RU2723300C1 - Method of signal separation with frequency shift modulation and compensation of combination components - Google Patents

Method of signal separation with frequency shift modulation and compensation of combination components Download PDF

Info

Publication number
RU2723300C1
RU2723300C1 RU2019124786A RU2019124786A RU2723300C1 RU 2723300 C1 RU2723300 C1 RU 2723300C1 RU 2019124786 A RU2019124786 A RU 2019124786A RU 2019124786 A RU2019124786 A RU 2019124786A RU 2723300 C1 RU2723300 C1 RU 2723300C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pass filter
frequency
band
signal
value
Prior art date
Application number
RU2019124786A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Александрович Белогуров
Владимир Алексеевич Золотарев
Original Assignee
Акционерное общество "Концерн "Созвездие"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Концерн "Созвездие" filed Critical Акционерное общество "Концерн "Созвездие"
Priority to RU2019124786A priority Critical patent/RU2723300C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2723300C1 publication Critical patent/RU2723300C1/en

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04BTRANSMISSION
    • H04B1/00Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/06Receivers
    • H04B1/10Means associated with receiver for limiting or suppressing noise or interference

Abstract

FIELD: radio engineering and communication.SUBSTANCE: invention relates to radio engineering and can be used in communication systems. Prior to setting values of frequency shifts between adjacent signals so that value of difference of any pair of frequencies does not exceed value of frequency, for which the difference between the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the low-pass filter (LPF) and the band-pass filter becomes less than a certain predetermined value; after multiplication by corresponding reference signals in multipliers, results of signal and interference conversion are formed, each of which is branched into two identical components: a first component, LPF is filtered, whose band is matched with a signal band; simultaneously second component is filtered by band-pass filter, which pass band is selected so that upper frequency of band-pass filter corresponds to upper frequency of signal, lower frequency of band-pass filter is set as close as possible to zero value, signals passed LPF and band-pass filter are subtracted from each other in each line, obtained signals are converted to digital form in corresponding ADC; obtained values are summed up and stored; sum with the maximum value is found from the obtained sums; determining the threshold value by multiplying the found maximum value by a coefficient, value of which is set in advance; obtained sum values are compared with a threshold; based on the comparison results, the presence or absence of a signal with the corresponding frequency is stated.EFFECT: technical result consists in improvement of noise immunity of communication equipment.1 cl, 2 dwg

Description

Предлагаемый способ относится к радиотехнике и может найти применение в средствах связи. The proposed method relates to radio engineering and may find application in communications.

Известны способы, которые реализуются устройствами подавления широкополосных помех, описанные в патентах RU 2115234, H04B 1/10, RU 2143783, H04B 1/10, RU 2190297 H04B 1/10, недостатком которых является невысокая степень подавления помех.Known methods that are implemented by devices for suppressing broadband interference described in patents RU 2115234, H04B 1/10, RU 2143783, H04B 1/10, RU 2190297 H04B 1/10, the disadvantage of which is the low degree of interference suppression.

Известен способ выделения сигналов в условиях наличия помех, описанный в патенте RU № 2675386 H04B 1/10, недостатком которого является его невысокая эффективность при использовании многочастотного сигнала.A known method of separation of signals in the presence of interference, described in patent RU No. 2675386 H04B 1/10, the disadvantage of which is its low efficiency when using a multi-frequency signal.

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, недостатком которых является невысокая эффективность в условиях воздействия помех.Known amplitude and angular modulations described in the training manual "Fundamentals of the theory of radio systems. Tutorial. // V.I. Borisov, V.M. Zinchuk, A.E. Limarev, N.P. Mukhin. Ed. V.I. Borisova. Voronezh Scientific Research Institute of Communications, 2004. ”, pp. 165 - 168, 170 - 174, the disadvantage of which is 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 pulse amplitude 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 (OFDM)) 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 orthogonal frequency shift modulation (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 M ортогональных сигналов равной энергии. Данные сигналы различаются по частотеWhen using a frequency-shift modulation method, M orthogonal signals of equal energy are generated. These signals vary in frequency.

Sm(t)=

Figure 00000001
cos(2πfct+2πmΔft).
Figure 00000002
(1)S m (t) =
Figure 00000001
cos (2πf c t + 2πmΔft).
Figure 00000002
(1)

Здесь: m=1,2,…,M;Here: m = 1,2, ..., M;

0≤t ≤T;0≤t ≤T;

Figure 00000003
– энергия сигнала;
Figure 00000003
- signal energy;

T – 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

Stm(t)=

Figure 00000004
ej2πmΔft, m=1,2,…,M, 0≤t ≤T. (2)S tm (t) =
Figure 00000004
e j2πmΔft , m = 1,2, ..., M, 0≤t ≤T. (2)

