RU2705466C1 - Method for adaptive selection of an optimal parameter of a correction algorithm based on the reception of the whole information signal - Google Patents
Method for adaptive selection of an optimal parameter of a correction algorithm based on the reception of the whole information signal Download PDFInfo
- Publication number
- RU2705466C1 RU2705466C1 RU2019106078A RU2019106078A RU2705466C1 RU 2705466 C1 RU2705466 C1 RU 2705466C1 RU 2019106078 A RU2019106078 A RU 2019106078A RU 2019106078 A RU2019106078 A RU 2019106078A RU 2705466 C1 RU2705466 C1 RU 2705466C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- parameter
- signal
- information signal
- algorithm
- correction
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Filters That Use Time-Delay Elements (AREA)
- Noise Elimination (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технике связи и может быть использовано в системах передачи данных с адаптивной коррекцией сигналов для выбора значения параметра алгоритма коррекции.The invention relates to communication technology and can be used in data transmission systems with adaptive signal correction to select the value of the correction algorithm parameter.
Во многих системах передачи данных для компенсации искажений, внесенных каналом связи, применяют алгоритмы адаптивной коррекции сигналов. Для этого в передаваемый сигнал осуществляют периодические вставки известного на приемной стороне тестового сигнала. Такой подход используется, например, в стандарте авиационной передачи данных ARINC-635 [1].Many data transfer systems use adaptive signal correction algorithms to compensate for distortions introduced by the communication channel. For this, periodic insertions of a test signal known on the receiving side are carried out in the transmitted signal. Such an approach is used, for example, in the ARINC-635 standard for airborne data transmission [1].
Известно большое количество различных методов, алгоритмов и их модификаций, используемых для коррекции сигналов, например, метод наименьших квадратов или алгоритм LMS [2], алгоритм RLS [3], метод регуляризации Тихонова [4]. Во всех этих и многих других алгоритмах для обеспечения устойчивости и сходимости вводят некоторый параметр, в частности, параметр регуляризации (алгоритм RLS, метод регуляризации Тихонова), размер шага сходимости (алгоритм LMS). Выбор того или иного параметра оказывает существенное влияние не только на устойчивость решения, но и на его точность и как следствие на вероятность ошибки на бит после демодуляции откорректированного сигнала, т.е. на помехоустойчивость.A large number of different methods, algorithms and their modifications are known that are used for signal correction, for example, the least squares method or the LMS algorithm [2], the RLS algorithm [3], the Tikhonov regularization method [4]. In all these and many other algorithms, to ensure stability and convergence, a certain parameter is introduced, in particular, a regularization parameter (RLS algorithm, Tikhonov regularization method), convergence step size (LMS algorithm). The choice of one or another parameter has a significant impact not only on the stability of the solution, but also on its accuracy and, as a consequence, on the probability of an error per bit after demodulation of the corrected signal, i.e. noise immunity.
Как известно задача адаптивной коррекции сводится к решению двух уравнений, которые можно записать в следующей форме:As you know, the task of adaptive correction comes down to solving two equations, which can be written in the following form:
где K(t) - передаваемый тестовый сигнал, u(t) - принимаемый тестовый сигнал, Km(t) - передаваемый информационный сигнал, um(t) - принимаемый информационный сигнал, h(t) - импульсная характеристика канала, * - оператор свертки.where K (t) is the transmitted test signal, u (t) is the received test signal, K m (t) is the transmitted information signal, u m (t) is the received information signal, h (t) is the channel impulse response, * - convolution operator.
Из уравнения (1) получают приближенную импульсную характеристику канала в общем случае в виде:From equation (1) get the approximate impulse response of the channel in the General case in the form:
а результат коррекции в этом случае можно записать в виде:and the correction result in this case can be written as:
- некоторый алгоритм расчета, α1,α2 - параметры, используемые для устойчивости алгоритма. Отметим, что в большинстве практических случаев допустимо принять: - some calculation algorithm, α 1 , α 2 - parameters used for the stability of the algorithm. Note that in most practical cases it is acceptable to accept:
тогда вместо (5) запишем:then instead of (5) we write:
Известны различные способы выбора оптимального значения этого параметра.Various methods are known for choosing the optimal value for this parameter.
