RU2723269C1 - Method for synchronizing receiving and transmitting devices of a radio link using short-pulse ultra-wideband signals - Google Patents
Method for synchronizing receiving and transmitting devices of a radio link using short-pulse ultra-wideband signals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2723269C1 RU2723269C1 RU2019126184A RU2019126184A RU2723269C1 RU 2723269 C1 RU2723269 C1 RU 2723269C1 RU 2019126184 A RU2019126184 A RU 2019126184A RU 2019126184 A RU2019126184 A RU 2019126184A RU 2723269 C1 RU2723269 C1 RU 2723269C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- time
- uwb
- stack
- signal
- energy
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03L—AUTOMATIC CONTROL, STARTING, SYNCHRONISATION, OR STABILISATION OF GENERATORS OF ELECTRONIC OSCILLATIONS OR PULSES
- H03L7/00—Automatic control of frequency or phase; Synchronisation
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при разработке высокоскоростных систем передачи информации, систем множественного доступа и других радиоэлектронных систем и средств, использующих сложные сигналы с повышенной помехозащищённостью и скрытностью передачи.The invention relates to the field of radio engineering and can be used in the development of high-speed information transmission systems, multiple access systems and other electronic systems and tools using complex signals with increased noise immunity and stealth transmission.
Известно [1], что важнейшим процессом, от которого зависит эффективность функционирования сверхширокополосных (СШП) систем и средств передачи информации является синхронизация передающего и приёмного устройства радиолиний, так как они всегда разнесены в пространстве на значительные расстояния и могут относиться к мобильным беспроводным системам. Здесь же в [1] дан краткий обзор с перечислением основных особенностей и недостатков наиболее известных способов синхронизации. При этом главными недостатками приведённых способов является величина времени вхождения в синхронизм и необходимость больших величин отношения сигнал/шум на входе приёмных устройств. It is known [1] that the most important process on which the effective functioning of ultra-wideband (UWB) systems and means of transmitting information depends is the synchronization of the transmitting and receiving device of the radio lines, since they are always spaced over a considerable distance in space and can relate to mobile wireless systems. Here in [1] a brief overview is given listing the main features and disadvantages of the most well-known synchronization methods. In this case, the main disadvantages of the above methods is the amount of time it takes to synchronize and the need for large signal-to-noise ratios at the input of the receiving devices.
В [2] и [3] приведены, так называемые, «беспоисковые» способы синхронизации. Способ, приведённый в [2], основан на использовании дискретной фильтрации СШП синхросигнала. Однако и у него время вхождения в синхронизм составляет не менее двух периодов следования СШП синхросигнала. Способ, описанный в [3], предполагает разбиение всего СШП сигнала на К непересекающихся во времени интервалов для их последующей кепстральной обработки. Но перед ней необходимо растянуть во времени каждый такой интервал, используя для этого задержки, для реализации которых потребуется К линий задержки. В целом получается довольно сложный алгоритм, затянутый во времени и требующий дополнительных технических затрат. In [2] and [3], the so-called “searchless” synchronization methods are presented. The method described in [2] is based on the use of discrete UWB clock filtering. However, it also has a synchronization time of at least two periods of the UWB clock. The method described in [3] involves dividing the entire UWB signal into K non-intersecting time intervals for their subsequent cepstral processing. But before it, it is necessary to stretch in time each such interval, using delays for this, for the implementation of which K delay lines will be required. In general, a rather complicated algorithm is obtained, which is time-consuming and requires additional technical costs.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому является способ, описанный в [4], принятый за прототип.The closest analogue in technical essence to the proposed one is the method described in [4], adopted as a prototype.
Способ-прототип реализует синхронизацию, используя энергетическое обнаружение СШП сигналов (накопление энергии пачки импульсов СШП сигналов) и заключается в следующем.The prototype method implements synchronization using energy detection of UWB signals (energy storage of a pulse packet of UWB signals) and consists in the following.
На приёмной стороне смесь СШП сигнала с шумом с выхода антенного устройства поступает в пять организованных сигнальных временных каналов (СВК), настроенных на смещённые друг относительно друга временные интервалы, по величине равные длительности СШП сигнала, первые три из которых формируют временной дискриминатор для осуществления поиска СШП сигнала и захвата состояния синхронизма. С выходов этих СВК накопленные энергии смеси пачки импульсов СШП сигнала и шума поступают в аналого-цифровой преобразователь (АЦП), где оцифровываются и далее обрабатываются в цифровой форме.On the receiving side, a mixture of UWB signal with noise from the output of the antenna device enters five organized signal time channels (ICS) tuned to time intervals offset from each other, equal in magnitude to the duration of the UWB signal, the first three of which form a time discriminator for searching for UWB signal and capture state of synchronism. From the outputs of these ICS, the accumulated energy of the mixture of a packet of pulses of UWB signal and noise is transferred to an analog-to-digital converter (ADC), where it is digitized and further processed in digital form.
Захват состояния синхронизма обеспечивается поиском дополнительно излучаемых синхронизационных (базовых или опорных) импульсов, не меняющих своего расположения в последовательности импульсов СШП сигнала. Поиск и обнаружение СШП сигнала осуществляется коррелятором, на выходе которого после некоторого количества временных сдвигов заданной величины, вводимых в СВК, фиксируется максимум корреляционной функции. Этот момент и будет считаться моментом захвата состояния синхронизма. На этом задача обнаружения сигнала и захвата состояния синхронизма считается решённой. The capture of the synchronism state is ensured by the search for additionally emitted synchronization (basic or reference) pulses that do not change their location in the pulse train of the UWB signal. Search and detection of UWB signal is carried out by the correlator, at the output of which, after a certain number of time shifts of a given value, introduced into the CRS, the maximum of the correlation function is fixed. This moment will be considered the moment of capturing the state of synchronism. On this, the task of detecting the signal and capturing the state of synchronism is considered solved.