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

ρr= Re(ρkm)=(sin(2πt(m-k)Δf))/(2πt(m-k)Δf)), (3)ρ r = Re (ρ km ) = (sin (2πt (mk) Δf)) / (2πt (mk) Δf)), (3)

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 M сигналов.Since the case │m-k│ = 1 corresponds to adjacent frequency intervals, Δf = 1 / (2T) represents the minimum value of the frequency separation 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

U =Us + Up (4)U = U s + U p (4)

где: Us – сигнал, сформированный с использованием модуляции с частотным сдвигом;where: U s is a 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):

KisUs, + KipUp, (5)K is U s , + K ip U p , (5)

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 и большим уровнем шума преобразования. The disadvantage of the prototype method is not high enough efficiency under the influence of interference, which is explained by a wide spectrum of the signal and a high level of conversion noise.

Задача предлагаемого способа – повышение эффективности выделения сигнала в условиях воздействия помех за счет того, что обеспечивается использование сигнала с меньшим значением ширины спектра и снижение уровня шума преобразования. The objective of the proposed method is to increase the efficiency of signal extraction under the influence of interference due to the fact that the use of a signal with a smaller value of the width of the spectrum and a decrease in the noise level of the conversion are ensured.

Для устранения указанного недостатка в способе выделения сигнала с использованием модуляции частотным сдвигом и компенсацией комбинационных составляющих, 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, после умножения на соответствующие опорные сигналы Sоп.i в блоках умножения образуется результат преобразования сигнала и помехи, т.е. умножения на опорные сигналы, согласно изобретению, устанавливают заранее значения частотных сдвигов между соседними сигналами так, что значение разности любой пары частот не превосходит значения частоты, для которой разность амплитудно-частотной характеристика (АЧХ) фильтра нижних частот (ФНЧ) и полосового фильтра становится меньше некоторой заранее заданной величины; обработку сигналов осуществляют одновременно и одинаковым образом в соответствующих линейках, а именно: после умножения на соответствующие опорные сигналы в блоках умножения образуются результаты преобразования сигнала и помехи, каждый из которых разветвляют на две одинаковые составляющие: первую составляющую фильтруют ФНЧ, полоса которого согласована с полосой сигнала; одновременно вторую составляющую фильтруют полосовым фильтром, полосу пропускания которого выбирают следующим образом: верхняя частота полосового фильтра соответствует верхней частоте сигнала; нижнюю частоту полосового фильтра устанавливают максимально близкой к нулевому значению; выбор ФНЧ и полосового фильтра осуществляют с идентичными в максимальной степени фазочастотными характеристиками и так, что АЧХ полосового фильтра в области частот близких к нулю имеет максимально возможную крутизну; в области частот, начиная со значения, для которого разность значений АЧХ ФНЧ и полосового фильтра становится меньше некоторой заранее заданной величины, обеспечивают идентичность их АЧХ в максимальной степени; сигналы, прошедшие ФНЧ и полосовой фильтр, вычитают один из другого в каждой линейке, полученные сигналы преобразуют в цифровой вид в соответствующих АЦП; полученные значения суммируют и запоминают; из полученных сумм находят сумму с максимальным значением; определяют значение порога путем умножения найденного максимального значения на коэффициент, значение которого устанавливают заранее; 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 the method of isolating a signal using frequency shift modulation and compensation of combination components, which consists in generating a signal consisting of several harmonic signals using frequency shift modulation (FSK), synchronizing means is performed at the stage of entering into communication connection, after multiplying by the corresponding reference signals S op.i in the multiplication blocks, the result of signal and noise conversion is formed, i.e. multiplication by reference signals, according to the invention, sets the frequency shifts between adjacent signals in advance so that the difference value of any pair of frequencies does not exceed the frequency value for which the difference in amplitude-frequency characteristic (AFC) of the low-pass filter (LPF) and the band-pass filter becomes smaller some predetermined value; Signal processing is carried out simultaneously and in the same way in the respective lines, namely: after multiplying by the corresponding reference signals, the results of signal conversion and interference are generated in the multiplication units, each of which is branched into two identical components: the first component is filtered by the low-pass filter, the band of which is matched with the signal band ; at the same time, the second component is filtered by a band-pass filter, the passband of which is selected as follows: the upper frequency of the band-pass filter corresponds to the upper frequency of the signal; the lower frequency of the band-pass filter is set as close to zero as possible; the low-pass filter and the band-pass filter are selected with phase-frequency characteristics identical to the maximum and so that the frequency response of the band-pass filter in the region of frequencies close to zero has the greatest possible slope; in the frequency domain, starting with a value for which the difference between the frequency response of the low-pass filter and the band-pass filter becomes less than some predetermined value, ensure that their frequency response is identical to the maximum extent; the signals that have passed the low-pass filter and the band-pass filter are subtracted from one another in each line, the received signals are converted into digital form in the corresponding ADCs; the obtained values are summarized and stored; from the received amounts, the sum with the maximum value is found; determining a threshold value by multiplying the found maximum value by a coefficient whose value is set in advance; 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 Δf ij .

