RU2654566C2 - Method of generating noise-immune ultra-wideband signals - Google Patents

Method of generating noise-immune ultra-wideband signals Download PDF

Info

Publication number
RU2654566C2
RU2654566C2 RU2016145534A RU2016145534A RU2654566C2 RU 2654566 C2 RU2654566 C2 RU 2654566C2 RU 2016145534 A RU2016145534 A RU 2016145534A RU 2016145534 A RU2016145534 A RU 2016145534A RU 2654566 C2 RU2654566 C2 RU 2654566C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pulses
ultra
immune
pause
noise
Prior art date
Application number
RU2016145534A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2016145534A3 (en
RU2016145534A (en
Inventor
Роман Валерьевич Антипенский
Борис Филиппович Змий
Андрей Павлович Любавский
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации
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 "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации
Priority to RU2016145534A priority Critical patent/RU2654566C2/en
Publication of RU2016145534A3 publication Critical patent/RU2016145534A3/ru
Publication of RU2016145534A publication Critical patent/RU2016145534A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2654566C2 publication Critical patent/RU2654566C2/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00Modulated-carrier systems
    • H04L27/10Frequency-modulated carrier systems, i.e. using frequency-shift keying

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Dc Digital Transmission (AREA)

Abstract

FIELD: radio engineering and communications.
SUBSTANCE: invention relates to radio engineering and can be used in the development of high-speed noise-immune radio communication systems. In the method of generating noise-immune ultra-wideband signals, information unit and zero are represented by bursts of N pulses of opposite polarity with increasing and decreasing pause between pulses, respectively. In the method of generating noise-immune signals, by varying the rate of rise (decrease) of the pause between UWB pulses, it is possible to achieve significant reduction in the level of side lobes of the received signal, which leads to an increase in noise immunity of reception.
EFFECT: higher noise immunity in data transmission in communication systems using ultra-wideband signals.
1 cl, 5 dwg

Description

Способ формирования помехоустойчивых сверхширокополосных сигналов относится к радиотехнике и может быть использован при создании систем помехоустойчивой радиосвязи.The method of generating noise-resistant ultra-wideband signals relates to radio engineering and can be used to create noise-immune radio communication systems.

Известен способ двоичной фазовой манипуляции СШП сигналов, в котором для передачи единичной посылки используется СШП импульс положительной полярности, для передачи нулевой посылки СШП импульс отрицательной полярности (см., например, Арслан X., Чен Чж. Н., Бенедетто М. Сверхширокополосная беспроводная связь. М.: Техносфера, 2012, с. 119).A known method of binary phase manipulation of UWB signals is used, in which a UWB pulse of positive polarity is used to transmit a single package; a UWB pulse of negative polarity is transmitted (see, for example, Arslan X., Chen Zh. N., Benedetto M. Ultra-wideband wireless communication M.: Technosphere, 2012, p. 119).

Недостатками такого способа формирования СШП сигналов является низкая помехоустойчивость в сложной помеховой обстановке. В заявленном способе для устранения недостатков известного способа двоичной фазовой манипуляции СШП сигналов предлагается дополнительно осуществлять модуляцию единичных и нулевых посылок последовательностью импульсов с линейно возрастающей и линейно убывающей паузой между импульсами и на приемной стороне осуществлять согласованную фильтрацию передаваемых последовательностей СШП импульсов.The disadvantages of this method of forming UWB signals is low noise immunity in a complex jamming environment. In the inventive method, in order to eliminate the disadvantages of the known method of binary phase manipulation of UWB signals, it is proposed to additionally modulate single and zero transmissions by a pulse train with a linearly increasing and linearly decreasing pause between pulses and, on the receiving side, to perform coordinated filtering of the transmitted UWB pulse sequences.

Достигаемым техническим результатом является повышение помехоустойчивости приема сигнала.Achievable technical result is to increase the noise immunity of signal reception.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе, изменяя скорость нарастания (убывания) паузы между СШП импульсами, можно добиться значительного снижения уровня боковых лепестков принимаемого сигнала, что ведет к повышению помехоустойчивости приема.The technical result is achieved in that in the proposed method, by changing the rate of rise (decrease) of the pause between UWB pulses, it is possible to achieve a significant decrease in the level of the side lobes of the received signal, which leads to an increase in the noise immunity of the reception.

Сущность способа формирования поясняется математическими выкладками, основанными на известной модели СШП импульса:The essence of the method of formation is illustrated by mathematical calculations based on the well-known model of UWB pulse:

Figure 00000001
Figure 00000001

где τ - длительность импульса.where τ is the pulse duration.

