RU2732719C1 - Device for estimating current signal-to-noise ratio - Google Patents

Device for estimating current signal-to-noise ratio Download PDF

Info

Publication number
RU2732719C1
RU2732719C1 RU2020106673A RU2020106673A RU2732719C1 RU 2732719 C1 RU2732719 C1 RU 2732719C1 RU 2020106673 A RU2020106673 A RU 2020106673A RU 2020106673 A RU2020106673 A RU 2020106673A RU 2732719 C1 RU2732719 C1 RU 2732719C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
signal
noise ratio
adder
Prior art date
Application number
RU2020106673A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Викторович Макарычев
Сергей Борисович Жиронкин
Игорь Юрьевич Котенко
Павел Михайлович Пархоменко
Original Assignee
Игорь Юрьевич Котенко
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 Игорь Юрьевич Котенко filed Critical Игорь Юрьевич Котенко
Priority to RU2020106673A priority Critical patent/RU2732719C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2732719C1 publication Critical patent/RU2732719C1/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details 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
    • H04B1/06—Receivers
    • H04B1/10—Means associated with receiver for limiting or suppressing noise or interference
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B17/00—Monitoring; Testing
    • H04B17/30—Monitoring; Testing of propagation channels
    • H04B17/309—Measuring or estimating channel quality parameters
    • H04B17/336—Signal-to-interference ratio [SIR] or carrier-to-interference ratio [CIR]

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Quality & Reliability (AREA)
  • Noise Elimination (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: invention relates to digital systems for receiving and processing signals and can be used to increase efficiency of algorithms of soft decoding, power control and allocation of resources implemented in multichannel systems for receiving orthogonal signals. Technical result is achieved due to the fact that the device is multichannel, wherein each channel, except the quadrature mixer, additionally includes a unit for estimating the square of the envelope and a key, which enables to take samples of squares of complex envelopes of the signal mixture with noise at the outputs of the channels of the device simultaneously (at a time T corresponding to the duration of the channel symbol). In the common part of the device there introduced is a whole row of new units providing processing of the specified counts and obtaining the estimation of signal-to-noise ratio.
EFFECT: technical result is wider field of use of device and shorter time spent on obtaining signal-to-noise estimate.
1 cl, 4 dwg

Description

Предполагаемое изобретение относится к области цифровых систем приема и обработки сигналов и может найти применение для повышения эффективности работы алгоритмов мягкого декодирования, управления мощностью и выделения ресурсов, реализуемых в многоканальных системах приема ортогональных сигналов.The proposed invention relates to the field of digital systems for receiving and processing signals and can be used to improve the efficiency of algorithms for soft decoding, power control and resource allocation, implemented in multi-channel systems for receiving orthogonal signals.

Известен способ и устройство оценки текущего отношения сигнал-шум [Патент США US 7190741].The known method and device for assessing the current signal-to-noise ratio [US Patent US 7190741].

Устройство содержит квадратурный смеситель и блок оценки отношения сигнал-шум. В квадратурном смесителе выделяются синфазная и квадратурная компоненты комплексной огибающей принимаемого сигнала, по которым в блоке оценки отношения сигнал-шум вычисляется угол отклонения вектора сигнала от синфазной оси и по его статистическим характеристикам рассчитывается текущее отношение сигнал-шум. Однако оно предназначено для BPSK и QPSK сигналов и дает значительные ошибки в области малых отношений сигнал-шум.The device contains a quadrature mixer and a signal-to-noise ratio estimation unit. In a quadrature mixer, the in-phase and quadrature components of the complex envelope of the received signal are separated, according to which the angle of deviation of the signal vector from the in-phase axis is calculated in the signal-to-noise ratio estimator and the current signal-to-noise ratio is calculated from its statistical characteristics. However, it is intended for BPSK and QPSK signals and produces significant errors in the area of low signal-to-noise ratios.

Известен способ оценки отношения сигнал-шум [Патент США US6317456], включающий операции усреднения, извлечения квадратного корня и деления, выполняемые над синфазной и квадратурной компонентами принимаемого сигнала. Однако он предназначен для OFDM сигналов.A known method for assessing the signal-to-noise ratio [US Patent US6317456], including the operations of averaging, square root extraction and division, performed on the in-phase and quadrature components of the received signal. However, it is designed for OFDM signals.

Известен также «Цифровой измеритель мощности сигнала и мощности помехи в полосе пропускания канала радиоприемника в реальном масштабе времени»[Патент РФ RU 247216], который содержит смеситель, полосовой фильтр, аналогово-цифровой преобразователь, умножители, блоки усреднения и регистры хранения. В устройстве реализованы два канала измерения, в первом из которых осуществляется когерентная, а во втором – некогерентная обработка принимаемого сигнала. Однако данное устройство не использует обработку синфазной и квадратурной компонент комплексной огибающей принимаемого сигнала.It is also known "Digital meter of signal power and interference power in the bandwidth of the radio receiver channel in real time" [RF Patent RU 247216], which contains a mixer, a bandpass filter, an analog-to-digital converter, multipliers, averaging units and storage registers. The device implements two measurement channels, the first of which is coherent, and the second is incoherent processing of the received signal. However, this device does not use in-phase and quadrature component processing of the complex envelope of the received signal.