Здесь i, j – номера соседних частот, j= i+1. Here i, j are the numbers of neighboring frequencies, j = i + 1.

Значения частотных сдвигов устанавливают так, что значение разности любой пары частот не превосходит значения частоты, для которой разность амплитудно-частотной характеристика (АЧХ) фильтра нижних частот (ФНЧ) и полосового фильтра становится меньше некоторой заранее заданной величины (Fр) (см. фиг.1).The frequency shifts are set so that the difference value of any pair of frequencies does not exceed the frequency value for which the difference in the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the low-pass filter (LPF) and the band-pass filter becomes less than some predetermined value (F p ) (see Fig. .1).

Опорные частоты формируют с теми же значениями, что и гармонические сигналы. The reference frequencies are formed with the same values as the harmonic signals.

Число гармонических составляющих n, используемых при формировании сигнала, значения частотных сдвигов между сигналами определяют на этапе разработки экспериментальным путем или методом математического моделирования как значения, обеспечивающие максимальную степень помехоустойчивости при заданном уровне скорости обмена данными. The number of harmonic components n used in the formation of the signal, the values of the frequency shifts between the signals 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.

После умножения аддитивной смеси сигнала и помехи на соответствующие опорные сигналы в блоках умножения образуется результат преобразования сигнала и помехи. Сигнал на выходе каждого блока умножения разветвляют на две одинаковые составляющие. Первую составляющую фильтруют ФНЧ, полоса которого согласована с полосой сигнала. Одновременно вторую составляющую фильтруют полосовым фильтром, полоса пропускания которого выбирается так, что верхняя частота полосового фильтра соответствует верхней частоте сигнала, нижнюю частоту полосового фильтра устанавливают максимально близкой к нулевому значению. After multiplying the additive mixture of the signal and the interference by the corresponding reference signals, the result of the signal and interference conversion is formed in the multiplication blocks. The signal at the output of each multiplication block is branched into two identical components. The first component is filtered by the low-pass filter, the band of which is consistent with the signal band. At the same time, the second component is filtered by a band-pass filter, the passband of which is selected so that the upper frequency of the band-pass filter corresponds to the upper frequency of the signal, the lower frequency of the band-pass filter is set as close to zero as possible.

Выбор ФНЧ и полосового фильтра осуществляют с идентичными в максимальной степени фазочастотными характеристиками и так, что амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) полосового фильтра в области частот близких к нулю имеет максимально-возможную крутизну, в области частот, начиная со значения, для которого разность значений АЧХ ФНЧ и полосового фильтра становится меньше некоторой заранее заданной величины обеспечивают идентичность их АЧХ в максимальной степени (иллюстративный пример приведен на фиг. 1).The choice of the low-pass filter and the band-pass filter is carried out with phase-frequency characteristics identical to the maximum and so that the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the band-pass filter in the frequency region close to zero has the maximum possible slope, in the frequency region, starting from a value for which the difference in values The frequency response of the low-pass filter and the band-pass filter becomes less than a certain predetermined value to ensure that their frequency response is identical to the maximum extent (an illustrative example is shown in Fig. 1).

Сигналы, прошедшие ФНЧ и полосовой фильтр, вычитают один из другого. Полученные сигналы преобразуют в цифровой вид в соответствующих аналого-цифровых преобразователях (АЦП). Данные значения суммируют и запоминают. Из полученных сумм находят сумму с максимальным значением. Определяют значение порога путем умножения найденного максимального значения на коэффициент, значение которого устанавливают заранее. Signals that have passed the low-pass filter and the band-pass filter are subtracted from one another. The received signals are converted to digital form in the corresponding analog-to-digital converters (ADCs). These values are summarized and stored. From the received amounts, the sum with the maximum value is found. The threshold value is determined by multiplying the found maximum value by a coefficient, the value of which is set in advance.

Значение данного коэффициента определяют на этапе разработки экспериментальным путем или методом математического моделирования как значение, обеспечивающее максимальное значение вероятности правильного обнаружения сигналов, при условии, что уровень ложной тревоги, т.е. принятия решения о наличии сигнала при его отсутствии, не превышает заданный уровень.The value of this coefficient is determined at the development stage experimentally or by mathematical modeling as the value that provides the maximum probability of the correct detection of signals, provided that the level of false alarm, i.e. making a decision on the presence of a signal in its absence does not exceed a predetermined level.

Полученные значения сумм сравнивают с порогом, по результатам сравнения делают вывод о наличии или об отсутствии сигналов с соответствующей частотой.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 signals with an appropriate frequency.