Для формирования пачки импульсов с возрастающей паузой (для передачи логической единицы) просуммируем импульсы, сдвинутые на функцию времени в соответствии с выражением (2):To form a burst of pulses with an increasing pause (for transmitting a logical unit), we sum the pulses shifted by the time function in accordance with expression (2):

Figure 00000002
Figure 00000002

где p - коэффициент сдвига, Δt1 - время сдвига второго импульса относительно первого, k - номер импульса в пачке.where p is the shear coefficient, Δt 1 is the shear time of the second pulse relative to the first, k is the number of the pulse in the packet.

Для передачи логического нуля будем уменьшать паузу между импульсами, начав с максимальной паузы. Тогда выражение для возрастающей и убывающей модулирующих функций сверхширокополосного сигнала может быть записано в следующем виде:To transmit a logical zero, we will reduce the pause between pulses, starting with a maximum pause. Then the expression for the increasing and decreasing modulating functions of the ultra-wideband signal can be written in the following form:

Figure 00000003
Figure 00000003

где [ ] означает выбор целой части выражения,

Figure 00000004
- условная функция вида:where [] means the choice of the integer part of the expression,
Figure 00000004
- conditional function of the form:

Figure 00000005
Figure 00000005

Выражение для формирования пачки СШП импульсов с возрастающей паузой с учетом (1) и (3) можно представить в виде:The expression for the formation of a pack of UWB pulses with an increasing pause, taking into account (1) and (3), can be represented as:

Figure 00000006
Figure 00000006

где τ - временной сдвиг, необходимый для соответствия второй производной гауссова моноимпульса длительности элементарной посылки.where τ is the time shift necessary to match the second derivative of the Gaussian monopulse of the duration of the elementary premise.

Для задания пачки СШП импульсов отрицательной полярности с убывающей паузой s0(t) в выражении (4) следует заменить предел суммирования импульсов от k=[N/2] до N и перед операндом

Figure 00000007
поставить знак «-».To specify a UWB burst of pulses of negative polarity with a decreasing pause s0 (t) in expression (4), it is necessary to replace the summation limit of pulses from k = [N / 2] to N and before the operand
Figure 00000007
put a “-" sign.

На фиг. 1 представлены временные диаграммы помехоустойчивого СШП сигнала, сформированного пятью импульсами с возрастающей скважностью (логическая единица исходного сигнала) и пятью импульсами с убывающей скважностью, передающими логический ноль.In FIG. Figure 1 shows the time diagrams of a noise-resistant UWB signal generated by five pulses with increasing duty cycle (the logical unit of the original signal) and five pulses with decreasing duty cycle, transmitting a logical zero.

Огибающие амплитудных спектров одиночного импульса и пачки из 5 импульсов с возрастающей паузой показаны на фиг. 2, из которых видно, что СШП сигнал, сформированный предложенным способом, имеет ту же спектральную эффективность, что и сигнал прототипа.The envelopes of the amplitude spectra of a single pulse and a burst of 5 pulses with increasing pause are shown in FIG. 2, from which it is seen that the UWB signal generated by the proposed method has the same spectral efficiency as the signal of the prototype.

На фиг. 3 показаны сигналы на выходе согласованного фильтра, сформированные предлагаемым способом для различных значений параметра p, видно, что варьируя глубиной временного сдвига в пачке, можно добиться значительного уменьшения уровня боковых лепестков сжатого сигнала на выходе согласованного фильтра.In FIG. Figure 3 shows the signals at the output of the matched filter generated by the proposed method for various values of the parameter p, it can be seen that by varying the depth of the time shift in the packet, it is possible to achieve a significant decrease in the level of the side lobes of the compressed signal at the output of the matched filter.

На фиг. 4 представлены рассчитанные с использованием известного и заявленного способов кривые помехоустойчивости приема СШП сигналов в канале с рэлеевскими замираниями, из которых видно, что предлагаемый способ позволяет повысить помехоустойчивость на 10 дБ.In FIG. 4 shows the noise-immunity curves of UWB signals reception calculated in the channel with Rayleigh fading, calculated using the known and claimed methods, from which it can be seen that the proposed method allows to increase the noise immunity by 10 dB.