Удержание этого состояния осуществляется в процессе приёма СШП сигналов следующим образом. Предыдущий и последующий СВК относительно основного СВК из первых трёх отслеживают скорость ухода СШП сигнала в передний или задний СВК, осуществляя оценку величины и знака их временного смещения из основного канала. На основе этих оценок осуществляется подстройка частоты и фазы тактового генератора (синхронизатора) приёмного устройства, компенсируя такие уходы и обеспечивая тем самым удержание состояния синхронизма во всех СВК, включая два остальных СВК, осуществляющих приём информационных нулей и единиц переданного сообщения.The retention of this state is carried out in the process of receiving UWB signals as follows. The previous and subsequent ICS relative to the main ICS of the first three monitor the speed of the UWB signal going to the front or rear ICS, assessing the magnitude and sign of their temporal displacement from the main channel. Based on these estimates, the frequency and phase of the clock generator (synchronizer) of the receiving device are adjusted, compensating for such departures and thereby ensuring that the state of synchronism is maintained in all ICS, including the other two ICS, which receive information zeros and units of the transmitted message.
Так как момент прихода СШП сигнала неизвестен, то в данном случае среднее время вхождения в синхронизм при использовании коррелятора должно быть гораздо больше двух периодов длительности СШП сигнала.Since the time of arrival of the UWB signal is unknown, in this case the average time of synchronization when using the correlator should be much longer than two periods of the duration of the UWB signal.
В способе-прототипе должна реализоваться возможность уменьшения времени вхождения в состояние синхронизма, то есть увеличения скорости его захвата без использования корреляторов и согласованных фильтров, а также обеспечение возможности непрерывного слежения за задержкой в приёмном СВК и коррекции ухода импульсов полезного СШП сигнала из временного окна приёмного СВК. На фиг. 1а) представлен вариант формируемого семиэлементного (N = 7) СШП синхросигнала единичной амплитуды совместно с текущими временными окнами в сигнальных (серым цветом) и шумовом (чёрным цветом) временных каналах. На фиг. 1б) показан укрупнённый участок этого сигнала, где представлена форма импульсов СШП синхросигнала. In the prototype method, it should be possible to reduce the time it takes to enter the synchronism state, that is, increase the capture speed without using correlators and matched filters, as well as provide the possibility of continuous tracking of the delay in the receiving ICS and correcting the pulses of the useful UWB signal from the time window of the receiving ICS . In FIG. 1a) presents a variant of the generated seven-element (N = 7) UWB sync signal of unit amplitude together with the current time windows in the signal (gray) and noise (black) time channels. In FIG. 1b) shows an enlarged section of this signal, which shows the shape of the UWB pulses of the clock signal.
На фиг. 2 представлены четыре основных случая, которые возможны в процессе обнаружения СШП синхросигнала и захвата состояния синхронизма. Здесь условно серым цветом изображено текущее временное окно стека, представляющего собой сигнальные временные каналы, временные окна которых смещены во времени друг относительно друга на длительность одного временного окна 2τ0 (τ0 – длительность импульса СШП синхросигнала), один временной цикл работы окна стека перекрывает средний период повторения импульсов СШП синхросигнала Тср, а чёрным цветом – последующее временное окно стека; – условное изображение текущей энергии смеси импульса СШП синхросигнала и канального шума (или только канального шума), поступающей на вход стека. Здесь u0(t) – текущее напряжение импульса СШП синхросигнала на входе стека; ν(t) – гауссовский шум с нулевым средним значением и спектральной плотностью мощности N0 [Вт/Гц]. Среднее «оконное» энергетическое отношение сигнал/шум
На фиг. 2а) – случай, когда вся энергия смеси импульсов СШП синхросигнала и канального шума попадает внутрь текущего временного окна стека. In FIG. 2a) is the case when all the energy of a mixture of UWB pulses of a clock signal and channel noise falls inside the current time window of the stack.
На фиг. 2б) – случай, когда меньшая часть энергии смеси импульсов СШП синхросигнала и канального шума попадают внутрь текущего временного окна стека, а большая часть – внутрь последующего временного окна стека. In FIG. 2b) is the case when a smaller part of the energy of the mixture of UWB pulses of the clock signal and channel noise fall inside the current time window of the stack, and most of it goes inside the subsequent time window of the stack.
На фиг. 2в) – случай, когда энергия смеси импульсов СШП синхросигнала и канального шума распределена достаточно равномерно между текущим и последующим временными окнами стека. In FIG. 2c) is the case when the energy of a mixture of UWB pulses of a clock signal and channel noise is distributed fairly evenly between the current and subsequent time windows of the stack.
На фиг. 2г) – случай, когда большая часть энергии смеси импульсов СШП синхросигнала и канального шума попадает внутрь текущего временного окна стека, а меньшая часть – внутрь последующего временного окна стека. In FIG. 2d) - the case when most of the energy of the mixture of UWB pulses of the clock signal and channel noise falls inside the current time window of the stack, and a smaller part inside the subsequent time window of the stack.
