RU2502077C1 - Method of estimating signal-to-noise ratio over section of harmonic oscillation interval - Google Patents

Method of estimating signal-to-noise ratio over section of harmonic oscillation interval Download PDF

Info

Publication number
RU2502077C1
RU2502077C1 RU2012118426/28A RU2012118426A RU2502077C1 RU 2502077 C1 RU2502077 C1 RU 2502077C1 RU 2012118426/28 A RU2012118426/28 A RU 2012118426/28A RU 2012118426 A RU2012118426 A RU 2012118426A RU 2502077 C1 RU2502077 C1 RU 2502077C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
array
signal
multiplier
divider
samples
Prior art date
Application number
RU2012118426/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012118426A (en
Inventor
Владимир Викторович Егоров
Андрей Андреевич Катанович
Сергей Александрович Лобов
Михаил Леонидович Маслаков
Андрей Николаевич Мингалев
Михаил Сергеевич Смаль
Александр Евгеньевич Тимофеев
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Российский институт мощного радиостроения"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Российский институт мощного радиостроения" filed Critical Открытое акционерное общество "Российский институт мощного радиостроения"
Priority to RU2012118426/28A priority Critical patent/RU2502077C1/en
Publication of RU2012118426A publication Critical patent/RU2012118426A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2502077C1 publication Critical patent/RU2502077C1/en

Links

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: disclosed method is based on separate estimation of noise power and the power of a signal and noise mixture. Noise power is calculated by comparing a received signal and a filtered signal and squaring the difference thereof and the power of the signal and noise mixture is calculated by squaring the received signal. The method provides continuous payload transmission.
EFFECT: obtaining an estimate of the signal-to-noise ratio over a unit interval, having more accurate characteristics under the effect of various types of interference over the unit interval without introducing redundancy.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области электросвязи и может быть использовано в системах передачи данных, при работе с заданной скоростью в одночастотном режиме без введения избыточности, для осуществления оценки качества канала связи.The invention relates to the field of telecommunications and can be used in data transmission systems, when operating at a given speed in a single-frequency mode without introducing redundancy, to evaluate the quality of a communication channel.

В современных системах передачи информации, использующих методы многопараметрической адаптации, возникает задача оперативного и точного оценивания отношения сигнал/помеха (ОСП) в процессе передачи сообщений. Данные об ОСП на каждой элементарной посылке также необходимы для реализации процедур мягкого декодирования. Поэтому, задача определения ОСП на каждой элементарной посылке является актуальной.In modern information transfer systems using multi-parameter adaptation methods, the problem arises of prompt and accurate estimation of the signal-to-noise ratio (SIR) in the process of message transmission. OSB data on each elementary package is also necessary to implement soft decoding procedures. Therefore, the task of determining the OSB on each elementary premise is relevant.

В настоящее время известны методы оценки ОСП, использующие первичные параметры сигнала, такие как амплитуда, фаза, искажения фронтов посылок и т.д. [1]. Существенным недостатком этих методов является необходимость получения достаточно большого объема выборочных значений, что не позволяет формировать на их основе оценку ОСП для каждой элементарной посылки. Однако в КВ-каналах из-за наличия замираний величина ОСП на каждой элементарной посылке различается.Currently, there are known methods for estimating the SIR using primary signal parameters, such as amplitude, phase, distortion of the edges of the packets, etc. [one]. A significant drawback of these methods is the need to obtain a sufficiently large volume of sample values, which does not allow forming an OSB estimate for each elementary basis on their basis. However, in HF channels, due to the presence of fading, the magnitude of the SIR on each elementary package is different.

Известно устройство для измерения отношения сигнал/шум, описанное в патенте РФ №2332676, позволяющее путем фильтрации отделить мощность шумовой компоненты от мощности смеси сигнала и шума, формируя сигналы, пропорциональные мощности сигнала и шума. Таким образом, получается отношение сигнал/шум.A device for measuring the signal-to-noise ratio is described in RF patent No. 2332676, which allows filtering to separate the power of the noise component from the power of the signal-noise mixture, generating signals proportional to the signal and noise power. Thus, the signal-to-noise ratio is obtained.