Наиболее близким к заявляемому устройству является устройство для оценки текущего отношения сигнал-шум [Патент РФ RU 2598693 «Способ и устройство для оценки текущего отношения сигнал-шум»], первый вариантреализации которого и выбран в качестве прототипа.Closest to the claimed device is a device for assessing the current signal-to-noise ratio [RF Patent RU 2598693 "Method and device for assessing the current signal-to-noise ratio"], the first embodiment of which was chosen as a prototype.

Устройство включает в себя последовательно соединенные квадратурный смеситель, блок оценки отношения сигнал-шум и блок компенсации смещения, причем вход квадратурного смесителя является входом устройства, выходы квадратурного смесителя соединены с соответствующими входами блока оценки отношения сигнал-шум, выход которого соединен со входом блока компенсации смещения, выход которого является выходом устройства.The device includes a series-connected quadrature mixer, a signal-to-noise ratio estimation unit and an offset compensation unit, and the input of the quadrature mixer is the input of the device, the outputs of the quadrature mixer are connected to the corresponding inputs of the signal-to-noise ratio estimation unit, the output of which is connected to the input of the offset compensation unit whose output is the output of the device.

Устройство работает следующим образом. На вход устройства поступает аддитивная смесь y(t) = S(t) + n(t) сигнала S(t) (в виде последовательности символов заданной длины c фазовой манипуляцией)и аддитивного белого гауссовского шума (АБГШ)n(t). В квадратурном смесителе выделяютсясинфазная I Y и квадратурная Q Y компоненты комплексной огибающей принимаемого сигналаThe device works as follows. The input of the device receives the additive mixture y (t) = S (t) + n (t) of the signal S (t) (in the form of a sequence of symbols of a given length with phase shift keying) and additive white Gaussian noise (AWGN) n (t). In a quadrature mixer, the I Y and Q Y components of the complex envelope of the received signal are separated

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

При этом отсчеты указанных компонент берутся на выходе квадратурного смесителя с частотой следования канальных символов. Далее в блоке оценки отношения сигнал-шум для заданной длительности выборки, составляющей K канальных символов, определяются:In this case, the samples of these components are taken at the output of the quadrature mixer with the channel symbol repetition rate. Further, in the signal-to-noise ratio estimation unit for a given sample duration, which is K channel symbols, the following are determined:

– средние по времени значения квадратов синфазной

Figure 00000003
и квадратурной
Figure 00000004
компонент;Are the time average values of the squares of the in-phase
Figure 00000003
and quadrature
Figure 00000004
component;

– квадрат среднего модулясинфазной компоненты

Figure 00000005
;Is the square of the mean modulus of the in-phase component
Figure 00000005
 ;

– квадрат среднего значения квадратурной компоненты

Figure 00000006
, при- square of the mean value of the quadrature component
Figure 00000006
 , at

этом средние значения этой компоненты рассчитываются с учетом знакаmeanwhile, the average values of this component are calculated taking into account the sign

принимаемого канального символа;the received channel symbol;

– оценка текущего отношения сигнал-шум- estimation of the current signal-to-noise ratio

SNR=

Figure 00000007
, (1)SNR =
Figure 00000007
, (1)

которая при необходимости корректируется в блоке коррекции смещения.which, if necessary, is corrected in the offset correction block.

Таким образом, в прототипе указанная оценка формируется в результате обработки последовательных временных отсчетов смеси сигнала с шумом в течение достаточно большого промежутка времени, равного длительности К канальных символов, что является одним из недостатков прототипа. Кроме того, прототип предполагает использование для передачи сообщений двоичного сигнала S(t) с фазовой манипуляцией, тогда как в настоящее время широко распространены системы, использующие М различных ортогональных сигналов Thus, in the prototype, the specified estimate is formed as a result of processing successive time samples of the signal-noise mixture for a sufficiently long period of time equal to the duration of K channel symbols, which is one of the disadvantages of the prototype. In addition, the prototype assumes the use of a binary signal S (t) with phase shift keying for message transmission, whereas at present, systems using M different orthogonal signals are widely used.

Figure 00000008
=
Figure 00000009
], i =
Figure 00000010
, (2)
Figure 00000008
=
Figure 00000009
], i =
Figure 00000010
, (2)

где

Figure 00000011
– независимые случайные величины с равномерным законом распределения на интервале (–π , π);Where
Figure 00000011
- independent random variables with a uniform distribution law on the interval (–π, π);

Figure 00000012
i=
Figure 00000010
, j =
Figure 00000010
,
Figure 00000013
– условие ортогональности
Figure 00000012
i =
Figure 00000010
, j =
Figure 00000010
,
Figure 00000013
- orthogonality condition

сигналов

Figure 00000014
.signals
Figure 00000014
...

