RU2731369C1 - Apparatus for processing short-pulse ultra-wideband signals at a receiving side - Google Patents
Apparatus for processing short-pulse ultra-wideband signals at a receiving side Download PDFInfo
- Publication number
- RU2731369C1 RU2731369C1 RU2019139160A RU2019139160A RU2731369C1 RU 2731369 C1 RU2731369 C1 RU 2731369C1 RU 2019139160 A RU2019139160 A RU 2019139160A RU 2019139160 A RU2019139160 A RU 2019139160A RU 2731369 C1 RU2731369 C1 RU 2731369C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- inputs
- uwb
- input
- threshold
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано при разработке приемных устройств, обеспечивающих повышение эффективности обнаружения и различения информационных СШП сигналов как стационарных, так и мобильных высокоскоростных систем передачи информации, многопользовательских систем и других радиоэлектронных систем, и средств, практикующих радиообмен короткоимпульсными сверхширокополосными (СШП) сигналами.The invention relates to the field of radio engineering and can be used in the development of receiving devices that improve the efficiency of detection and discrimination of information UWB signals from both stationary and mobile high-speed information transmission systems, multiuser systems and other radio electronic systems, and means practicing radio exchange with short-pulse ultra-wideband (UWB ) signals.
Известны различные предложения, характеризующие выполнение конкретных требований по реализации устройств, осуществляющих обработку информационных СШП сигналов на приемной стороне. Например, в [1] предложена полезная модель приемопередающего модуля для радиообмена закодированными визуальными и звуковыми сообщениями, использующего для этого сверхширокополосные сигналы, формируемые кодовыми последовательностями одинаковой длины, содержащими по десять логических единиц, отстоящих друг от друга на разное число отсчетов. Кодовые последовательности, модулирующие информационные нули и информационные единицы одинаковы по содержанию, но отличаются периодом расстановки импульсов. При этом импульсы заполняются высокочастотным колебанием, то есть в канал связи поступают СШП сигналы, представляющие собой потоки радиоимпульсов различной скважности для информационных нулей и информационных единиц. В режиме обнаружения осуществляется амплитудное детектирование радиоимпульсов, при котором происходит их ограничение снизу по уровню нуля. Далее выделяют огибающие ограниченных радиоимпульсов и усиливают получившиеся видеоимпульсы, которые поступают на вход компаратора с целью получения нормированных прямоугольных импульсов, которые после прохождение RS-триггера выравниваются по длительности и становятся пригодными для обработки в интерфейсе. Захват состояния синхронизма осуществляется следующим образом. На одном из выходов синхронизатора формируется цифровая последовательность, которая записывается в сдвиговый регистр и используется для проверки совпадений с заранее установленными кодовыми последовательностями. При определенном значении величины сдвига записанная в этот регистр последовательность цифровых данных обеспечит на соответствующем выходе схемы обработки максимальное значение выходного сигнала γmax. Момент регистрации этого максимума и будет означать захват состояния синхронизма.Various proposals are known that characterize the fulfillment of specific requirements for the implementation of devices that process information UWB signals on the receiving side. For example, in [1], a useful model of a transceiver module for radio exchange of encoded visual and audio messages is proposed, using ultra-wideband signals formed by code sequences of the same length, containing ten logical units spaced from each other by a different number of samples. Code sequences, modulating information zeros and information units are the same in content, but differ in the pulse spacing period. In this case, the pulses are filled with high-frequency oscillations, that is, UWB signals are sent to the communication channel, which are streams of radio pulses of different duty cycle for information zeros and information units. In the detection mode, amplitude detection of radio pulses is carried out, at which they are limited from below to the zero level. Next, the envelopes of limited radio pulses are separated and the resulting video pulses are amplified, which are fed to the input of the comparator in order to obtain normalized rectangular pulses, which, after the passage of the RS-trigger, are aligned in duration and become suitable for processing in the interface. The synchronism state is captured as follows. At one of the outputs of the synchronizer, a digital sequence is formed, which is written into a shift register and used to check for matches with predetermined code sequences. At a certain value of the shift amount, the sequence of digital data recorded in this register will provide the maximum value of the output signal γ max at the corresponding output of the processing circuit. The moment of registration of this maximum will mean the capture of the state of synchronism.
В режиме различения принятых кодовых символов критерием определения принятого символа считается превышение порога защиты от ложных срабатываний числом γ, которое определяется сигналом с выхода схемы обработки, пришедшим на один из входов блока различения кодовых символов. При этом другие числа, пришедшие на остальные входы блока различения кодовых символов за промежуток времени, равный 0,9 от длительности передачи кодового символа, не должны превысить числа γ.In the mode of discriminating the received code symbols, the criterion for determining the received symbol is considered to be the excess of the protection threshold against false positives by the number γ, which is determined by the signal from the output of the processing circuit, which came to one of the inputs of the code symbol discriminator. In this case, other numbers arriving at the remaining inputs of the code symbol discriminator within a time interval equal to 0.9 of the duration of the code symbol transmission should not exceed the number γ.
К недостаткам этого устройства можно отнести следующее. Ограничение радиоимпульсов снизу будет характеризоваться соответствующими энергетическими потерями. Использование радиоимпульсов приводит к необходимости выделения огибающей применением низкочастотных фильтров, что усложняет схемотехническое исполнение устройства. Различная скважность СШП сигналов приводит к более жестким требованиям по обеспечению стабильности текущего состояния синхронизации. Кроме того, заявленные качества обеспечиваются достаточно большим усложнением алгоритма обработки СШП сигналов. При этом в приемном устройстве данного приемопередающего модуля нет адаптации порога к изменению помеховой обстановки, что будет снижать достоверность результатов обработки.The disadvantages of this device include the following. Restricting radio pulses from below will be characterized by corresponding energy losses. The use of radio pulses leads to the need to select the envelope using low-frequency filters, which complicates the circuit design of the device. Different duty cycle of UWB signals leads to more stringent requirements to ensure the stability of the current state of synchronization. In addition, the declared qualities are provided by a sufficiently large complication of the UWB signal processing algorithm. At the same time, in the receiving device of this transceiver module there is no adaptation of the threshold to a change in the interference environment, which will reduce the reliability of the processing results.
В патентах [2-4] предлагаются варианты приемных частей радиолиний, у которых в режиме обнаружения СШП синхросигнала, захвата и удержания состояния синхронизма предложено использовать два независимых канала, один из которых служит для обработки СШП синхросигнала, второй - для обеспечения ускорения процесса синхронизации. В режиме различения информационных СШП сигналов также используются два параллельных временных канала. Один временной канал служит для приема информационных СШП сигналов, второй - для оценки уровня внешних шумов. Основу каждого временного канала составляют устройства временных окон и чувствительные пороговые устройства. При этом существенное различие в функциональные схемы, определяющие особенности работы упомянутых устройств, вносят блоки, задействованные при обнаружении СШП синхросигналов и захвате в состояния синхронизма. В то время как обработка информационных СШП сигналов, приводящая к их различению, осуществляется в основном программируемыми средствами достаточно единообразно в блоке обработки и управления.In the patents [2-4], variants of the receiving parts of radio lines are proposed, in which, in the mode of detecting the UWB sync signal, capturing and holding the synchronism state, it is proposed to use two independent channels, one of which serves to process the UWB sync signal, the second one to accelerate the synchronization process. In the mode of discriminating information UWB signals, two parallel time channels are also used. One time channel is used to receive information UWB signals, the second - to assess the level of external noise. The core of each time channel is made up of time window devices and sensitive threshold devices. In this case, a significant difference in the functional diagrams that determine the features of the operation of these devices is introduced by the blocks involved in detecting UWB sync signals and locking into synchronism states. While the processing of information UWB signals, leading to their differentiation, is carried out mainly by programmable means in a fairly uniform way in the processing and control unit.
В [2] в режиме обнаружения СШП синхросигнала и захвата состояния синхронизма временные интервалы между импульсами СШП синхросигнала, поступающего в первый канал, кратны периоду гармонического сигнала, приходящего одновременно на вход второго канала. При этом они синхронизированы в максимумах этого гармонического сигнала. Выделенный гармонический сигнал по цепи, сформированной в режиме приема, синхронизирует частоту блока синхронизации с помощью встроенной системы импульсно-фазовой автоподстройки частоты (ИФАПЧ) с точностью до фазы, осуществляя захват состояния синхронизма.In [2] in the mode of detecting the UWB sync signal and capturing the synchronism state, the time intervals between the pulses of the UWB sync signal arriving at the first channel are multiples of the period of the harmonic signal arriving simultaneously at the input of the second channel. Moreover, they are synchronized in the maxima of this harmonic signal. The isolated harmonic signal along the circuit formed in the receive mode synchronizes the frequency of the synchronization unit using the built-in phase-locked loop (PLL) system with phase accuracy, thus capturing the synchronism state.