Проведено моделирование процесса обнаружения многочастотного сигнала с использованием модуляции частотным сдвигом и компенсацией комбинационных составляющих в условиях наличия помех типа аддитивного белого гауссовского шума (АБГШ). The process of detecting a multi-frequency signal using modulation by frequency shift and compensation of combination components in the presence of interference such as additive white Gaussian noise (ABGS) is simulated.

Помеха при моделировании представлена в виде аддитивного белого гауссовского шума, 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, 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 study guide “Fundamentals of the theory of radio engineering systems.” / V.I. Borisov, V.M. Zinchuk, A.E. Limarev, N.P. Mukhin, Edited by V.I. Borisov, Voronezh Telecommunication Research Institute, 2004., p. 51)

U=

Figure 00000005
, (6)U =
Figure 00000005
, (6)

где: ωpi, φpi,

Figure 00000006
– частота, фаза и амплитуда i-ой составляющей помехи, соответственно;where: ω pi , φ pi ,
Figure 00000006
- 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 составляющих помех – 1000;- the number of interference components - 1000;

– число гармонических сигналов – 8;- the number of harmonic signals - 8;

– значения частот гармоник (в условных единицах): 10,0; 10,1; 10,2; 10,3; 10,4; 10,5; 10,6; 10,7;- values of harmonics frequencies (in arbitrary units): 10.0; 10.1; 10.2; 10.3; 10.4; 10.5; 10.6; 10.7;

– амплитуда гармонических сигналов – 1;- the amplitude of the harmonic signals is 1;

– число отсчетов за период – 2;- the number of samples for the period - 2;

– число периодов – 5; - the number of periods - 5;

– амплитуда помехи – 26.0;- the amplitude of the interference is 26.0;

– значение порога для амплитуды сигналов – 4.9;- the threshold value for the amplitude of the signals is 4.9;

– частота дискретизации –1; - sampling rate –1;

– коэффициент компенсации комбинационных составляющих в области частот, где АЧХ полосового фильтра близка АЧХ ФНЧ – 0.05; - compensation coefficient of the combination components in the frequency region where the frequency response of the bandpass filter is close to the frequency response of the low-pass filter - 0.05;

– коэффициент компенсации комбинационных составляющих в области частот близких к нулевому значению, где крутизна АЧХ полосового фильтра максимальна, рассчитывается при условии, что в данном случае АЧХ полосового фильтра имеет линейную зависимость. - the compensation coefficient of the combination components in the frequency region close to zero, where the slope of the frequency response of the bandpass filter is maximum, is calculated provided that in this case the frequency response of the bandpass filter has a linear relationship.

Результаты моделирования процесса принятия решения о наличии сигнала для предлагаемого способа – для отношения мощностей помехи к мощности сигнала 7 и вероятности ложной тревоги 10-3 вероятность принятия правильного решения о наличии сигнала составляет не менее 0,999 для каждой частотной составляющей (поднесущей) сигнала.The simulation results of the decision process on the presence of a signal for the proposed method is for the ratio of the interference power to the signal power 7 and the probability of false alarm 10 -3, the probability of making the right decision on the presence of a signal is at least 0.999 for each frequency component (subcarrier) of the signal.

При моделировании способа-прототипа для сигналов с OFDM установлены следующие значения частот гармоник (в условных единицах): 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8.When modeling the prototype method for signals with OFDM, the following values of harmonic frequencies (in arbitrary units) were established: 1; 2; 3; 4; 5; 6; 7; 8.

По результатам моделирования установлено, что для способа-прототипа вероятность ложной тревоги равной 10-3, вероятность принятия правильного решения о наличии сигнала равной 0,999, обеспечивается при отношении мощностей помехи и сигнала равным 1.Based on the simulation results, it was found that for the prototype method, the probability of a false alarm equal to 10 -3 , the probability of making the right decision about the presence of a signal equal to 0.999, is provided when the ratio of interference power and signal is equal to 1.

То есть эффективность предлагаемого способа по показателю отношение мощностей помехи и сигнала превышает эффективность способа-прототипа практически в 7 раз. При этом отношение ширины полосы сигнала для рассматриваемого способа (0,7) к полосе сигнала, используемого для способа-прототипа (7) составляет 0,1. То есть чувствительность приемника средства связи, в котором реализован предлагаемый способ, в 10 раз ниже чувствительности приемника средства связи, в котором реализован способ-прототип. Таким образом, эффективность предлагаемого способа по показателю отношение мощностей помехи и сигнала превышает эффективность способа-прототипа практически в 70 раз.That is, the effectiveness of the proposed method in terms of the ratio of the noise and signal powers exceeds the efficiency of the prototype method by almost 7 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. 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. Thus, the effectiveness of the proposed method in terms of the ratio of the noise and signal powers exceeds the efficiency of the prototype method by almost 70 times.