Известен способ невязки описанный, в [5]. Этот способ часто применяют для выбора параметра регуляризации в методе регуляризации Тихонова. В условиях (3) (6) способ невязки заключается в том, что, используя алгоритм на основе поступившего тестового сигнала u0(t) рассчитывают импульсную характеристику канала h(t,α) и корректирующего фильтра hкop(t,α), с помощью которой, используя алгоритм корректируют поступивший информационный сигнал um(t), в результате чего получают откорректированный информационный сигнал Km(t,α), после чего определяют значение ошибки е, в качестве которой служит разница среднеквадратичного уклонения откорректированного информационного сигнала Km(t,α), свернутого с рассчитанной импульсной характеристикой канала h(t,α), от принятого информационного сигнала um(t) и дисперсии шумовой составляющей Δu, т.е. после чего определяют зависимость значения ошибки е от параметра α, путем изменения значения этого параметра, в результате чего получают оптимальное значение параметра αopt, обеспечивающего минимальное значение ошибки е.A known method of the residual described in [5]. This method is often used to select the regularization parameter in the Tikhonov regularization method. In conditions (3) (6), the residual method consists in the fact that using the algorithm based on the received test signal u 0 (t), the impulse response of the channel h (t, α) and the correction filter h кop (t, α) are calculated, using which, using the algorithm correct the incoming information signal u m (t), as a result of which a corrected information signal K m (t, α) is obtained, and then determine the value of the error e, which is the difference in the mean square deviation of the corrected information signal K m (t, α), convoluted with the calculated impulse response of the channel h (t, α), from the received information signal u m (t) and the dispersion of the noise component Δu, i.e. after which the dependence of the value of the error e on the parameter α is determined by changing the value of this parameter, as a result of which the optimal value of the parameter α opt is obtained, which ensures the minimum value of the error e.
Недостатком указанного способа является необходимость знания определенной априорной информации, а именно дисперсии шумовой составляющей, оценка которой является отдельной достаточно сложной задачей и имеет определенную погрешность. Кроме того при вычислении значения ошибки е вносится дополнительная погрешность при свертке приближенных (рассчитанных) значений Km(t,α) и h(t,α).The disadvantage of this method is the need to know certain a priori information, namely the variance of the noise component, the estimation of which is a separate rather complicated task and has a certain error. In addition, when calculating the value of the error e, an additional error is introduced when convolving the approximate (calculated) values of K m (t, α) and h (t, α).
Известен способ адаптивного выбора оптимального параметра алгоритма коррекции сигналов описанный в патенте РФ №2653485 от 08.05.2018 и принятый за прототип. Способ адаптивного выбора оптимального параметра алгоритма коррекции сигналов заключается в том, что, используя алгоритм на основе поступившего тестового сигнала u0(t) рассчитывают импульсную характеристику корректирующего фильтра hкop(t,α), с помощью импульсной характеристики корректирующего фильтра hкop(t,α), используя алгоритм корректируют поступившие тестовые сигналы u1(t)…un(t), задержанные на интервал, равный длине информационного сигнала LИ, в результате чего получают откорректированные тестовые сигналы K1(t,α)…Kn(t,α), определяют значения ошибки е1…en, в качестве которой служит среднеквадратичное уклонение откорректированного тестового сигнала K1(t,α)…Kn(t,α) от образцового тестового сигнала K(t), т.