Недостатком данного способа является то, что отношение сигнал/шум устанавливается для определенного типа помехи и не учитывает возможных изменений параметров сигнала и шума, тем самым снижается точность измерения. Если мощность помехи в полосе сигнала будет отличаться от мощности помехи вне полосы, то точность данного способа резко падает.The disadvantage of this method is that the signal-to-noise ratio is set for a certain type of interference and does not take into account possible changes in signal and noise parameters, thereby reducing the measurement accuracy. If the interference power in the signal band will differ from the interference power outside the band, then the accuracy of this method drops sharply.

Наиболее близким способом к заявленному является способ измерения отношения сигнал/помеха, описанный в патенте РФ №2117954, позволяющий путем накопления и корреляционной обработки фазовой информации обнаружить полезный сигнал на фоне шумов (помех) и выделить значения функции фазовых флуктуации, обусловленных влиянием помех. На основе полученных зависимостей производится анализ дисперсии фазовых флуктуаций и определение отношения сигнал/шум. Измеренное значение отношения сигнал/шум может использоваться для оценки достоверности и точности радиолокационной информации или качества каналов связи.The closest way to the claimed one is the method of measuring the signal-to-noise ratio, described in RF patent No. 2117954, which allows, through the accumulation and correlation processing of phase information, to detect a useful signal against a background of noise (interference) and isolate the values of the phase fluctuation function due to the influence of interference. Based on the obtained dependences, the variance of phase fluctuations is analyzed and the signal-to-noise ratio is determined. The measured signal-to-noise ratio can be used to assess the reliability and accuracy of radar information or the quality of communication channels.

Измеряемое таким способом отношение сигнал/помеха получается при обработке достаточно длинного входного сигнала, так как функция фазовых флуктуации фактически представляет собой выборку значений фаз, полученных для каждого импульса сигнала (посылки сигнала). Таким образом, получить значение отношения сигнал/помеха для отдельно взятого импульса (посылки) не представляется возможным.The signal-to-noise ratio measured in this way is obtained by processing a sufficiently long input signal, since the phase fluctuation function is actually a sample of phase values obtained for each signal pulse (signal sending). Thus, it is not possible to obtain the signal-to-noise ratio value for a single pulse (sending).

Целью настоящего изобретения является обеспечение получения оценки сигнал/шум на длительности элементарной посылки, обладающей более высокими точностными характеристиками при воздействии различных типов помех, при работе системы передачи данных в режиме, когда на длительности одной элементарной посылки применяется одночастотный сигнал, без введения избыточности.The aim of the present invention is to provide a signal-to-noise estimate for the duration of an elementary packet, which has higher accuracy characteristics when exposed to various types of interference, when the data transmission system operates in the mode when a single-frequency signal is applied on the duration of one elementary parcel, without introducing redundancy.

Поставленная цель достигается путем обнаружения полезного сигнала, фильтрации сигнала, сравнения принятого и отфильтрованного сигнала и анализа их отличия на основе полученной зависимости оценки мощности шумовой компоненты от истинной мощности шумовой компоненты, и последующего вычисления отношения сигнал/шум на основе известной зависимости мощности принятого сигнала от мощности шумовой компоненты.This goal is achieved by detecting the useful signal, filtering the signal, comparing the received and filtered signal and analyzing their differences based on the obtained dependence of the estimated power of the noise component on the true power of the noise component, and then calculating the signal-to-noise ratio based on the known dependence of the received signal power on the power noise components.

Структурная схема предложенного способа приведена на фиг.1.The structural diagram of the proposed method is shown in figure 1.

Поставленная задача решается следующим образом.The problem is solved as follows.

