RU2682904C1 - Information exchange method using modulation of frequency shift and coherent signal accumulation - Google Patents
Information exchange method using modulation of frequency shift and coherent signal accumulation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2682904C1 RU2682904C1 RU2017147204A RU2017147204A RU2682904C1 RU 2682904 C1 RU2682904 C1 RU 2682904C1 RU 2017147204 A RU2017147204 A RU 2017147204A RU 2017147204 A RU2017147204 A RU 2017147204A RU 2682904 C1 RU2682904 C1 RU 2682904C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- frequency
- samples
- values
- modulation
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 48
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 title claims abstract description 8
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 title claims abstract description 6
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 7
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 10
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 4
- 230000036039 immunity Effects 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 5
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 238000012549 training Methods 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 241000283074 Equus asinus Species 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000011161 development Methods 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 2
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000007476 Maximum Likelihood Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L27/00—Modulated-carrier systems
- H04L27/10—Frequency-modulated carrier systems, i.e. using frequency-shift keying
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Noise Elimination (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиотехнике и может найти применение в средствах связи.The invention relates to radio engineering and may find application in communications.
Известны амплитудная и угловая модуляции, описанные в учебном пособии «Основы теории радиотехнических систем. Учебное пособие. // В.И. Борисов, В.М. Зинчук, А.Е. Лимарев, Н.П. Мухин. Под ред. В.И. Борисова. Воронежский научно-исследовательский институт связи, 2004.», стр. 165-168, 170-174, соответственно, недостатком которых является невысокая эффективность в условиях воздействия помех.The amplitude and angular modulations are described in the manual "Fundamentals of the theory of radio systems. Tutorial. // IN AND. Borisov, V.M. Zinchuk, A.E. Limarev, N.P. Mukhin. Ed. IN AND. Borisov. Voronezh Scientific Research Institute of Communications, 2004. ”, pp. 165-168, 170-174, respectively, the disadvantage of which is the low efficiency under the influence of interference.
Известны способы цифровой обработки сигналов - с амплитудно-импульсной модуляцией (ASK), квадратурной амплитудной модуляцией (QAM), модуляцией фазовым сдвигом (PSK), описанные в книге «Прокис Джон, «Цифровая связь». Пер. с англ. / Под ред. Д.Д. Кловского. - М.: Радио и связь. 2000, стр.: 148, 149; 150, 151; 151, 152, соответственно, недостатком которых является низкая эффективность в условиях воздействия помех.Known methods for digital signal processing - with amplitude-pulse modulation (ASK), quadrature amplitude modulation (QAM), phase shift modulation (PSK), described in the book "Prokis John," Digital Communication ". Per. from English / Ed. D.D. Klovsky. - M .: Radio and communication. 2000, p .: 148, 149; 150, 151; 151, 152, respectively, the disadvantage of which is low efficiency under the influence of interference.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому является способ, который заключается в использовании модуляции с ортогональным частотным сдвигом (FSK) (мультиплексирование (уплотнение) с ортогональным частотным делением каналов (ОФДМ)) и выделения сигнала с использованием оптимального максимума правдоподобия детектора описанный в книге «Прокис Джон, «Цифровая связь». Пер. с англ. / Под ред. Д.Д. Кловского. - М.: Радио и связь. 2000, стр. 141, 208, 219-221, 593-596, принятый за прототип.The closest analogue in technical essence to the proposed one is the method, which consists in the use of modulation with orthogonal frequency shift (FSK) (multiplexing (multiplexing) with orthogonal frequency division of channels (OFDM)) and signal extraction using the optimal maximum likelihood of the detector described in the book " Prokis John, Digital Communications. Per. from English / Ed. D.D. Klovsky. - M .: Radio and communication. 2000, p. 141, 208, 219-221, 593-596, adopted as a prototype.
Способ-прототип заключается в следующем.The prototype method is as follows.
При использовании способа модуляции с частотным сдвигом формируют М ортогональных сигналов равной энергии. Данные сигналы различаются по частотеWhen using the modulation method with a frequency shift form M orthogonal signals of equal energy. These signals vary in frequency.
Здесь: m=1, 2, …, М;Here: m = 1, 2, ..., M;
ε - энергия сигнала;ε is the signal energy;
Т - период изменения сигнала, соответствующий минимальному значению частоты спектра сигнала;T is the signal change period corresponding to the minimum value of the frequency of the signal spectrum;
fc - частота сигнала;f c is the signal frequency;
Δf - частотный сдвиг между сигналами.Δf is the frequency shift between the signals.
Эквивалентный низкочастотный сигнал определяют в видеThe equivalent low-frequency signal is determined as
Эти формы сигналов характеризуются равной энергией и коэффициентом взаимной корреляцией, вещественная часть которого равнаThese waveforms are characterized by equal energy and cross-correlation coefficient, the real part of which is equal to
Re(ρkm)=0, когда Δf=1/(2T) и m≠k.Re (ρ km ) = 0 when Δf = 1 / (2T) and m ≠ k.
Поскольку случай ⎢m-k⎢=1 соответствует соседним частотным интервалам, то Δf=1/(2T) представляет минимальную величину частотного разноса между смежными сигналами для ортогональности М сигналов.Since the case ⎢m-k⎢ = 1 corresponds to adjacent frequency intervals, Δf = 1 / (2T) represents the minimum frequency spacing between adjacent signals for the orthogonality of M signals.
