RU2625026C1 - Carrier oscillator coherent with noise properties in communication channel - Google Patents

Carrier oscillator coherent with noise properties in communication channel Download PDF

Info

Publication number
RU2625026C1
RU2625026C1 RU2016109069A RU2016109069A RU2625026C1 RU 2625026 C1 RU2625026 C1 RU 2625026C1 RU 2016109069 A RU2016109069 A RU 2016109069A RU 2016109069 A RU2016109069 A RU 2016109069A RU 2625026 C1 RU2625026 C1 RU 2625026C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
matrix
calculator
multiplier
Prior art date
Application number
RU2016109069A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Кирилл Александрович Батенков
Владимир Владимирович Дворядкин
Михаил Владимирович Илюшин
Антон Александрович Мельников
Михаил Владимирович Стремоухов
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации" (Академия ФСО России)
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 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации" (Академия ФСО России) filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации" (Академия ФСО России)
Priority to RU2016109069A priority Critical patent/RU2625026C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2625026C1 publication Critical patent/RU2625026C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03B—GENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B28/00—Generation of oscillations by methods not covered by groups H03B5/00 - H03B27/00, including modification of the waveform to produce sinusoidal oscillations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Radio Transmission System (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.
SUBSTANCE: carrier oscillator with noise properties in the communication channel contains a clock generator, N keys, four multipliers, an adder, an eigenvector calculator, an inverse matrix calculator, a matrix truncator, a square root calculator, a diagonal matrix generator, a matrix row adder, a transpose matrix calculator.
EFFECT: decreasing the magnitude of the root-mean-square error in estimating the coordinates of the signal constellation points in the presence of non-uniform additive noise.
2 dwg

Description

Изобретение относится к электросвязи, преимущественно к генерации сигналов для передачи информации методами цифровой модуляции, и может быть использовано для формирования несущих колебаний в системах передачи информации, преобразующих данные, представленные в виде координат точек сигнального созвездия.The invention relates to telecommunications, mainly to the generation of signals for transmitting information by digital modulation methods, and can be used to generate carrier oscillations in information transfer systems that convert data presented in the form of coordinates of signal constellation points.

Известна система цифровой модуляции, использующая модифицированные ортогональные коды для снижения автокорреляции (патент США 2006/0250942 А1, 09.11.2006), содержащая скремблер, преобразователь последовательного кода в параллельный, два модулятора, два исключающих «или», две сигнальные схемы и два смесителя.A known digital modulation system that uses modified orthogonal codes to reduce autocorrelation (US patent 2006/0250942 A1, 11/09/2006), containing a scrambler, a serial to parallel converter, two modulators, two excluding "or", two signal circuits and two mixers.

Недостатком данной системы является высокая величина среднеквадратической ошибки оценки координат точек сигнального созвездия в присутствии неравномерного аддитивного шума.The disadvantage of this system is the high standard error of the coordinate estimation of the points of the signal constellation in the presence of uneven additive noise.

Известна система передачи дискретной информации (патент РФ 2025901 С1, 30.12.1994), содержащая источники информации, умножители, сумматор, тактовые генераторы, генераторы функций Уолша, ключи, делители частоты, интеграторы, приемники информации.A known system for transmitting discrete information (RF patent 2025901 C1, 12/30/1994) containing information sources, multipliers, an adder, clock generators, Walsh function generators, keys, frequency dividers, integrators, information receivers.

Недостатком данной системы является высокая величина среднеквадратической ошибки оценки координат точек сигнального созвездия в присутствии неравномерного аддитивного шума.The disadvantage of this system is the high standard error of the coordinate estimation of the points of the signal constellation in the presence of uneven additive noise.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому устройству и выбранным в качестве прототипа является система передачи информации с помощью несущих, ортогональных на входе и выходе канала связи (патент РФ 2361312 С2, 10.07.2009), содержащая источники информации, умножители, сумматор, тактовые генераторы, ключи, интеграторы и приемники информации, введены два формирователя собственных векторов, генератор дельта-импульсов, канал связи, канал обратной связи, анализатор импульсной характеристики и имитаторы канала связи. Выходы тактовых генераторов подключены к первым входам формирователей собственных векторов и первым входам ключей, второй вход которых соединен с выходами формирователя собственных векторов. Выходы первых N ключей связаны с первыми входами первых N умножителей, а выходы последних N ключей - с входами имитаторов канала связи. Выходы источников информации подключены ко вторым входам первых N умножителей, выходы которых соединены с входами сумматора. Выход сумматора связан с первым входом канала связи, второй вход которого соединен с выходом генератора дельта-импульсов, а выход - с входом анализатора импульсной характеристики и первыми входами последних N умножителей. Выход анализатора импульсной характеристики подключен к входу канала обратной связи, второму входу второго формирователя собственных векторов и вторым входам имитаторов канала связи, выходы которых связаны со вторыми входами последних N умножителей. Выход канала обратной связи подключен ко второму входу первого формирователя собственных векторов. Выходы последних N умножителей соединены с входами интеграторов, выходы которых связаны с входами приемников информации.The closest in technical essence to the claimed device and selected as a prototype is a system for transmitting information using carriers orthogonal to the input and output of a communication channel (RF patent 2361312 C2, 07/10/2009), containing information sources, multipliers, an adder, clock generators, keys, integrators and information receivers; two eigenvector drivers, a delta pulse generator, a communication channel, a feedback channel, an impulse response analyzer and communication channel simulators are introduced. The outputs of the clock generators are connected to the first inputs of the eigenvectors and the first inputs of the keys, the second input of which is connected to the outputs of the eigenvector. The outputs of the first N keys are connected to the first inputs of the first N multipliers, and the outputs of the last N keys are connected to the inputs of the communication channel simulators. The outputs of the information sources are connected to the second inputs of the first N multipliers, the outputs of which are connected to the inputs of the adder. The output of the adder is connected to the first input of the communication channel, the second input of which is connected to the output of the delta pulse generator, and the output to the input of the analyzer of the impulse response and the first inputs of the last N multipliers. The output of the impulse response analyzer is connected to the input of the feedback channel, the second input of the second eigenvector and the second inputs of the communication channel simulators, the outputs of which are connected to the second inputs of the last N multipliers. The feedback channel output is connected to the second input of the first eigenvector. The outputs of the last N multipliers are connected to the inputs of integrators, the outputs of which are connected to the inputs of information receivers.