Если в качестве сигнала используется отрезок гармонического колебания, то, независимо от вида модуляции и начальной фазы возможно представление сигнала в виде следующей модели:If a segment of harmonic oscillation is used as a signal, then, regardless of the type of modulation and the initial phase, it is possible to represent the signal in the form of the following model:

S(t)=А·cos(ωt+φ),S (t) = А · cos (ωt + φ),

где А - амплитуда сигнала, ω - круговая частота, φ - начальная фаза, t - время.where A is the signal amplitude, ω is the circular frequency, φ is the initial phase, t is time.

Тогда принимаемый сигнал на длительности элементарного символа на входе приемника можно представить следующим образом:Then the received signal for the duration of the elementary symbol at the input of the receiver can be represented as follows:

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где B - амплитуда сигнала, ψ - начальная фаза, изменившиеся в результате воздействия канала связи, ξ(t) - помеха.where B is the signal amplitude, ψ is the initial phase, which changed as a result of the influence of the communication channel, ξ (t) is the noise.

В дискретном случае:In the discrete case:

Xk=В·cos(ωΔtk+ψ),X k = B cos (ωΔtk + ψ),

ξk=ξ(Δtk),ξ k = ξ (Δtk),

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где ω - частота сигнала, Δt - интервал между двумя соседними отсчетами, k - номер отсчета, ψ - начальная фаза.where ω is the signal frequency, Δt is the interval between two adjacent samples, k is the reference number, and ψ is the initial phase.

Известно, что равноотстающие отсчеты гармонического колебания частоты ω связаны между собой следующим рекуррентным соотношением:It is known that equidistant samples of harmonic oscillations of frequency ω are interconnected by the following recurrence relation:

Xk=2·cos(ωΔt)·Xk-1-Xk-2.X k = 2 cos (ωΔt) X k-1 -X k-2 .

Воспользуемся этим соотношением для предсказания оценки значения последующего отсчета сигнала по двум предыдущим отсчетам сигнала, принятого из канала:We use this relation to predict the estimate of the value of the subsequent signal sample from the two previous samples of the signal received from the channel:

Figure 00000003
.
Figure 00000003
.

Таким образом, на каждом k-ом шаге с помощью данного прогнозируемого фильтра можно получить пару

Figure 00000004
,
Figure 00000005
. Сформировав выборку этих величин объемом N, выражение для оценки среднеквадратичного отклонения измеренного отсчета от прогнозируемого определяется выражениемThus, at each kth step, using this predicted filter, you can get a pair
Figure 00000004
,
Figure 00000005
. Having formed a sample of these quantities with volume N, the expression for estimating the standard deviation of the measured reference from the predicted one is determined by the expression

Figure 00000006
Figure 00000006

Следует отметить, что все входящие в выражение величины доступны для измерения и вычисления на основе измеренных значений. Поскольку математическое ожидание

Figure 00000007
и
Figure 00000008
совпадают, поэтому оценка
Figure 00000009
является несмещенной.It should be noted that all quantities included in the expression are available for measurement and calculation based on the measured values. Since expectation
Figure 00000007
and
Figure 00000008
match therefore the score
Figure 00000009
is unbiased.

Средний квадрат отклонения прогнозируемого значения от измеренного определяется также следующим образом:The mean square deviation of the predicted value from the measured value is also determined as follows:

Figure 00000010
Figure 00000010

где

Figure 00000011
- это дисперсия шума при измерении, то естьWhere
Figure 00000011
is the noise variance in the measurement, i.e.

Figure 00000012
.
Figure 00000012
.