В [3] в режиме обнаружения и захвата состояния синхронизма второй канал обеспечивает одновременный с СШП синхросигналом прием широкополосного (ШП) частотно- или фазоманипулированного радиосигнала. При этом моменты изменения частоты или фазы ШП сигнала соответствуют началу и концу временных окон, по центру которых располагаются импульсы СШП синхросигнала. Захват состояния синхронизма и его поддержание через заданные промежутки времени обеспечивается соответствующей обработкой ШП сигнала.In [3], in the mode of detecting and capturing the synchronism state, the second channel provides simultaneous reception of a wideband (WB) frequency- or phase-shift keyed radio signal with a UWB sync signal. In this case, the moments of change in the frequency or phase of the WB signal correspond to the beginning and end of the time windows, in the center of which the UWB sync pulses are located. Capturing the synchronism state and maintaining it at specified intervals is ensured by appropriate processing of the WB signal.
В [4] предложена радиолиния с двумя приемопередатчиками, расположенными на ее противоположных концах. На основе собственных цифровых синтезаторов частот (ЦСЧ) с помощью ИФАПЧ передатчики и приемники корреспондентов взаимно синхронизируют свои временные интервалы для передачи и приема информации с точностью до фазы путем обработки каждый в своем временном интервале СШП синхросигналов, излученных противоположными передатчиками. Повышенная точность взаимной синхронизации обеспечивается благодаря тому, что передатчик одного корреспондента и приемник второго корреспондента начинают работать от одного генератора опорной частоты.In [4], a radio link with two transceivers located at its opposite ends is proposed. On the basis of their own digital frequency synthesizers (DFS) with the help of IFAP, the transmitters and receivers of the correspondents mutually synchronize their time intervals for transmitting and receiving information with phase accuracy by processing each UWB sync signal emitted by opposite transmitters in its own time interval. The increased accuracy of mutual synchronization is ensured due to the fact that the transmitter of one correspondent and the receiver of the second correspondent start operating from the same reference frequency generator.
В любом из устройств по патентам [2-4] обработка информационных СШП сигналов в сигнальном и шумовом временных каналах с целью их различения и оценки текущего динамического порога осуществляется в соответствующих временных окнах, формируемых соответствующими формирователями. Обработанный СШП сигнал с выходов пороговых устройств поступает в цифровой сигнальный процессор (ЦСП), в котором с использованием различных алгоритмов анализируются уровни приходящих информационных СШП сигналов и канального шума, принимается решение о принятом информационном символе, а микроконтроллер регулирует пороговое напряжение, подаваемое на входы пороговых устройств сигнального и шумового временных каналов. Для осуществления автоматической регулировки порогового напряжения производится оценка вероятности ошибки на бит принимаемого СШП сигнала и в зависимости от результатов осуществляется регулировка чувствительности приемника путем подстройки порогов.In any of the devices under patents [2-4], the processing of information UWB signals in the signal and noise time channels for the purpose of distinguishing them and assessing the current dynamic threshold is carried out in the corresponding time windows formed by the corresponding shapers. The processed UWB signal from the outputs of the threshold devices enters a digital signal processor (DSP), in which, using various algorithms, the levels of incoming UWB information signals and channel noise are analyzed, a decision is made on the received information symbol, and the microcontroller adjusts the threshold voltage supplied to the inputs of the threshold devices signal and noise time channels. To carry out automatic adjustment of the threshold voltage, the probability of error per bit of the received UWB signal is estimated and, depending on the results, the receiver sensitivity is adjusted by adjusting the thresholds.
Существенным недостатком устройства по патенту [2] является тот факт, что в режиме поиска и обнаружения синхросигнала такая система становится неработоспособной при воздействии внешних помех (заградительных, сосредоточенных, особенно гармонических с близкой частотой) на вход второго канала.A significant drawback of the device according to the patent [2] is the fact that in the mode of searching and detecting a clock signal, such a system becomes inoperative when exposed to external interference (barrage, concentrated, especially harmonic with a close frequency) at the input of the second channel.
К недостаткам устройства по патенту [3] можно отнести ее работоспособность только при отсутствии многолучевости в ШП радиоканале, то есть в присутствии многолучевости (в городах, пригородах, горах, предгорьях и т.д.) ее работоспособность нарушается.The disadvantages of the device according to the patent [3] can be attributed to its operability only in the absence of multipath in the WB radio channel, that is, in the presence of multipath (in cities, suburbs, mountains, foothills, etc.), its operability is impaired.
Заметным недостатком работы объединенной системы по патенту [4] является достаточно большое время вхождения в состояние синхронизма.A noticeable disadvantage of the operation of the combined system according to the patent [4] is the rather long time for entering the state of synchronism.
Выбор порогов обнаружения импульсов СШП сигналов в [2-4] осуществляется путем обработки канальных шумов во временных окнах шумового временного канала. Следовательно, уровни порогов обнаружения импульсов СШП сигналов в сигнальных временных каналах здесь адаптируются к уровням шумов, но только в той степени, в которой они превысят шумовые пороги в пороговых устройствах шумовых временных каналов, что снижает чувствительность устройства к изменениям помеховой обстановки. Кроме того, к недостаткам, присущим этим устройствам можно также отнести необходимость использования мощных вычислительных средств, таких как ЦСП, которые, как правило, потребляют немало энергии.The choice of detection thresholds for UWB signals pulses in [2-4] is carried out by processing channel noise in the time windows of the noise time channel. Consequently, the levels of the detection thresholds of UWB signals pulses in the signal time channels are here adapted to the noise levels, but only to the extent that they exceed the noise thresholds in the threshold devices of the noise time channels, which reduces the device's sensitivity to changes in the interference environment. In addition, the disadvantages inherent in these devices can also be attributed to the need to use powerful computational tools such as DSPs, which tend to consume a lot of energy.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является приемная часть приемопередающего модуля, представленная в [5], стр. 12, рис. 9, принятая за прототип.The closest to the proposed technical solution is the receiving part of the transceiver module, presented in [5],
Блок-схема устройства-прототипа представлена на фиг. 1, где обозначено:A block diagram of the prototype device is shown in FIG. 1, where it is indicated:
1.1 - 1.5 - с первого по пятый управляемые формирователи временных окон (УФВО);1.1 - 1.5 - from the first to the fifth controlled time window generators (UVVO);
7.1 - 7.5 - с первого по пятый импульсные энергетические накопители (ИЭН);7.1 - 7.5 - from the first to the fifth pulse energy storage units (IEN);
8.1 - 8.5 - с первого по пятый формирователи порогов (ФП);8.1 - 8.5 - from the first to the fifth threshold shapers (FP);
9.1 - 9.5 - с первого по пятый пороговые устройства (ПУ);9.1 - 9.5 - from the first to the fifth threshold devices (CP);
10 - блок обработки и управления (БОУ);10 - processing and control unit (BOU);
11.1 - 11.5 - с первого по пятый накопители канальных энергий импульсов (НКЭИ);11.1 - 11.5 - from the first to the fifth accumulators of channel pulse energies (NKEI);
12 - управляемый генератор тактовых импульсов (УГТИ);12 - controlled clock pulse generator (UGTI);
13 - аналого-цифровой преобразователь (АЦП).13 - analog-to-digital converter (ADC).