При оптимальном приеме таких сигналов на выходе каждого из M каналов устройства их различения формируется огибающая смеси сигнала с шумомWith optimal reception of such signals at the output of each of the M channels of the device for distinguishing them, an envelope of the signal-noise mixture is formed

Figure 00000015
,
Figure 00000016
.
Figure 00000015
,
Figure 00000016
...

Величины

Figure 00000017
,
Figure 00000016
при различении Mортогональных сигналов статистически независимы и при i≠ j распределеныпо закону РелеяThe quantities
Figure 00000017
 ,
Figure 00000016
when distinguishing Morthogonal signals, they are statistically independent and for i ≠ j are distributed according to the Rayleigh law

р(

Figure 00000018
)=
Figure 00000019
,
Figure 00000020
где j – номер принимаемого сигнала; R(
Figure 00000018
) =
Figure 00000019
,
Figure 00000020
where j is the number of the received signal;

Figure 00000021
– отношение сигнал-шум;
Figure 00000021
- signal-to-noise ratio;

E – энергия сигнала; E is the signal energy;

N – спектральная плотность мощности шума. N is the power spectral density of the noise.

При i = j величина

Figure 00000022
распределена по закону РайсаFor i = j, the quantity
Figure 00000022
distributed according to Rice's law

р(

Figure 00000023
) =
Figure 00000024
, R(
Figure 00000023
) =
Figure 00000024
,

где I 0 (q j ) – функция Бесселя нулевого порядка.where I 0 ( q j ) is the zero-order Bessel function.

Покажем, что обрабатывая совокупность

Figure 00000025
можно получить оценку Q методом максимального правдоподобия [С.З. Кузьмин. Цифровая обработка радиолокационной информации. – М.: Сов. Радио, 1967. С. 33, 35].Let us show that processing the collection
Figure 00000025
you can get an estimate of Q by the maximum likelihood method [S.Z. Kuzmin. Digital processing of radar information. - M .: Sov. Radio, 1967. S. 33, 35].

Функция правдоподобия неизвестных величин Q и j имеет вид
[Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. – М.: Радио и связь, 1983, С.139, формула (2.5.48)]The likelihood function of the unknown quantities Q and j has the form
[Tikhonov V.I. Optimal signal reception. - M .: Radio and communication, 1983, S. 139, formula (2.5.48)]

Figure 00000026
р(
Figure 00000027
=
Figure 00000026
R(
Figure 00000027
=

Figure 00000028
Figure 00000028

Функция правдоподобия интересующего нас параметра

Figure 00000029
находится из (3) известным способомThe likelihood function of the parameter of interest to us
Figure 00000029
 is found from (3) in a known way

Figure 00000030
, (4)
Figure 00000030
, (4)

где P(j) – вероятность приема сигнала с номером j. where P (j) is the probability of receiving a signal with number j.

Применяя этот способ, получимApplying this method, we get

Figure 00000031
, (5)
Figure 00000031
, (five)

где

Figure 00000032
– оценка номера принимаемого сигнала (результат решения задачи различения).Where
Figure 00000032
 - evaluation of the number of the received signal (the result of solving the discrimination problem).

Для отыскания оптимальной по критерию максимума правдоподобия оценки

Figure 00000033
необходимо решить уравнениеTo find the optimal estimate according to the criterion of maximum likelihood
Figure 00000033
 it is necessary to solve the equation

Figure 00000034
lnL (Q) = 0, (6)
Figure 00000034
lnL (Q) = 0, (6)

которое является очень громоздким. Поскольку вероятность ошибки при различении сигналов очень мала, то, полагая в (5)

Figure 00000035
≈ 1, получим более простое выражение для отыскания квазиоптимальной оценки отношения сигнал-шумwhich is very cumbersome. Since the probability of error in distinguishing signals is very small, then, assuming in (5)
Figure 00000035
≈ 1, we obtain a simpler expression for finding a quasi-optimal estimate of the signal-to-noise ratio

Figure 00000036
Figure 00000036

ln

Figure 00000037
Figure 00000038
 +
Figure 00000039
 – (M – 1)
Figure 00000040
– ln
Figure 00000037
Figure 00000038
 +
Figure 00000039
 - (M - 1)
Figure 00000040
-

–

Figure 00000041
=
Figure 00000042
– M
Figure 00000043
–
Figure 00000044
Figure 00000045
 –
Figure 00000046
+
Figure 00000047
. (8) -
Figure 00000041
=
Figure 00000042
 - M
Figure 00000043
-
Figure 00000044
Figure 00000045
 -
Figure 00000046
+
Figure 00000047
... (8)