Из анализа фиг. 2 следует, что в первом случае вся суммарная надпороговая энергия смеси импульса и канального шума в виде отсчёта некоторой величины будет фиксироваться по окончании данного текущего временного окна стека. Во втором случае меньшая часть суммарной надпороговой энергии смеси импульса и канального шума в виде отсчёта своей величины может фиксироваться по окончании текущего временного окна стека, а большая её часть в виде отсчёта своей величины – по окончании последующего временного окна стека. В третьем случае, как и во втором - суммарная надпороговая энергия смеси импульса и канального шума в виде отсчётов своей величины может фиксироваться по окончании текущего и последующего временных окон стека. Наконец в четвёртом случае большая часть суммарной надпороговой энергии смеси импульса и канального шума в виде отсчёта своей величины может фиксироваться по окончании текущего временного окна стека, меньшая её часть – по окончании последующего временного окна стека. Следовательно, недостатком прототипа является необходимость постоянно отслеживать состояние текущего и последующего временных окон стека с целью определения величины суммарных энергетических отсчётов в них для использования оценки величины этих отсчётов при определении величины и знака временной задержки, которую необходимо вводить во временные окна стека для захвата состояния синхронизма и поддержания этого состояния в дальнейшем при приёме информационных СШП сигналов. From the analysis of FIG. 2 it follows that in the first case, the total total sup-threshold energy of the mixture of momentum and channel noise in the form of a reference of a certain value will be fixed at the end of the current current time window of the stack. In the second case, a smaller part of the total suprathreshold energy of the mixture of momentum and channel noise in the form of a reference of its value can be fixed at the end of the current time window of the stack, and most of it in the form of a reference of its value - at the end of the subsequent time window of the stack. In the third case, as in the second, the total above-threshold energy of the mixture of momentum and channel noise in the form of readings of its value can be fixed at the end of the current and subsequent time windows of the stack. Finally, in the fourth case, most of the total suprathreshold energy of the mixture of momentum and channel noise in the form of a reference of its magnitude can be fixed at the end of the current time window of the stack, its smaller part - at the end of the subsequent time window of the stack. Therefore, the disadvantage of the prototype is the need to constantly monitor the state of the current and subsequent time windows of the stack in order to determine the value of the total energy samples in them to use the estimate of the value of these samples in determining the value and sign of the time delay, which must be entered into the time windows of the stack to capture the state of synchronism and maintaining this state in the future when receiving UWB information signals.
Задача предлагаемого способа состоит в быстрой оценке величины и знака задержки СШП синхросигнала при упрощенной аппаратной реализации.The objective of the proposed method is to quickly assess the magnitude and sign of the delay UWB clock signal with a simplified hardware implementation.
Для решения поставленной задачи в предлагаемом способе, включающем организацию n сигнальных временных каналов, согласно изобретению, сигнальные временные каналы, смещены во времени друг относительно друга на длительность временного окна и представляют собой стек, один временной цикл работы которого перекрывает средний период повторения N импульсов сверхширокополосного (СШП) синхросигнала Тср так, что в среднем на каждом временном цикле работы стека обнаружен один импульс СШП синхросигнала, а относительное время работы каждого сигнального временного канала в цикле составляет 2τ0/Тср; в процессе калибровки осуществляют накопление «оконной» энергии канального шума для усреднения и оценки величины среднеквадратического отклонения, которые используют для определения величины начального (опорного) энергетического порога Π0, величину которого в отсутствии СШП синхросигнала периодически переоценивают и во все сигнальные временные каналы вводят соответствующую коррекцию; в присутствии СШП синхросигнала в сигнальных временных каналах стека осуществляют накопление надпороговой энергии смеси импульсов СШП синхросигнала с канальным шумом на длительности их текущих временных окон стека; далее полученные текущие надпороговые энергии сигнальных временных каналов оцифровывают, превращая их в энергетические отсчёты различной величины, подсчитывают их количество на длительности СШП синхросигнала, фиксируют их временные позиции, сравнивают эти временные позиции с их временными позициями в записанной копии СШП синхросигнала и по результатам сравнения величины энергетических счётов в предыдущем и последующем временных окнах стека осуществляют их весовую обработку, в результате которой определяют величину и знак временной задержки, введение которой в сигнальные временные каналы (СВК) стека приведёт к захвату состояния синхронизма; на этом процесс установления синхронизма между передающим и приёмным устройствами радиолинии считают завершённым и с этого момента начинается процесс приёма информационных СШП сигналов в одном из СВК стека, при этом время с момента обнаружения опорного импульса СШП синхросигнала до момента начала приёма информационных СШП сигналов составляет величину порядка (N+1)Тср с.To solve the problem in the proposed method, which includes the organization of n signal time channels, according to the invention, the signal time channels are shifted in time relative to each other by the duration of the time window and are a stack, one time cycle of which overlaps the average repetition period of N pulses of ultra-wideband ( UWB) of the sync signal T cp so that, on average, one pulse of the UWB sync signal is detected on each time cycle of the stack, and the relative operating time of each signal time channel in the cycle is 2τ 0 / T cf ; during the calibration process, the “window” energy of the channel noise is accumulated to average and estimate the standard deviation, which is used to determine the initial (reference) energy threshold Π 0 , the value of which is periodically overestimated in the absence of UWB clock signal and the corresponding correction is introduced into all time signal channels ; in the presence of the UWB clock signal in the signal time channels of the stack, the suprathreshold energy of the mixture of pulses of the UWB clock signal with channel noise is accumulated for the duration of their current time windows of the stack; Further, the obtained current suprathreshold energies of the signal time channels are digitized, turning them into energy samples of various sizes, their number is calculated for the duration of the UWB clock signal, their temporal positions are recorded, these time positions are compared with their temporal positions in the recorded copy of the UWB clock signal and the results of comparing the energy values the accounts in the previous and subsequent time windows of the stack carry out their weight processing, as a result of which the magnitude and sign of the time delay are determined, the introduction of which into the signal time channels (ICS) of the stack will lead to the capture of the synchronism state; on this, the process of establishing synchronism between the transmitting and receiving devices of the radio link is considered completed and from this moment the process of receiving UWB information signals begins in one of the ICS stack, while the time from the moment of detection of the UWB reference pulse of the clock signal to the moment of receiving UWB information signals is about ( N + 1) T cf.
Предлагаемый способ заключается в следующем.The proposed method is as follows.
Синхросигнал с антенного переключателя поступает в стек, на каждом цикле работы которого в среднем может быть обнаружен один импульс СШП синхросигнала, а относительное время работы каждого временного канала в цикле составит 2τ0/Тср, следовательно, количество сигнальных временных каналов можно оценить соотношением:The clock signal from the antenna switch enters the stack, on each cycle of which an average UWB pulse of the clock signal can be detected on average, and the relative operating time of each time channel in the cycle will be 2τ 0 / T cf , therefore, the number of signal time channels can be estimated by the ratio:
n ≥ Тср/2τ0.n ≥ T cf / 2τ 0 .