На фиг. 5 представлена блок-схема устройства, с помощью которого может быть реализован предлагаемый способ. Устройство включает в себя дискриминатор входного сигнала (1), формирователь последовательности прямоугольных импульсов (2), формирователь нулевой последовательности прямоугольных импульсов (3), генератор СШП импульсов положительной полярности (4), генератор СШП импульсов отрицательной полярности (5), сумматор (6). Устройство функционирует следующим образом. На вход устройства поступает исходный модулирующий сигнал в двоичном виде. Дискриминатор (1) разделяет входной сигнал на единичный и нулевой потоки, каждый из которых затем поступает на формирователи (2) и (3) соответственно. Формирователь (2) формирует последовательность прямоугольных импульсов с линейно возрастающей паузой, а формирователь (3) - последовательность прямоугольных импульсов с линейно убывающей паузой. Длительности этих последовательностей соответствуют длительностям входных импульсов модулирующего сигнала. С выходов формирователей (2) и (3) последовательности прямоугольных импульсов поступают на генераторы СШП импульсов (4) и (5), которые по фронту прямоугольного формируют СШП импульс заданной полярности и с заданной паузой между импульсами. Сумматор (6) суммирует выходные сигналы генераторов, формируя выходной сигнал устройства, показанный на фиг. 1.In FIG. 5 shows a block diagram of a device with which the proposed method can be implemented. The device includes an input signal discriminator (1), a rectangular pulse train generator (2), a rectangular pulse train generator (3), a UWB pulse generator of positive polarity (4), a UWB pulse generator of negative polarity (5), an adder (6) . The device operates as follows. At the input of the device receives the original modulating signal in binary form. The discriminator (1) divides the input signal into single and zero streams, each of which then goes to the shapers (2) and (3), respectively. Shaper (2) generates a sequence of rectangular pulses with a linearly increasing pause, and shaper (3) forms a sequence of rectangular pulses with a linearly decreasing pause. The durations of these sequences correspond to the durations of the input pulses of the modulating signal. From the outputs of the shapers (2) and (3), the sequences of rectangular pulses are fed to UWB generators of pulses (4) and (5), which form a UWB pulse along the front of a rectangular pulse of a given polarity and with a given pause between pulses. The adder (6) summarizes the output signals of the generators, forming the output signal of the device shown in FIG. one.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить помехоустойчивость приема СШП сигналов на 10 дБ и тем самым устраняет недостатки прототипа.Thus, the proposed method improves the noise immunity of UWB signals by 10 dB and thereby eliminates the disadvantages of the prototype.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений не известен способ формирования помехоустойчивого СШП сигнала на основе передачи единичной посылки последовательностью из N СШП импульсов положительной полярности с линейно возрастающей паузой между импульсами, передачи нулевой посылки - последовательностью из N СШП импульсов отрицательной полярности с линейно убывающей паузой между импульсами.The proposed technical solution is new because there is no known method for generating a noise-resistant UWB signal based on the transmission of a single packet by a sequence of N UWB pulses of positive polarity with a linearly increasing pause between pulses, transmission of a zero transmission by a sequence of N UWB pulses of negative polarity with a linearly decreasing pause between pulses.

Предлагаемое техническое решение практически применимо, так как для его реализации могут быть использованы типовые радиоэлектронные узлы и устройства. Так формирователи наносекундных импульсов (2) и (3) могут быть реализованы по известным схемам на лавинных транзисторах (см., например, Арслан X., Чен Чж. Н., Бенедетто М. Сверхширокополосная беспроводная связь. М.: Техносфера, 2012, с. 146), а генераторы СШП импульсов (4) и (5) с помощью схем изложенных в Дьяконов В.П. Генерация и генераторы сигналов. М.: ДМК Пресс, 2009, с. 111.The proposed technical solution is practically applicable, since for its implementation typical radio electronic components and devices can be used. So the nanosecond pulse shapers (2) and (3) can be implemented according to well-known schemes on avalanche transistors (see, for example, Arslan X., Chen Zh. N., Benedetto M. Ultra-wideband wireless communication. M .: Technosphere, 2012, p. 146), and UWB pulse generators (4) and (5) using the schemes described in V.P. Dyakonov Generation and signal generators. M .: DMK Press, 2009, p. 111.

Claims (1)

Способ формирования помехоустойчивых сверхширокополосных сигналов, основанный на передаче единичной посылки последовательностью из N сверхширокополосных импульсов положительной полярности с линейно возрастающей паузой между импульсами, передаче нулевой посылки - последовательностью из N сверхширокополосных импульсов отрицательной полярности с линейно убывающей паузой между импульсами.A method for generating noise-resistant ultra-wideband signals based on the transmission of a single transmission by a sequence of N ultra-wideband pulses of positive polarity with a linearly increasing pause between pulses, the transmission of a zero transmission by a sequence of N ultra-wideband pulses of negative polarity with a linearly decreasing pause between pulses.
RU2016145534A 2016-11-21 2016-11-21 Method of generating noise-immune ultra-wideband signals RU2654566C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016145534A RU2654566C2 (en) 2016-11-21 2016-11-21 Method of generating noise-immune ultra-wideband signals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016145534A RU2654566C2 (en) 2016-11-21 2016-11-21 Method of generating noise-immune ultra-wideband signals