После взятия частной производной от выражения (8) уравнение (6) принимает видAfter taking the partial derivative of expression (8), equation (6) takes the form

Figure 00000048
= 0
Figure 00000048
= 0

или после преобразований

Figure 00000049
. (9)or after transformations
Figure 00000049
... (nine)

Одно из решений полученного приведенного квадратного уравнения (9), соответствующее

Figure 00000050
≥ 0, и дает искомое выражение для квазиоптимальной оценки отношения сигнал-шумOne of the solutions of the obtained reduced quadratic equation (9), corresponding
Figure 00000050
≥ 0, and gives the sought expression for the quasi-optimal estimate of the signal-to-noise ratio

Figure 00000050
= – M +
Figure 00000051
. (10)
Figure 00000050
= - M +
Figure 00000051
... (ten)

В предлагаемом устройстве отсчеты величин

Figure 00000052
,
Figure 00000053
берутся одновременно в момент времени T, соответствующий длительности канального символа, что позволяет устранить первый недостаток прототипа – в К раз сократить время, затрачиваемое на получение оценки сигнал-шум.In the proposed device, the readings of quantities
Figure 00000052
,
Figure 00000053
are taken simultaneously at the time instant T, corresponding to the channel symbol duration, which makes it possible to eliminate the first drawback of the prototype - to reduce the time spent on obtaining the signal-to-noise estimate by a factor of K.

Целью изобретения является расширение области применения устройства на случай применения его в многоканальных системах приема ортогональных сигналов и сокращение времени, затрачиваемого на получение оценки сигнал-шум, то есть устранение указанных недостатков.The aim of the invention is to expand the field of application of the device for the case of its application in multichannel systems for receiving orthogonal signals and to reduce the time spent on obtaining an estimate of the signal-to-noise, that is, to eliminate these disadvantages.

Поставленная цель достигается тем, что в отличие от прототипа, являющегося одноканальными содержащего квадратурный смеситель, устройство сделано М-канальным (по числу используемых в системе различных ортогональных сигналов), причем в каждый канал кроме квадратурного смесителя дополнительно введен блок оценки квадрата огибающей, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами квадратурного смесителя, и ключ, информационный вход которого подключен к выходу блока оценки квадрата огибающей, управляющий вход является внешним входом устройства и соединен с управляющими входами всех остальных ключей, а в общую часть устройства, представленную блоком оценки отношения сигнал-шум, дополнительно введены общий и первый сумматоры, пятый умножитель, блок извлечения квадратного корня и блок вычитания, причем общий сумматор имеет М входов, каждый из которых соединен с выходом соответствующего ключа, а выход общего сумматора подключен ко второму входу первого сумматора, первый вход которого соединен с выходом пятого умножителя, имеющего объединенные входы, подключенные к дополнительному входу устройства и второму входу блока вычитания, первый вход которого соединен с выходом блока извлечения квадратного корня, вход которого подключен к выходу первого сумматора, а выход блока вычитания является выходом устройства. This goal is achieved by the fact that, in contrast to the prototype, which is a single-channel containing a quadrature mixer, the device is made M-channel (according to the number of different orthogonal signals used in the system), and in addition to the quadrature mixer, an envelope square estimator is additionally introduced into each channel, the first and second whose inputs are connected, respectively, to the first and second outputs of the quadrature mixer, and the key, the information input of which is connected to the output of the envelope square estimator, the control input is an external input of the device and is connected to the control inputs of all other keys, and to the general part of the device represented by the estimation unit signal-to-noise ratio, the common and the first adders, the fifth multiplier, the square root extraction unit and the subtraction unit are additionally introduced, and the general adder has M inputs, each of which is connected to the output of the corresponding key, and the output of the common adder is connected to the second input of the first adder a, the first input of which is connected to the output of the fifth multiplier, which has combined inputs connected to the additional input of the device and the second input of the subtractor unit, the first input of which is connected to the output of the square root extraction unit, the input of which is connected to the output of the first adder, and the output of the subtraction unit is device output.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается тем, что является многоканальным, причем в каждом из М каналов содержит квадратурный смеситель, а также дополнительно введенные блок оценки квадрата огибающей в составе двух умножителей и сумматора и ключ. Кроме того, общий для устройства блок оценки отношения сигнал-шум имеет резко отличающуюся от одноименного блока прототипа структуру и включает в себя два сумматора, умножитель, блок вычитания и блок извлечения квадратного корня. Блок компенсации смещения исключен.Comparative analysis with the prototype shows that the inventive device differs in that it is multichannel, and in each of the M channels contains a quadrature mixer, as well as an additionally introduced envelope square estimator consisting of two multipliers and an adder and a key. In addition, the unit for estimating the signal-to-noise ratio common to the device has a structure that differs sharply from the block of the same name in the prototype and includes two adders, a multiplier, a subtraction unit and a square root extraction unit. The offset compensation unit is excluded.