Каждый формирователь собственных векторов состоит из умножителей, выделителей импульсов, сумматоров и вычислителя собственных векторов. Второй вход формирователя собственных векторов является первыми входами i-х (i=1, 2, …, К) умножителей, а первый - входами выделителей импульсов. Выход каждого i-го (i=1, 2, …, К) выделителя импульсов подключен ко второму входу i-го умножителя, а его выход соединен с входом i-го сумматора. Выход каждого i-го (i=1, 2, …, К) сумматора соединен с первыми входами умножителей i⋅K+1, i⋅K+2, …, (i+1)⋅K и со вторыми входами умножителей K+i, 2⋅K+i, …, К 2+i. Каждый выход k-го умножителя (k=K+1, K+2, …, К 2+К) подключен к входу k-го сумматора. Выход каждого из них связан с входом вычислителя собственных векторов, выходы которого являются выходами формирователя собственных векторов.Each eigenvector is composed of multipliers, pulse extractors, adders and an eigenvector calculator. The second input of the eigenvector is the first inputs of the i-x (i = 1, 2, ..., K) multipliers, and the first is the inputs of the pulse extractors. The output of each i-th (i = 1, 2, ..., K) pulse extractor is connected to the second input of the i-th multiplier, and its output is connected to the input of the i-th adder. The output of each i-th (i = 1, 2, ..., K) adder is connected to the first inputs of the multipliers i⋅K + 1, i⋅K + 2, ..., (i + 1) ⋅K and to the second inputs of the multipliers K + i, 2⋅K + i, ..., K 2 + i. Each output of the k-th multiplier (k = K + 1, K + 2, ..., K 2 + K) is connected to the input of the k-th adder. The output of each of them is connected to the input of the eigenvector calculator, the outputs of which are the outputs of the eigenvector generator.

Недостатком данной системы является высокая величина среднеквадратической ошибки оценки координат точек сигнального созвездия в присутствии неравномерного аддитивного шума.The disadvantage of this system is the high standard error of the coordinate estimation of the points of the signal constellation in the presence of uneven additive noise.

Данный недостаток обусловлен тем, что формируемые в системе передачи несущие колебания настроены на уменьшение полосы частот путем снижения их эффективной полосы спектра и не учитываются статистические характеристики шумов, присутствующих в канале связи.This drawback is due to the fact that the carrier vibrations generated in the transmission system are configured to reduce the frequency band by reducing their effective spectrum band and the statistical characteristics of the noise present in the communication channel are not taken into account.

Задачей настоящего изобретения является создание формирователя несущих колебаний, согласованных со свойствами шумов в канале связи, что приводит к снижению величины среднеквадратической ошибки оценки координат точек сигнального созвездия в присутствии неравномерного аддитивного шума.The objective of the present invention is to provide a carrier wave shaper that is consistent with the noise properties in the communication channel, which leads to a decrease in the root mean square error of estimating the coordinates of the points of the signal constellation in the presence of non-uniform additive noise.

При этом несущие колебания соответствуют линейным дискретным отображениям непрерывных линейных фильтровых каналов связи с аддитивным шумом, оптимальным по критерию минимума среднеквадратической ошибки, и представляются в форме матрицы дискретно-аналогового преобразователя:In this case, the carrier oscillations correspond to linear discrete mappings of continuous linear filter communication channels with additive noise, optimal by the criterion of the minimum standard error, and are presented in the form of a matrix of a discrete-analog converter:

Figure 00000001
Figure 00000001

где Mn.2 - матрица вторых моментов шумов в канале связи;