На вход приемника поступает аддитивная смесь сигнала и помехиAn additive mixture of signal and interference is received at the input of the receiver
где: Us - сигнал, сформированный с использованием модуляции с частотным сдвигом;where: U s is the signal generated using frequency shift modulation;
Up - помеха.U p - interference.
После умножения на соответствующие опорные сигналы Sоп.i в блоках умножения и интегрирования интеграторами на выходах интеграторов образуется результат преобразования сигнала и помехи, т.е. умножения на опорный сигнал и интегрирования (корреляционные метрики):After multiplying by the corresponding reference signals S op.i in the units of multiplication and integration by integrators, the result of signal and noise conversion is formed at the outputs of the integrators, i.e. reference signal multiplication and integration (correlation metrics):
где Kis, Kip - коэффициенты преобразования сигнала и помехи соответственно, зависящие от вида используемой системы ортогональных функций.where K is , K ip are the signal conversion and interference coefficients, respectively, depending on the type of system of orthogonal functions used.
В устройстве выбора по максимуму выбирается сигнал, соответствующий наибольшей корреляционной метрике.In the selection device, the maximum signal is selected that corresponds to the largest correlation metric.
Недостатком способа-прототипа является недостаточно высокая эффективность в условиях воздействия помех, которая объясняется широким спектром сигнала, а так же большая вычислительная сложность, связанная с необходимостью вычисления корреляционных метрик.The disadvantage of the prototype method is not sufficiently high efficiency under the influence of interference, which is explained by the wide spectrum of the signal, as well as the great computational complexity associated with the need to calculate correlation metrics.
Задача предлагаемого способа - повышение эффективности выделения сигнала в условиях воздействия помех и снижение вычислительной сложности с целью повышения скорости обмена информацией.The objective of the proposed method is to increase the efficiency of signal extraction under the influence of interference and reduce computational complexity in order to increase the speed of information exchange.
Для устранения указанного недостатка в способе обмена информацией с использованием модуляции частотным сдвигом и когерентным накоплением сигнала, заключающемся в том, что формируют сигнал, состоящий из нескольких гармонических сигналов, с использованием модуляции с частотным сдвигом (FSK), на этапе вхождения в связь осуществляют синхронизацию средств связи, согласно изобретению, устанавливают заранее значения частотных сдвигов между соседними сигналами; поступающую на вход приемника аддитивную смесь сигнала и помехи преобразуют в цифровой вид в соответствующих аналого-цифровых преобразователях (АЦП); формируют в цифровом виде n групп отсчетов, при этом в первую группу включают отсчеты, которые берут с частотой, значение которой равно удвоенному значению частоты первой гармонической составляющей сигнала, во вторую группу включают отсчеты, которые берут с частотой, значение которой равно удвоенному значению частоты второй гармонической составляющей сигнала, в n-ую группу включают отсчеты, которые берут с частотой, значение которой равно удвоенному значению частоты n-ой гармонической составляющей сигнала; находят значения сумм отсчетов для каждой группы отсчетов, полученные значения сумм сравнивают с порогом, по результатам сравнения делают вывод о наличии или об отсутствии сигнала с соответствующей частотой.To eliminate this drawback in a method for exchanging information using frequency shift modulation and coherent signal accumulation, which consists in generating a signal consisting of several harmonic signals using frequency shift modulation (FSK), synchronizing means is carried out at the stage of entering into communication communications, according to the invention, set in advance the values of the frequency shifts between adjacent signals; the additive signal mixture and noise coming to the input of the receiver are converted into digital form in the corresponding analog-to-digital converters (ADCs); digitally form n groups of samples, while the first group includes samples that are taken at a frequency equal to twice the frequency of the first harmonic component of the signal, the second group includes samples that are taken at a frequency that is equal to twice the second frequency harmonic component of the signal, the n-th group includes samples that are taken with a frequency whose value is equal to twice the frequency value of the n-th harmonic component of the signal; find the values of the sums of samples for each group of samples, the obtained values of the sums are compared with a threshold, according to the results of the comparison, a conclusion is made about the presence or absence of a signal with an appropriate frequency.
Предлагаемый способ заключается в следующем.The proposed method is as follows.
Сигналы формируют как сумму n гармонических сигналов (поднесущих) с различными частотами с использованием модуляции частотным сдвигом. Значения соседних частот отличаются на некоторую величину Δfij.The signals are formed as the sum of n harmonic signals (subcarriers) with different frequencies using frequency shift modulation. The values of neighboring frequencies differ by a certain value Δ fij .
Здесь i, j - номера соседних частот, j=i+1.Here i, j are the numbers of neighboring frequencies, j = i + 1.
В общем случае значения частотных сдвигов могут быть любыми.In the general case, the values of the frequency shifts can be any.
Значения частотных сдвигов определяют на этапе разработки экспериментальным путем или методом математического моделирования, как значения, обеспечивающие максимальную степень помехоустойчивости при заданном уровне скорости обмена данными.The values of the frequency shifts are determined at the development stage by experiment or by mathematical modeling, as values that provide the maximum degree of noise immunity at a given level of data exchange rate.
На этапе вхождения в связь осуществляют синхронизацию сигнала, любым известным методом, например, путем обработки используемой кодовой последовательности.At the stage of entering into communication, the signal is synchronized by any known method, for example, by processing the code sequence used.
Число гармонических составляющих n, используемых при формировании сигнала, определяют исходя из заданной скорости обмена и уровня помехоустойчивости линии связи.The number of harmonic components n used in the formation of the signal is determined based on a given exchange rate and the level of noise immunity of the communication line.