При работе стека на длительности текущего временного окна осуществляется накопление энергий смеси СШП синхросигнала и канального шума (или одного канального шума):When the stack is running for the duration of the current time window, the energy of the UWB mixture of the clock signal and channel noise (or one channel noise) is accumulated:
Здесь
В отсутствии СШП синхросигнала в стеке на длительности NТср с оценивается средняя величина «оконной» энергии канального шума
В присутствии СШП синхросигнала:In the presence of UWB clock:
- оцениваются величины накопленных оконных энергий (1);- the values of the accumulated window energies are estimated (1);
- на длительности NТср с использованием (1) оценивается среднее значение «оконной» энергии смеси импульса СШП синхросигнала и канального шума
- оцениваются текущие значения накопленных «оконных» надпороговых энергий- the current values of the accumulated “window” suprathreshold energies are estimated
ΔEk = Есс,k – П0, (2)ΔE k = E ss, k - P 0 , (2)
где ΔEk – надпороговая часть энергии Есс,k, которая оцифровывается и далее называется энергетическим отсчётом.where ΔE k is the suprathreshold part of the energy E ss, k , which is digitized and is further called the energy reference.
Первое превышение энергетического порога (ΔEk >0) соотносится с первым импульсом в имеющейся копии СШП синхросигнала, длительность которой равна Тсс, поэтому первый обнаруженный импульс будет опорным, то есть его временная позиция будет служить началом, сравнение с которой будет определять временные позиции остальных обнаруживаемых импульсов СШП синхросигнала. При этом по окончании времени Тсс после обнаружения первого (опорного) импульса при условии обнаружения за это время не менее двух третей импульсов СШП синхросигнала могут возникать следующие ситуации:The first excess of the energy threshold (ΔE k > 0) corresponds to the first pulse in the existing UWB copy of the sync signal, the duration of which is T ss , so the first detected pulse will be the reference, that is, its temporary position will serve as the beginning, a comparison with which will determine the temporary positions of the others detectable UWB pulses of the clock signal. In this case, at the end of the time T ss after the detection of the first (reference) pulse, provided that at least two-thirds of the UWB pulses of the clock signal are detected during this time, the following situations may occur:
- количество остальных обнаруженных импульсов и их местоположение не совпадают с их количеством и местоположением в имеющейся копии при подавляющем большинстве их сдвигов друг относительно друга;- the number of remaining detected pulses and their location do not coincide with their number and location in the existing copy with the vast majority of their shifts relative to each other;
- количество остальных обнаруженных импульсов и их местоположение совпадают с аналогичными параметрами в имеющейся копии; - the number of remaining detected pulses and their location coincide with similar parameters in the existing copy;
- количество остальных обнаруженных импульсов меньше, чем в имеющейся копии, но их местоположение совпадает с их местоположением в этой копии;- the number of remaining detected pulses is less than in the existing copy, but their location coincides with their location in this copy;
- количество остальных обнаруженных импульсов меньше, чем в имеющейся копии, но их местоположение не совпадает с их местоположением в этой копии;- the number of remaining detected pulses is less than in the existing copy, but their location does not coincide with their location in this copy;
- количество остальных обнаруженных импульсов превышает количество их в имеющейся копии, причём импульсы в принятом сигнале могут располагаться попарно в соседних временных окнах стека и в каждой паре есть импульс, местоположение которого совпадает с местоположением аналогичного импульса в копии СШП синхросигнала.- the number of remaining detected pulses exceeds the number of them in the existing copy, and the pulses in the received signal can be located in pairs in the neighboring time windows of the stack and in each pair there is a pulse whose location coincides with the location of a similar pulse in the UWB copy of the clock signal.
Первый маловероятный случай характеризует наличие мощных короткоимпульсных помех, и дальнейшая обработка СШП синхросигнала игнорируется. Остальные случаи характерны для присутствия СШП синхросигнала в смеси с канальными шумами, и обнаруженная последовательность импульсов подвергается соответствующей обработке. При этом четвёртый случай требует особого рассмотрения. В данной ситуации наиболее вероятно, что первый импульс СШП синхросигнала был подавлен и вместо него за опорный был принят следующий импульс. Либо было подавлено более одного из первых импульсов СШП синхросигнала. Значит необходимо последовательными сдвигами совмещать позицию принятого опорного импульса с позицией второго или третьего и т.д. импульсов в копии СШП синхросигнала до совпадения позиций остальных принятых импульсов СШП синхросигнала с позициями аналогичных импульсов в его копии. Если совпадения позиций остальных импульсов нет, то осуществляется обнуление рабочих регистров и процесс поиска СШП синхросигнала и захвата состояния синхронизма продолжается.The first unlikely event characterizes the presence of powerful short-pulse interference, and further processing of the UWB clock is ignored. The remaining cases are typical for the presence of UWB clock in a mixture with channel noise, and the detected pulse sequence is subjected to appropriate processing. In this case, the fourth case requires special consideration. In this situation, it is most likely that the first pulse of the UWB clock signal was suppressed and the next pulse was taken as the reference one instead. Or, more than one of the first UWB pulses of the clock signal was suppressed. Therefore, it is necessary to combine the position of the received reference pulse with the position of the second or third, and so on, by successive shifts. pulses in a copy of the UWB clock signal until the positions of the remaining received pulses of the UWB clock signal coincide with the positions of similar pulses in its copy. If there is no coincidence of the positions of the remaining pulses, then the work registers are zeroed and the process of searching for the UWB clock and the synchronization state acquisition continues.
На фиг. 3 в качестве примера представлена ситуация, соответствующая случаю, изображённому на фиг. 2б). На фиг. 3а) показаны предварительные этапы обработки: In FIG. 3 illustrates, by way of example, a situation corresponding to the case depicted in FIG. 2b). In FIG. 3a) shows the preliminary processing steps:
также для сравнения сплошной тонкой линией – величины
жирной чёрной штриховой горизонтальной линией показан начальный (опорный) энергетический порог П0. bold black dashed horizontal line shows the initial (reference) energy threshold P 0 .