Figure 00000002
- матрица размером Nc×N, составленная из собственных векторов матрицы Мn.2, соответствующих ее минимальным собственным числам; V - ортогональная матрица из канонического разложения матрицы
Figure 00000003
; U - неособенная матрица, преобразующая матрицу
Figure 00000004
к канонической жордановой форме
Figure 00000005
; а - множитель Лагранжа, вычисляемый на основе предположения о значении среднеквадратической ошибки:
Figure 00000006
; Nc - число отсчетов в формируемом несущем колебании; N - число несущих колебаний; Е - единичная матрица.where M n.2 is the matrix of the second moments of noise in the communication channel;
Figure 00000002
- a matrix of size N c × N composed of eigenvectors of the matrix M n.2 corresponding to its minimum eigenvalues; V is the orthogonal matrix from the canonical decomposition of the matrix
Figure 00000003
; U is a nonsingular matrix transforming the matrix
Figure 00000004
to canonical Jordanian form
Figure 00000005
; and - the Lagrange multiplier, calculated on the basis of the assumption of the value of the mean square error:
Figure 00000006
; N c is the number of samples in the generated carrier wave; N is the number of carrier vibrations; E is the identity matrix.

При этом в результате вычисления матрицы дискретно-аналогового преобразователя (1) рассчитывается величина энергии сигнала на выходе дискретно-аналогового преобразователя в форме:In this case, as a result of calculating the matrix of the discrete-analog converter (1), the signal energy at the output of the discrete-analog converter is calculated in the form:

Figure 00000007
Figure 00000007

где

Figure 00000008
- усеченная до размера N×N диагональная матрица, полученная из диагональной матрицы в каноническом разложении матрицы Мn.2.Where
Figure 00000008
- the diagonal matrix truncated to the size N × N obtained from the diagonal matrix in the canonical decomposition of the matrix M n.2 .

Уравнение (1) требует нахождения собственных чисел и собственных векторов некоторых матриц, что решается совместным использованием методов Крылова и исключения и разрешением системы однородных линейных уравнений (Гантмахер Ф.Р. Теория матриц. - М.: Наука, 1966. - 576 с.).Equation (1) requires finding the eigenvalues and eigenvectors of some matrices, which is solved by the joint use of Krylov’s methods and elimination and the resolution of a system of homogeneous linear equations (Gantmakher F.R. Matrix Theory. - M.: Nauka, 1966. - 576 p.) .

Эта задача решается тем, что в формирователь несущих колебаний, согласованных со свойствами шумов в канале связи, содержащий тактовый генератор, N ключей, четыре умножителя, сумматор и вычислитель собственных векторов, выход тактового генератора, подключен к первым входам N ключей, выход умножителя соединен с входом сумматора, выход которого подключен ко второму входу вычислителя собственных векторов, введены вычислитель обратной матрицы, усекатель матрицы, вычислитель квадратных корней, формирователь диагональной матрицы, добавитель строк матрицы, вычислитель транспонированной матрицы, на первый вход первого умножителя подается величина требуемой среднеквадратической ошибки, второй вход первого умножителя соединен со вторым выходом усекателя матрицы, а выход первого умножителя подключен к первому входу второго умножителя, вход сумматора соединен с выходом второго умножителя, а выход - со вторым входом вычислителя собственных векторов, второй вход второго умножителя подключен к выходу вычислителя обратной матрицы, вход которого соединен с первым выходом усекателя матрицы, вход которого подключен к первому выходу формирователя диагональной матрицы, на первый вход вычислителя собственных векторов подается матрица шумов канала, а третий вход соединен с выходом третьего умножителя, первый выход вычислителя собственных векторов подключен к входу вычислителя квадратных корней, второй выход - к первому входу третьего умножителя, третий выход - к первому входу вычислителя транспонированной матрицы, а четвертый выход - к первому входу четвертого умножителя, выход вычислителя квадратных корней соединен с входом формирователя диагональной матрицы, второй выход которого подключен к третьему входу четвертого умножителя, а третий выход - к входу добавителя строк матрицы, второй вход третьего умножителя соединен с первым выходом добавителя строк матрицы, третий вход - с первым выходом вычислителя транспонированной матрицы, второй выход добавителя строк матрицы подключен ко второму входу вычислителя транспонированной матрицы, второй выход которого соединен со вторым входом четвертого умножителя, N выходов которого подключены ко вторым входам N ключей, на выходах каждого ключа формируется соответствующее несущее колебание.This problem is solved in that in the carrier oscillator, consistent with the noise properties in the communication channel, containing a clock generator, N keys, four multipliers, an adder and an eigenvector calculator, the output of the clock generator is connected to the first inputs of N keys, the output of the multiplier is connected to the adder input, the output of which is connected to the second input of the eigenvector calculator, introduces the inverse matrix calculator, matrix truncator, square root calculator, diagonal matrix shaper, add-on with matrix path, transposed matrix calculator, the required standard error is supplied to the first input of the first multiplier, the second input of the first multiplier is connected to the second output of the matrix cutter, and the output of the first multiplier is connected to the first input of the second multiplier, the adder input is connected to the output of the second multiplier, and the output - with the second input of the eigenvector calculator, the second input of the second multiplier is connected to the output of the inverse matrix calculator, the input of which is connected to the first output of the trimmer matrix, the input of which is connected to the first output of the diagonal matrix former, the channel noise matrix is fed to the first input of the eigenvector calculator, and the third input is connected to the output of the third multiplier, the first output of the eigenvector is connected to the input of the square root calculator, and the second output is to the first input the third multiplier, the third output is to the first input of the transposed matrix calculator, and the fourth output is to the first input of the fourth multiplier, the output of the square root calculator is connected with the input of the diagonal matrix shaper, the second output of which is connected to the third input of the fourth multiplier, and the third output - to the input of the matrix row addter, the second input of the third multiplier is connected to the first output of the matrix row addter, the third input - with the first output of the transposed matrix calculator, the second output the matrix row add-on is connected to the second input of the transposed matrix calculator, the second output of which is connected to the second input of the fourth multiplier, N outputs of which are connected to the second input I will give N keys, the corresponding carrier oscillation is formed at the outputs of each key.