Таким образом, заявляемое устройство содержит новые блоки и связи и соответствует критерию изобретения «новизна».Thus, the claimed device contains new blocks and connections and meets the criterion of the invention "novelty".

Сравнение заявляемого решения с другими техническими решениями показывает, что вновь введенные элементы известны [Горошков Б.И. Элементы радиоэлектронных устройств: Справочник. – М.: Радио и связь, 1988; Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. – СПб: БХВ-Петербург, 2005; Comparison of the proposed solution with other technical solutions shows that the newly introduced elements are known [Goroshkov B.I. Elements of radio-electronic devices: Handbook. - M .: Radio and communication, 1988; Ugryumov E.P. Digital circuitry. - SPb: BHV-Petersburg, 2005;

Петровский И.И., Прибыльский А.В., Троян А.А., Чувелев В.С. Логические интегральные схемы КР 1533,1554. Справочник. В двух частях. – М.: ТОО «БИНОМ», 1993; Цифровые устройства на интегральных микросхемах. – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1991 – (Массовая радиобиблиотека.Вып. 1159); Цифровые и аналоговые интегральные микросхемы. Справочник/ под.ред. С.В. Якубовского. – М.: Радио и связь, 1989].Petrovsky I.I., Pribylsky A.V., Troyan A.A., Chuvelev V.S. Logic integrated circuits KR 1533,1554. Directory. In two parts. - M .: LLP "BINOM", 1993; Digital devices on integrated circuits. - 3rd ed. revised and add. - M .: Radio and communication, 1991 - (Mass radio library. Issue 1159); Digital and analog integrated circuits. Handbook / ed. S.V. Yakubovsky. - M .: Radio and communication, 1989].

Однако при их введении в указанной связи с остальными элементами в заявляемое устройство оно проявляет новые свойства, что приводит к расширению области его применения и сокращению времени, затрачиваемого на получение оценки сигнал-шум. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию «существенные отличия». However, when they are introduced in this connection with the rest of the elements in the claimed device, it exhibits new properties, which leads to an expansion of the scope of its application and a reduction in the time spent on obtaining a signal-to-noise estimate. This allows us to conclude that the technical solution meets the criterion of "significant differences".

Укрупненная блок-схема устройства представлена на фиг.1 An enlarged block diagram of the device is shown in Fig. 1

Устройство является М-канальным (по числу сигналов, используемых для передачи сообщений), причем каждый канал содержит: The device is M-channel (according to the number of signals used to transmit messages), and each channel contains:

1–квадратурный смеситель, вход которого является входом устройства, а первый и второй выходы соединены соответственно с первым и вторым входами блока оценки квадрата огибающей 2. 1-quadrature mixer, the input of which is the input of the device, and the first and second outputs are connected, respectively, to the first and second inputs of the envelope square estimator 2.

2 – блок оценки квадрата огибающей, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами квадратурного смесителя 1, а выход соединен с информационным входом ключа 3 2 - block for estimating the square of the envelope, the first and second inputs of which are connected respectively to the first and second outputs of the quadrature mixer 1, and the output is connected to the information input of the key 3

3 – ключ, информационный вход которого подключен к выходу блока оценки квадрата огибающей, а управляющий вход является внешним входом устройства и соединен с управляющими входами всех остальных ключей. Выход ключа представляет собой выход канала устройства и подключен к соответствующему входу общего для устройства блока оценки отношения сигнал-шум 4. 3 - a key, the information input of which is connected to the output of the envelope square estimator, and the control input is an external input of the device and is connected to the control inputs of all other keys. The output of the key is the output of the device channel and is connected to the corresponding input of the signal-to-noise ratio estimation unit common to the device 4.

Общая часть устройства, объединяющая все М каналов, содержит: The common part of the device, which unites all M channels, contains:

4 – блок оценки отношения сигнал-шум на М входов, каждый из которых подключен к выходу соответствующего ключа (канала устройства).
Выход блока 4 является выходом устройства.4 - block for estimating the signal-to-noise ratio at M inputs, each of which is connected to the output of the corresponding switch (device channel).
Block 4 output is the device output.

Блок-схема квадратурного смесителя 1 представлена на фиг.2. A block diagram of a quadrature mixer 1 is shown in FIG. 2.

