осуществляется путем выявления и отслеживания с помощью системы фазовой автоподстройки рассогласования фазы в каждом подканале. Это позволяет реализовать в предложенном модеме принцип разнесенного приема, основанный на сложении предварительно сфазированных сигналов, переданных по разным подканалам, и тем самым повысить помехоустойчивость модема.3. The elimination of residual desynchronization when making decisions about the meaning of the received symbols is not due to the use of the phase error value averaged over all subchannels (which does not coincide with the true phase shift in each individual subchannel), but is carried out by detecting and tracking the phase mismatch using the phase-locked loop system in each subchannel. This allows you to implement the principle of diversity reception in the proposed modem, based on the addition of pre-phased signals transmitted over different subchannels, and thereby increase the modem noise immunity.
4. В модеме предложено техническое решение, позволяющее устранить мешающее влияние сосредоточенной по спектру помехи, попадающей в полосу частот одного из параллельных подканалов, на сигналы, передаваемые по остальным подканалам, и тем самым повысить помехоустойчивость модема.4. A technical solution is proposed in the modem that allows eliminating the interfering effect of spectrum-concentrated noise falling into the frequency band of one of the parallel subchannels on the signals transmitted through the remaining subchannels, and thereby increase the modem noise immunity.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES
[1] Д.Д.Кловский, Б.И.Николаев. Инженерная реализация радиотехнических схем. М., «Связь», 1976, гл. 5, стр.136-193.[1] D. D. Klovsky, B. I. Nikolayev. Engineering implementation of radio circuits. M., “Communication”, 1976, Ch. 5, pp. 136-193.
[2] Егоров В.В., Мингалев А.Н. Последовательные KB модемы с адаптивной коррекцией. Доклады 7-й Международной конференции и выставки «Цифровая обработка сигналов и ее применение». М.,2005 г.[2] Egorov V.V., Mingalev A.N. Serial KB modems with adaptive correction. Papers of the 7th International Conference and Exhibition “Digital Signal Processing and its Application”. M., 2005
[3] Егоров В.В., Мингалев А.Н. Установление связи и выбор структуры корректирующего фильтра при последовательной передаче сообщений по KB радиоканалам. Доклады 8-й Международной конференции и выставки «Цифровая обработка сигналов и ее применение». М., 2006 г.[3] Egorov V.V., Mingalev A.N. Establishing communication and selecting the structure of the correction filter for sequential transmission of messages over KB radio channels. Papers of the 8th International Conference and Exhibition “Digital Signal Processing and its Application”. M., 2006
[4] Забиров Д.П., В.Л. Хазан. Высокоскоростной модем для магистральных KB радиолиний. Техника радиосвязи/Омский НИИ приборостроения. - 2004 - Вып.9. - с.20-26/.[4] Zabirov D.P., V.L. Khazan. High speed modem for trunk KB radio links. Radio engineering / Omsk Research Institute of Instrument Engineering. - 2004 -
[5] М.С.Gill. Coded-Waveform Design for High Speed Data Transfer over High Frequency Radio Channels. §3.4, ррЗ3-44. PhD thesis, Institute for Telecommunications Research School of Electronic Engineering University of South Australia, 1998. http://www.itr.unisa.edu.au/research/pubs/thesis/mcg.pdf.[5] M.S. Gill. Coded-Waveform Design for High Speed Data Transfer over High Frequency Radio Channels. § 3.4, pp3-44. PhD thesis, Institute for Telecommunications Research School of Electronic Engineering University of South Australia, 1998. http://www.itr.unisa.edu.au/research/pubs/thesis/mcg.pdf.
[6] Б. Скляр. Цифровая связь. Москва - Санкт-Петербург - Киев. Издательский дом «Вильяме», 2003 г., §4.6.1-4.6.3, стр.231-236.[6] B. Sklyar. Digital communication. Moscow - St. Petersburg - Kiev. William Publishing House, 2003, §4.6.1-4.6.3, pp. 213-236.