Из того факта, что для реализации предлагаемого способа достаточно использовать два отсчета за период, а для способа-прототипа не менее 10 – 15 отсчетов за период и то, что значение верхней частоты спектра сигнала с OFDM значительно превышает значение верхней частоты спектра сигнала, используемого в предлагаемом способе, следует, что скорость обмена информацией при использовании предлагаемого способа значительно превышает скорость обмена информацией, которая может быть обеспечена при использовании способа-прототипа.From the fact that for the implementation of the proposed method it is enough to use two samples per period, and for the prototype method no less than 10 - 15 samples per period and the fact that the value of the upper frequency of the signal spectrum with OFDM significantly exceeds the value of the upper frequency of the signal spectrum used in the proposed method, it follows that the rate of exchange of information when using the proposed method significantly exceeds the rate of exchange of information that can be achieved using the prototype method.

Структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ, приведена на фиг. 2, где обозначено:The structural diagram of a device that implements the proposed method is shown in FIG. 2, where indicated:

1.1 – 1.n – блоки умножения с первого по n-ый; 1.1 - 1.n - multiplication blocks from the first to the n-th;

2.1 – 2.n – фильтры нижних частот (ФНЧ) с первого по n-ый;2.1 - 2.n - low-pass filters (low-pass filters) from the first to the n-th;

3.1 – 3.n – устройства вычитания с первого по n-ый;3.1 - 3.n - subtraction devices from the first to the n-th;

4.1 – 4.n – аналого-цифровые преобразователи (АЦП) с первого по n-ый;4.1 - 4.n - analog-to-digital converters (ADCs) from the first to the n-th;

5.1 – 5.n – полосовые фильтры с первого по n-ый;5.1 - 5.n - band pass filters from the first to the n-th;

6 – вычислительное устройство (ВУ).6 - computing device (WU).

Устройство содержит n параллельных линеек, каждая из которых состоит из соответствующих последовательно соединенных блока умножения 1, ФНЧ 2, устройства вычитания 3 и АЦП 4, при этом полосовой фильтр 5 включен между выходом блока умножения 1 и вторым входом устройства вычитания 3. Входы n блоков умножения 1.1 – 1.n объединены и являются входом устройства. Выходы n АЦП 4.1 – 4.n соединены с соответствующими входами вычислительного устройства 6, выход которого является выходом устройства. При этом вторые входы блоков умножения 1.1 – 1.n являются входами для опорных сигналов.The device contains n parallel rulers, each of which consists of a corresponding series-connected multiplication unit 1, low-pass filter 2, a subtraction device 3 and an ADC 4, while a band-pass filter 5 is connected between the output of the multiplication unit 1 and the second input of the subtraction device 3. Inputs of n multiplication blocks 1.1 - 1.n are combined and are the input of the device. The outputs n of the ADC 4.1 - 4.n are connected to the corresponding inputs of the computing device 6, the output of which is the output of the device. In this case, the second inputs of the multiplication blocks 1.1 - 1.n are inputs for the reference signals.

Устройство работает следующим образом.The device operates 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 Δf ij .

Здесь i, j – номера соседних частот, j= i+1. Here i, j are the numbers of neighboring frequencies, j = i + 1.

Значения частотных сдвигов устанавливают так, что значение разности любой пары частот не превосходит значения частоты, для которой разность амплитудно-частотной характеристика (АЧХ) ФНЧ 2 и полосового фильтра 5 становится меньше некоторой заранее заданной величины (Fр) (см. фиг.1).The values of the frequency shifts are set so that the difference value of any pair of frequencies does not exceed the frequency value for which the difference in the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the low-pass filter 2 and the band-pass filter 5 becomes less than some predetermined value (F p ) (see Fig. 1) .

Опорные частоты формируют с теми же значениями, что и гармонические сигналы. The reference frequencies are formed with the same values as the harmonic signals.

Число гармонических составляющих n, используемых при формировании сигнала, значения частотных сдвигов между сигналами определяют на этапе разработки экспериментальным путем или методом математического моделирования как значения, обеспечивающие максимальную степень помехоустойчивости при заданном уровне скорости обмена данными. The number of harmonic components n used in the formation of the signal, the values of the frequency shifts between the signals 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.

Принятую аддитивную смесь сигнала и помехи подают на первые входы блоков умножения 1.1-1.n, на вторые входы которых подают соответствующие опорные сигналы. The adopted additive mixture of signal and interference is supplied to the first inputs of the multiplication blocks 1.1-1.n, to the second inputs of which they supply the corresponding reference signals.