е. после чего определяют зависимость значения ошибки е1…en от параметра α, путем изменения значения этого параметра, в результате чего получают массив значений параметров α1…αn, обеспечивающие соответствующее минимальное значение ошибки е1…en для каждого откорректированного тестового сигнала K1(t,α)…Kn(t,α), после чего из массива α1…αn осуществляют окончательный выбор оптимального значения параметра αopt, в качестве которого, в зависимости от конкретного алгоритма и диапазона значений параметров α1…αn, берут среднее арифметическое значение или медианное значение из массива α1…αn.A known method of adaptive selection of the optimal parameter of the signal correction algorithm described in the patent of the Russian Federation No. 2653485 from 05/05/2018 and adopted as a prototype. The method of adaptive selection of the optimal parameter of the signal correction algorithm is that, using the algorithm based on the received test signal u 0 (t), the impulse response of the correction filter h кop (t, α) is calculated using the impulse response of the correction filter h кop (t, α) using the algorithm correct the incoming test signals u 1 (t) ... u n (t), delayed by an interval equal to the length of the information signal L And , as a result, receive the corrected test signals K 1 (t, α) ... K n (t, α), determine the error values e 1 ... e n , which is the standard deviation of the corrected test signal K 1 (t, α) ... K n (t, α) from the reference test signal K (t), i.e. then determine the dependence of the error value e 1 ... e n on the parameter α, by changing the value of this parameter, resulting in an array of parameter values α 1 ... α n providing the corresponding minimum error value e 1 ... e n for each corrected test signal K 1 (t, α) ... K n (t, α), after which from the array α 1 ... α n the final choice of the optimal value of the parameter α opt is carried out, for which, depending on the particular algorithm and the range of parameter values α 1 ... α n , take the arithmetic average or median value from the array α 1 ... α n .
Недостатком прототипа является то, что в каналах с быстрыми замираниями импульсная характеристика канала для тестовых сигналов пришедших много «раньше» или много «позже» обрабатываемого в данный момент тесового сигнала может значительно отличаться от текущей импульсной характеристики канала, а, следовательно, и полученная текущая импульсная характеристика корректирующего фильтра не будет являться оптимальной для более «ранних» и «поздних» тестовых сигналов. Это приведет к сильной погрешности в оценках значений ошибки е1…en, соответствующих более «ранним» и «поздним» тестовым сигналам, и соответствующей погрешности в определении оптимального значения алгоритма коррекции. Чтобы избежать данного эффекта, можно уменьшить число анализируемых тестовых сигналов при вычислении значений ошибок е1…en, однако при малых отношениях сигнал/шум объема поучаемой статистики е1…en может быть недостаточно для получения достаточно точной оценки оптимального значения алгоритма коррекции.The disadvantage of the prototype is that in channels with fast fading the impulse response of the channel for test signals arriving much earlier or much later than the current processed signal can significantly differ from the current impulse response of the channel, and, consequently, the received impulse response The response of the correction filter will not be optimal for earlier and later test signals. This will lead to a strong error in the estimates of the error values e 1 ... e n corresponding to the earlier and later test signals, and the corresponding error in determining the optimal value of the correction algorithm. To avoid this effect, it is possible to reduce the number of test signals being analyzed when calculating the error values e 1 ... e n , however, for small signal-to-noise ratios, the amount of learned statistics e 1 ... e n may not be enough to obtain a sufficiently accurate estimate of the optimal value of the correction algorithm.
Целью изобретения является выбор оптимального параметра алгоритма коррекции сигналов на основе анализа разброса фаз корректируемого информационного сигнала без знания априорной информации о мощности шума, отношении сигнал/шум и корректируемого информационного сигнала.The aim of the invention is the selection of the optimal parameter of the signal correction algorithm based on the analysis of the phase spread of the corrected information signal without knowing a priori information about the noise power, signal-to-noise ratio and the corrected information signal.