Крупные планы, показанные на фиг. 3б) – фиг. 3з) в соответствующих временных окнах стека, соответствуют энергетическим отсчётам, описанным выше на фоне величины
Анализ фиг. 3 показывает: The analysis of FIG. 3 shows:
- текущие значения величин
- все значения энергетических отсчётов находятся под опорным энергетическим порогом, что говорит о рациональности его формирования;- all values of energy readings are under the reference energy threshold, which indicates the rationality of its formation;
- количество надпороговых энергетических отсчётов (4) больше N, причём подавляющее большинство их расположены попарно в соседних временных окнах стека;- the number of above-threshold energy readings (4) is greater than N, and the vast majority of them are located in pairs in adjacent time windows of the stack;
- величины всех N энергетических отсчётов, расположенных в текущих временных окнах стека (окна серого цвета) в среднем гораздо меньше величин N энергетических отсчётов, расположенных в последующих временных окнах стека (окна чёрного цвета), что говорит о том, что каждый импульс СШП синхросигнала располагается во временных окнах двух соседних временных окнах стека очень несимметрично. - the values of all N energy samples located in the current time windows of the stack (gray window) are on average much smaller than the values of N energy samples located in the subsequent time windows of the stack (black window), which means that each UWB sync signal pulse is located in the time windows of two adjacent time windows of the stack is very asymmetric.
Проведённый анализ приводит к способу обработки получаемых последовательностей энергетических отсчётов смеси СШП синхросигнала с канальным шумом, суть которого состоит в следующем.The analysis leads to a method for processing the obtained sequences of energy samples of a UWB mixture of a clock signal with channel noise, the essence of which is as follows.
1. Определяют временную позицию первого (опорного) энергетического отсчёта
2. Фиксируют численные значения и временные позиции превышений текущего энергетического порога энергетическими отсчётами
3. Выделяют в первую подпоследовательность надпороговые импульсы, временные позиции которых совпадают с соответствующими позициями импульсов в копии СШП синхросигнала, хранящейся в регистре: Е1 = {ΔEcc,0; ΔEcc,2;…; ΔEcc,2p;…}, Т1 = {t1,0; t1,2;…; t1,2p;…}. 3. Allocate above-threshold pulses, the temporary positions of which coincide with the corresponding positions of the pulses in a copy of the UWB sync signal stored in the register, into the first subsequence: E 1 = {ΔE cc, 0 ; ΔE cc, 2; ...; ΔE cc, 2p ; ...}, T 1 = {t 1.0 ; t 1,2; ...; t 1,2p ; ...}.
4. Выделяют во вторую подпоследовательность надпороговые импульсы, временные позиции которых не совпадают с соответствующими позициями импульсов в копии СШП синхросигнала, хранящейся в регистре, но соседствуют с ними: Е2 = {ΔEcc,1; ΔEcc,3;…; ΔEcc,2p+1;…}, Т2 = {t2,1; t2,3;…; t2,2p+1;…}. 4. Allocate suprathreshold pulses, the temporal positions of which do not coincide with the corresponding positions of the pulses in the second sequence of pulses of the UWB sync signal stored in the register, but are adjacent to them: E 2 = {ΔE cc, 1 ; ΔE cc, 3 ; ...; ΔE cc, 2p + 1 ; ...}, T 2 = {t 2.1 ; t 2.3; ...; t 2,2p + 1 ; ...}.
5. Оценивают количество ненулевых членов в обеих последовательностях: N1 и N2.5. Estimate the number of nonzero terms in both sequences: N 1 and N 2 .
6. Определяют нормированные разности временных позиций полученных последовательностей надпороговых энергетических отсчётов6. The normalized differences in the time positions of the obtained sequences of suprathreshold energy samples are determined.
h = 1, 2,…, 2N.h = 1, 2, ..., 2N.
7. Оценивают величину минимальной разности (3) и количество таких разностей на длительности СШП синхросигнала7. Estimate the value of the minimum difference (3) and the number of such differences on the duration of the UWB clock
8. Вычисляют приведённые длительности частей текущих импульсов СШП синхросигнала, расположенных в соседних временных окнах стека:8. Calculate the reduced durations of the parts of the current UWB pulses of the clock located in adjacent time windows of the stack:
9. Проводят сглаживание величин (7):9. Spend smoothing values (7):
При этом в шумах, как правило, сумма
10. Оценивают разность:
11. Вычисляют выравнивающие коэффициенты, с помощью которых можно частично компенсировать отрицательное влияние канальных шумов на конечный результат11. Calculate the equalization coefficients, with which you can partially compensate for the negative effect of channel noise on the final result
12. Вносят компенсирующие поправки в (8)12. Make compensating amendments to (8)
Если всё сделано правильно, то проверка даст
По своей сути процесс, описываемый соотношениями (5) -80), реализует вариант специфической весовой обработки смеси импульсов СШП синхросигнала с канальным шумом, причём найденные веса характеризуют соотношение энергий смеси импульса и канального шума, попадающих в соседние временные окна стека.At its core, the process described by relations (5) -80) implements a variant of specific weight processing of a mixture of UWB pulses of a clock signal with channel noise, and the weights found characterize the ratio of the energies of the mixture of pulse and channel noise falling into neighboring time windows of the stack.
13. Разность величин (8) переводят в масштаб реального времени:13. The difference of values (8) is translated into real time:
14. Осуществляют оценку величины и знака временной задержки, которую необходимо ввести в формирователи временных окон стека, чтобы осуществит захват состояния синхронизма передающего и приёмного устройств радиолинии, что будет эквивалентно смещению всех импульсов СШП синхросигнала на середину текущих временных окон выбранного из стека для приёма одного из информационных символов алфавита (например, информационного нуля) формирователя временных окон:14. An estimate is made of the magnitude and sign of the time delay that must be entered into the shapers of the time windows of the stack in order to capture the synchronism state of the transmitting and receiving devices of the radio line, which will be equivalent to shifting all UWB pulses of the clock signal to the middle of the current time windows selected from the stack to receive one of information symbols of the alphabet (for example, information zero) of the shaper of time windows:
15. Вводят полученную задержку во все временные каналы стека.15. Enter the received delay into all temporary channels of the stack.