Новая совокупность существенных признаков, а именно включение блоков осуществляющих преобразование (1), позволяет формировать несущие колебания, согласованные со статистическими свойствами шумов, присутствующих в канале связи.A new set of essential features, namely the inclusion of units carrying out the transformation (1), allows one to form carrier vibrations that are consistent with the statistical properties of the noise present in the communication channel.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного формирователя несущих колебаний, согласованных со свойствами шумов в канале связи, отсутствуют. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "новизна".The analysis of the prior art made it possible to establish that there are no analogues that are characterized by a combination of features that are identical to all the features of the declared shaper of carrier vibrations, consistent with the properties of noise in the communication channel. Therefore, the claimed invention meets the condition of patentability "novelty."

Заявленное устройство может быть декомпозировано до уровня известных функциональных блоков, модулей, узлов, описанных в литературе, зарегистрированных установленным порядком в патентных реестрах. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".The claimed device can be decomposed to the level of well-known functional blocks, modules, nodes described in the literature, registered in the established order in patent registers. Therefore, the claimed invention meets the condition of "industrial applicability".

Заявленное устройство поясняется чертежами:The claimed device is illustrated by drawings:

фиг. 1 - функциональная схема формирователя несущих колебаний, согласованных со свойствами шумов в канале связи;FIG. 1 is a functional diagram of a carrier oscillator matched to noise properties in a communication channel;

фиг. 2 - зависимости среднеквадратической ошибки от отношения сигнал-шум в канале связи для случая передачи одномерных двухпозиционных амплитудно-модулированных сигналов.FIG. 2 - dependence of the standard error on the signal-to-noise ratio in the communication channel for the case of transmission of one-dimensional on-off amplitude-modulated signals.

Формирователь несущих колебаний, согласованных со свойствами шумов в канале связи содержит тактовый генератор 13, N ключей 14-1 - 14-N, четыре умножителя 1, 3, 9, 12, сумматор 2, вычислитель собственных векторов 6, вычислитель обратной матрицы 4, усекатель матрицы 5, вычислитель квадратных корней 7, формирователь диагональной матрицы 8, добавитель строк матрицы 10, вычислитель транспонированной матрицы 11.The carrier oscillator, consistent with the noise properties in the communication channel, contains a clock generator 13, N keys 14-1 to 14-N, four multipliers 1, 3, 9, 12, an adder 2, an eigenvector calculator 6, an inverse matrix calculator 4, a cutter matrices 5, square root calculator 7, diagonal matrix shaper 8, matrix addition 10, row transformer matrix calculator 11.