Если характеристики шума в процессе обработки сигнала не изменяются, тоIf the noise characteristics do not change during signal processing, then

Figure 00000013
Figure 00000013

В этом случае выражение для среднего квадрата отклонения прогнозируемого значения от измеренного можно записать таким образом:In this case, the expression for the mean square deviation of the predicted value from the measured value can be written as follows:

Figure 00000014
Figure 00000014

Известно, что σ2ш, то есть это мощность шумовой компоненты. Следовательно, оценка мощности шумовой компоненты определяется следующим соотношением:It is known that σ 2 = P W , that is, it is the power of the noise component. Therefore, the power rating of the noise component is determined by the following relationship:

Figure 00000015
Figure 00000015

Оценка мощность смеси сигнала с шумом определяется выражениемThe estimate of the power of the signal-to-noise mixture is determined by the expression

Figure 00000016
Figure 00000016

Для случаев h2>>1 достаточно точной оценкой является величина:For cases h 2 >> 1 a fairly accurate estimate is the value:

Figure 00000017
Figure 00000017

Следует отметить, что указанное условие в большинстве случаев выполняется при стабильной работе реальных систем связи.It should be noted that this condition in most cases is satisfied with the stable operation of real communication systems.

Описываемый способ работает следующим образом.The described method works as follows.

Принимаемый сигнал подают на аналогово-цифровой преобразователь 1, в котором получают отсчеты сигнала, которые затем поступают в блок накопления 2, где производят их накопление на интервале времени, соответствующем длительности элементарной посылки. Далее, с блока накопления 2 накопленный массив отсчетов подают одновременно на умножитель 3, прогнозирующий фильтр 6 и умножитель 7. В умножителе 3 производят поэлементное умножение полученного массива отсчетов самого на себя, то есть производят его возведение в квадрат. Полученный новый массив подают на сумматор 4, в котором суммируют все элементы массива, и результат передают на делитель 5, в котором производят его деление на длину массива. В прогнозирующем фильтре 6 производят фильтрацию массива отсчетов и передают результат фильтрации в сумматор 8. В умножителе 7 производят умножение массива на минус один и передают полученный массив в сумматор 8. В сумматоре 8 суммируют поэлементно массивы, приходящие с прогнозирующего фильтра 6 и умножителя 7, а результат передают в умножитель 9, в котором производят поэлементное умножение полученного массива самого на себя, а результат передают в сумматор 10. В сумматоре 10 производят суммирование элементов полученного массива и передают результат в делитель 11, в котором делят полученную величину на коэффициент K=(4·cos2(ωΔt)+2)·N, где ω - частота сигнала, Δt - интервал между двумя соседними отсчетами, N - длина массива. Полученный результат передают в делитель 12. В делителе 12 производят деление величины, поступающей с делителя 5 на величину, поступающую с делителя 11, получая, таким образом, искомую оценку отношения сигнал/помеха.The received signal is fed to an analog-to-digital converter 1, in which signal samples are obtained, which then enter the accumulation unit 2, where they are accumulated over a time interval corresponding to the duration of the elementary package. Further, from the accumulation unit 2, the accumulated array of samples is fed simultaneously to the multiplier 3, the predictive filter 6 and the multiplier 7. In the multiplier 3, the obtained array of samples is element-wise multiplied by itself, that is, it is squared. The resulting new array is fed to the adder 4, in which all elements of the array are summed, and the result is transmitted to the divider 5, in which it is divided by the length of the array. In the predictive filter 6, the array of samples is filtered and the filtering result is transmitted to the adder 8. In the multiplier 7, the array is multiplied by minus one and the resulting array is passed to the adder 8. In the adder 8, the arrays coming from the predictive filter 6 and the multiplier 7 are summed the result is passed to the multiplier 9, in which the element array is multiplied by itself, and the result is passed to the adder 10. In the adder 10, the elements of the resulting array are summed and transmitted the result is a divisor 11, in which the obtained value is divided by the coefficient K = (4 · cos 2 (ωΔt) +2) · N, where ω is the signal frequency, Δt is the interval between two adjacent samples, N is the length of the array. The result is transmitted to the divider 12. In the divider 12, the value coming from the divider 5 is divided by the value coming from the divider 11, thus obtaining the desired signal-to-noise ratio estimate.