16. Одновременно отключают все СВК стека, кроме одного, в котором начинают осуществлять приём информационных СШП сигналов.16. At the same time, all the ICS of the stack are disabled, except for one, in which they begin to receive UWB information signals.
Значения (3) потребуются для оценки и использования в процессе приёма информационных СШП сигналов динамического порога Пд, который является функцией (3) и зависящей от него усреднённой вероятности правильного приёма СШП сигнала. Его использование компенсирует в определённой степени отрицательное влияние изменения помеховой обстановки.Values (3) will be required to evaluate and use the dynamic threshold П д , which is a function (3) and the average probability of the correct reception of the UWB signal, in the process of receiving UWB information. Its use compensates to some extent the negative impact of changes in the interference environment.
На фиг. 4 приведён условный пример расположения временных окон приёмного СВК относительно расположения текущих энергий смеси импульсов СШП синхросигнала и канальных шумов Ecc(t), вычисленных в текущих временных окнах этого СВК на длительности принимаемого информационного символа, который был перенесён СШП сигналом, сформированным на базе «разреженного» кода Неймана-Хоффмана. Фиг. 4а) представляет тот случай, когда задержка не была введена в приёмный СВК, а на фиг. 4б) – случай, когда она введена. Здесь прямоугольниками серого цвета обозначены позиции временных окон этого СВК. Как следует из анализа фиг. 4а/) и фиг. 4б/), на которых укрупнённо выделены фрагменты фиг. 4а) и фиг. 4б), введение вычисленной задержки действительно устанавливает импульсы СШП синхросигнала на середину временного окна этого СВК (вернее будет сказать, что это текущее временное окно этого СВК корректирует свою временную позицию так, что импульсы информационного СШП сигнала занимают его середину), что эквивалентно состоянию синхронизма при приёме информационного СШП сигнала. In FIG. Figure 4 shows a conditional example of the location of the time windows of the receiving ICS relative to the location of the current energies of the mixture of UWB pulses of the clock signal and channel noise E cc (t) calculated in the current time windows of this ICS for the duration of the received information symbol, which was transferred by the UWB signal generated on the basis of the "sparse "Neumann-Hoffman code. FIG. 4a) represents the case when the delay was not introduced into the receiving ICS, and in FIG. 4b) - the case when it is introduced. Here, gray rectangles indicate the positions of the time windows of this ICS. As follows from the analysis of FIG. 4a / ) and FIG. 4b / ), on which fragments of FIG. 4a) and FIG. 4b), the introduction of the calculated delay really sets the UWB pulses of the sync signal to the middle of the time window of this ICS (or rather, this current time window of this ICS corrects its time position so that the pulses of the information UWB signal occupy its middle), which is equivalent to the synchronism state at receiving information UWB signal.
Из проведённого анализа следует, что длительность всего процесса захвата состояния синхронизма после обнаружения опорного импульса СШП синхросигнала не превышает N+1-го цикла функционирования стека, что соответствует времени From the analysis it follows that the duration of the entire process of capturing the synchronism state after the detection of the UWB reference pulse of the clock signal does not exceed the N + 1th cycle of the stack functioning, which corresponds to the time
Твх = (N+1)·Тср. (11) T I = (N + 1) · T cf. (eleven)
Таким образом, используя предлагаемый способ, можно обеспечить заявленные качества, реализуя величину времени вхождения в состояние синхронизма равную средней длительности СШП синхросигнала, что в среднем лучше, чем при использовании в любом перечисленных способов-аналогов и способа-прототипа. Thus, using the proposed method, it is possible to ensure the claimed qualities by realizing the time it takes to enter the synchronism state equal to the average duration of the UWB clock signal, which is on average better than when using any of the listed analog methods and the prototype method.
Укрупнённая блок-схема устройства для реализации предлагаемого способа представлена на фиг. 5, где введены следующие обозначения:An enlarged block diagram of a device for implementing the proposed method is presented in FIG. 5, where the following notation is introduced:
1.1 – 1n – сигнальные временные каналы (СВК) стека; 1.1 - 1n - signal time channels (ICS) of the stack;
2 – мультиплексор (М);2 - multiplexer (M);
3 – блок обработки и управления (БОУ);3 - processing and control unit (BOW);
4 – блок синхронизации (БС).4 - block synchronization (BS).