Квадратурный смеситель 1 содержит последовательно соединенные первый умножитель 5 и первый фильтр низких частот (ФНЧ) 6, последовательно соединенные второй умножитель 5 и второй ФНЧ 6, генератор 8(вырабатывает один из сигналов (2)) и фазовращатель 7 (сдвигает фазу на 90°). При этом вход квадратурного смесителя 1 соединен с первыми входами первого и второго умножителей 5, выход генератора 8 подключен ко второму входу первого умножителя 5 и входу фазовращателя 7, выход которого подключен ко второму входу второго умножителя 5. Первым и вторым выходами квадратурного смесителя 1 являются выходы соответственно первого и второго ФНЧ 6, которые подключены соответственно к первому и второму входам блока оценки квадрата огибающей.Quadrature mixer 1 contains a first multiplier 5 and a first low-pass filter (LPF) 6 connected in series, a second multiplier 5 and a second LPF 6 connected in series, a generator 8 (generates one of the signals (2)) and a phase shifter 7 (shifts the phase by 90 °) ... In this case, the input of the quadrature mixer 1 is connected to the first inputs of the first and second multipliers 5, the output of the generator 8 is connected to the second input of the first multiplier 5 and the input of the phase shifter 7, the output of which is connected to the second input of the second multiplier 5. The first and second outputs of the quadrature mixer 1 are outputs respectively, the first and second low-pass filter 6, which are connected respectively to the first and second inputs of the envelope square estimation unit.

Блок-схема блока оценки квадрата огибающей 2 представлена на фиг. 3.A block diagram of the envelope square estimator 2 is shown in FIG. 3.

Блок оценки квадрата огибающей 2 содержит третий и четвертый умножители 5 , а также сумматор 9. Первый и второй входы блока оценки квадрата огибающей являются объединенными входами соответственно третьего и четвертого умножителей 5, выходы которых подключены соответственно к первому и второму входам сумматора 9, выход которого является выходом блока оценки квадрата огибающей.The envelope square estimator 2 contains the third and fourth multipliers 5, as well as the adder 9. The first and second inputs of the envelope square estimator are the combined inputs of the third and fourth multipliers 5, respectively, the outputs of which are connected respectively to the first and second inputs of the adder 9, the output of which is the output of the block for evaluating the square of the envelope.

Квадратурный смеситель 1 и блок оценки квадрата огибающей 2 являются типовыми блоками корреляционного оптимального различителя М сигналов (2) со случайными начальными фазами [Информационные технологии в радиотехнических системах: Учебное пособие / В.А. Васин, И.Б. Власов, Ю.М. Егоров и др. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003. – С. 180]. Quadrature mixer 1 and block for estimating the square of the envelope 2 are typical blocks of the correlation optimal discriminator of M signals (2) with random initial phases [Information technology in radio engineering systems: Textbook / V.А. Vasin, I.B. Vlasov, Yu.M. Egorov et al. - M .: Publishing house of MSTU im. N.E. Bauman, 2003. - S. 180].

Блок-схема блока оценки отношения сигнал-шум 4 представлена на
фиг. 4. В состав блока входят:The block diagram of the signal-to-noise ratio estimator 4 is shown in
fig. 4. The block includes:

общий сумматор 10 на М входов, каждый из которых соединен с выходом соответствующего ключа 3 (канала устройства), а выход общего сумматора 10 подключен ко второму входу первого сумматора 9; a common adder 10 for M inputs, each of which is connected to the output of the corresponding key 3 (device channel), and the output of the common adder 10 is connected to the second input of the first adder 9;

первый сумматор 9, второй вход которого подключен к выходу общего сумматора 10, первый вход – к выходу пятого умножителя 5, а выход – ко входу блока извлечения квадратного корня11;the first adder 9, the second input of which is connected to the output of the general adder 10, the first input to the output of the fifth multiplier 5, and the output to the input of the square root extractor 11;

блок извлечения квадратного корня 11, вход которого соединен с выходом первого сумматора 9, а выход – с первым входом блока вычитания 12;a square root extraction unit 11, the input of which is connected to the output of the first adder 9, and the output to the first input of the subtractor 12;

пятый умножитель 5, объединенные входы которого соединены с дополнительным входом устройства и со вторым входом блока вычитания 12, а выход подключен к первому входу первого сумматора 9;the fifth multiplier 5, the combined inputs of which are connected to the additional input of the device and to the second input of the subtractor 12, and the output is connected to the first input of the first adder 9;

блок вычитания 12, первый вход которого соединен с выходом блока извлечения квадратного корня 11, второй вход – с дополнительным входом устройства, а выход является выходом устройства.subtraction unit 12, the first input of which is connected to the output of the square root extraction unit 11, the second input to the additional input of the device, and the output is the output of the device.