Поставленная цель достигается тем, что способ адаптивного выбора оптимального параметра алгоритма коррекции по оценке приема в целом информационного сигнала заключается в том, что, используя алгоритм на основе поступившего тестового сигнала u0(t) рассчитывают импульсную характеристику корректирующего фильтра hкop(t,α), при этом с помощью импульсной характеристики корректирующего фильтра hкop(t,α), используя алгоритм корректируют информационный сигнал um(t) с фазовой манипуляцией, переносящий N информационных символов, в результате чего получают откорректированный информационный сигнал Km(t,α), который посимвольно демодулируют, получая последовательность бит b(n,α), n=1…N, последовательность бит b(n,α), n=1…N модулируют, получая сигнал вычисляют значение коэффициента корреляции после чего определяют зависимость от параметра α, путем изменения значения этого параметра, в результате чего получают оптимальное значение параметра αопт, соответствующее максимуму This goal is achieved by the fact that the method of adaptive selection of the optimal parameter of the correction algorithm for evaluating the reception of the information signal as a whole is that, using the algorithm based on the received test signal u 0 (t), the impulse response of the correction filter h кop (t, α) is calculated, while using the impulse response of the correction filter h кop (t, α), using the algorithm correct the information signal u m (t) with phase shift keying, carrying N information symbols, resulting in a corrected information signal K m (t, α), which is demodulated symbolically, getting a sequence of bits b (n, α), n = 1 ... N, the sequence of bits b (n, α), n = 1 ... N modulate, receiving a signal calculate the value of the correlation coefficient after which the dependence is determined from parameter α, by changing the value of this parameter, as a result of which the optimal value of the parameter α opt corresponding to the maximum
На фиг. 1 представлена структурная схема способа адаптивного выбора оптимального параметра алгоритма коррекции на основе разброса фаз корректируемого сигнала. Она содержит:In FIG. 1 is a structural diagram of a method for adaptively selecting the optimal parameter of a correction algorithm based on the phase spread of the corrected signal. It contains:
1 - первая линия задержки;1 - first delay line;
2 - блок расчета импульсной характеристики;2 - block calculation of the impulse response;
3 - корректирующий фильтр;3 - correction filter;
4 - демодулятор;4 - demodulator;
5 - модулятор;5 - modulator;
6 - блок вычисления коэффициента корреляции;6 - block calculating the correlation coefficient;
7 - решающее устройство.7 - a decisive device.
Работа способа осуществляется следующим образом.The method is as follows.
На вход линии задержки 1 поступает сигнал, содержащий периодически повторяющиеся тестовые и информационные сигналы. Структура такого сигнала представлена на фиг. 2. С первого выхода первой линии задержки 1 на первый вход блока расчета импульсной характеристики 2 подают поступивший тестовый сигнал u0(t) и, используя алгоритм рассчитывают импульсную характеристику корректирующего фильтра hкop(t,α). Полученную импульсную характеристику корректирующего фильтра hкop(t,α) с выхода блока расчета импульсной характеристики 2 подают на второй вход корректирующего фильтра 3. Со второго выхода линии задержки 1 на первый вход корректирующего фильтра 3 подают поступивший информационный сигнал um(t) с фазовой манипуляцией, переносящий N информационных символов. В результате на выходе корректирующего фильтра 3, используя алгоритм получают откорректированный информационный сигнал Km(t,α). При этом в блоке расчета импульсной характеристики 2 и корректирующем фильтре 3 используют один и тот же алгоритм обозначенный ранее как The input of the
Откорректированный информационный сигнал Km(t,α) подают на вход демодулятора 4, осуществляющий посимвольную демодуляцию поступившего сигнала Km(t,α). На выходе демодулятор 4 получают последовательность бит b(n,α), n=1…N, которую передают на вход модулятора 5, получая на выходе модулятора 5 сигнал . С выхода модулятора 5 сигнал подают на первый вход блок вычисления коэффициента корреляции 6, на второй вход которого подают откорректированный информационный сигнал Km(t,α). В блок вычисления коэффициента корреляции 6 вычисляют значение коэффициента корреляции The adjusted information signal K m (t, α) is fed to the input of the
Полученное на выходе блока вычисления коэффициента корреляции 6 значение подают на вход решающего устройства 7, в котором определяют зависимость от параметра α, путем изменения значения этого параметра на первом выходе решающего устройства 7, и передаче его на второй вход блока расчета импульсной характеристики 2 и третий вход корректирующего фильтра 3. В результате на втором выходе решающего устройства 9 получают оптимальное значение параметра αопт, соответствующее максимуму The value obtained at the output of the block for calculating the correlation coefficient 6 served at the input of the decisive device 7, which determines the dependence from parameter α, by changing the value of this parameter at the first output of the resolver 7 and transferring it to the second input of the impulse
Техническим результатом является выбор оптимального параметра алгоритма коррекции сигналов на основе анализа разброса фаз корректируемого информационного сигнала, не требующий знания априорной информации о мощности шума, отношении сигнал/шум и корректируемого информационного сигнала.The technical result is the selection of the optimal parameter of the signal correction algorithm based on the analysis of the phase spread of the corrected information signal, which does not require knowledge of a priori information about noise power, signal-to-noise ratio, and corrected information signal.