Выход тактового генератора 13 подключен к первым входам N ключей 14-1 - 14-N. Выход умножителя 3 соединен с входом сумматора 2, выход которого подключен ко второму входу вычислителя собственных векторов 6. На первый вход первого умножителя 1 подается величина требуемой среднеквадратической ошибки. Второй вход первого умножителя 1 соединен со вторым выходом усекателя матрицы 5, а выход первого умножителя 1 подключен к первому входу второго умножителя 3. Вход сумматора 2 соединен с выходом второго умножителя 3, а выход - со вторым входом вычислителя собственных векторов 6. Второй вход второго умножителя 3 подключен к выходу вычислителя обратной матрицы 4, вход которого соединен с первым выходом усекателя матрицы 5, вход которого подключен к первому выходу формирователя диагональной матрицы 8. На первый вход вычислителя собственных векторов 6 подается матрица шумов канала, а третий вход соединен с выходом третьего умножителя 9. Первый выход вычислителя собственных векторов 6 подключен к входу вычислителя квадратных корней 7, второй выход - к первому входу третьего умножителя 9, третий выход - к первому входу вычислителя транспонированной матрицы 11, а четвертый выход - к первому входу четвертого умножителя 12. Выход вычислителя квадратных корней 7 соединен с входом формирователя диагональной матрицы 8, второй выход которого подключен к третьему входу четвертого умножителя 12, а третий выход - к входу добавителя строк матрицы 10. Второй вход третьего умножителя 9 соединен с первым выходом добавителя строк матрицы 10, третий вход - с первым выходом вычислителя транспонированной матрицы 11. Второй выход добавителя строк матрицы 10 подключен ко второму входу вычислителя транспонированной матрицы 11, второй выход которого соединен со вторым входом четвертого умножителя 12, N выходов которого подключены ко вторым входам N ключей 14-1 - 14-N. На выходах каждого ключа 14-1 - 14-N формируется соответствующее несущее колебание.The output of the clock generator 13 is connected to the first inputs of N keys 14-1 - 14-N. The output of the multiplier 3 is connected to the input of the adder 2, the output of which is connected to the second input of the eigenvector calculator 6. The value of the required standard error is supplied to the first input of the first multiplier 1. The second input of the first multiplier 1 is connected to the second output of the matrix cutter 5, and the output of the first multiplier 1 is connected to the first input of the second multiplier 3. The input of the adder 2 is connected to the output of the second multiplier 3, and the output is connected to the second input of the eigenvector calculator 6. The second input of the second the multiplier 3 is connected to the output of the inverse matrix calculator 4, the input of which is connected to the first output of the matrix cutter 5, the input of which is connected to the first output of the diagonal matrix shaper 8. At the first input of the eigenvector calculator the noise matrix of the channel is supplied to 6, and the third input is connected to the output of the third multiplier 9. The first output of the eigenvector calculator 6 is connected to the input of the square root calculator 7, the second output is connected to the first input of the third multiplier 9, and the third output is to the first input of the transposed matrix calculator 11, and the fourth output is to the first input of the fourth multiplier 12. The output of the square root calculator 7 is connected to the input of the diagonal matrix shaper 8, the second output of which is connected to the third input of the fourth multiplier 12, and this output is to the input of the row matrix addition 10. The second input of the third multiplier 9 is connected to the first output of the row matrix 10, the third input is to the first output of the transposed matrix 11. The second output of row matrix 10 is connected to the second input of the transposed matrix 11, the second output of which is connected to the second input of the fourth multiplier 12, the N outputs of which are connected to the second inputs of N keys 14-1 - 14-N. At the outputs of each key 14-1 to 14-N, a corresponding carrier oscillation is generated.

В качестве тактового генератора 13 могут быть использованы генераторы типа Г5-62. Ключи 14-1 - 14-N, умножители 1, 3, 9, 12, сумматор 2, вычислитель собственных векторов 6, вычислитель обратной матрицы 4, усекатель матрицы 5, вычислитель квадратных корней 7, формирователь диагональной матрицы 8, добавитель строк матрицы 10, вычислитель транспонированной матрицы 11 могут быть выполнены на процессорах цифровой обработки сигналов фирмы Analog Devices.As a clock generator 13, generators of the G5-62 type can be used. Keys 14-1 - 14-N, multipliers 1, 3, 9, 12, adder 2, eigenvector calculator 6, inverse matrix calculator 4, matrix truncator 5, square root calculator 7, diagonal matrix shaper 8, matrix row generator 10, the transposed matrix calculator 11 can be performed on analog signal processing digital signal processors from Analog Devices.

Формирователь несущих колебаний, согласованных со свойствами шумов в канале связи, работает следующим образом.Shaper carrier vibrations, consistent with the properties of noise in the communication channel, operates as follows.

Матрица шумов канала Мn.2 передается в вычислитель собственных векторов 6, где определяется вектор собственных значений данной матрицы, из каждого элемента которого извлекается квадратный корень в вычислителе квадратных корней 7, а затем приводится (вектор) к диагональной матрице в формирователе диагональной матрицы 8, которая усекается до размера N×N в усекателе матрицы 5. Полученная диагональная матрица N1/2 взвешивается с коэффициентом, обратным среднеквадратической ошибке

Figure 00000009
в умножителе 1, на выходе которого оказывается сформированной матрица diag(a, а, …, а) размера N×N.The noise matrix of channel M n.2 is transmitted to the eigenvector calculator 6, where the eigenvalue vector of this matrix is determined, from each element of which the square root is extracted in the square root calculator 7, and then the (vector) is reduced to the diagonal matrix in the diagonal matrix former 8, which is truncated to the size N × N in the matrix truncator 5. The resulting diagonal matrix N 1/2 is weighted with a coefficient inverse to the mean square error
Figure 00000009
in the multiplier 1, at the output of which the matrix diag ( a , a , ..., a ) of size N × N is formed.

Диагональная матрица с выхода усекателя матрицы 5 поступает в вычислитель обратной матрицы, где определятся обратная матрица N-1/2, а затем вычисляется произведение N-1/2⋅diag(a, а, …, а) в умножителе 3. В сумматоре 2 рассчитывается матрица как разность N-1/2⋅diag(a, а, …, а)-E, собственные числа и вектора которой определяются в вычислителе собственных векторов 6. Из каждого элемента вектора собственных значений извлекается квадратный корень в вычислителе квадратных корней 7, а затем приводится (вектор) к диагональной матрице в формирователе диагональной матрицы 8, которая дополняется нулевыми элементами до размера Nc×Nc в добавителе строк матрицы 10. Вычислитель транспонированной матрицы 11 осуществляет перестановку строк и столбцов полученной матрицы, а в умножителе 9 рассчитывается произведение четырех матриц, являющихся производными от матрицы N-1/2⋅diag(a, а, …, а)-Е: транспонированной матрицы собственных векторов (выход вычислителя транспонированной матрицы 11), дополненной матрицы собственных значений (выход добавителя строк матрицы 10), транспонированной дополненной матрицы собственных значений (выход вычислителя транспонированной матрицы 11), матрицы собственных векторов (выход вычислителя собственных векторов 6). Результирующая матрица поступает в вычислитель собственных векторов 6, где определяется матрица ее собственных векторов