Устройство работает следующим образом. На вход устройства поступает аддитивная смесь y(t) =

Figure 00000054
+ n(t) сигнала
Figure 00000054
(одного из Mортогональных сигналов
Figure 00000055
,
Figure 00000056
и белого гауссовского шума n(t). В квадратурном смесителе 1i-го канала (фиг. 2) выделяются синфазная
Figure 00000057
и квадратурная
Figure 00000058
компоненты комплексной огибающей принимаемого сигнала, которые поступают на объединенные входы третьего и четвертого умножителей 5i-го блока оценки квадрата огибающей 2 соответственно (фиг.3), с выходов которых
Figure 00000059
подаются соответственно на первый и второй входы сумматора 9, с выхода которого результат сложения
Figure 00000060
поступает на информационный вход своего ключа 3 (фиг. 1). В момент времени Т, соответствующий длительности канального символа, с управляющего входа устройства поступает сигнал на управляющие входы всех ключей 3, в результате чего на их выходах одновременно формируются отсчеты квадратов огибающих
Figure 00000061
Каждый отсчет
Figure 00000062
поступает на свой вход блока оценки отношения сигнал-шум 4 (фиг.4), каждый из которых представляет собой вход общего сумматора 10. Значение M с дополнительного входа устройства подается на второй вход блока вычитания 12 и объединенные входы пятого умножителя 5, с выхода которого значение
Figure 00000063
поступает на первый
Figure 00000038
вход первого сумматора 9. С выхода общего сумматора 10 значение
Figure 00000064
 поступает на второй вход первого сумматора 9, с выхода которого значение
Figure 00000063
+
Figure 00000064
 подается на вход блока извлечения квадратного корня 11, с выхода которого значение
Figure 00000065
поступает на первый вход блока вычитания 12. Результат вычитания
Figure 00000065
– М The device works as follows. An additive mixture y (t) =
Figure 00000054
+ n (t) signal
Figure 00000054
(one of the Morthogonal signals
Figure 00000055
,
Figure 00000056
and white Gaussian noise n (t). In the quadrature mixer 1 of the i -th channel (Fig. 2), the in-phase
Figure 00000057
and quadrature
Figure 00000058
components of the complex envelope of the received signal, which are fed to the combined inputs of the third and fourth multipliers 5 of the i- th block for estimating the square of the envelope 2, respectively (Fig. 3), from the outputs of which
Figure 00000059
are fed respectively to the first and second inputs of the adder 9, from the output of which the result of addition
Figure 00000060
enters the information input of its key 3 (Fig. 1). At time T corresponding to the channel symbol duration, a signal is sent from the control input of the device to the control inputs of all keys 3, as a result of which envelope square counts are simultaneously formed at their outputs
Figure 00000061
Every countdown
Figure 00000062
arrives at its input of the signal-to-noise ratio estimator 4 (Fig. 4), each of which is the input of the general adder 10. The value of M from the additional input of the device is fed to the second input of the subtractor 12 and the combined inputs of the fifth multiplier 5, from the output of which value
Figure 00000063
enters the first
Figure 00000038
 input of the first adder 9. From the output of the general adder 10 value
Figure 00000064
 goes to the second input of the first adder 9, from the output of which the value
Figure 00000063
+
Figure 00000064
 is fed to the input of the block for extracting the square root 11, from the output of which the value
Figure 00000065
goes to the first input of the subtraction block 12. The result of the subtraction
Figure 00000065
- M

с выхода блока вычитания 12 поступает на выход устройства в качестве искомой оценки (10) отношения сигнал-шум

Figure 00000050
.from the output of the subtractor 12 is fed to the output of the device as the desired estimate (10) of the signal-to-noise ratio
Figure 00000050
...

Таким образом, в прототипе оценка отношения сигнал-шум рассчитывается по формуле (1) на основе обработки последовательных временных отсчетов синфазной и квадратурной компонент смеси сигнала с шумом в течение достаточно большого промежутка времени, равного длительности К канальных символов. В предлагаемом устройстве оценка производится по формуле (10) на основе обработки отсчетов квадратов комплексных огибающих смеси сигнала с шумом, взятых с выходов каналов устройства в момент окончания канального символа.Thus, in the prototype, the estimate of the signal-to-noise ratio is calculated by formula (1) based on the processing of successive time samples of the in-phase and quadrature components of the signal-to-noise mixture for a sufficiently long period of time equal to the duration K of the channel symbols. In the proposed device, the assessment is made according to the formula (10) based on processing the samples of the squares of the complex envelopes of the signal-to-noise mixture, taken from the outputs of the device channels at the end of the channel symbol.

Claims (1)