Формируют в цифровом виде n групп отсчетов поступающей на вход приемника аддитивной смеси сигнала и помехи.Digitally form n groups of samples of the additive mixture of signal and noise arriving at the receiver input.
Преобразование в цифровой вид осуществляют в соответствующих аналого-цифровых преобразователях (АЦП).The conversion to digital form is carried out in the corresponding analog-to-digital converters (ADC).
Группы отсчетов берут следующим образом. Первая группа - в группу включают отсчеты, которые берут с частотой, значение которой равно удвоенному значению частоты первой гармонической составляющей сигнала. Вторая группа - в группу включают отсчеты, которые берут с частотой, значение которой равно удвоенному значению частоты второй гармонической составляющей сигнала, и т.д., n-ая группа - в группу включают отсчеты, которые берут с частотой, значение которой равно удвоенному значению частоты n-ой гармонической составляющей сигнала.Groups of samples are taken as follows. The first group - the group includes samples that are taken with a frequency whose value is equal to twice the frequency value of the first harmonic component of the signal. The second group - the group includes samples that are taken at a frequency whose value is equal to twice the frequency value of the second harmonic component of the signal, etc., the n-th group - the group includes samples that are taken at a frequency whose value is equal to twice the value frequency of the n-th harmonic component of the signal.
Число отсчетов, образующих группы, определяют на этапе разработки экспериментальным путем или методом математического моделирования, как число, обеспечивающее максимальный уровень помехоустойчивости при заданной скорости обмена информацией.The number of samples forming groups is determined at the development stage by experiment or by mathematical modeling, as a number that provides the maximum level of noise immunity at a given information exchange rate.
Отсчеты берут так, что отсчеты с номерами k (k=1, 2, …, No/2, No - число используемых отсчетов) берут в момент, когда сигнал принимает положительное максимальное значение. Отсчеты с номерами 2k берут в момент, когда сигнал принимает отрицательное максимальное значение.Samples are taken so that samples with numbers k (k = 1, 2, ..., N o / 2, N o are the number of used samples) are taken at the moment when the signal takes a positive maximum value. Samples with numbers 2k are taken at the moment when the signal takes a negative maximum value.
Рассчитывают суммы отсчетов для каждой группы отсчетов. При суммировании отсчеты с отрицательным значением берут с положительным знаком. Полученные значения сумм сравнивают с порогом. По результатам сравнения делают вывод о наличии или об отсутствии сигнала с соответствующей частотой.The sums of samples for each group of samples are calculated. When summing, samples with a negative value are taken with a positive sign. The obtained values of the amounts are compared with a threshold. Based on the comparison results, a conclusion is made about the presence or absence of a signal with an appropriate frequency.
Значение порога определяют как значение, обеспечивающее заданный уровень ложной тревоги, т.е. принятия решения о наличии сигнала при его отсутствии (см., например, учебное пособие «Основы теории радиотехнических систем». Учебное пособие. // В.И. Борисов, В.М. Зинчук, А.Е. Лимарев, Н.П. Мухин. Под ред. В.И. Борисова. Воронежский научно-исследовательский институт связи, 2004., стр. 57-58).The threshold value is defined as a value that provides a given level of false alarm, i.e. deciding on the presence of a signal in its absence (see, for example, the training manual “Fundamentals of the theory of radio engineering systems.” Study guide. // V.I. Borisov, V.M. Zinchuk, A.E. Limarev, N.P. Mukhin, edited by V.I. Borisov, Voronezh Scientific Research Institute of Communications, 2004., pp. 57-58).
Сигналы на выходах пороговых устройств представляют собой параллельный код принятой информации.The signals at the outputs of the threshold devices are a parallel code of the received information.
В таблице 1 приведены результаты моделирования процесса суммирования отсчетов, входящих в различные группы отсчетов.Table 1 shows the simulation results of the process of summing samples included in various groups of samples.
Моделирование осуществлялось для следующих исходных данных:Modeling was carried out for the following initial data:
- число гармонических составляющих сигнала - 12;- the number of harmonic components of the signal is 12;
- число отсчетов - 10;- the number of samples is 10;
- значения частот гармоник (в условных единицах): 2,0; 2,1; 2,2; 2,3; 2,4; 2,5; 2,6; 2,7; 2,8; 2,9; 3,0; 3,1;- values of harmonics frequencies (in arbitrary units): 2.0; 2.1; 2.2; 2.3; 2.4; 2.5; 2.6; 2.7; 2.8; 2.9; 3.0; 3.1;
- амплитуда любого гармонического сигнала равна 1.- the amplitude of any harmonic signal is 1.
На основе анализа данных, приведенных в таблице 1, могут быть сделаны следующие выводы:Based on the analysis of the data shown in table 1, the following conclusions can be made:
- при наличии кратных частот результат когерентного накопления одинаков (частота №1 и №11, строка 1 - взятие отсчетов с частотой №1), то есть кратные частоты не могут использоваться в качестве рабочих частот;- if there are multiple frequencies, the result of coherent accumulation is the same (frequency No. 1 and No. 11, line 1 — taking samples with frequency No. 1), that is, multiple frequencies cannot be used as operating frequencies;
- значение суммарного сигнала, когда отсчеты берутся с частотой, соответствующей сигналу, превышает уровни суммарных сигналов, когда отсчеты берутся с частотой не соответствующей сигналу («боковые лепестки»), более чем в 20 раз для положительных значений уровней «боковых лепестков».- the value of the total signal when the samples are taken with a frequency corresponding to the signal exceeds the levels of the total signals when the samples are taken with a frequency not corresponding to the signal ("side lobes"), more than 20 times for positive values of the levels of "side lobes".