Устройство-прототип содержит пять идентично организованных сигнальных временных каналов (СВК) (пунктирным прямоугольником обозначен СВК, который приведен в каждой ветви схемы). Каждый из пяти СВК состоит из соответствующих последовательно соединенных УФВО 1.1 - 1.5, ИЭН 7.1 - 7.5, НКЭСИ 11.1 - 11.5 и ПУ 9.1 - 9.5, второй вход каждого из которых подключен к выходу соответствующего ФП 8.1 - 8.5. При этом первые входы УФВО 1.1 - 1.5 объединены и являются входом устройства, подсоединенным к антенному переключателю (на фиг. 1 не обозначен). Вторые входы каждого из пяти УФВО 1.1 - 1.5 подключены к соответствующим выходам УГТИ 12 и вторым входам соответствующих ИЭН 7.1 - 7.5 и НКЭСИ 11.1 - 11.5. Выходы ПУ 9.1 - 9.5 соединены с соответствующими входами АЦП 13, выход которого соединен с входом БОУ 10, первый выход которого подключен к входам ФП 8.1 - 8.5. Второй выход БОУ 10 соединен с входом УГТИ 12. Третий выход БОУ 10 является выходом устройства.The prototype device contains five identically organized signal time channels (SVC) (the dotted rectangle indicates the SVC, which is shown in each branch of the circuit). Each of the five ICS consists of the corresponding series-connected UHVO 1.1 - 1.5, IEN 7.1 - 7.5, NKESI 11.1 - 11.5 and PU 9.1 - 9.5, the second input of each of which is connected to the output of the corresponding FP 8.1 - 8.5. In this case, the first inputs of the UVBO 1.1-1.5 are combined and are the input of the device connected to the antenna switch (not indicated in Fig. 1). The second inputs of each of the five UHVO 1.1 - 1.5 are connected to the corresponding outputs of the
Устройство-прототип работает следующим образом. Для обнаружения СШП сигнала и захвата состояния синхронизма используются первые три СВК. Полагаем, что после включения питания калибровка проведена и канальные ФП 8.1 - ФП 8.5 выставили в ПУ 9.1 - ПУ 9.5 соответствующий энергетический порог. Далее смесь синхроимпульсов СШП сигнала и канального шума или одного канального шума с выхода антенного переключателя поступает на первые входы УФВО 1.1 - УФВО 1.5. Одновременно на вторые их входы, вторые входы ИЭН 7.1 - ИЭН 7.5 и вторые входы НКЭИ 11.1 - НКЭИ 11.5 с соответствующих выходов УГТИ 12 поступают тактовые импульсы с известными задержками для формирования текущих временных окон УФВО 1.1 - УФВО 1.5 и тактирования временных промежутков, в течение которых осуществляется накопление смеси энергий синхроимпульсов СШП сигнала и канального шума или одного канального шума в НКЭИ 11.1 - НКЭИ 11.5. Накопленная в НКЭИ 11.1 - НКЭИ 11.5 на длительности СШП сигнала энергия синхроимпульсов поступает соответственно на первые входы ПУ 9.1 - ПУ 9.5, с выхода которых на соответствующие первый - пятый входы АЦП 13 поступают надпороговые накопленные в канальных энергетических накопителях энергии либо смеси синхроимпульсов СШП сигнала с канальным шумом, либо одного канального шума. Если СШП сигнал отсутствует, то накопленные в НКЭИ 11.1 - НКЭИ 11.5 энергии не преодолеют выставленный в ПУ 9.1 - ПУ 9.5 энергетический порог, следовательно, с выхода АЦП 13 на вход БОУ 10 на этом такте поступит нуль, тогда со второго выхода БОУ 10 на вход УГТИ 12 поступит сигнал, по которому УГТИ 12 осуществит заданную задержку тактовых импульсов, поступающих на вторые входы УФВО 1.1 - УФВО 1.5, ИЭН 7.1 - ИЭН 7.5 и вторые входы НКЭИ 11.1 - НКЭИ 11.5, и поиск СШП сигнала с целью его обнаружения и захвата состояния синхронизма продолжится так, как описано выше. Проделанные выше действия будут повторяться при каждой вновь введенной задержке тактовых импульсов УГТИ 12 до тех пор, пока на первые входы УФВО 1.1 - УФВО 1.5 не поступит смесь СШП сигнала с канальным шумом и величина энергии смеси синхроимпульсов СШП сигнала и канального шума, накопленной одним из трех канальных энергетических накопителей за время, равное длительности СШП сигнала, не превысит величину энергетического порога, выставленного в ПУ 9.1 - ПУ 9.5. Очевидно, что каждый канальный энергетический накопитель представляет собой коррелятор, на выходе которого формируется соответствующая автокорреляционная функция (АКФ), максимум которой соответствует энергии всех обнаруженных и накопленных синхроимпульсов СШП сигнала. В последнем случае с выхода этого СВК на соответствующий вход АЦП 13 поступит накопленная надпороговая энергия принятой смеси синхроимпульсов СШП сигнала и канального шума, соответствующая максимуму АКФ, а на остальные его входы - нули. При этом с выхода АЦП 13 на вход БОУ 10 поступит оцифрованное значение АКФ соответствующего СВК. В БОУ 10 будет зафиксирован момент отсчета максимума АКФ и определена величина и знак задержки в этом СВК, при которой получен этот отсчет, а со второго выхода БОУ 10 на вход УГТИ 12 поступит команда, по которой найденная задержка с соответствующих его выходов будет передана на вторые входы двух остальных СВК из трех первых, а также четвертого и пятого приемных СВК с учетом их текущих задержек. На этом процесс захвата состояния синхронизма заканчивается и начинается процесс приема СШП сигналов в четвертом и пятом приемных СВК.The prototype device works as follows. To detect the UWB signal and capture the synchronism state, the first three VCS are used. We believe that after turning on the power, the calibration was carried out and the channel FP 8.1 - FP 8.5 set the corresponding energy threshold in PU 9.1 - PU 9.5. Further, a mixture of UWB signal sync pulses and channel noise or one channel noise from the output of the antenna switch is fed to the first inputs of UVBO 1.1 - UVBO 1.5. At the same time, clock pulses with known delays are received from the corresponding outputs of the
После обнаружения СШП синхросигнала и захвата состояния синхронизма для приема и различения информационных СШП сигналов используются последние два СВК, а три первых (левый, центральный и правый) осуществляют поддержание состояния синхронизма. При этом смесь импульсов СШП сигнала и канального шума или одного канального шума с выхода антенного переключателя поступает на первые входы УФВО 1.4 или УФВО 1.5. Одновременно на вторые их входы, вторые входы ИЭН 7.4 и ИЭН 7.5 и вторые входы НКЭИ 11.4 и НКЭИ 11.5 с соответствующих выходов УГТИ 12 поступают тактовые импульсы с найденной задержкой для формирования текущих временных окон УФВО 1.4 и УФВО 1.5 и тактирования временных промежутков, в течение которых осуществляется накопление смеси энергий импульсов СШП сигнала и канального шума или одного канального шума в НКЭИ 11.4 и НКЭИ 11.5. Накопленная в НКЭИ 11.4 или НКЭИ 11.5 на длительности СШП сигнала энергия импульсов поступает соответственно на входы ПУ 9.4 и ПУ 9.5, с выхода которых соответственно на четвертый и пятый входы АЦП 13 поступают надпороговые накопленные в канальных энергетических накопителях энергии либо смеси импульсов СШП сигнала с канальным шумом, либо одного канального шума. В АЦП 13 осуществляется оцифровка надпороговой энергии и цифровой отсчет с выхода АЦП 13 поступает на вход БОУ 10, где в зависимости от того, в четвертом или в пятом СВК был превышен цифровой порог накопленной на длительности СШП сигнала энергией, будет принято решение о том какой из информационных символов был принят - нуль или единица. Одновременно аналогичные процедуры осуществляются в первых трех СВК. При этом в случае превышения оцифрованной в АЦП 13 накопленной на длительности СШП сигнала энергией цифрового порога в центральном СВК и в каком-либо одном из остальных двух СВК, составляющих временной дискриминатор, исходя из соотношения надпороговых энергий осуществляется оценка величины и знака временного сдвига формируемых сигнальных временных окон, которая используется для подстройки частоты и фазы УГТИ 12 с целью компенсации, этого сдвига. Таким образом, на каждом временном промежутке, равном длительности СШП сигнала осуществляется слежение за величиной задержки, доставляющей максимум энергетическим отсчетам.After detecting the UWB sync signal and capturing the synchronism state, the last two UWB signals are used to receive and discriminate information UWB signals, and the first three (left, center and right) maintain the synchronism state. In this case, a mixture of UWB signal pulses and channel noise or one channel noise from the output of the antenna switch goes to the first inputs of UVBO 1.4 or UVBO 1.5. At the same time, clock pulses with the found delay arrive at their second inputs, the second inputs of IEN 7.4 and IEN 7.5 and the second inputs of NKEI 11.4 and NKEI 11.5 from the corresponding outputs of the
К основным недостаткам устройства-прототипа можно отнести несколько факторов. Первый из них - это техническая избыточность. Принципиально прием информационных СШП сигналов и слежение за задержкой с целью поддержания состояния синхронизма можно реализовать с использованием не пяти, а трех СВК за счет небольшого усложнения алгоритма обработки, что при современной вычислительной базе реализуется достаточно просто. Вторым недостатком является достаточно большое время захвата состояния синхронизма, в среднем гораздо большее длительности СШП сигнала. Третий недостаток заключается в заниженной чувствительности алгоритма нахождения оценки временного сдвига в силу того, что в качестве его параметров используются надпороговые энергии СШП сигнала, накопленные в центральном и каком-либо другом СВК на длительности всего СШП сигнала. То есть временной сдвиг может быть оценен только в том случае, когда обе упомянутые энергии превысят цифровой порог, а до этого временной сдвиг не может быть обнаружен. Наконец, в качестве четвертого недостатка можно предъявить то, что не используется динамический энергетический порог обнаружения, позволяющий в какой-то степени компенсировать отрицательное влияние изменения внешних помеховых факторов.Several factors can be attributed to the main disadvantages of the prototype device. The first is technical redundancy. In principle, the reception of information UWB signals and tracking the delay in order to maintain the synchronism state can be implemented using not five, but three ICSs due to a slight complication of the processing algorithm, which is quite simple with a modern computing base. The second drawback is the rather long time for locking the synchronism state, on average much longer than the duration of the UWB signal. The third drawback is the underestimated sensitivity of the algorithm for finding the estimate of the time shift due to the fact that the above-threshold UWB signal energies accumulated in the central and some other UWB signal over the duration of the entire UWB signal are used as its parameters. That is, the time shift can only be estimated when both of the mentioned energies exceed the digital threshold, and before that the time shift cannot be detected. Finally, as a fourth disadvantage, one can present the fact that the dynamic energy detection threshold is not used, which allows to compensate to some extent the negative influence of changes in external interference factors.