ЛитератураLiterature

1. И.Т.Рожков. Синтез измерителей отношения сигнал/помеха принимаемых радиосигналов. Издательство Саратовского университета, 1991.1. I.T. Rozhkov. Synthesis of signal-to-noise ratio meters for received radio signals. Saratov University Press, 1991.

Claims (1)

Способ оценивания отношения сигнал/помеха на длительности элементарной посылки, который может быть использован в системах передачи данных, при работе с заданной скоростью в одночастотном режиме без введения избыточности, для осуществления оценки качества канала связи, отличающийся тем, что на приемной стороне осуществляют прием сигнала, подают его на аналого-цифровой преобразователь один, в котором получают отсчеты сигнала, которые затем поступают в блок накопления два, где производят их накопление на интервале времени, соответствующем длительности элементарной посылки, и формирование соответствующего массива отсчетов, который подают одновременно на умножитель три, прогнозирующий фильтр шесть и умножитель семь, при этом в умножителе три производят поэлементное умножение полученного массива отсчетов самого на себя, то есть производят его возведение в квадрат, а полученный новый массив подают на сумматор четыре, в котором суммируют все элементы массива, и результат передают на делитель пять, в котором производят его деление на длину массива, при этом в прогнозирующем фильтре шесть производят фильтрацию массива отсчетов и передают результат фильтрации в сумматор восемь, при этом в умножителе семь производят умножение массива на минус один и передают полученный массив в сумматор восемь, в котором суммируют поэлементно массивы, приходящие с прогнозирующего фильтра шесть и умножителя семь, а результат передают в умножитель девять, в котором производят поэлементное умножение полученного массива самого на себя, а результат передают в сумматор десять, в котором производят суммирование элементов полученного массива и передают результат в делитель одиннадцать, в котором делят полученную величину на вычисляемый заранее коэффициент K=(4·cos2(ωΔt)+2)·N, где ω - частота сигнала, Δt - интервал между двумя соседними отсчетами, N - длина массива, а полученный результат также передают в делитель двенадцать, в котором производят деление величины, поступающей с делителя пять, на величину, поступающую с делителя одиннадцать, получая, таким образом, искомую оценку отношения сигнал/помеха на длительности элементарной посылки без введения избыточности. A method for evaluating the signal-to-noise ratio over the duration of an elementary transmission, which can be used in data transmission systems, when operating at a given speed in a single-frequency mode without introducing redundancy, for assessing the quality of a communication channel, characterized in that the signal is received on the receiving side, it is fed to an analog-to-digital converter one, in which signal samples are obtained, which then enter the accumulation unit two, where they are accumulated over a time interval corresponding to m of the duration of the elementary premise, and the formation of the corresponding array of samples, which is simultaneously fed to the multiplier three, the predictive filter six and the multiplier seven, while in the multiplier three the element array of the samples is multiplied by itself, that is, it is squared, and the resulting a new array is fed to the adder four, in which all the elements of the array are summed, and the result is transmitted to a divider five, in which it is divided by the length of the array, while in the predictor the filter six filters the array of samples and passes the filter result to the adder eight, while the multiplier seven multiplies the array by minus one and passes the resulting array to the adder eight, in which the arrays coming from the predictive filter six and the multiplier seven are summed pass nine into the multiplier, in which the resulting array is element-wise multiplied by itself, and the result is passed to the adder ten, in which the elements are summed. th array and transmitting the result to divider eleven, wherein the divided value obtained in advance calculated coefficient K = (4 · cos 2 (ωΔt) +2) · N, where ω - frequency signal, Δt - interval between two adjacent samples, N - the length of the array, and the result is also transmitted to the divider twelve, in which the value coming from the divider five is divided by the value coming from the divider eleven, thus obtaining the desired signal-to-noise ratio estimate for the duration of the elementary packet without introducing redundancy.
RU2012118426/28A 2012-05-03 2012-05-03 Method of estimating signal-to-noise ratio over section of harmonic oscillation interval RU2502077C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012118426/28A RU2502077C1 (en) 2012-05-03 2012-05-03 Method of estimating signal-to-noise ratio over section of harmonic oscillation interval