Проведено моделирование процесса обнаружения многочастотного сигнала с модуляцией частотным сдвигом и когерентным накоплением.The simulation of the detection of a multi-frequency signal with modulation by a frequency shift and coherent accumulation is carried out.
Помеха при моделировании представлена в виде аддитивного белого гауссовского шума (АБГШ), т.е. совокупности гармонических колебаний со случайными значениями амплитуд (Upi) и фаз (ϕpi), которые распределены по нормальному (амплитуды) и равномерному (фазы) законам (см., например, учебное пособие «Основы теории радиотехнических систем». Учебное пособие. // В.И. Борисов, В.М. Зинчук, А.Е. Лимарев, Н.П. Мухин. Под ред. В.И. Борисова. Воронежский научно-исследовательский институт связи, 2004., стр. 51)The interference in the simulation is presented in the form of additive white Gaussian noise (ABGS), i.e. a set of harmonic oscillations with random values of amplitudes (U pi ) and phases (ϕ pi ), which are distributed according to normal (amplitudes) and uniform (phases) laws (see, for example, the training manual “Fundamentals of the theory of radio engineering systems.” Textbook. / / V.I. Borisov, V.M. Zinchuk, A.E. Limarev, N.P. Mukhin, Edited by V.I. Borisov, Voronezh Scientific and Research Institute of Communications, 2004., p. 51)
где: ωpi, ϕpi, Upi - частота, фаза и амплитуда i-ой составляющей помехи, соответственно;where: ω pi , ϕ pi , U pi - frequency, phase and amplitude of the i-th component of the interference, respectively;
Nsp - число гармонических составляющих помехи, используемых для ее представления.Nsp is the number of harmonic noise components used to represent it.
Частоты составляющих помехи моделировались как случайные величины, значения которых распределены по равномерному закону, в полосе сигнала.The frequencies of the interference components were modeled as random variables whose values are distributed according to a uniform law in the signal band.
Отсчеты шума являются независимыми случайными величинами.Noise samples are independent random variables.
Результаты оценки эффективности предлагаемого способа получены методом математического моделирования на ЭВМ с использованием системы MATLAB.The results of evaluating the effectiveness of the proposed method were obtained by mathematical modeling on a computer using the MATLAB system.
При моделировании использовались следующие исходные данные:When modeling, the following initial data were used:
- число реализаций - 1000;- the number of implementations - 1000;
- число гармонических сигналов - 8;- the number of harmonic signals - 8;
- значения частот гармоник (в условных единицах): 2,0; 2,1; 2,2; 2,3; 2,4; 2,5; 2,6; 2,7;- values of harmonics frequencies (in arbitrary units): 2.0; 2.1; 2.2; 2.3; 2.4; 2.5; 2.6; 2.7;
- амплитуда гармонических сигналов - 1;- the amplitude of the harmonic signals is 1;
- число составляющих помех - 1000;- the number of interference components - 1000;
- число отсчетов - 10.- the number of samples is 10.
Результаты моделирования процесса принятия решения о наличии сигнала для предлагаемого способа - для отношения мощностей помехи к мощности сигнала 5,8 и вероятности ложной тревоги 10-3 вероятность принятия правильного решения о наличии сигнала составляет 0,999.The simulation results of the decision-making process about the presence of a signal for the proposed method is for the ratio of the interference power to the signal power of 5.8 and a false alarm probability of 10 -3, the probability of making the right decision about the signal is 0.999.
По результатам моделирования способа-прототипа для вероятности ложной тревоги равной 10-3, вероятности принятия правильного решения о наличии сигнала равной 0,999, отношение мощностей помехи и сигнала равно 3,1.According to the results of modeling the prototype method for the probability of false alarm equal to 10 -3 , the probability of making the right decision about the presence of a signal equal to 0.999, the ratio of interference power and signal is 3.1.
Таким образом, эффективность предлагаемого способа по показателю отношение мощностей помехи и сигнала превышает эффективность способа-прототипа практически в 2 раза. При этом отношение ширины полосы сигнала для рассматриваемого способа (0,7) к полосе сигнала, используемого для способа-прототипа (7) составляет 0,1.Thus, the effectiveness of the proposed method in terms of the ratio of the power of interference and signal exceeds the efficiency of the prototype method by almost 2 times. In this case, the ratio of the signal bandwidth for the method under consideration (0.7) to the signal band used for the prototype method (7) is 0.1.
Значения частот гармоник (в условных единицах) для способа-прототипа: 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8; 9.The values of the harmonics frequencies (in arbitrary units) for the prototype method: 2; 3; four; 5; 6; 7; 8; 9.
То есть чувствительность приемника средства связи, в котором реализован предлагаемый способ, в 10 раз ниже чувствительности приемника средства связи, в котором реализован способ-прототип.That is, the sensitivity of the receiver of the communication medium in which the proposed method is implemented is 10 times lower than the sensitivity of the receiver of the communication medium in which the prototype method is implemented.
Кроме того, вычислительная сложность предлагаемого способа в десятки раз ниже вычислительной сложности способа-прототипа. Так, например, при использовании восьми частот и десяти отсчетов (накопление сигнала в течение пяти периодов), для предлагаемого способа необходимо использовать 80 операций сложения, т.е. около 160 элементарных операций.In addition, the computational complexity of the proposed method is ten times lower than the computational complexity of the prototype method. So, for example, when using eight frequencies and ten samples (signal accumulation over five periods), for the proposed method, it is necessary to use 80 addition operations, i.e. about 160 elementary operations.