Устройство содержит n сигнальных временных каналов СВК стека, мультиплексор 2, блок обработки и управления 3 и блок синхронизации 4, при этом с первого по n-й выходы БОУ 3 соединены со вторыми входами СВК 1.1 – СВК 1.n соответственно, n выходов которых соединены с соответствующими входами мультиплексора 2, выход которого соединён с первым входом БОУ 3, n+1-й выход которого соединён с входом блока синхронизации 4, n+1-й выход которого соединён со вторым входом блока обработки и управления 3, вход/выход которого является третьим входом/выходом устройства. С первого по n-й выходы БС 4 соединены с третьими входами СВК 1.1 – 1.n стека соответственно, первые входы которых соединены с выходом антенного переключателя (на фиг.5 не показан).The device contains n signal time channels of the ICS stack, a
Устройство работает следующим образом. При подаче на вход-выход БОУ 3 команды запуска, антенный переключатель устанавливается в положение «приём», на вход БС 4 с (n+1)-го выхода БОУ 3 поступает сигнал начала работы, на второй вход БОУ 3 с (n+1)-го выхода БС 4 в заданном темпе начнут поступать тактовые импульсы, необходимые для управления состоянием СВК 1.1 – 1.n, на вторые входы которых с соответствующих выходов БОУ 3 поступят сигналы, включающие СВК 1.1 – 1.n в работу. Одновременно на третьи входы СВК 1.1 – 1.n с соответствующих выходов БС 4 начнут поступать в соответствующем темпе синхронизирующие тактовые импульсы для управления временными позициями временных окон стека. На первые входы СВК 1.1 – 1.n с выхода антенного переключателя начнёт поступать либо канальный шум, либо смесь импульсов СШП синхросигнала с канальным шумом. Вначале осуществляется калибровка СВК стека по канальным шумам, основной задачей которой является установка начальных (опорных) энергетических порогов во временных окнах. При этом после сигнала запуска до установления в СВК 1.1 – 1.n опорного порога П0 с их выходов на соответствующие входы мультиплексора 2 будут поступать накопленные в текущих СВК стека энергии (1) с темпом существования временных окон стека, а с выхода мультиплексора 2 на первый вход БОУ 3 эти накопленные энергии будут поступать последовательно в соответствии с очерёдностью работы временных окон стека. В БОУ 3 энергии (1) оцифровываются и осуществляется оценка величины начального (опорного) энергетического порога П0, который выставляется во всех СВК 1.1 – 1.n. Калибровку необходимо производить после подачи сигнала запуска или после потери СШП сигнала в процессе приёма. После её завершения осуществляется процесс поиска СШП синхросигнала и захват состояния синхронизма. При этом с выходов СВК 1.1 – 1.n на соответствующие входы мультиплексора 2 будут поступать накопленные надпороговые энергии смеси СШП синхросигнала и канального шума (или одного канального шума) ΔEk (2), а с выхода мультиплексора 2 на первый вход БОУ 3 поступит развёрнутая во времени последовательность величин ΔEk, элементы которой в БОУ 3 подвергнутся оцифровке и подсчёту, превращаясь в текущую последовательность энергетических отсчётов с зафиксированными временными позициями th. Одновременно с накоплением энергетических отсчётов в БОУ 3 осуществляются операции (3) – (10) и в конце временного отрезка Твх (11) проводится введение в СВК стека полученной задержки (10) и выбор приёмного СВК стека с отключением остальных СВК путём посылки соответствующих сигналов с n выходов БОУ 3 на вторые входы СВК 1.1 – 1.n. На этом процесс синхронизации завершается, и далее будет осуществляться приём информационных СШП сигналов. The device operates as follows. When a start command is input to the input-output of the
Реализация устройства, осуществляющего предлагаемый способ, не вызывает затруднений, так как функциональные узлы, входящие в блоки устройства, общеизвестны, широко используются в отечественных и зарубежных патентах, а также описаны в технической литературе. Практически все блоки, кроме мультиплексора 2 приведены в [4] и [5]. Варианты исполнения мультиплексоров известны, например из [6].The implementation of the device implementing the proposed method does not cause difficulties, since the functional units included in the device blocks are well known, widely used in domestic and foreign patents, and are also described in the technical literature. Almost all blocks except
Источники информацииSources of information
1. Иванов, М.М. Методы синхронизации в сверхширокополосных системах связи. / М.М. Иванов и др. // 51-я научная конференция аспирантов, магистров и студентов БГУИР, Новополоцк. – 2015, с. 43, 44. 1. Ivanov, M.M. Synchronization methods in ultra-wideband communication systems. / M.M. Ivanov et al. // 51st Scientific Conference of Graduate Students, Masters and Students, BSUIR, Novopolotsk. - 2015, p. 43, 44.
2. Агейкин, В.И. К вопросу использования технологии сверхширокополосных сигналов в интересах создания перспективных средств связи, разведки и РЭБ тактического звена управления / В.И. Агейкин, Л.М. Каплярчук, А.П. Степанов// Радиоэлектронная борьба в Вооружённых Силах Российской Федерации, ч. 1. – 2017, с. 40-44.2. Ageykin, V.I. On the issue of using ultra-wideband signal technology in the interests of creating promising means of communication, reconnaissance, and electronic warfare of the tactical command link / V.I. Ageikin, L.M. Kaplyarchuk, A.P. Stepanov // Electronic warfare in the Armed Forces of the Russian Federation,
3. Патент 2416162 (РФ). Асинхронный способ выделения закодированной информации, передаваемой потребителю с помощью сверхширокополосных импульсов. МПК H04B 7/00. Жбанов И.Л., Силаев Н.В., Митрофанов Д.Г., Сеньков М.А., Жбанова В.Л., Васильченко О.В., Гаврилов А.Д. Заявка № 2009146425/09 от 14.12.2009. Опубл. 20.06.2010 г. 3. Patent 2416162 (RF). Asynchronous method for extracting encoded information transmitted to the consumer using ultra-wideband pulses. IPC H04B 7/00. Zhbanov I.L., Silaev N.V., Mitrofanov D.G., Senkov M.A., Zhbanova V.L., Vasilchenko O.V., Gavrilov A.D. Application No. 2009146425/09 of 12/14/2009. Publ. 06/20/2010 r.
4. Корниенко А.В. Алгоритмы синтеза и обработки короткоимпульсных сверхширокополосных сигналов в радиосистемах передачи информации с учётом мешающих факторов. / Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. – Рязань. – 2008. – С. 17. 4. Kornienko A.V. Algorithms for the synthesis and processing of short-pulse ultra-wideband signals in radio transmission systems, taking into account interfering factors. / Abstract of dissertation for the degree of candidate of technical sciences. - Ryazan. - 2008 .-- S. 17.
5. Патент 2315424 (РФ). Система связи с высокой скоростью передачи информации сверхширокополосными сигналами. МПК Н04B 1/69, H04L 5/26. Бондаренко В.В., Кыштымов Г.А., Бондаренко В.В., Кыштымов С.Г. Заявка №2006119887/09 от 06.06.2006. Опубл. 20.01.2008 г. 5. Patent 2315424 (RF). A communication system with a high speed information transmission by ultra-wideband signals.