Список источниковList of sources
1. ARINC Characteristic 635-4. HF Data Link Protocol. - Dec., 2003.1. ARINC Characteristic 635-4. HF Data Link Protocol. - Dec., 2003.
2. Джиган В.И. Адаптивная фильтрация сигналов: теория и алгоритмы. М.: Техносфера, 2013. - 528 с.2. Dzhigan V.I. Adaptive signal filtering: theory and algorithms. M .: Technosphere, 2013 .-- 528 p.
3. Sayed А.Н. Adaptive filters. - New Jersey: Hoboken: John Wiley & Sons, Inc., 2008. - 786 c.3. Sayed A.N. Adaptive filters. - New Jersey: Hoboken: John Wiley & Sons, Inc., 2008 .-- 786 c.
4. Тихонов A.H., Арсенин В.Я. Методы решения некорректных задач / Учебное пособие для вузов. - Изд. 3-е испр. - М.: Наука, 1986. - 288 с.4. Tikhonov A.H., Arsenin V.Ya. Methods for solving ill-posed problems / Textbook for high schools. - Ed. 3rd fix - M .: Nauka, 1986 .-- 288 p.
5. Верлань А.Ф., Сизиков B.C. Методы решеня интегральных уравнений с программами для ЭВМ. Справочное пособие. - Киев: Наукова думка, 1978. - 292 с.5. Verlan A.F., Sizikov B.C. Methods for solving integral equations with computer programs. Reference manual. - Kiev: Naukova Dumka, 1978.- 292 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019106078A RU2705466C1 (en) | 2019-03-04 | 2019-03-04 | Method for adaptive selection of an optimal parameter of a correction algorithm based on the reception of the whole information signal |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019106078A RU2705466C1 (en) | 2019-03-04 | 2019-03-04 | Method for adaptive selection of an optimal parameter of a correction algorithm based on the reception of the whole information signal |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2705466C1 true RU2705466C1 (en) | 2019-11-07 |
Family
ID=68501052
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019106078A RU2705466C1 (en) | 2019-03-04 | 2019-03-04 | Method for adaptive selection of an optimal parameter of a correction algorithm based on the reception of the whole information signal |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2705466C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5694476A (en) * | 1993-09-27 | 1997-12-02 | Klippel; Wolfgang | Adaptive filter for correcting the transfer characteristic of electroacoustic transducer |
US20030182664A1 (en) * | 2002-02-28 | 2003-09-25 | Itay Lusky | Parameter selection in a communication system |
GB2506711A (en) * | 2012-10-02 | 2014-04-09 | John Edward Hudson | An adaptive beamformer which uses signal envelopes to correct steering |
RU178763U1 (en) * | 2017-10-06 | 2018-04-18 | Публичное акционерное общество "Российский институт мощного радиостроения" | ADAPTIVE CORRECTION DEVICE WITH FEEDBACK BY SOLUTION IN CHANNELS WITH INTER-CHARACTER INTERFERENCE |
RU2653485C1 (en) * | 2017-06-19 | 2018-05-08 | Публичное акционерное общество "Российский институт мощного радиостроения" (ПАО "РИМР") | Method for adaptive selection of the optimal parameter of the signal correction algorithm |
-
2019
- 2019-03-04 RU RU2019106078A patent/RU2705466C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5694476A (en) * | 1993-09-27 | 1997-12-02 | Klippel; Wolfgang | Adaptive filter for correcting the transfer characteristic of electroacoustic transducer |
US20030182664A1 (en) * | 2002-02-28 | 2003-09-25 | Itay Lusky | Parameter selection in a communication system |