Задача предлагаемого устройства состоит в уменьшении времени вхождения в синхронизм и повышении чувствительности алгоритма нахождения оценки временного сдвига, а также в упрощении устройства.The task of the proposed device is to reduce the acquisition time and increase the sensitivity of the algorithm for finding the estimate of the time shift, as well as to simplify the device.
Для решения поставленной задачи в устройство обработки короткоимпульсных сверхширокополосных сигналов на приемной стороне, содержащее пять управляемых формирователей временных окон (УФВО), первые входы которых объединены и являются входом, устройства, а также три импульсных энергетических накопителя (ИЭН), три пороговых устройства, формирователь порога и блок обработки и управления (БОУ), один из выходов которого через формирователь порога соединен со вторым входом первого порогового устройства, выход БОУ является выходом устройства, согласно изобретению, введены (n-5) управляемых формирователей временных окон, первые входы которых подсоединены к входу устройства, блок синхронизации, n выходов которого соединены со вторыми входами n УФВО соответственно, выходы n УФВО соединены с соответствующими входами мультиплексора, выход которого подсоединен к первому входу управляемого переключателя на три положения, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами первого и второго управляемых переключателей на два положения, выходы которых соединены с первыми входами первого и третьего ИЭН соответственно; третий выход управляемого переключателя на три положения через демультиплексор соединен с первым входом второго ИЭН, выход которого соединен с первым входом второго порогового устройства и с третьим входом БОУ; выход первого ИЭН соединен с первым входом первого порогового устройства и со вторым входом БОУ; выход третьего ИЭН соединен с первым входом порогового устройства и с четвертым входом БОУ; выход формирователя порога подключен ко вторым входам второго и третьего пороговых устройств, выходы которых подключены соответственно к шестому и пятому входам БОУ, седьмой выход которого соединен с выходом первого порогового устройства; выходы БОУ с первого по n-й соединены с третьими входами УФВО соответственно; (n+1)-й выход БОУ соединен со входом блока синхронизации, n выходов которого соединены со вторыми входами n УФВО соответственно; (n+1)-й выход блока синхронизации соединен с объединенными третьими входами первого, второго и третьего ИЭН, (n+2)-й выход блока синхронизации соединен с входом БОУ, (n+2)-й выход которого соединен с объединенными вторыми входами первого, второго и третьего ИЭН, управляемого переключателя на три положения, первого и второго управляемых переключателей на два положения, при этом третьи входы первого и второго управляемых переключателей на два положения подсоединены к соответствующим выходам демультиплексора, выход устройства является входом/выходом.To solve this problem, a device for processing short-pulse ultra-wideband signals on the receiving side, containing five controllable time window shapers (UWWF), the first inputs of which are combined and are the input, devices, as well as three pulse energy storage devices (IES), three threshold devices, a threshold shaper and a processing and control unit (PCU), one of the outputs of which is connected through the threshold driver to the second input of the first threshold device, the PCU output is the output of the device, according to the invention, (n-5) controllable time windows are introduced, the first inputs of which are connected to the input device, the synchronization unit, n outputs of which are connected to the second inputs of n UVBO, respectively, the outputs of the n UVBO are connected to the corresponding inputs of the multiplexer, the output of which is connected to the first input of the controlled switch for three positions, the first and second outputs of which are connected to the first inputs of the first and second control adjustable switches for two positions, the outputs of which are connected to the first inputs of the first and third IEN, respectively; the third output of the controlled switch for three positions through the demultiplexer is connected to the first input of the second IEN, the output of which is connected to the first input of the second threshold device and to the third input of the RCD; the output of the first IEN is connected to the first input of the first threshold device and to the second input of the RCD; the output of the third IEN is connected to the first input of the threshold device and to the fourth input of the RCD; the output of the threshold driver is connected to the second inputs of the second and third threshold devices, the outputs of which are connected to the sixth and fifth inputs of the RCD, the seventh output of which is connected to the output of the first threshold device; the outputs of the BOU from the first to the n-th are connected to the third inputs of the UVBO respectively; the (n + 1) th output of the BOU is connected to the input of the synchronization unit, the n outputs of which are connected to the second inputs of the n UVBOs, respectively; (n + 1) -th output of the synchronization unit is connected to the combined third inputs of the first, second and third IEN, the (n + 2) -th output of the synchronization unit is connected to the input of the BOU, the (n + 2) -th output of which is connected to the combined second inputs of the first, second and third IEN, controlled switch for three positions, the first and second controlled switches for two positions, while the third inputs of the first and second controlled switches for two positions are connected to the corresponding outputs of the demultiplexer, the output of the device is input / output.
На фиг. 2 представлена блок-схема предлагаемого устройства, где обозначено:FIG. 2 shows a block diagram of the proposed device, where it is indicated:
1 - 1.n - с первого по n-й управляемые формирователи временных окон (УФВО);1 - 1.n - from the first to the n-th controllable time window shapers (UVVO);
2 - мультиплексор (М);2 - multiplexer (M);
3 - блок синхронизации (БС);3 - synchronization unit (BS);
4 - управляемый переключатель на три положения (УП);4 - controlled switch for three positions (UP);
5.1, 5.2 - первый и второй управляемые переключатели на два положения (УП);5.1, 5.2 - the first and second controlled switches for two positions (UE);
6 - демультиплексор (ДМ);6 - demultiplexer (DM);
7.1 - 7.3 - с первого по третий импульсные энергетические накопители (ИЭН);7.1 - 7.3 - from the first to the third pulse energy storage units (IEN);
8 - формирователь порогов (ФП);8 - threshold shaper (FP);
9.1 - 9.3 - с первого по третье пороговые устройства (ПУ);9.1 - 9.3 - from the first to the third threshold devices (CP);
10 - блок обработки и управления (БОУ).10 - processing and control unit (BOU).
Предлагаемое устройство содержит блок УФВО, состоящий из n управляемых формирователей временных окон (УФВО) 1.1 - 1.n, первые входы которых объединены и являются входом устройства. Выходы n УФВО 1.1 - 1.n подключены к соответствующим входам мультиплексора 2, выход которого соединен с первым входом управляемого переключателя на три положения 4, два выхода которого подсоединены к первым входам первого 5.1 и второго 5.2 управляемых переключателей на два положения соответственно. Третий выход управляемого переключателя на три положения 4 через последовательно соединенные демультиплексор 6, второй ИЭН 7.2 и второе пороговое устройство 9.2 соединен с шестым входом БОУ 10, вход/выход которого является выходом устройства обработки. Выход первого 5.1 управляемого переключателя на два положения через последовательно соединенные первый ИЭН 7.1 и первое пороговое устройство 9.1 соединен с седьмым входом БОУ 10. Выход второго 5.2 через последовательно соединенные третий ИЭН 7.3 и третье пороговое устройство 9.3 соединен с пятым входом БОУ 10. Кроме того, первый и второй выходы демультиплексора 6 подключены к третьим входам первого 5.1 и второго 5.2 управляемых переключателей на два положения соответственно. Вторые входы первого 5.1 и второго 5.2 управляемых переключателей на два положения, управляемого переключателя на три положения 4, а также первого 7.1, второго 7.2 и третьего 7.3 ИЭН объединены и подсоединены к (n+2) выходу БОУ.10. При этом выход первого ИЭН 7.1 соединен со вторым входом БОУ 10, третий вход которого подключен к выходу второго ИЭН 7.2, а выход третьего ИЭН 7.3 соединен с четвертым входом БОУ 10, (n+4) выход которого через формирователь порога 8 соединен со вторыми входами первого 9.1, второго 9.2 и третьего 9.3 пороговых устройств. Причем третьи входы первого 7.1, второго 7.2 и третьего 7.3 ИЭН объединены и подключены к (n+1) выходу блока синхронизации 3, с первого по n-й выходы которого соединены со вторыми входами УФВО 1.1 - 1.n соответственно. Вход блока синхронизации 3 подсоединен в (n+1) выходу БОУ 10, первый вход которого соединен с (n+1) блока синхронизации 3. Выходы с 1 по n-й БОУ 10 соединены с третьими входами УФВО 1.1 - 1.n соответственно. Здесь пунктирным прямоугольником слева обозначены три УФВО 1.1-1.3, осуществляющих обработку информационных СШП сигналов после захвата состояния синхронизма. Справа пунктирным прямоугольником отмечены блоки, осуществляющие разделение СВК по функциям, характерным для первой и второй решающих схем. При этом БОУ 10 предлагаемого устройства отличается от БОУ 10 устройства-прототипа расширенным списком выполняемых функций, включая функции аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразователей, что упрощает схемотехническую реализацию устройства, а также увеличивает скорость обработки СШП сигналов на приемной стороне.The proposed device contains a UVVO block, consisting of n controllable time window shapers (UVVO) 1.1 - 1.n, the first inputs of which are combined and are the input of the device. Outputs n UVVO 1.1 - 1.n are connected to the corresponding inputs of the