Результат умножения сигнала и помехи на опорные сигналы разветвляют на две одинаковые составляющие. Первую составляющую фильтруют ФНЧ 2.1 – 2.n, полоса каждого из которых согласована с полосой сигнала. Одновременно вторую составляющую фильтруют полосовыми фильтрами 5.1 – 5.n, полоса пропускания каждого из которых выбирается так, что верхняя частота полосовых фильтров 5.1 – 5.n соответствует верхней частоте сигнала, нижнюю частоту полосового фильтра устанавливают максимально близкой к нулевому значению. The result of multiplying the signal and interference by reference signals branch into two identical components. The first component is filtered by the low-pass filter 2.1 - 2.n, the band of each of which is consistent with the signal band. At the same time, the second component is filtered with band-pass filters 5.1 - 5.n, the passband of each of which is selected so that the upper frequency of the band-pass filters 5.1 - 5.n corresponds to the upper frequency of the signal, the lower frequency of the band-pass filter is set as close to zero as possible.

Выбор ФНЧ 2.1 – 2.n и полосовых фильтров 5.1 – 5.n осуществляют с идентичными в максимальной степени фазо-частотными характеристиками и так, что АЧХ полосовых фильтров в области частот близких к нулю имеет максимально-возможную крутизну, в области частот, начиная со значения, для которого разность значений АЧХ ФНЧ 2.1 – 2.n и полосовых фильтров 5.1 – 5.n становится меньше некоторой заранее заданной величины, обеспечивают идентичность их АЧХ в максимальной степени (иллюстративный пример приведен на фиг. 1).The selection of the low-pass filter 2.1 - 2.n and the band-pass filters 5.1 - 5.n is carried out with phase-frequency characteristics identical to the maximum and so that the frequency response of the band-pass filters in the frequency region close to zero has the maximum possible slope in the frequency region, starting from values for which the difference between the frequency response of the low-pass filter 2.1 - 2.n and the band-pass filters 5.1 - 5.n becomes less than some predetermined value, ensure that their frequency response is identical to the maximum extent (an illustrative example is shown in Fig. 1).

Сигналы, прошедшие ФНЧ 2.1 – 2.n и полосовые фильтры 5.1 – 5.n, вычитают соответственно один из другого. То есть из сигнала первого ФНЧ 2.1 вычитают сигнал первого полосового фильтра 5.1, из сигнала второго ФНЧ 2.2 вычитают сигнал второго полосового фильтра 5.2 и т.д.Signals that pass through the low-pass filter 2.1 - 2.n and bandpass filters 5.1 - 5.n, subtract one from the other, respectively. That is, the signal of the first bandpass filter 5.1 is subtracted from the signal of the first LPF 2.1, the signal of the second bandpass filter 5.2 is subtracted from the signal of the second LPF 2.2, etc.

Полученные сигналы преобразуют в цифровой вид в соответствующих АЦП 4.1 – 4.n. Данные сигналы в цифровом виде подают в вычислительное устройство 6.The received signals are converted to digital form in the corresponding ADC 4.1 - 4.n. These signals are digitally supplied to the computing device 6.

В вычислительном устройстве 6 эти значения суммируют и запоминают. Из полученных сумм находят сумму с максимальным значением. Определяют значение порога путем умножения найденного максимального значения на коэффициент, значение которого устанавливают заранее. In the computing device 6, these values are summarized and stored. From the received amounts, the sum with the maximum value is found. The threshold value is determined by multiplying the found maximum value by a coefficient, the value of which is set in advance.

Значение данного коэффициента определяют на этапе разработки экспериментальным путем или методом математического моделирования как значение, обеспечивающее максимальное значение вероятности правильного обнаружения сигналов, при условии, что уровень ложной тревоги, т.е. принятия решения о наличии сигнала при его отсутствии, не превышает заданный уровень.The value of this coefficient is determined at the development stage experimentally or by mathematical modeling as the value that provides the maximum probability of the correct detection of signals, provided that the level of false alarm, i.e. making a decision on the presence of a signal in its absence does not exceed a predetermined level.

Полученные значения сумм сравнивают с порогом, по результатам сравнения делают вывод о наличии или об отсутствии сигналов с соответствующей частотой.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 signals with an appropriate frequency.

Результаты моделирования процесса обнаружения многочастотного сигнала с использованием модуляции частотным сдвигом и компенсацией комбинационных составляющих в условиях наличия помех типа аддитивного белого гауссовского шума (АБГШ) приведены выше. The simulation results of the multi-frequency signal detection process using frequency shift modulation and compensation of combination components in the presence of interference such as additive white Gaussian noise (ABGS) are given above.

Блоки умножения 1.1 – 1.n могут быть выполнены, например, в виде преобразователя частоты (смесителя), 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. 186 – 189.Multiplication blocks 1.1 - 1.n can be made, for example, in the form of a frequency converter (mixer), see, for example, the training 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. 186 - 189.