Для способа-прототипа при таком же накоплении сигнала (пять периодов) необходимо использовать не менее десяти отсчетов на период - суммарно 50 отсчетов, и для получения корреляционных метрик необходимо использовать порядка 400 операций умножения и 400 операций сложения, т.е. около 3200 элементарных операций.For the prototype method with the same signal accumulation (five periods), it is necessary to use at least ten samples per period - a total of 50 samples, and to obtain correlation metrics, it is necessary to use about 400 multiplication operations and 400 addition operations, i.e. about 3200 elementary operations.
Таким образом, вычислительная сложность предлагаемого способа ниже вычислительной сложности способа-прототипа практически в 20 раз. Это позволит примерно во столько же раз повысить скорость обмена данными при использовании предлагаемого способа.Thus, the computational complexity of the proposed method is lower than the computational complexity of the prototype method by almost 20 times. This will allow approximately the same time to increase the speed of data exchange when using the proposed method.
Скорость обмена информацией при использовании предлагаемого способа ограничивается двумя факторами:The speed of information exchange when using the proposed method is limited by two factors:
- скорость работы АЦП;- the speed of the ADC;
- тактовая частота используемого процессора.- clock frequency of the processor used.
Скорости обмена информацией при использовании заявляемого способа с учетом ограничивающих факторов и при условии, что обработка ведется параллельно в Nfп (число поднесущих частот) каналах, рассчитаны по следующей методике.The information exchange rates when using the proposed method, taking into account limiting factors and provided that the processing is carried out in parallel in N fп (number of subcarrier frequencies) channels, are calculated by the following method.
Скорость обмена информацией с учетом быстродействия АЦП рассчитывается по формулеThe speed of information exchange taking into account the speed of the ADC is calculated by the formula
Здесь: Vобра - скорость обработки в АЦП;Here: V image - processing speed in the ADC;
Nбfп - число, в которое увеличивается скорость обмена за счет использования некоторого числа поднесущих частот (Nfп).N bfp is the number by which the exchange rate increases due to the use of a certain number of subcarrier frequencies (N fp ).
Скорость обработки в АЦП рассчитывается по формулеThe processing speed in the ADC is calculated by the formula
где No - число используемых отсчетов.where N o is the number of samples used.
Скорость обмена информацией с учетом значения тактовой частоты (быстродействия) процессора рассчитывается по формулеThe speed of information exchange taking into account the value of the clock frequency (speed) of the processor is calculated by the formula
Здесь: Vобрп - скорость обработки в процессоре;Here: V rbrp - processing speed in the processor;
Nбfп - число, в которое увеличивается скорость обмена за счет использования некоторого числа поднесущих частот (Nfп).N bfp is the number by which the exchange rate increases due to the use of a certain number of subcarrier frequencies (N fp ).
Скорость обработки в процессоре рассчитывается по формулеThe processing speed in the processor is calculated by the formula
где: Fп - тактовая частота процессора;where: F p - processor clock speed;
Nэо - число элементарных операций, используемых в алгоритме обнаружения наличия или отсутствия сигнала с некоторой частотой.N eo - the number of elementary operations used in the algorithm for detecting the presence or absence of a signal with a certain frequency.
Число элементарных операций рассчитывается по формулеThe number of elementary operations is calculated by the formula
где: Nосл - число операций сложения отсчетов;where: N donkey - the number of operations of addition of samples;
Nocp - число операций сравнения суммы отсчетов с порогом;N ocp - the number of operations comparing the sum of samples with a threshold;
Kэо - коэффициент, учитывающий увеличение числа операций, при использовании какой-либо математической операции.K eo - coefficient taking into account the increase in the number of operations when using any mathematical operation.
При расчетах использовались следующие значения переменных:In the calculations, the following variable values were used:
Nосл - равно числу используемых отсчетов;N donkey - equal to the number of samples used;
Nоср - 1;N osr - 1;
Kэо - 2.K eo - 2.
В таблице 2 приведены результаты расчета скорости обмена информацией для различных ограничивающих факторов и различных значений параметров способа.Table 2 shows the results of calculating the speed of information exchange for various limiting factors and various values of the method parameters.
Расчеты проводились для следующих значений ограничивающих факторов:The calculations were carried out for the following values of limiting factors:
- скорость работы АЦП - 200 Мбит/с;- the speed of the ADC - 200 Mbit / s;
- тактовая частота используемого процессора 109 Гц.- The clock frequency of the processor used is 10 9 Hz.
Обработку осуществляют на промежуточной частоте 100 МГц.Processing is carried out at an intermediate frequency of 100 MHz.
На основе анализа данных, приведенных в таблице 2, могут быть сделаны следующие выводы:Based on the analysis of the data shown in table 2, the following conclusions can be made:
- фактором, ограничивающим скорость обмена информацией, является быстродействие АЦП;- a factor limiting the speed of information exchange is the speed of the ADC;
- при использовании одного периода сигнала (2 отсчета) и 32 поднесущих частот может быть обеспечена скорость обмена информацией около 500 Мбит/с.- when using one signal period (2 samples) and 32 subcarrier frequencies, an information exchange rate of about 500 Mbit / s can be provided.
Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, приведена на фиг. 1, где обозначено:The block diagram of a device that implements the proposed method is shown in FIG. 1, where indicated:
1.1-1.n - генераторы гармонических сигналов с первого по n-ый;1.1-1.n - harmonic signal generators from first to n-th;
2.1-2.n - электронные ключи с первого по n-ый;2.1-2.n - electronic keys from the first to the n-th;
3 - блок сложения;3 - block addition;
4 - устройство управления (УУ);4 - control device (UE);
5.1-5.n - аналого-цифровые преобразователи (АЦП) с первого по n-ый;5.1-5.n - analog-to-digital converters (ADCs) from the first to the n-th;
6.1-6.n - сумматоры с первого по n-ый;6.1-6.n - adders from the first to the n-th;
7.1-7.n - пороговые устройства с первого по n-ый.7.1-7.n - threshold devices from the first to the n-th.
Устройство содержит n параллельных цепей, каждая из которых состоит из соответствующих последовательно соединенных генератора гармонических сигналов 1.1-1.n и электронного ключа 2.1-2.n, при этом выходы электронных ключей с 2.1 по 2.n соединены с соответствующими входами блока сложения 3, выход которого является первым выходом устройства. (n+1)-ый выход устройства управления 4 соединен с управляющими входами генераторов гармонического сигнала 1.1-1.n. Выходы с первого по n-ый устройства управления 4 соединены с управляющими входами электронных ключей с 2.1 по 2.n соответственно. Вход устройства управления 4 является первым входом устройства, на который поступают входные данные в цифровом виде.The device contains n parallel circuits, each of which consists of a corresponding series-connected harmonic signal generator 1.1-1.n and an electronic key 2.1-2.n, while the outputs of the electronic keys 2.1 through 2.n are connected to the corresponding inputs of the
Кроме того, устройство содержит n параллельных цепей, каждая из которых состоит из соответствующих последовательно соединенных АЦП 5.1-5.n, сумматора 6.1-6.n и порогового устройства 7.1-7.n. При этом входы АЦП 5.1-5.n объединены и являются вторым входом устройства, на который поступают входные сигналы, а выходы пороговых устройств 7.1-7.n - выходами устройства со второго по (n+1) соответственно. При этом пороговые устройства 7.1-7.n имеют вторые входы для подачи порогового напряжения.In addition, the device contains n parallel circuits, each of which consists of the corresponding series-connected ADC 5.1-5.n, adder 6.1-6.n and threshold device 7.1-7.n. The inputs of the ADC 5.1-5.n are combined and are the second input of the device to which the input signals are received, and the outputs of threshold devices 7.1-7.n are the outputs of the device from the second to (n + 1), respectively. In this case, the threshold devices 7.1-7.n have second inputs for supplying the threshold voltage.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
На первый вход устройства поступают входные данные в цифровой форме. Если данные поступают в последовательном виде, то в устройстве управления 4 их преобразуют в параллельный вид в соответствии с числом используемых частот.The first input of the device receives input data in digital form. If the data arrives in a sequential form, then in the
При поступлении в устройство управления 4 входных данных в нем формируют сигналы управления, которые представляют собой периодическую последовательность импульсов, которые поступают на управляющие входы генераторов гармонических сигналов 1.1-1.n и обеспечивают генерацию гармонических сигналов соответствующих частот.When 4 input data are received in the control device, control signals are generated in it, which are a periodic sequence of pulses that are fed to the control inputs of harmonic signal generators 1.1-1.n and provide the generation of harmonic signals of the corresponding frequencies.
Сигналы с выходов генераторов 1.1-1.n поступают на входы электронных ключей 2.1-2.n соответственно, которые либо переходят в открытое состояние, либо остаются в закрытом состоянии в соответствии с управляющими сигналами, поступающими на управляющие входы электронных ключей 2.1-2.n, которые формируются в устройстве управления 4 в соответствии с входными данными.The signals from the outputs of the generators 1.1-1.n are fed to the inputs of the electronic keys 2.1-2.n, respectively, which either go into the open state or remain closed in accordance with the control signals received at the control inputs of the electronic keys 2.1-2.n which are formed in the
Сигналы с выходов электронных ключей 2.1-2.n поступают на соответствующие входы блока сложения 3, где складываются аналоговым способом. Сформированный сигнал поступает на первый выход устройства, который может быть подключен к передатчику любого известного типа.The signals from the outputs of the electronic keys 2.1-2.n are fed to the corresponding inputs of the
Далее сигнал передают по любому известному каналу передачи информации (воздух, вода, провод и т.д.).Further, the signal is transmitted via any known channel for transmitting information (air, water, wire, etc.).
На этапе вхождения в связь осуществляют синхронизацию сигнала, любым известным методом, например путем обработки используемой кодовой последовательности.At the stage of entering into communication, the signal is synchronized by any known method, for example, by processing the code sequence used.
Аддитивную смесь сигнала и помехи, поступающую с выхода приемника (на фиг. не изображен), разветвляют и подают на входы АЦП 5.1-5.n, где смесь сигнала и помехи преобразуют в цифровую форму.The additive mixture of signal and noise coming from the output of the receiver (not shown in FIG.) Is branched and fed to the inputs of the ADC 5.1-5.n, where the signal and noise mixture are converted to digital form.
Отсчеты в АЦП 5.1-5.n берут следующим образом.The samples in the ADC 5.1-5.n are taken as follows.
В первом АЦП 5.1 отсчеты берут с частотой, значение которой равно удвоенному значению частоты первого гармонического сигнала. Во втором АЦП 5.2 отсчеты берут с частотой, значение которой равно удвоенному значению частоты второго гармонического сигнала, и т.д. В n-ом АЦП 5.n отсчеты берут с частотой, значение которой равно удвоенному значению частоты n-го гармонического сигнала.In the first ADC 5.1, samples are taken with a frequency whose value is equal to twice the frequency value of the first harmonic signal. In the second ADC, 5.2 samples are taken with a frequency whose value is equal to twice the frequency of the second harmonic signal, etc. In the n-th ADC 5.n, the samples are taken with a frequency whose value is equal to twice the frequency of the n-th harmonic signal.