Figure 00000010
.The diagonal matrix from the output of the matrix cutter 5 goes to the inverse matrix calculator, where the inverse matrix N -1/2 is determined, and then the product N -1/2 ⋅diag ( a , a , ..., a ) is calculated in the multiplier 3. In the adder 2 the matrix is calculated as the difference N -1/2 ⋅diag ( a , a , ..., a ) -E, the eigenvalues and vectors of which are determined in the eigenvector calculator 6. The square root in the square root calculator 7 is extracted from each element of the eigenvalue vector, 7 and then reduced (vector) to the diagonal matrix in the diver tional matrix 8, which is supplemented with zeros to a size N c × N c dobavitele rows in the matrix 10. The calculator 11 performs a transposed matrix permutation of rows and columns of the resulting matrix, and the multiplier 9 is calculated the product of four matrices are derived from the matrix N -1 / 2 ⋅diag ( a , a , ..., a ) -E: the transposed matrix of eigenvectors (output of the calculator of the transposed matrix 11), the augmented matrix of eigenvalues (output of the row finder of the matrix 10), the transposed augmented matrix eigenvalues (the output of the transponder matrix calculator 11), the eigenvector matrix (the output of the eigenvector calculator 6). The resulting matrix goes to the eigenvector calculator 6, where the matrix of its eigenvectors is determined
Figure 00000010
.

В умножителе 12 вычисляется матрица дискретно-аналогового преобразователя Ф1 (1), каждый столбец которой, заданный согласно номеру выхода i, i=1, 2, …, N умножителя 12, подается в соответствующий ключ 14-i. Тактовый генератор 13 формирует импульсы, задающие начало тактового интервала и передаваемые в ключи 14-1 - 14-N, что позволяет на их выходе формировать синхронизированные несущие колебания.In the multiplier 12, the matrix of the discrete-analog converter Ф 1 (1) is calculated, each column of which, specified according to the output number i, i = 1, 2, ..., N of the multiplier 12, is supplied to the corresponding key 14-i. The clock generator 13 generates pulses that specify the beginning of the clock interval and transmitted to the keys 14-1 - 14-N, which allows them to generate synchronized carrier oscillations.

С целью оценки технического эффекта от применения формирователя несущих колебаний, согласованных со свойствами шумов в канале связи, проведено вычисление матриц дискретно-аналогового (1) преобразования для линейного фильтрового канала связи с аддитивным гауссовским шумом с использованием математического пакета MathCad (Батенков К.А. Модуляция и демодуляция четырехпозиционных двумерных сигналов в линейном канале связи с аддитивным шумом // Вестник Ижевского государственного технического университета. - 2014. - №2 (62). - С. 98-102). В качестве канала связи рассматривался канал с импульсной характеристикой идеального фильтра в диапазоне от 1 кГц до 100 МГц и аддитивным гауссовским шумом с неравномерной спектральной плотностью мощности. При этом рассматривались три типа шумовых сценариев. В первом дисперсия шума по каждому из измерений

Figure 00000011
варьировалась в диапазоне от 0,9 мкВ2 до 1 мкВ2, во втором - от 0,5 мкВ2 до 1 мкВ2, а в третьем - от 0,25 мкВ2 до 1 мкВ2 (единицы измерения приведены из расчета на один подканал). Длительность тактового интервала составляет 100 мкс при количестве отсчетов, равном 128.In order to evaluate the technical effect of the application of the carrier oscillator, consistent with the noise properties in the communication channel, the discrete-analog (1) transformation matrices for the linear filter communication channel with additive Gaussian noise were calculated using the MathCad mathematical package (K. Batenkov Modulation and demodulation of four-position two-dimensional signals in a linear communication channel with additive noise // Bulletin of the Izhevsk State Technical University. - 2014. - No. 2 (62). - P. 98-102). The channel with the impulse response of an ideal filter in the range from 1 kHz to 100 MHz and additive Gaussian noise with an uneven spectral power density was considered as a communication channel. In this case, three types of noise scenarios were considered. In the first, the noise variance for each of the measurements
Figure 00000011
ranged from 0.9 μV 2 to 1 μV 2 , in the second - from 0.5 μV 2 to 1 μV 2 , and in the third - from 0.25 μV 2 to 1 μV 2 (units are calculated per subchannel). The duration of the clock interval is 100 μs with the number of samples equal to 128.