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012118426/28A RU2502077C1 (en) 2012-05-03 2012-05-03 Method of estimating signal-to-noise ratio over section of harmonic oscillation interval

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012118426A RU2012118426A (en) 2013-11-10
RU2502077C1 true RU2502077C1 (en) 2013-12-20

Family

ID=49516714

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012118426/28A RU2502077C1 (en) 2012-05-03 2012-05-03 Method of estimating signal-to-noise ratio over section of harmonic oscillation interval

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2502077C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1748095A1 (en) * 1990-05-07 1992-07-15 Ростовский научно-исследовательский институт радиосвязи Method of determining a signal-to-noise ratio of the radio signal
RU2117954C1 (en) * 1992-01-29 1998-08-20 Владимир Валентинович Челпанов Signal-to-noise ratio meter
RU2235435C2 (en) * 1999-06-24 2004-08-27 Айбиквити Диджитал Корпорейшн Method for evaluating signal-to-noise ratios of digital carriers in broadcast transmission system for digital audio signals compatible with amplitude-modulated signals

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1748095A1 (en) * 1990-05-07 1992-07-15 Ростовский научно-исследовательский институт радиосвязи Method of determining a signal-to-noise ratio of the radio signal
RU2117954C1 (en) * 1992-01-29 1998-08-20 Владимир Валентинович Челпанов Signal-to-noise ratio meter
RU2235435C2 (en) * 1999-06-24 2004-08-27 Айбиквити Диджитал Корпорейшн Method for evaluating signal-to-noise ratios of digital carriers in broadcast transmission system for digital audio signals compatible with amplitude-modulated signals

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012118426A (en) 2013-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101128988B (en) Method and apparatus for channel estimation to electro-magnetic wave multi path between sender and receiver by using chirp signal
JP4011582B2 (en) Fading frequency estimation device
CN100518012C (en) Authorization user signal detecting method for cognitive radio system
JPH08248070A (en) Frequency spectrum analyzer
CN104267287B (en) The method and apparatus of multi-channel audio equipment crosstalk coefficient measurement
WO2016035439A1 (en) Interference identification device, radio communication device, and interference identification method
US9244156B1 (en) Orthogonal polarization signal agnostic matched filter
US6330431B1 (en) Method and apparatus for measuring signal quality in a wireless communication system
RU2502077C1 (en) Method of estimating signal-to-noise ratio over section of harmonic oscillation interval
RU2706939C1 (en) Method of estimating parameters of a wireless channel fading model as per law by x-rays based on a multifrequency signal
US8514985B2 (en) Synchronising a receiver to a signal having known structure
JP2013152112A (en) Time difference orientation detection device
US6999526B2 (en) Method for simple signal, tone and phase change detection
RU2608363C1 (en) Method of estimating parameters of signal envelope fading model according to nakagami law by multi-frequency information signal
RU2548032C2 (en) Method of estimating signal-to-noise ratio using phase-modulated signals
CN104969562A (en) Measurement apparatus and measurement method for determining an active channel
JPH1082812A (en) S/n power ratio measuring device
US11255955B2 (en) Estimation method, estimation device, and recording medium
RU2559734C1 (en) Method of determining radio channel freezing model parameters according to rice law based on multi-frequency information signal
JP2012149951A (en) Radar device
RU2535243C2 (en) Signal/noise ratio assessment method based on results of ionosphere sounding with chirped signals
JP6532976B2 (en) Signal transmitting / receiving apparatus and method for detecting synchronization point in signal
US20080106461A1 (en) Device and method for detecting overlap of pulse signals and apparatus for estimating distance using the same
RU2112249C1 (en) Method for detecting pulsed radio signals on narrow-band noise background
CN108365899A (en) A kind of the bandwidth splicing system and method for channelizing frequency measurement

Legal Events

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

Effective date: 20190504