Отсчеты с первого по n-ый АЦП 5.1-5.n поступают соответственно в сумматоры 6.1-6.n с первого по n-ый, в которых осуществляется суммирование отсчетов.Samples from the first to the n-th ADC 5.1-5.n are received respectively in the adders 6.1-6.n from the first to the n-th, in which the summation of the samples is carried out.
Отсчеты берут следующим образом. Отсчеты с номерами k (k=1, 2, …, No/2, No - число используемых отсчетов) берут в момент, когда сигнал принимает положительное максимальное значение. Отсчеты с номерами 2k берут в момент, когда сигнал принимает отрицательное максимальное значение.Samples are taken as follows. Samples with numbers k (k = 1, 2, ..., N o / 2, N o - the number of used samples) are taken at the moment when the signal takes a positive maximum value. Samples with numbers 2k are taken at the moment when the signal takes a negative maximum value.
В сумматорах 6.1-6.n рассчитывают суммы отсчетов для соответствующих групп отсчетов. При суммировании отсчеты с отрицательным значением берут с положительным знаком. С выходов сумматоров 6.1-6.n значения сумм отсчетов поступают соответственно в пороговые устройства 7.1-7.n, где сравниваются с установленным порогом.In adders 6.1-6.n, the sums of samples for the corresponding groups of samples are calculated. When summing, samples with a negative value are taken with a positive sign. From the outputs of the adders 6.1-6.n, the values of the sums of the samples are respectively sent to the threshold devices 7.1-7.n, where they are compared with the set threshold.
Значение порога устанавливают любым известным способом исходя из условия, что вероятность ложной тревоги не превышает заданный уровень (см., например, учебное пособие «Основы теории радиотехнических систем». Учебное пособие. // В.И. Борисов, В.М. Зинчук, А.Е. Лимарев, Н.П. Мухин. Под ред. В.И. Борисова. Воронежский научно-исследовательский институт связи, 2004., стр. 57-58).The threshold value is set in any known manner based on the condition that the probability of false alarm does not exceed a predetermined level (see, for example, the training manual "Fundamentals of the theory of radio engineering systems." Training manual. // V.I. Borisov, V.M. Zinchuk, A.E. Limarev, N.P. Mukhin, Edited by V.I. Borisov, Voronezh Telecommunications Research Institute, 2004., pp. 57-58).
В случае, когда значение суммы отсчетов превышает порог в каком-либо пороговом устройстве 7.1-7.n, на его выходе появляется напряжение установленного значения, например, единичного уровня, в противном случае на выходе данного порогового устройства 7.1-7.n сохраняется исходное напряжение, например, нулевого уровня. То есть, на выходах пороговых устройств 7.1-7.n формируется напряжение, с использованием которого может быть сформирован параллельный код принятой информации.In the case when the value of the sum of the samples exceeds the threshold in any threshold device 7.1-7.n, the voltage of the set value, for example, a unit level, appears on its output, otherwise, the initial voltage is stored at the output of this threshold device 7.1-7.n for example, zero level. That is, a voltage is generated at the outputs of threshold devices 7.1-7.n, using which a parallel code of the received information can be generated.
Результаты моделирования процесса принятия решения о наличии сигнала какой-либо частоты приведены выше.The simulation results of the decision-making process on the presence of a signal of any frequency are given above.
АЦП 5.1-5.n могут быть выполнены, например, на микросхеме AD7495BR фирмы Analog Devices.ADC 5.1-5.n can be performed, for example, on the AD7495BR chip from Analog Devices.
Сумматоры 6.1-6.n могут быть выполнены, например, на микросхеме TMS320VC5416 фирмы Texas Instruments (США).Adders 6.1-6.n can be performed, for example, on a TMS320VC5416 chip from Texas Instruments (USA).
Таким образом, заявляемый способ может быть реализован описанным устройством.Thus, the inventive method can be implemented by the described device.
Эффективность предлагаемого способа по показателю отношение мощностей помехи и сигнала превышает эффективность способа-прототипа практически в 2 раза. При этом отношение ширины полосы сигнала, используемого в рассматриваемом способе, к ширине полосы сигнала, используемого в способе-прототипе, составляет около 0,1. То есть, чувствительность приемника средства связи, в котором реализован предлагаемый способ будет в 10 раз ниже чувствительности приемника средства связи, в котором реализован способ-прототип.The effectiveness of the proposed method in terms of the ratio of interference power and signal exceeds the efficiency of the prototype method by almost 2 times. The ratio of the bandwidth of the signal used in the considered method to the bandwidth of the signal used in the prototype method is about 0.1. That is, the sensitivity of the receiver of the communication medium in which the proposed method is implemented will be 10 times lower than the sensitivity of the receiver of the communication medium in which the prototype method is implemented.