Заявляемое устройство работает следующим образом. С момента поступления на выход/вход БОУ 10 сигнала включения питания приемной части по заданному алгоритму осуществляется процесс калибровки, основной задачей которого является установка начальных (опорных) энергетических порогов в пороговых устройствах 9.1 - 9.3.The claimed device operates as follows. From the moment the signal for power-on of the receiving part arrives at the output / input of the
При этом в режиме обнаружения СШП синхросигнала и захвата состояния синхронизма УФВО 1.1 - 1.n начнут формировать стек временных окон со сдвигом 2τ0, равным длительности временного окна. Один временной цикл работы этого стека равен среднему периоду следования импульсов в СШП синхросигнале Тц. Если он присутствует на входе приемного устройства, то за время его длительности в среднем может быть обнаружен один его импульс. Следовательно, все Ncc импульсов СШП синхросигнала могут быть обнаружены за время, равное tобн=Ncc.Тц. Таким образом, с выхода мультиплексора 2 на первый вход управляемого переключателя на три положения 4 будет поступать либо смесь импульсов СШП синхросигнала с канальным шумом, либо один канальный шум. Одновременно с (n+2)-го выхода БОУ 10 на вторые входы управляемого переключателя на три положения 4, управляемых переключателей на три положения 5.1 и 5.2 поступит команда, по которой УП 4 начнет чередовать два крайних положения, которым соответствуют первый и второй его выходы. Следовательно, с этих выходов УП 4 на первые входы УП 5.1 и УП 5.2 через промежутки времени, равные длительности временных окон 2 то будет поступать либо смесь импульсов СШП синхросигнала и канального шума, либо одного шума также длительностью 2τ0. Чередование переключений в процессе поиска СШП синхросигнала учитывает факт инертности процессов энергетического накопления в ИЭН 7.1 и ИЭН 7.3, что гарантирует минимизацию взаимного влияния этих процессов на длительности соседних временных окон стека УФВО. Одновременно на вторые входы ИЭН 7.1 и ИЭН 7.3 поступит команда, по которой в них синхронно с открытием и закрытием соответствующих временных окон, формируемых УФВО 1.1 - 1.n, будет осуществляться операция накопления импульсной энергии смеси импульсов СШП синхросигнала и канального шума или одного канального шума. В отсутствии СШП синхросигнала накопленные за время длительности соответствующих временных окон импульсные энергии с выходов ИЭН 7.1 и ИЭН 7.3 начнут поступать на второй и четвертый входы БОУ 10, а также на первые входы пороговых устройств 9.1 и 9.3, у которых начальные энергетические пороги имеют очень высокое значение, то есть на их выходе будут нули. Шумовые импульсные энергии, поступившие на второй и четвертый входы БОУ 10, оцифровываются и используются для оценки величины опорного энергетического порога П0 следующим образом. Производится запись величин этих энергий в регистр заданной длины m и одновременно осуществляется оценка величины отношения последующего элемента последовательности к предыдущему.In this case, in the mode of detecting the UWB clock signal and capturing the synchronism state, the UVBO 1.1 - 1.n will begin to form a stack of time windows with a shift of 2τ 0 equal to the duration of the time window. One time cycle of this stack is equal to the average pulse repetition period in the UWB sync signal T c . If it is present at the input of the receiving device, then, on average, one of its impulses can be detected during its duration. Therefore, all N cc UWB sync pulses can be detected in a time equal to t rev = N cc. T c . Thus, from the output of the
Если в текущих временных окнах стека присутствует только канальный шум, то величина текущего отношения оконных энергий будет колебаться в небольших пределах. При заполнении всех m ячеек регистра шумовыми энергиями с их использованием осуществляется оценка величины опорного энергетического порога П0, и по команде, поступающей с выхода (n+3) БОУ 10 посредством формирователя порога 8 в ПУ 9.1 - 9.3 будет введен этот опорный порог. Если СШП синхросигнал в канале отсутствует, то с заданной периодичностью опорный порог обнуляется, описанная выше процедура повторяется путем перезаписи новых данных в m ячеек регистра и новой оценки величины опорного порога, которая вводится в ПУ 9.1 - 9.3. Далее могут реализоваться две ситуации:If only channel noise is present in the current time windows of the stack, then the value of the current ratio of window energies will fluctuate within small limits. When all m cells of the register are filled with noise energies, they are used to estimate the value of the reference energy threshold P 0 , and by the command coming from the output (n + 3) of the
- в течение перезаписи данных в m ячеек регистра, когда пороги в ПУ 9.1 и 9.3 обнулены, величина текущего отношения оконных энергий резко увеличилась;- during the rewriting of data in m register cells, when the thresholds in PU 9.1 and 9.3 are zeroed, the value of the current ratio of window energies increased sharply;
- после записи (перезаписи) данных в m ячеек регистра, когда выставлен текущий опорный порог в ПУ 9.1 и 9.3, в какой-то момент величина текущего отношения оконных энергий резко увеличилась, а порог был превышен либо в ПУ 9.1, либо в ПУ 9.3.- after writing (rewriting) data in m register cells, when the current reference threshold is set in PU 9.1 and 9.3, at some point the value of the current ratio of window energies increased sharply, and the threshold was exceeded either in PU 9.1 or in PU 9.3.
Оба варианта означают, что в течение текущего временного окна стека в смеси с канальным шумом появился импульс СШП синхросигнала, который назовем опорным. При этом в первом случае дополнительной операцией будет установка в ПУ 9.1 - 9.3 предыдущего уровня опорного порога. Далее в обоих случаях, операции совпадают и выполняются одновременно:Both options mean that during the current time window of the stack, a UWB sync pulse appeared in a mixture with channel noise, which we will call a reference one. In this case, in the first case, an additional operation will be the installation in the CP 9.1 - 9.3 of the previous level of the reference threshold. Further, in both cases, the operations are the same and are performed simultaneously:
- оцифровка поступивших с выходов ПУ 9.1 и 9.3 на 7-й и 5-й входы БОУ 10 величин;- digitization of 10 values received from the outputs of the control unit 9.1 and 9.3 to the 7th and 5th inputs of the control unit;
- определение временной позиции опорного импульса СШП синхросигнала.- determination of the time position of the reference pulse of the UWB sync signal.
Одновременно с выходов ПУ 9.1 и 9.3 на 7-й и 5-й входы БОУ 10 поступает последовательность накапливаемых надпороговых энергий смеси импульсов СШП синхросигнала и канального шума. Ее элементы также оцифровываются и превращаются в энергетические отсчеты, величина, количество и временные позиции которых фиксируются.Simultaneously from the outputs of the PU 9.1 and 9.3, the sequence of accumulated above-threshold energies of the mixture of UWB sync pulses and channel noise is received at the 7th and 5th inputs of the
Если количество энергетических отсчетов, соответствующих надпороговым энергиям смеси импульсов СШП синхросигнала и канального шума и их местоположение при любых временных сдвигах не совпадают с количеством и местоположением импульсов в имеющейся копии СШП синхросигнала, то осуществляется переход в исходное состояние поиска СШП синхросигнала, которое было описано выше. В противном случае оцифрованная последовательность надпороговых энергий подвергается соответствующей обработке, в результате которой в БОУ 10 осуществляется определение величины и знака временной задержки δt с использованием алгоритма оценки и сравнения величин надпороговых энергий, попадающих в соседние временные окна стека. Найденная задержка вводится в три последовательно расположенных УФВО стека для захвата состояния синхронизма и приема и различения информационных СШП сигналов на длительности текущих «опережающего», «сигнального» и «запаздывающего» временных окон, соответствующих УФВО.If the number of energy samples corresponding to the above-threshold energies of the mixture of UWB sync signal and channel noise pulses and their location at any time shifts do not coincide with the number and location of pulses in the available copy of the UWB sync signal, then the transition to the initial state of the UWB sync signal search, which was described above, is performed. Otherwise, the digitized sequence of the above-threshold energies is subjected to appropriate processing, as a result of which the value and sign of the time delay δt is determined in the
На этом основную задачу, возлагаемую на заявляемое приемное устройство в режиме обнаружения СШП синхросигнала и захвата состояния синхронизма, можно считать решенной. На фиг. 3а) представлен вариант сформированного семиэлементного (Ncc = 7) СШП синхросигнала единичной амплитуды совместно с текущим временным окномOn this, the main task assigned to the claimed receiver in the mode of detecting the UWB clock signal and capturing the synchronism state can be considered solved. FIG. 3a) shows a variant of the generated seven-element (N cc = 7) UWB sync signal of unit amplitude together with the current time window
где Cn - элементы псевдослучайной числовой последовательности (ПЧП), кодирующей временные позиции его импульсов. На фиг. 3б) показан укрупненный участок этого синхросигнала, где представлена форма его импульсов.where C n - elements of a pseudo-random number sequence (PNP) encoding the time positions of its pulses. FIG. 3b) shows an enlarged section of this sync signal, which shows the shape of its pulses.