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2016145534A3 RU2016145534A3 (en) 2018-05-21
RU2016145534A RU2016145534A (en) 2018-05-21
RU2654566C2 true RU2654566C2 (en) 2018-05-22

Family

ID=62202155

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2016145534A RU2654566C2 (en) 2016-11-21 2016-11-21 Method of generating noise-immune ultra-wideband signals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2654566C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2757924C1 (en) * 2020-10-29 2021-10-25 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Ultra-wideband radio communication device with increased noise immunity

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2013014C1 (en) * 1991-06-11 1994-05-15 Московский технический университет связи и информатики Device for transmission and reception of information with use of linear-frequency-modulated signals
US20050018752A1 (en) * 1997-10-03 2005-01-27 Anglin Richard L. Chirping digital wireless system
US20060240787A1 (en) * 2005-04-22 2006-10-26 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Data transmitter and data transceiver incorporating SAW filter

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2013014C1 (en) * 1991-06-11 1994-05-15 Московский технический университет связи и информатики Device for transmission and reception of information with use of linear-frequency-modulated signals
US20050018752A1 (en) * 1997-10-03 2005-01-27 Anglin Richard L. Chirping digital wireless system
US20060240787A1 (en) * 2005-04-22 2006-10-26 Samsung Electro-Mechanics Co., Ltd. Data transmitter and data transceiver incorporating SAW filter

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
АНТИПЕНСКИЙ Р.В. Разработка моделей сложных сигналов // ж. Компоненты и технологии, номер 7, 2007, с.157-160, рис. 1, рис.7. *
АРСЛАН Х. и др. Cверхширокополосная беспроводная связь. М.: Техносфера, 2012, с.119. *
АРСЛАН Х. и др. Cверхширокополосная беспроводная связь. М.: Техносфера, 2012, с.119. АНТИПЕНСКИЙ Р.В. Разработка моделей сложных сигналов // ж. Компоненты и технологии, номер 7, 2007, с.157-160, рис. 1, рис.7. *
ГОНОРОВСКИЙ И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов. - 4-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1986. раздел 3.11, рис.3.32. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2757924C1 (en) * 2020-10-29 2021-10-25 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Ultra-wideband radio communication device with increased noise immunity

Also Published As

Publication number Publication date
RU2016145534A3 (en) 2018-05-21
RU2016145534A (en) 2018-05-21

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7664160B2 (en) Transmitting device, receiving device, and communication system
CN103873106B (en) One kinds of noise Chirp base Q-CCSK spectrum spread communication method
JP2008042890A5 (en)
CN103501201A (en) Frequency hopping pulse bit encoding underwater acoustic communication method based on linear frequency modulation signals
RU2654566C2 (en) Method of generating noise-immune ultra-wideband signals
JP4602100B2 (en) Communication device
Elabed et al. UWB communication system based on bipolar PPM with orthogonal waveforms
Zhang et al. A new pulse modulation method for underwater acoustic communication combined with multiple pulse characteristics
WO2011084035A3 (en) Ultra-wide band communication apparatus and method
US7804347B2 (en) Pulse generator circuit and communication apparatus
CN101552761B (en) Method for modulating/demodulating reference Chirp ultra- wideband system based on SAW code domain
RU2674923C1 (en) Method and device for transmitting data through the air gap with the use of inductive related circuits excited by an acute-angle pulse
RU2565527C1 (en) Method of transmitting data through air gap and device therefor
CN106452501A (en) Establishment method for real virtual staggered quadriphase sequence, MSK/GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) synchronization method and spectrum spread system
US20030169828A1 (en) Method and apparatus for generating frequency-stable wavelets
RU2613923C1 (en) Method for forming interference resistance signals
CN105103002A (en) Pulse generation device
CN108400865B (en) Chaotic encryption method based on DCSK
JP6201351B2 (en) Interference signal generating apparatus and interference signal generating method
Ra et al. Superimposed DSSS transmission based on cyclic shift keying in underwater acoustic communication
JP2003101509A (en) Radio transmission method by ultrawide band communication, and its transmission device and reception device
RU2797983C1 (en) Ultra-wideband radio communication device
KR20070097788A (en) Method for measuring performance of system
CN1492597A (en) Super wide band direct sequence two-phase phase shift key control narrow pulse generator
Goyal et al. Analysis of UWB Multiple Access Modulation Scheme using Pulse Position Modulation

Legal Events

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

Effective date: 20181122