Вычислительная сложность предлагаемого способа ниже вычислительной сложности способа-прототипа в несколько десятков раз, что позволяет примерно во столько же раз повысить скорость обмена данными при применении данного способа.The computational complexity of the proposed method is several tens of times lower than the computational complexity of the prototype method, which makes it possible to increase the data exchange rate by approximately the same amount when using this method.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017147204A RU2682904C1 (en) | 2017-12-29 | 2017-12-29 | Information exchange method using modulation of frequency shift and coherent signal accumulation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017147204A RU2682904C1 (en) | 2017-12-29 | 2017-12-29 | Information exchange method using modulation of frequency shift and coherent signal accumulation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2682904C1 true RU2682904C1 (en) | 2019-03-22 |
Family
ID=65858721
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017147204A RU2682904C1 (en) | 2017-12-29 | 2017-12-29 | Information exchange method using modulation of frequency shift and coherent signal accumulation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2682904C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2745918C1 (en) * | 2020-08-05 | 2021-04-02 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method for transmitting discrete information over a multipath communication channel using frequency shift modulation |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU383198A1 (en) * | 1970-12-28 | 1973-05-25 | DEVICE FORMING SIGNALS WITH MULTIPOSITIONAL FREQUENCY MANIPULATION | |
| US4518922A (en) * | 1983-01-17 | 1985-05-21 | Harris Corporation | Decision-directed, automatic frequency control technique for non-coherently demodulated M-ARY frequency shift keying |
| RU2290749C1 (en) * | 2005-06-15 | 2006-12-27 | Игорь Борисович Дунаев | Method for demodulating multiposition frequency keyed and equidistant frequency diversion signal, demodulator of such signal, and computer-readable medium |
| US20120281990A1 (en) * | 2011-05-02 | 2012-11-08 | Massachusetts Institute Of Technology | Optical receiver configurable to accommodate a variety of modulation formats |
-
2017
- 2017-12-29 RU RU2017147204A patent/RU2682904C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU383198A1 (en) * | 1970-12-28 | 1973-05-25 | DEVICE FORMING SIGNALS WITH MULTIPOSITIONAL FREQUENCY MANIPULATION | |
| US4518922A (en) * | 1983-01-17 | 1985-05-21 | Harris Corporation | Decision-directed, automatic frequency control technique for non-coherently demodulated M-ARY frequency shift keying |
| RU2290749C1 (en) * | 2005-06-15 | 2006-12-27 | Игорь Борисович Дунаев | Method for demodulating multiposition frequency keyed and equidistant frequency diversion signal, demodulator of such signal, and computer-readable medium |
| US20120281990A1 (en) * | 2011-05-02 | 2012-11-08 | Massachusetts Institute Of Technology | Optical receiver configurable to accommodate a variety of modulation formats |
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| ВАРАКИН Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Радио и связь, 1985, раздел 10.8, 253-254. * |
| ВАРАКИН Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. М.: Радио и связь, 1985, раздел 10.8, 253-254. ЗЕВЕКЕ Г.В. и др. Основы теории цепей. М.: Энергоатомиздат, 1989, рис.25.4 с.433. СЕРГИЕНКО А.Б. Цифровая обработка сигналов. СПб: Питер, 2002, с.130 рис.3.3. * |
| ЗЕВЕКЕ Г.В. и др. Основы теории цепей. М.: Энергоатомиздат, 1989, рис.25.4 с.433. * |
| СЕРГИЕНКО А.Б. Цифровая обработка сигналов. СПб: Питер, 2002, с.130 рис.3.3. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2745918C1 (en) * | 2020-08-05 | 2021-04-02 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method for transmitting discrete information over a multipath communication channel using frequency shift modulation |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR102663112B1 (en) | Reliable orthogonal spreading codes in wireless communications | |
| Yang et al. | Multi-carrier chaos shift keying: System design and performance analysis | |
| JP2012213151A (en) | Multicarrier signal processing using filter bank for synchronization with preamble | |
| KR102277047B1 (en) | A kind of superposition multiplexing modulation method, apparatus and system | |
| Xu et al. | A novel high data rate modulation scheme based on chaotic signal separation | |
| RU2682904C1 (en) | Information exchange method using modulation of frequency shift and coherent signal accumulation | |
| CN114895251A (en) | Multivariable optimization-based OFDM radar communication integrated signal design method | |
| RU2723300C1 (en) | Method of signal separation with frequency shift modulation and compensation of combination components | |
| Litvinenko et al. | Advanced chaos shift keying based on a modified chua’s circuit | |
| RU2745918C1 (en) | Method for transmitting discrete information over a multipath communication channel using frequency shift modulation | |
| RU2709182C1 (en) | Method of selecting a signal with frequency shift modulation using quadrature components and compensation of combination components | |
| RU2500069C1 (en) | Method of generating codes for generating signal ensembles in telecommunication networks | |
| CN106357383B (en) | DC-DCSK secret communication system and analysis processing method | |
| RU2699819C1 (en) | Method of generating signals with a spread spectrum | |
| RU2699818C1 (en) | Method of generating signals with a spread spectrum | |
| RU2493659C2 (en) | Method for secure transmission of information using pulse coding | |
| Kadhum et al. | Implementation of spectrum sensing based OFDM transceiver using Xilinx system generator | |
| Abdullah et al. | FPAA implementation of chaotic modulation based on Nahrain map | |
| Kaur et al. | Comprehensive study of future waveforms for 5G | |
| RU2608178C2 (en) | Method of power-stealthy transmission of discrete messages over radio communication channels | |
| RU2816580C1 (en) | Method of transmitting discrete information using broadband signals | |
| Dukhan et al. | A multi-level hybrid chaotic system with a novel damping approach to achieve variable rates | |
| Lazović et al. | Performance Analysis of an Underwater Acoustic Communication System Based on DCSK Modulation | |
| RU2782676C2 (en) | Method for third decisive scheme of accelerated search and effective reception of broadband signals | |
| Anagha et al. | Channel and doppler estimation in underwater communication |