В качестве аналога использовались несущие, описанные в (Advanced Digital Communications. Classic EE379 Series Courses / John M. Cioffi… [et al.]. - Department of Electrical Engineering, Stanford University. - URL: http://www.stanford.edu/group/cioffi/book/chap4.pdf. Дата обращения: 02.10.2013) и представляющие собой собственные колебания автокорреляционной функции канала, позволяющие представить исходный аналоговый канал в виде совокупности независимых подканалов. Подобный тип дискретно-аналогового преобразования в литературе именуется модальным, а его базисом является ортонормальный набор собственных функций канала связи, имеющих наибольшие собственные числа.As an analogue, the carriers described in (Advanced Digital Communications. Classic EE379 Series Courses / John M. Cioffi ... [et al.]. - Department of Electrical Engineering, Stanford University. - URL: http://www.stanford.edu /group/cioffi/book/chap4.pdf. Date of access: 10/02/2013) and representing the own oscillations of the channel’s autocorrelation function, allowing to represent the original analog channel as a set of independent subchannels. A similar type of discrete-analog conversion is called modal in the literature, and its basis is an orthonormal set of eigenfunctions of a communication channel having the largest eigenvalues.

Вычисленные зависимости среднеквадратической ошибки

Figure 00000012
от отношения сигнал-шум γ в канале связи для случая передачи одномерных двухпозиционных амплитудно-модулированных сигналов представлены на фиг. 2. Они наглядно демонстрируют снижение среднеквадратической ошибки оценки координат точек сигнального созвездия в присутствии неравномерного аддитивного шума, что доказывает наличие положительного эффекта от использования формирователя несущих колебаний, согласованных со свойствами шумов в канале связи.The calculated mean-square error
Figure 00000012
from the signal-to-noise ratio γ in the communication channel for the case of transmission of one-dimensional two-position amplitude-modulated signals are presented in FIG. 2. They clearly demonstrate a decrease in the standard error of the coordinates of the points of the signal constellation in the presence of uneven additive noise, which proves the presence of a positive effect from the use of a carrier oscillator that is consistent with the noise properties in the communication channel.

Claims (1)

Формирователь несущих колебаний, согласованных со свойствами шумов в канале связи, содержащий тактовый генератор, N ключей, четыре умножителя, сумматор и вычислитель собственных векторов, выход тактового генератора подключен к первым входам соответствующих из N ключей, выход первого умножителя соединен с входом сумматора, выход которого подключен ко второму входу вычислителя собственных векторов, отличающийся тем, что дополнительно введены вычислитель обратной матрицы, усекатель матрицы, вычислитель квадратных корней, формирователь диагональной матрицы, добавитель строк матрицы, вычислитель транспонированной матрицы, на первый вход первого умножителя подается величина требуемой среднеквадратической ошибки, второй вход первого умножителя соединен со вторым выходом усекателя матрицы, а выход первого умножителя подключен к первому входу второго умножителя, вход сумматора соединен с выходом второго умножителя, а выход - со вторым входом вычислителя собственных векторов, второй вход второго умножителя подключен к выходу вычислителя обратной матрицы, вход которого соединен с первым выходом усекателя матрицы, вход которого подключен к первому выходу формирователя диагональной матрицы, на первый вход вычислителя собственных векторов подается матрица шумов канала, а третий вход соединен с выходом третьего умножителя, первый выход вычислителя собственных векторов подключен к входу вычислителя квадратных корней, второй выход - к первому входу третьего умножителя, третий выход - к первому входу вычислителя транспонированной матрицы, а четвертый выход - к первому входу четвертого умножителя, выход вычислителя квадратных корней соединен с входом формирователя диагональной матрицы, второй выход которого подключен к третьему входу четвертого умножителя, а третий выход - к входу добавителя строк матрицы, второй вход третьего умножителя соединен с первым выходом добавителя строк матрицы, третий вход - с первым выходом вычислителя транспонированной матрицы, второй выход добавителя строк матрицы подключен ко второму входу вычислителя транспонированной матрицы, второй выход которого соединен со вторым входом четвертого умножителя, N выходов которого подключены ко вторым входам N ключей, на выходах каждого ключа формируется соответствующее несущее колебание.A generator of carrier oscillations, consistent with the properties of noise in the communication channel, containing a clock generator, N keys, four multipliers, an adder and an eigenvector calculator, the output of the clock generator is connected to the first inputs of the corresponding N keys, the output of the first multiplier is connected to the input of the adder, the output of which connected to the second input of the eigenvector calculator, characterized in that the inverse matrix calculator, matrix truncator, square root calculator, and generator of the iagonal matrix, matrix row add-on, transposed matrix calculator, the required standard error is applied to the first input of the first multiplier, the second input of the first multiplier is connected to the second output of the matrix cutter, and the output of the first multiplier is connected to the first input of the second multiplier, the input of the adder is connected to the output of the second multiplier, and the output is with the second input of the eigenvector calculator, the second input of the second multiplier is connected to the output of the inverse matrix calculator, whose input is it is single with the first output of the matrix cutter, the input of which is connected to the first output of the diagonal matrix former, the channel noise matrix is fed to the first input of the eigenvector calculator, and the third input is connected to the output of the third multiplier, the first output of the eigenvector calculator is connected to the input of the square root calculator, the second the output is to the first input of the third multiplier, the third output is to the first input of the transposed matrix calculator, and the fourth output is to the first input of the fourth multiplier, the output is calculated the square root is connected to the input of the diagonal matrix shaper, the second output of which is connected to the third input of the fourth multiplier, and the third output is connected to the input of the matrix row addr, the second input of the third multiplier is connected to the first output of the matrix row addr, the third input is to the first output of the transposed calculator matrices, the second output of the matrix row adder is connected to the second input of the transposed matrix calculator, the second output of which is connected to the second input of the fourth multiplier, N outputs which are connected to the second inputs of N keys, the corresponding carrier oscillation is formed at the outputs of each key.
RU2016109069A 2016-03-11 2016-03-11 Carrier oscillator coherent with noise properties in communication channel RU2625026C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016109069A RU2625026C1 (en) 2016-03-11 2016-03-11 Carrier oscillator coherent with noise properties in communication channel