На фиг. 4 представлены четыре основных случая, которые возможны в процессе обнаружения СШП синхросигнала и захвата состояния синхронизма. Серым цветом условно изображено текущее временное окно стека, а черным цветом - последующее временное окно стека; 
На фиг. 4а) - случай, когда вся энергия смеси импульсов СШП синхросигнала и канального шума попадает внутрь текущего временного окна стека.FIG. 4a) - the case when the entire energy of the mixture of UWB sync pulses and channel noise falls inside the current time window of the stack.
На фиг. 4б) - 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.FIG. 4b) - the case when a smaller part of the energy of the mixture of UWB pulses of the sync signal and channel noise falls inside the current time window of the stack, and most of it - inside the next time window of the stack.
На фиг. 4в) - случай, когда энергия смеси импульсов СШП синхросигнала и канального шума распределена достаточно равномерно между текущим и последующим временными окнами стека.FIG. 4c) - the case when the energy of the mixture of UWB sync signal and channel noise pulses is distributed fairly evenly between the current and subsequent time windows of the stack.
На фиг. 4г) - 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.FIG. 4d) - the case when most of the energy of the mixture of UWB pulses of the sync signal and channel noise falls inside the current time window of the stack, and a smaller part - inside the next time window of the stack.
На фиг. 5 в качестве примера показаны предварительные этапы обработки СШП синхросигнала, соответствующие случаю, изображенному на фиг. 4б). ЗдесьFIG. 5 shows, by way of example, preliminary steps for processing a UWB clock signal corresponding to the case of FIG. 4b). Here
Ecc,k - энергетические отсчеты смеси импульсов СШП синхросигнала и канального шума, временные позиции которых соответствуют моментам окончания соответствующих временных окон стека (заполненные кружки);E cc, k - energy samples of the mixture of UWB sync pulses and channel noise, the time positions of which correspond to the moments of the end of the corresponding time windows of the stack (filled circles);
также для сравнения сплошной тонкой линией показана текущая величина 
жирной черной штриховой горизонтальной линией показан начальный (опорный) энергетический порог П0.the bold black dashed horizontal line shows the initial (reference) energy threshold P 0 .
Искомая задержка δt является функцией Ecc,k, П0 и вычисляется в БОУ 10. На фиг. 6 приведен условный пример расположения соседних текущих временных окон стека относительно временных позиций текущих смесей импульсов СШП синхросигнала и канальных шумов Ucc (t). Фиг. 6а) - фиг. 6г) представляют тот случай, когда задержка не была введена в УФВО стека, а на фиг. 6а') - фиг. 6г') - случай, когда она введена. Здесь прямоугольниками серого цвета обозначены позиции соседних текущих временных окон стека: FO(t), когда задержка не скомпенсирована, FO(t+δt) - когда скомпенсирована. Как следует из 6а') - фиг. 6г') 4 а') введение вычисленной задержки действительно устанавливает временные позиции текущего временного окна стека так, что импульсы СШП синхросигнала оказываются на его середине, что эквивалентно состоянию синхронизма.The desired delay δt is a function of E cc, k , P 0 and is calculated in the
В режиме приема и различения информационных СШП сигналов необходимо учитывать, что в заявляемом устройстве предлагается использовать кодово-импульсную модуляцию (КИМ), при которой СШП сигналы, переносящие информационные единицы и нули, формируются следующим образом. Выбирается некоторый код (здесь 24-х элементный код Неймана-Хоффмана как самый сбалансированный), паузы между импульсами этого кода пропорциональны числам псевдослучайной числовой последовательности, у которой количество элементов такое же, как и у выбранного кода. Для СШП сигнала, переносящего информационную единицу (далее прямой СШП сигнал), в качестве временных позиций импульсов выбираются позиции, соответствующие единицам кода Неймана-Хоффмана, а для СШП сигнала, переносящего информационный нуль (далее инверсный СШП сигнал), в качестве временных позиций выбираются позиции, соответствующие нулям кода Неймана-Хоффмана. На фиг. 7а) представлен «разреженный» код Неймана-Хоффмана NH(t), на базе которого формируются прямой и инверсный СШП сигналы, где черные заполненные кружки соответствуют временным позициям импульсов прямого СШП сигнала, а пустые квадратики - временным позициям импульсов инверсного СШП сигнала. На фиг. 7б) представлены текущие временные позиции «сигнальных» временных окон как функции времени FO(t) и 
Таким образом, различение информационных символов на приемной стороне соответствует совпадению временных позиций достаточного количества энергетических отсчетов, полученных оцифровкой обнаруженных и накопленных за время существования текущего «сигнального» временного окна импульсных энергий, с временными позициями соответствующих элементов копии «разреженного» кода Неймана-Хоффмана, хранящейся в регистре. Очевидно, что в радиоканале оба СШП сигнала - прямой и инверсный не могут присутствовать одновременно, поэтому в процессе обработки импульсов прямого СШП сигнала в ткущем «сигнальном» временном окне те его временные позиции, которые соответствуют временным позициям импульсов инверсного СШП сигнала используются в качестве временных позиций «шумовых» временных окон и наоборот, то есть в процессе обработки импульсов инверсного СШП сигнала в ткущем «сигнальном» временном окне те его временные позиции, которые соответствуют временным позициям импульсов прямого СШП сигнала используются в качестве временных позиций «шумовых» временных окон.Thus, the discrimination of information symbols on the receiving side corresponds to the coincidence of the time positions of a sufficient number of energy samples obtained by digitizing the pulsed energies detected and accumulated during the existence of the current "signal" time window of impulse energies, with the time positions of the corresponding elements of the copy of the "sparse" Neumann-Hoffman code stored in the register. Obviously, in a radio channel both UWB signals - direct and inverse UWB signals cannot be present at the same time, therefore, in the process of processing the pulses of the direct UWB signal in the current "signal" time window, those time positions that correspond to the time positions of the pulses of the inverse UWB signal are used as time positions “Noise” time windows and vice versa, that is, during processing of pulses of an inverse UWB signal in the current “signal” time window, those time positions that correspond to the time positions of pulses of the direct UWB signal are used as time positions of “noise” time windows.
Далее, после обнаружения СШП синхросигнала, захвата состояния синхронизма и введения в ПУ 9.1 - 9.3 опорного энергетического порога П0 используется выбранный из стека k-й УФВО, который формирует текущее «сигнальное» (индекс sig) временное окно для приема и различения информационных СШП сигналов, моменты начала формирования которого определяются временными позициями «разреженного» кода Неймана-Хоффмана. Для поддержания состояния синхронизма используются два соседних УФВО, при этом в УФВО 1.k-1 формирует текущее «опережающее» (индекс adv) временное окно, а УФВО 1.k+1 формирует текущее «запаздывающее» (индекс ret) временное окно. Текущие временные окна этих УФВО смещены друг относительно друга на длительность временного окна 2τ0, поэтому они одновременно образуют временной дискриминатор. На фиг. 8а) условно в виде прямоугольников темно-серого, черного и светло-серого цветов соответственно представлены текущие временные позиции этих временных окон в своих временных каналах для обработки импульсов прямого и инверсного СШП сигналов. На фиг. 8б) для большей ясности представлен укрупненный фрагмент, содержащий только три соответствующих временных окна для обработки прямого СШП сигнала.Further, after detecting the UWB clock signal, capturing the synchronism state and introducing the reference energy threshold P 0 into the CP 9.1 - 9.3, the k-th UWBO selected from the stack is used, which forms the current "signal" (index sig) time window for receiving and distinguishing information UWB signals , the moments of the beginning of the formation of which are determined by the time positions of the "sparse" Neumann-Hoffman code. To maintain the synchronism state, two neighboring UVBOs are used, while in UVBO 1.k-1 forms the current “leading” (adv index) time window, and UVBO 1.k + 1 forms the current “lagging” (ret index) time window. The current time windows of these UVBOs are shifted relative to each other by the duration of the time window 2τ 0 , so they simultaneously form a time discriminator. FIG. 8a), conventionally in the form of rectangles of dark gray, black and light gray colors, respectively, the current time positions of these time windows in their time channels for processing pulses of direct and inverse UWB signals are presented. FIG. 8b), for greater clarity, an enlarged fragment is presented containing only three corresponding time windows for processing the direct UWB signal.