АЦП 4.1 – 4.n могут быть выполнены, например, на микросхеме AD7495BR фирмы Analog Devices.ADC 4.1 - 4.n can be performed, for example, on the AD7495BR chip from Analog Devices.

Вычислительное устройство 6 может быть выполнено, например, в виде единого микропроцессорного устройства с соответствующим программным обеспечением, например процессора серии TMS320VC5416 фирмы Texas Instruments, или в виде программируемой логической интегральной схемы (ПЛИС), с соответствующим программным обеспечением, например ПЛИС XCV400 фирмы Xilinx.Computing device 6 can be performed, for example, as a single microprocessor device with appropriate software, for example, a processor series TMS320VC5416 from Texas Instruments, or as a programmable logic integrated circuit (FPGA), with appropriate software, for example, Xilinx FPGA from Xilinx.

Таким образом, заявляемый способ может быть реализован описанным устройством.Thus, the inventive method can be implemented by the described device.

Claims (1)

Способ выделения сигнала с использованием модуляции частотным сдвигом и компенсацией комбинационных составляющих, заключающийся 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, после умножения на соответствующие опорные сигналы Sоп.i в блоках умножения образуется результат преобразования сигнала и помехи, т.е. умножения на опорные сигналы, отличающийся тем, что устанавливают заранее значения частотных сдвигов между соседними сигналами так, что значение разности любой пары частот не превосходит значения частоты, для которой разность амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) фильтра нижних частот (ФНЧ) и полосового фильтра становится меньше некоторой заранее заданной величины; обработку сигналов осуществляют одновременно и одинаковым образом в соответствующих линейках, а именно: после умножения на соответствующие опорные сигналы в блоках умножения образуются результаты преобразования сигнала и помехи, каждый из которых разветвляют на две одинаковые составляющие: первую составляющую фильтруют ФНЧ, полоса которого согласована с полосой сигнала; одновременно вторую составляющую фильтруют полосовым фильтром, полосу пропускания которого выбирают следующим образом: верхняя частота полосового фильтра соответствует верхней частоте сигнала; нижнюю частоту полосового фильтра устанавливают максимально близкой к нулевому значению; выбор ФНЧ и полосового фильтра осуществляют с идентичными в максимальной степени фазочастотными характеристиками и так, что АЧХ полосового фильтра в области частот, близких к нулю, имеет максимально возможную крутизну; в области частот, начиная со значения, для которого разность значений АЧХ ФНЧ и полосового фильтра становится меньше некоторой заранее заданной величины, обеспечивают идентичность их АЧХ в максимальной степени, сигналы, прошедшие ФНЧ и полосовой фильтр, вычитают один из другого в каждой линейке, полученные сигналы преобразуют в цифровой вид в соответствующих АЦП; полученные значения суммируют и запоминают; из полученных сумм находят сумму с максимальным значением; определяют значение порога путем умножения найденного максимального значения на коэффициент, значение которого устанавливают заранее; полученные значения сумм сравнивают с порогом, по результатам сравнения делают вывод о наличии или об отсутствии сигнала с соответствующей частотой. A method of isolating a signal using frequency shift modulation and compensation of combinational components, which consists in generating a signal consisting of several harmonic signals using frequency shift modulation (FSK), at the stage of entering into communication, the communication means are synchronized, after multiplying by the corresponding reference signals S op.i in the multiplication units, the result of signal and noise conversion is formed, i.e. multiplication by reference signals, characterized in that the frequency shifts between adjacent signals are set in advance so that the difference value of any pair of frequencies does not exceed the frequency value for which the difference in the amplitude-frequency characteristic (AFC) of the low-pass filter (LPF) and the band-pass filter becomes less than a predetermined value; Signal processing is carried out simultaneously and in the same way in the respective lines, namely: after multiplying by the corresponding reference signals, the results of signal conversion and interference are generated in the multiplication units, each of which is branched into two identical components: the first component is filtered by the low-pass filter, the band of which is matched with the signal band ; at the same time, the second component is filtered by a band-pass filter, the passband of which is selected as follows: the upper frequency of the band-pass filter corresponds to the upper frequency of the signal; the lower frequency of the band-pass filter is set as close to zero as possible; the low-pass filter and the band-pass filter are selected with phase-frequency characteristics identical to the maximum and so that the frequency response of the band-pass filter in the region of frequencies close to zero has the maximum slope; in the frequency range, starting from a value for which the difference between the frequency response of the low-pass filter and the band-pass filter becomes less than a certain predetermined value, they ensure that their frequency response is identical to the maximum, the signals that have passed the low-pass filter and the band-pass filter are subtracted from each other in each line, the received signals converted to digital form in the corresponding ADC; the obtained values are summarized and stored; from the received amounts, the sum with the maximum value is found; determining a threshold value by multiplying the found maximum value by a coefficient whose value is set in advance; 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.
RU2019124786A 2019-08-05 2019-08-05 Method of signal separation with frequency shift modulation and compensation of combination components RU2723300C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019124786A RU2723300C1 (en) 2019-08-05 2019-08-05 Method of signal separation with frequency shift modulation and compensation of combination components