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016109069A RU2625026C1 (en) 2016-03-11 2016-03-11 Carrier oscillator coherent with noise properties in communication channel

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2625026C1 true RU2625026C1 (en) 2017-07-11

Family

ID=59495207

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016109069A RU2625026C1 (en) 2016-03-11 2016-03-11 Carrier oscillator coherent with noise properties in communication channel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2625026C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2361312C2 (en) * 2007-04-17 2009-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) Data transmission system by carriers, which are orthogonal at communication channel input and output
RU2391782C1 (en) * 2006-03-17 2010-06-10 Интердиджитал Текнолоджи Корпорейшн Method for adaptive re-reflection of signal star patterns in process of quadrature-amplitude modulation for repeated transfers of data packets
EP1427128B9 (en) * 2001-02-21 2011-07-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Hybrid ARQ method with signal constellation rearrangement
RU106818U1 (en) * 2011-03-18 2011-07-20 Общество с ограниченной ответственностью "Скоростные Системы Связи" DIGITAL MODULATOR FOR FORMING SQUARE MODULATED SIGNALS

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1427128B9 (en) * 2001-02-21 2011-07-20 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Hybrid ARQ method with signal constellation rearrangement
RU2391782C1 (en) * 2006-03-17 2010-06-10 Интердиджитал Текнолоджи Корпорейшн Method for adaptive re-reflection of signal star patterns in process of quadrature-amplitude modulation for repeated transfers of data packets
RU2361312C2 (en) * 2007-04-17 2009-07-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) Data transmission system by carriers, which are orthogonal at communication channel input and output
RU106818U1 (en) * 2011-03-18 2011-07-20 Общество с ограниченной ответственностью "Скоростные Системы Связи" DIGITAL MODULATOR FOR FORMING SQUARE MODULATED SIGNALS

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Redif et al. Sequential matrix diagonalization algorithms for polynomial EVD of parahermitian matrices
KR102524966B1 (en) Algorithm improvements in haptic systems
CN111971580B (en) Method and system for target detection using MIMO radar
Liang et al. Waveform design with unit modulus and spectral shape constraints via Lagrange programming neural network
Li et al. Convolutional compressed sensing using deterministic sequences
Bouchoucha et al. DFT-based closed-form covariance matrix and direct waveforms design for MIMO radar to achieve desired beampatterns
Baden et al. Multiobjective sequence design via gradient descent methods
US9667356B2 (en) Signal generating device with integrated fading generating unit and signal generating method
Park et al. Optimal families of perfect polyphase sequences from the array structure of fermat-quotient sequences
Li et al. An interpretation of the Moore-Penrose generalized inverse of a singular Fisher Information Matrix
Cuomo et al. Spread spectrum modulation and signal masking using synchronized chaotic systems
CN107907854A (en) DOA estimation new methods under impulse noise environment
Sayyari et al. Blind two-dimensional super-resolution in multiple-input single-output linear systems
Vargas et al. Dual-blind deconvolution for overlaid radar-communications systems
Strohmer et al. Accurate imaging of moving targets via random sensor arrays and Kerdock codes
Jacome et al. Multi-dimensional dual-blind deconvolution approach toward joint radar-communications
RU116242U1 (en) OWN VECTOR ANALYZER AND SIGNAL COMPONENTS
RU2625026C1 (en) Carrier oscillator coherent with noise properties in communication channel
Tan et al. Design of ternary signals for MIMO identification in the presence of noise and nonlinear distortion
JP5751553B2 (en) Spreading device, communication device, transmission device, communication method and program
Tran et al. A generalized algorithm for the generation of correlated Rayleigh fading envelopes in wireless channels
Walnut et al. Cornerstones of sampling of operator theory
Wang et al. Power leakage elimination for wideband mmWave massive MIMO-OFDM systems: An energy-focusing window approach
Hanna Direct batch evaluation of optimal orthonormal eigenvectors of the DFT matrix
Zhu et al. MIMO Capacity Analysis and Channel Estimation for Electromagnetic Information Theory

Legal Events

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

Effective date: 20180312