6. Гольденберг, Л.М. Импульсные устройства / Л.М. Гольденберг. – М.: Радио и связь, 1981. – 224 с.6. Goldenberg, L.M. Pulse devices / L.M. Goldenberg. - M .: Radio and communications, 1981. - 224 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019126184A RU2723269C1 (en) | 2019-08-20 | 2019-08-20 | Method for synchronizing receiving and transmitting devices of a radio link using short-pulse ultra-wideband signals |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019126184A RU2723269C1 (en) | 2019-08-20 | 2019-08-20 | Method for synchronizing receiving and transmitting devices of a radio link using short-pulse ultra-wideband signals |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2723269C1 true RU2723269C1 (en) | 2020-06-09 |
Family
ID=71067351
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019126184A RU2723269C1 (en) | 2019-08-20 | 2019-08-20 | Method for synchronizing receiving and transmitting devices of a radio link using short-pulse ultra-wideband signals |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2723269C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114364010A (en) * | 2021-12-10 | 2022-04-15 | 深圳市汇顶科技股份有限公司 | Synchronization relationship establishing method, chip, electronic device and storage medium |
RU2786431C1 (en) * | 2021-03-31 | 2022-12-21 | Радисус Индия Приват Лимитед | Systems and method for time synchronization of wireless system |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6925108B1 (en) * | 2000-05-26 | 2005-08-02 | Freescale Semiconductor, Inc. | Ultrawide bandwidth system and method for fast synchronization |
US6967993B1 (en) * | 2000-05-26 | 2005-11-22 | Freescale Semiconductor, Inc. | Ultrawide bandwidth system and method for fast synchronization using sub-code spins |
RU2315424C1 (en) * | 2006-06-06 | 2008-01-20 | Виктор Васильевич Бондаренко | Communication system with high speed information transfer in form of ultra-broadband signals |
RU2354048C1 (en) * | 2007-11-28 | 2009-04-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method and communication system with fast acquisition by ultra-wideband signals |
RU2010109131A (en) * | 2010-03-11 | 2011-09-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" (RU) | METHOD FOR COMMUNICATION OF EXTRA BROADBAND SIGNALS WITH INCREASED STABILITY OF SYNCHRONIZATION |
-
2019
- 2019-08-20 RU RU2019126184A patent/RU2723269C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6925108B1 (en) * | 2000-05-26 | 2005-08-02 | Freescale Semiconductor, Inc. | Ultrawide bandwidth system and method for fast synchronization |
US6967993B1 (en) * | 2000-05-26 | 2005-11-22 | Freescale Semiconductor, Inc. | Ultrawide bandwidth system and method for fast synchronization using sub-code spins |
RU2315424C1 (en) * | 2006-06-06 | 2008-01-20 | Виктор Васильевич Бондаренко | Communication system with high speed information transfer in form of ultra-broadband signals |
RU2354048C1 (en) * | 2007-11-28 | 2009-04-27 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method and communication system with fast acquisition by ultra-wideband signals |
RU2010109131A (en) * | 2010-03-11 | 2011-09-20 | Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" (RU) | METHOD FOR COMMUNICATION OF EXTRA BROADBAND SIGNALS WITH INCREASED STABILITY OF SYNCHRONIZATION |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2786431C1 (en) * | 2021-03-31 | 2022-12-21 | Радисус Индия Приват Лимитед | Systems and method for time synchronization of wireless system |
CN114364010A (en) * | 2021-12-10 | 2022-04-15 | 深圳市汇顶科技股份有限公司 | Synchronization relationship establishing method, chip, electronic device and storage medium |
CN114364010B (en) * | 2021-12-10 | 2023-10-27 | 深圳市汇顶科技股份有限公司 | Synchronous relation establishing method, chip, electronic equipment and storage medium |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1098206A2 (en) | Radar system and coherent integrating method therefor | |
RU2733419C1 (en) | Transmitter and receiver and corresponding methods | |
JPH1013302A (en) | Device and method for synchronous acquisition of spreaded spectrum signal | |
RU2723269C1 (en) | Method for synchronizing receiving and transmitting devices of a radio link using short-pulse ultra-wideband signals | |
RU2731369C1 (en) | Apparatus for processing short-pulse ultra-wideband signals at a receiving side | |
CN102638335B (en) | Cross-correlation and autocorrelation cascade based frame synchronizing method | |
RU2297722C2 (en) | Method and device for accelerated search of broadband signal | |
JP2003188769A (en) | Synchronism capturing method and device | |
RU2731126C1 (en) | Apparatus for distinguishing short-pulse ultra-wideband signals of high efficiency | |
RU2277760C2 (en) | Method for transferring information in communication systems with noise-like signals and a software product | |
RU2427075C2 (en) | Asynchronous-cepstrum method of extracting encoded information sent to user using ultra-wideband pulses | |
RU2718753C1 (en) | Device of the third decision circuit of accelerated search and efficient reception of broadband signals | |
RU2422991C1 (en) | Noise-immune method to identify coded information sent to consumer by means of packs of ultra-wideband pulses | |
JP4335913B2 (en) | Method and system for capturing a received impulse radio signal | |
CN110830077B (en) | Quick capture method for improving receiving performance of multipath burst signals | |
JP4335912B2 (en) | Method, system, and apparatus for capturing a received impulse radio signal | |
RU2731207C1 (en) | Method for increasing processing efficiency of ultra-wideband short pulse signals at a receiving side | |
RU2713379C1 (en) | Apparatus for synchronizing a receiving and transmitting part of a radio link using short-pulse ultra-wideband signals | |
RU2353064C1 (en) | Search method of noise-like signals with minimum frequency-shift modulation | |
RU2020134560A (en) | Method of the third decision scheme for accelerated search and efficient reception of wideband signals | |
CN116208194B (en) | Cognitive frequency hopping synchronization method for resisting strong interference | |
RU2808721C1 (en) | Device of the third decisive circuit for accelerated search and efficient reception of broadband signals | |
RU2766859C1 (en) | Device of the third critical scheme of accelerated search and effective reception of broadband signals | |
RU2782676C2 (en) | Method for third decisive scheme of accelerated search and effective reception of broadband signals | |
JP4468822B2 (en) | Method and system for receiving an ultra-wideband signal having a self-adaptive number of propagation paths |