Одновременно на второй вход УП 4 с (n+2)-го выхода БОУ 10 поступает команда, инициирующая в нем подключение третьего выхода, с которого на вход демультиплексора 6 будут поступать размещенные последовательно во времени отрезки длительностью 2 то либо смеси импульсов информационного СШП сигнала с канальным шумом, либо только канального шума, выделяемые в «опережающем», «сигнальном» и «запаздывающем» временных окнах, формируемых соответственно УФВО 1.k-1, УФВО 1.k и УФВО 1.k+1. Таким образом, в состоянии синхронизма с первого и второго выходов демультиплексора 6 на третьи входы УП 5.1 и 5.2 соответственно будут поступать только шумовые отрезки, которые с их выходов поступят на первые входы ИЭН 7.1 и 7.3 соответственно, в то время как с третьего выхода демультиплексора 6 на первый вход ИЭН 7.2 будут поступать отрезки, содержащие смесь импульсов информационного СШП сигнала и канального шума. Одновременно на третьи входы ИЭН 7.1, ИЭН 7.3 с (n+2)-го выхода БОУ 10 поступит команда, по которой в них начнется процесс накопления импульсных энергий, а на третьи входы ИЭН 7.1 - 7.3 с (n+1)-го выхода БС 3 начнут поступать тактирующие импульсы, задавая моменты начала и темп накопления. Накопленные на длительности временных окон импульсные энергии, полученные как на длительности текущих временных окон, соответствующих импульсам приходящего СШП сигнала, так и на длительности текущих временных окон, соответствующих его инверсии, с выходов ИЭН 7.1 - 7.3 поступают одновременно на первые входы ПУ 9.1 - 9.3 и на второй, третий и четвертый входы БОУ 10 соответственно. Результаты, поступившие на второй, третий и четвертый входы БОУ 10, а также надпороговые импульсные энергии (ΔEk=Ek-П0 с соответствующими нижними индексами: adv, sig или ret), поступившие с выходов ПУ 9.1 - 9.3 на седьмой, шестой и пятый входы БОУ 10 соответственно, оцифровываются, превращаясь в энергетические отсчеты. На основе первых вычисляются текущие значения импульсного энергетического отношения сигнал/шум для импульсов прямого СШП сигналаAt the same time, a command is sent to the second input of the UE 4 with the (n + 2) th output of the
или для импульсов инверсного СШП сигналаor for pulses of inverse UWB signal
Здесь в пренебрежении взаимной энергией импульса СШП сигнала и канального шума 
Далее осуществляется усреднение по количеству обнаруженных импульсных энергий текущего импульсного энергетического отношения сигнал/шум (2) или (3), то есть получение величин 
Одновременно оценивается количество вторых (характеризующих надпороговые импульсные энергии) полученных отсчетов прямого 
Если же упомянутый выше цифровой порог не будет превышен суммой оцифрованных энергетических отсчетов, полученных обработкой на длительности текущего «сигнального» временного окна, то текущий СШП сигнал будет пропущен. На фиг. 9 - фиг. 14 представлены результаты имитационно-математического моделирования процесса функционирования предлагаемого устройства. Так на фиг. 9а) и фиг. 9в) в качестве иллюстрации представлены величины энергетических отсчетов, накапливаемых импульсных энергий смеси прямого (фиг. 9а) и инверсного (фиг. 9в) СШП сигналов с канальными шумами на своих временных позициях. Там же приведен опорный энергетический порог П0, который изображен жирной горизонтальной пунктирной линией темно-серого цвета. Черными заполненными кружками обозначены энергетические отсчеты, накапливаемые в текущем «сигнальном» временном окне, черными пустыми квадратиками - энергетические отсчеты, накапливаемые в текущем «опережающем» временном окне, черными заполненными квадратиками - энергетические отсчеты, накапливаемые в текущем «запаздывающем» временном окне. На фиг. 9б) и фиг. 9г) представлены надпороговые части этих энергетических отсчетов. Здесь же темно-серыми заполненными ромбиками представлены временные позиции хранящихся для сравнения копий элементов «разреженного» кода Неймана-Хоффмана. Изображение, приведенное на фиг. 10, служит пояснением к фиг. 9, так как иллюстрирует укрупненный масштаб ситуации до накопления текущей энергии (кривые темно-серого цвета) прямого (фиг. 10а) и инверсного (фиг. 10б) СШП сигналов в текущем «сигнальном» временном окне (прямоугольники черного цвета). Из анализа фиг. 10 следует, что все текущие временные окна начинают запаздывать относительно момента вхождения в синхронизм, поэтому текущая энергия смеси импульсов СШП сигналов с канальными шумами начинает перераспределяться между текущим «опережающим» (прямоугольники темно-серого цвета) и текущим «сигнальным» временными окнами. Именно по этой причине на фиг. 9б) и фиг. 9г) величина энергетических отсчетов, характеризующих надпороговые части накопленных в текущем «опережающем» временном окне импульсных энергий, так велика, а разброс величин энергетических отсчетов, характеризующих надпороговые части накопленных в текущем «сигнальном» временном окне импульсных энергий, так значителен.If the above digital threshold is not exceeded by the sum of the digitized energy samples obtained by processing for the duration of the current "signal" time window, then the current UWB signal will be skipped. FIG. 9 to FIG. 14 shows the results of simulation and mathematical modeling of the process of functioning of the proposed device. Thus, in FIG. 9a) and Fig. 9c) as an illustration, the values of energy samples, accumulated impulse energies of a mixture of direct (Fig.9a) and inverse (Fig.9c) UWB signals with channel noise at their time positions are presented. There is also given the reference energy threshold P 0 , which is depicted by a bold horizontal dashed line in dark gray. Black filled circles indicate energy counts accumulated in the current "signal" time window, black empty squares - energy counts accumulated in the current "leading" time window, black filled squares - energy counts accumulated in the current "lagging" time window. FIG. 9b) and Fig. 9d) the above-threshold parts of these energy counts are presented. Here, dark gray filled rhombuses represent the time positions of the copies of the "sparse" Neumann-Hoffman code stored for comparison. The image shown in FIG. 10 serves as an explanation to FIG. 9, since it illustrates the enlarged scale of the situation before the accumulation of current energy (dark gray curves) of direct (Fig. 10a) and inverse (Fig. 10b) UWB signals in the current "signal" time window (black rectangles). From an analysis of FIG. 10, it follows that all current time windows begin to lag behind the moment of synchronization, therefore the current energy of the mixture of UWB signal pulses with channel noise begins to redistribute between the current "leading" (dark gray rectangles) and the current "signal" time windows. It is for this reason that FIG. 9b) and Fig. 9d) the value of energy counts characterizing the above-threshold parts of the impulse energies accumulated in the current "advanced" time window is so large, and the spread of the values of energy counts characterizing the above-threshold parts of the impulse energies accumulated in the current "signal" time window is so significant.
На фиг. 11 в качестве подтверждения итогов анализа фиг. 9 и фиг. 10 представлена динамика накопления количества оцифрованных отсчетов. При этом на фиг. 11б) черными и серыми прямоугольниками условно представлены временные позиции текущего «сигнального» временного окна для обработки прямого (черный цвет) и инверсного (темно-серый цвет) СШП сигналов. Здесь 
Иллюстративный материал, представленный на фиг. 12 - фиг. 14, характеризует те же особенности обработки СШП сигналов на приемной стороне, что и на фиг. 9 - фиг. 11, но в случае использования текущего значения динамического энергетического порога Пд,i и текущей оценки временного смещения δti. При этом для иллюстраций, представленных на фиг. 12 - фиг. 14, 
- увеличение накапливаемой на длительности текущего «сигнального» временного окна импульсной энергии до максимальных значений;- increase of the pulse energy accumulated on the duration of the current "signal" time window up to maximum values;
- уменьшение разброса величин энергетических отсчетов, характеризующих надпороговые части накопленных на длительности текущего «сигнального» временного окна импульсных энергий, до минимальных значений;- reduction of the spread of the values of energy counts, characterizing the above-threshold parts of the pulse energies accumulated over the duration of the current "signal" time window, to the minimum values;
- обнуление возможных остаточных шумовых энергетических отсчетов в текущих «опережающем» и «запаздывающем» временных окнах.- zeroing of possible residual noise energy samples in the current "leading" and "lagging" time windows.
Из представленного выше материала следует, что предлагаемое устройство обеспечит заявленные качества.From the material presented above, it follows that the proposed device will provide the declared qualities.