GB2506711A (en) * | 2012-10-02 | 2014-04-09 | John Edward Hudson | An adaptive beamformer which uses signal envelopes to correct steering |
RU2653485C1 (en) * | 2017-06-19 | 2018-05-08 | Публичное акционерное общество "Российский институт мощного радиостроения" (ПАО "РИМР") | Method for adaptive selection of the optimal parameter of the signal correction algorithm |
RU178763U1 (en) * | 2017-10-06 | 2018-04-18 | Публичное акционерное общество "Российский институт мощного радиостроения" | ADAPTIVE CORRECTION DEVICE WITH FEEDBACK BY SOLUTION IN CHANNELS WITH INTER-CHARACTER INTERFERENCE |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9401826B2 (en) | Signal processing unit employing a blind channel estimation algorithm and method of operating a receiver apparatus | |
US6414990B1 (en) | Timing recovery for a high speed digital data communication system based on adaptive equalizer impulse response characteristics | |
KR101294021B1 (en) | Apparatus and method for receiving data in wireless communication system | |
US20080159442A1 (en) | Wireless communication apparatus and receiving method | |
US8804808B1 (en) | Dynamic equalization systems and methods for use with a receiver for a multipath channel | |
US9680667B2 (en) | Adaptive equalization circuit, digital coherent receiver, and adaptive equalization method | |
JP2002141836A (en) | Receiver for mobile radio communication unit to use speed estimator | |
KR20080085091A (en) | Equalization device and equalization method | |
JP2002000023U (en) | Receiver including frequency deviation evaluator | |
TW201347452A (en) | Signal processing unit employing diversity combining and method of operating a receiver apparatus | |
KR100959341B1 (en) | Adaptive Thresholding Algorithm For The Noise Due To Unknown Symbols In Correlation Based Channel Impulse Response CIR Estimate | |
WO2019049616A1 (en) | Optical transmission characteristic estimation method, optical transmission characteristic compensation method, optical transmission characteristic estimation system, and optical transmission characteristic compensation system | |
KR20060028131A (en) | Apparatus and method for estimating delay spread in multi-path fading channel in wireless communication system | |
RU2705466C1 (en) | Method for adaptive selection of an optimal parameter of a correction algorithm based on the reception of the whole information signal | |
US6760374B1 (en) | Block decision feedback equalization method and apparatus | |
WO2011137719A1 (en) | Method and device for determining effective signal to noise ratio | |
RU2653485C1 (en) | Method for adaptive selection of the optimal parameter of the signal correction algorithm | |
US6763064B1 (en) | Block decision directed equalization method and apparatus | |
JP6028572B2 (en) | Receiver | |
US7274715B2 (en) | Method and apparatus for automatic delay compensation in space diversity radio transmissions | |
RU2693286C1 (en) | Method for adaptive selection of optimal parameter of correction algorithm based on phase spread of corrected signal | |
GB2524464A (en) | Frequency error estimation | |
EP1337083A1 (en) | DC offset and channel impulse response estimation | |
JP4009143B2 (en) | Delay profile measuring apparatus and delay profile measuring method | |
US9014249B2 (en) | Communications receiver with channel identification using A-priori generated gain vectors and associated methods |