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019124786A RU2723300C1 (en) 2019-08-05 2019-08-05 Method of signal separation with frequency shift modulation and compensation of combination components

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2723300C1 true RU2723300C1 (en) 2020-06-09

Family

ID=71067717

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019124786A RU2723300C1 (en) 2019-08-05 2019-08-05 Method of signal separation with frequency shift modulation and compensation of combination components

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2723300C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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 (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4462107A (en) * 1981-07-16 1984-07-24 International Standard Electric Corporation Radio receiver for frequency shift keyed signals
US5374903A (en) * 1988-04-22 1994-12-20 Hughes Aircraft Company Generation of wideband linear frequency modulation signals
RU2247474C1 (en) * 2003-06-19 2005-02-27 Калининградский военный институт ФПС РФ Device for quadrature reception of frequency-keyed signals
RU2262802C1 (en) * 2004-06-09 2005-10-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Воронежский научно-исследовательский институт связи" Device for transmitting and receiving broadband signals, modulated by phase and frequency
RU2425457C1 (en) * 2010-07-27 2011-07-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота" Device of quadrature reception of frequency-manipulated signals
RU2548660C2 (en) * 2013-06-03 2015-04-20 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Broadband signal receiving device

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4462107A (en) * 1981-07-16 1984-07-24 International Standard Electric Corporation Radio receiver for frequency shift keyed signals
US5374903A (en) * 1988-04-22 1994-12-20 Hughes Aircraft Company Generation of wideband linear frequency modulation signals
RU2247474C1 (en) * 2003-06-19 2005-02-27 Калининградский военный институт ФПС РФ Device for quadrature reception of frequency-keyed signals
RU2262802C1 (en) * 2004-06-09 2005-10-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Воронежский научно-исследовательский институт связи" Device for transmitting and receiving broadband signals, modulated by phase and frequency
RU2425457C1 (en) * 2010-07-27 2011-07-27 Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Балтийская государственная академия рыбопромыслового флота" Device of quadrature reception of frequency-manipulated signals
RU2548660C2 (en) * 2013-06-03 2015-04-20 Акционерное общество "Концерн "Созвездие" Broadband signal receiving device

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
KR101045984B1 (en) Receiving time measuring device and distance measuring device using this receiving time measuring device
AU2014232378B2 (en) Transpositional modulation systems, methods and devices
US10284399B2 (en) Transpositional modulation systems, methods and devices
RU2608553C1 (en) Method of extracting signal under conditions of interference by compensation of interference due to approximation of values of its amplitude
RU2723300C1 (en) Method of signal separation with frequency shift modulation and compensation of combination components
RU2709182C1 (en) Method of selecting a signal with frequency shift modulation using quadrature components and compensation of combination components
RU2673069C1 (en) Method of phase modulation of signals for discrete information transmission
RU2682904C1 (en) Information exchange method using modulation of frequency shift and coherent signal accumulation
RU2244386C2 (en) Method and device for recovering audio-signal high-frequency component
RU2634382C2 (en) Digital detector of phase-animated signals
RU2700580C1 (en) Method for energy detection of a signal with compensation of combination signal components and interference in the main and compensation channels
Amini et al. A BFSK neural network demodulator with fast training hints
RU2745918C1 (en) Method for transmitting discrete information over a multipath communication channel using frequency shift modulation
RU2723108C1 (en) Method of transmitting signals with phase shift modulation over a communication channel with multi-beam propagation
JP7111973B2 (en) Chromatic dispersion amount estimation device
RU2591032C1 (en) Digital quadrature phase synchronisation and demodulation device
RU2626332C1 (en) Method of demodulation of signal
RU163281U1 (en) 180 ° SIGNAL DETECTOR WITH ABSOLUTE PHASE MANIPULATION
RU124461U1 (en) Coherent Signal Detector with 180 ° Phase Manipulation
RU2713865C1 (en) Amplitude-modulated signal demodulation method
RU2631941C2 (en) Method of simulated echo detection in radio channels
RU2139635C1 (en) Adaptive separator for binary phase-keyed signals
RU189032U1 (en) Device for receiving pseudorandom signals with relative phase modulation
RU2486672C1 (en) Method of monitoring broadband signal delay and apparatus for realising said method
RU2799089C1 (en) Method for transmitting information using frequency shift modulation in the presence of interference with non-uniform spectral density