Реализация заявленного устройства не должна вызывать затруднений, так как функциональные узлы, входящие в блоки устройства, кроме мультиплексора М 2, демультиплексора ДМ 6, управляемых переключателей УП 4, УП 5.1, 5.2 известны из [2-5]. Варианты исполнения мультиплексоров и демультиплексоров приведены, например, в [6], а варианты реализации блоков переключения с управлением предложены, в частности, в [7, 8].The implementation of the claimed device should not cause difficulties, since the functional units included in the units of the device, except for the
Источники информацииSources of information
1. Патент 157935 (РФ). Приемопередающий модуль для обмена данными с помощью сверхширокополосных сигналов. МПК Н04В 1/38, H04L 9/00 / Зайцев А.В., Митрофанов Д.Г., Тимофеев И.А., Красавцев 0.0., Кичулкин Д.А., Терещенко А.А., Азаров B.C., Черников А.К., Чижов А.А. Заявка №2014147229/08 от 24.11.2014. Опубл. 20.12.2015 г.1. Patent 157935 (RF). Transceiver module for data exchange using ultra-wideband signals.
2. Патент 2315424 (РФ). Система связи с высокой скоростью передачи информации сверхширокополосными сигналами. МПК Н04В 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.2. Patent 2315424 (RF). Communication system with high speed data transmission by ultra-wideband signals.
3. Патент 2354048 (РФ). Способ и система связи с быстрым вхождением в синхронизм сверхширокополосными сигналами. МПК Н04В 7/00 / Кыштымов Г.А., Бондаренко В.В., Кыштымов С.Г. Заявка. №2007144256/09 от 28.11.2007. Опубл. 27.04.2009 г.3. Patent 2354048 (RF). Method and system of communication with fast acquisition of synchronism by ultra-wideband signals.
4. Патент 2441320 (РФ). Система связи сверхширокополосными сигналами с повышенной точностью и стабильностью синхронизации. МПК Н04В 7/00 / Кыштымов Г.А., Усачёв И.П., Кыштымов С.Г., Стецура Е.И. Заявка №2010119288/08 от 13.05.2010. Опубл. 27.01.2012 г.4. Patent 2441320 (RF). Communication system with ultra-wideband signals with increased accuracy and synchronization stability.
5. Корниенко А.В. Алгоритмы синтеза и обработки короткоимпульсных сверхширокополосных сигналов в радиосистемах передачи информации с учетом мешающих факторов. / Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. - Рязань. - 2008. - С. 17.5. Kornienko A.V. Algorithms for the synthesis and processing of short-pulse ultra-wideband signals in radio systems for transmitting information, taking into account interfering factors. / Abstract of the thesis for the degree of candidate of technical sciences. - Ryazan. - 2008 .-- S. 17.
6. Гольденберг, Л.М. Импульсные устройства / Л.М. Гольденберг. - М.: Радио и связь, 1981. - 224 с.6. Goldenberg, L.M. Impulse devices / L.M. Goldenberg. - M .: Radio and communication, 1981 .-- 224 p.
7. Горшков, Б.И. Радиоэлектронные устройства / В.И. Горшков. - М.: Радио и связь, 1984. - 400 с.7. Gorshkov, B.I. Electronic devices / V.I. Gorshkov. - M .: Radio and communication, 1984 .-- 400 p.
8. Пухальский, Г.И. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах. Справочник. / Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. - М.: Радио и связь, 1990. - 304 с.8. Puhalsky, G.I. Design of discrete devices on integrated circuits. Directory. / Pukhalskiy G.I., Novoseltseva T.Ya. - M .: Radio and communication, 1990 .-- 304 p.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019139160A RU2731369C1 (en) | 2019-12-02 | 2019-12-02 | Apparatus for processing short-pulse ultra-wideband signals at a receiving side |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019139160A RU2731369C1 (en) | 2019-12-02 | 2019-12-02 | Apparatus for processing short-pulse ultra-wideband signals at a receiving side |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2731369C1 true RU2731369C1 (en) | 2020-09-02 |
Family
ID=72421709
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019139160A RU2731369C1 (en) | 2019-12-02 | 2019-12-02 | Apparatus for processing short-pulse ultra-wideband signals at a receiving side |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2731369C1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2754348C1 (en) * | 2021-02-09 | 2021-09-01 | Олег Петрович Ильин | Remote control command decoder |
| RU2756974C1 (en) * | 2020-10-09 | 2021-10-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") | Apparatus for detecting an incoherent sequence of ultra-wideband quasi-radio signals of arbitrary waveform |
| WO2024001063A1 (en) * | 2022-07-01 | 2024-01-04 | 华为技术有限公司 | Signal transmission method, device and system |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007088773A1 (en) * | 2006-01-31 | 2007-08-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Radio receiving apparatus and radio receiving method |
| 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 |
| RU2527487C2 (en) * | 2012-08-07 | 2014-09-10 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Apparatus for ultra-broadband radio communication with high noise-immunity |
| CA3012884A1 (en) * | 2016-01-27 | 2017-08-03 | Zodiac Data Systems | Radio communication receiver cancelling out the cross polarisation of a received signal |
| RU2691731C1 (en) * | 2018-07-23 | 2019-06-18 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Wideband signal receiving device |
-
2019
- 2019-12-02 RU RU2019139160A patent/RU2731369C1/en active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007088773A1 (en) * | 2006-01-31 | 2007-08-09 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Radio receiving apparatus and radio receiving method |
| 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 |
| RU2527487C2 (en) * | 2012-08-07 | 2014-09-10 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Apparatus for ultra-broadband radio communication with high noise-immunity |
| CA3012884A1 (en) * | 2016-01-27 | 2017-08-03 | Zodiac Data Systems | Radio communication receiver cancelling out the cross polarisation of a received signal |
| RU2691731C1 (en) * | 2018-07-23 | 2019-06-18 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Wideband signal receiving device |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 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 * |
| 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. Сборник трудов Международной научно-технической конференции "Системысинхронизации, формирования и обработки сигналов в инфокоммуникациях""СИНХРОИНФО 2014". Воронеж, 2014. - М.: ООО "Издательский дом МедиаПаблишер", 2014. - 158 с., с. 22-23, 29-33, 119. * |
| Сборник трудов Международной научно-технической конференции "Системысинхронизации, формирования и обработки сигналов в инфокоммуникациях""СИНХРОИНФО 2014". Воронеж, 2014. - М.: ООО "Издательский дом МедиаПаблишер", 2014. - 158 с., с. 22-23, 29-33, 119 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2756974C1 (en) * | 2020-10-09 | 2021-10-07 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Воронежский государственный университет" (ФГБОУ ВО "ВГУ") | Apparatus for detecting an incoherent sequence of ultra-wideband quasi-radio signals of arbitrary waveform |
| RU2754348C1 (en) * | 2021-02-09 | 2021-09-01 | Олег Петрович Ильин | Remote control command decoder |
| WO2024001063A1 (en) * | 2022-07-01 | 2024-01-04 | 华为技术有限公司 | Signal transmission method, device and system |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2731369C1 (en) | Apparatus for processing short-pulse ultra-wideband signals at a receiving side | |
| EP2282407B1 (en) | Reception device | |
| JP4366401B2 (en) | Method, receiver and system for receiving a transmission signal (a robust non-coherent receiver for PAM-PPM signals) | |
| CN102047749B (en) | Cognitive wireless system, cognitive wireless device, and wireless signal detection method | |
| EP1564903B1 (en) | Apparatus and method for estimating initial frequency offset in an asynchronous mobile communication system | |
| US6798758B1 (en) | Method and apparatus for acquiring code synchronization in a CDMA communication system | |
| KR20080016159A (en) | Method and apparatus for cell search in communication system | |
| KR19980041834A (en) | Spread spectrum communication system | |
| MXPA06002397A (en) | Synchronization in a broadcast ofdm system using time division multiplexed pilots. | |
| CN1080485C (en) | Spread spectrum communication terminal apparatus in CDMA cellular telephone system | |
| US11133890B2 (en) | Adaptive multi-standard signal classification and synchronization | |
| CN101351962B (en) | Method and device for adjusting a pulse detection threshold, and pulse detection method and device, and corresponding receiver | |
| US8306173B2 (en) | Clock regeneration circuit | |
| US9692587B2 (en) | Phase tracking | |
| RU2731126C1 (en) | Apparatus for distinguishing short-pulse ultra-wideband signals of high efficiency | |
| US3643027A (en) | Digital information receiver | |
| RU2277760C2 (en) | Method for transferring information in communication systems with noise-like signals and a software product | |
| KR101404085B1 (en) | Wireless communicatino device, apparatus and method for measuring distance employing the same | |
| RU2713379C1 (en) | Apparatus for synchronizing a receiving and transmitting part of a radio link using short-pulse ultra-wideband signals | |
| US7242739B2 (en) | Method and apparatus for multiphase, fast-locking clock and data recovery | |
| US10333583B2 (en) | Signal detection circuit and signal detection method | |
| RU2460224C1 (en) | Differential phase-shift keyed signal demodulator | |
| CN1201500C (en) | Synchronization capture method of downline in CDMA system | |
| RU2731207C1 (en) | Method for increasing processing efficiency of ultra-wideband short pulse signals at a receiving side | |
| RU2420005C1 (en) | Method to search for noise-like signals with minimum frequency manipulation |