[7] Дж.Прокис. Цифровая связь. М. Радио и связь. 2000. §12.2.2, с.593-596.[7] J. Procis. Digital communication. M. Radio and communications. 2000. §12.2.2, p. 593-596.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010154769/07A RU2460215C1 (en) | 2010-12-30 | 2010-12-30 | Radio modem |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2010154769/07A RU2460215C1 (en) | 2010-12-30 | 2010-12-30 | Radio modem |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2010154769A RU2010154769A (en) | 2012-07-10 |
RU2460215C1 true RU2460215C1 (en) | 2012-08-27 |
Family
ID=46848279
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2010154769/07A RU2460215C1 (en) | 2010-12-30 | 2010-12-30 | Radio modem |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2460215C1 (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU172898U1 (en) * | 2017-02-27 | 2017-07-31 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | PARALLEL RADIO MODEM |
RU178763U1 (en) * | 2017-10-06 | 2018-04-18 | Публичное акционерное общество "Российский институт мощного радиостроения" | ADAPTIVE CORRECTION DEVICE WITH FEEDBACK BY SOLUTION IN CHANNELS WITH INTER-CHARACTER INTERFERENCE |
EA035206B1 (en) * | 2017-12-07 | 2020-05-15 | Открытое акционерное общество "Межгосударственная Корпорация Развития" | Transceiver unit |
RU2786410C1 (en) * | 2022-03-28 | 2022-12-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" | Rejector filter |
-
2010
- 2010-12-30 RU RU2010154769/07A patent/RU2460215C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
:M.C.GILL. Coded-Waveform Design for High Speed Data Transfer over High Frequency Radio Channels. §3.4, pp 33-44. Institute for Telecommunications Research School of Electronic Engineering University of South Australia, 25 February 1998. * |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU172898U1 (en) * | 2017-02-27 | 2017-07-31 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | PARALLEL RADIO MODEM |
RU178763U1 (en) * | 2017-10-06 | 2018-04-18 | Публичное акционерное общество "Российский институт мощного радиостроения" | ADAPTIVE CORRECTION DEVICE WITH FEEDBACK BY SOLUTION IN CHANNELS WITH INTER-CHARACTER INTERFERENCE |
EA035206B1 (en) * | 2017-12-07 | 2020-05-15 | Открытое акционерное общество "Межгосударственная Корпорация Развития" | Transceiver unit |
RU2786410C1 (en) * | 2022-03-28 | 2022-12-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" | Rejector filter |
RU2796445C1 (en) * | 2022-05-13 | 2023-05-23 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рязанский государственный радиотехнический университет имени В.Ф. Уткина" | Noise rejection filter |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2010154769A (en) | 2012-07-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6438173B1 (en) | Multicarrier transmission system for irregular transmission of data blocks | |
JP2526931B2 (en) | PSK signal demodulator | |
CN106165366B (en) | Frequency and phase offset compensation are carried out to modulated signal using symbol timing recovery | |
EP0730357B1 (en) | Frequency and frame synchronisation for OFDM | |
CN101764774B (en) | Communication apparatus | |
CN105684373A (en) | Cpfsk receiver with frequency offset correction and matched filter bank decoding | |
CN110300079B (en) | MSK signal coherent demodulation method and system | |
EP0837582B1 (en) | Symbol synchronization in a DAB receiver | |
RU2460215C1 (en) | Radio modem | |
CN109889461B (en) | Low-complexity parallel carrier recovery system and method thereof | |
CN102655491A (en) | Frequency shift estimation method and system for coherent demodulation frequency shift keying modulating signals | |
Zhu et al. | Feedforward symbol timing recovery technique using two samples per symbol | |
CN104601509A (en) | Multi-carrier modulation signal timing synchronization apparatus and method | |
JP4161693B2 (en) | Multicarrier transmission apparatus, multicarrier reception apparatus, and multicarrier communication apparatus | |
WO1993011605A1 (en) | Digital demodulator for preamble-less burst communications | |
CN101447958B (en) | Measurement method for performance of modulator and device thereof | |
WO2006067680A1 (en) | Method and apparatus for estimating doppler spread | |
Amini et al. | A BFSK neural network demodulator with fast training hints | |
JP4445814B2 (en) | OFDM demodulator | |
JP3797968B2 (en) | Frequency error detection apparatus and method in OFDM demodulator | |
CN112019233A (en) | Rapid capture method for multipath signal synchronization head of short-wave communication | |
JP5261173B2 (en) | Multipath characteristic estimation method and apparatus, reception method, and received signal correction method and apparatus | |
RU2289883C2 (en) | Method for quasi-coherent reception of multibeam signal | |
US7885357B1 (en) | Apparatus for signal detection to enhance performance of a receiver and method therefor | |
JP2000156655A (en) | Equalizer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20121231 |