Устройство для оценки текущего отношения сигнал-шум, содержащее квадратурный смеситель, вход которого является входом устройства, отличающееся тем, что является многоканальным, причем в каждый канал, кроме квадратурного смесителя, дополнительно введен блок оценки квадрата огибающей, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами квадратурного смесителя, и ключ, информационный вход которого подключен к выходу блока оценки квадрата огибающей, управляющий вход является внешним входом устройства и соединен с управляющими входами всех остальных ключей, а в общую часть устройства, представленную блоком оценки отношения сигнал-шум, дополнительно введены общий и первый сумматоры, пятый умножитель, блок извлечения квадратного корня и блок вычитания, причем общий сумматор имеет М входов, каждый из которых соединен с выходом соответствующего ключа, а выход общего сумматора подключен ко второму входу первого сумматора, первый вход которого соединен с выходом пятого умножителя, имеющего объединенные входы, подключенные к дополнительному входу устройства и второму входу блока вычитания, первый вход которого соединен с выходом блока извлечения квадратного корня, вход которого подключен к выходу первого сумматора, а выход блока вычитания является выходом устройства.A device for estimating the current signal-to-noise ratio, containing a quadrature mixer, the input of which is the input of a device, characterized in that it is multi-channel, and in each channel, in addition to the quadrature mixer, an envelope square estimator is additionally introduced, the first and second inputs of which are connected respectively to the first and second outputs of the quadrature mixer, and the switch, the information input of which is connected to the output of the envelope square estimator, the control input is an external input of the device and is connected to the control inputs of all other switches, and to the common part of the device, represented by the signal-to-noise ratio estimation unit, the common and the first adders, the fifth multiplier, the square-root extraction unit and the subtraction unit are additionally introduced, and the total adder has M inputs, each of which is connected to the output of the corresponding key, and the output of the general adder is connected to the second input of the first adder, the first input of which is connected to toe out th multiplier having combined inputs connected to the additional input of the device and the second input of the subtractor, the first input of which is connected to the output of the square root extraction unit, the input of which is connected to the output of the first adder, and the output of the subtractor is the output of the device.
RU2020106673A 2020-02-12 2020-02-12 Device for estimating current signal-to-noise ratio RU2732719C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020106673A RU2732719C1 (en) 2020-02-12 2020-02-12 Device for estimating current signal-to-noise ratio

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020106673A RU2732719C1 (en) 2020-02-12 2020-02-12 Device for estimating current signal-to-noise ratio

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2732719C1 true RU2732719C1 (en) 2020-09-22

Family

ID=72922358

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020106673A RU2732719C1 (en) 2020-02-12 2020-02-12 Device for estimating current signal-to-noise ratio

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2732719C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2780819C1 (en) * 2021-12-17 2022-10-04 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия воздушно-космической обороны имени Маршала Советского Союза Г.К. Жукова" Министерства обороны Российской Федерации Device for evaluating the current signal-to-noise ratio

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1150585A1 (en) * 1983-07-13 1985-04-15 Предприятие П/Я Г-4056 Device for measuring signal-to-noise ratio
RU75054U1 (en) * 2008-02-01 2008-07-20 Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" DEVICE FOR MEASURING SIGNAL / NOISE RELATIONSHIP
RU2598693C1 (en) * 2015-03-25 2016-09-27 ООО "Топкон Позишионинг Системс" Method and apparatus for estimating current signal-noise ratio
US9698904B2 (en) * 2014-07-09 2017-07-04 Fujitsu Limited Apparatus for monitoring optical signal to noise ratio, transmitter and communication system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1150585A1 (en) * 1983-07-13 1985-04-15 Предприятие П/Я Г-4056 Device for measuring signal-to-noise ratio
RU75054U1 (en) * 2008-02-01 2008-07-20 Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Южный Федеральный Университет" DEVICE FOR MEASURING SIGNAL / NOISE RELATIONSHIP
US9698904B2 (en) * 2014-07-09 2017-07-04 Fujitsu Limited Apparatus for monitoring optical signal to noise ratio, transmitter and communication system
RU2598693C1 (en) * 2015-03-25 2016-09-27 ООО "Топкон Позишионинг Системс" Method and apparatus for estimating current signal-noise ratio

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2780819C1 (en) * 2021-12-17 2022-10-04 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия воздушно-космической обороны имени Маршала Советского Союза Г.К. Жукова" Министерства обороны Российской Федерации Device for evaluating the current signal-to-noise ratio

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9712316B2 (en) Reception apparatus, phase error estimation method, and phase error correction method
RU2598693C1 (en) Method and apparatus for estimating current signal-noise ratio
RU2656577C1 (en) Digital coherent demodulator of four-position signal with phase manipulation
JP3271504B2 (en) Frequency estimation circuit and AFC circuit using the same
US10855494B2 (en) Transmitter and receiver and corresponding methods
CN109039573B (en) CPM signal multi-symbol detection method
US8995576B2 (en) Method and module for estimating frequency bias in a digital-telecommunications system
US20200358475A1 (en) Methods for improving flexibility and data rate of chirp spread spectrum systems in lorawan
RU2732719C1 (en) Device for estimating current signal-to-noise ratio
US9768897B2 (en) Method for searching for a useful signal in a multiplexing band
RU2780819C1 (en) Device for evaluating the current signal-to-noise ratio
RU2628427C2 (en) Digital signals demodulator with quadrature amplitude manipulation
US20130170576A1 (en) Assembly and Method for Detecting Multiple Level Signals
RU2320080C2 (en) Method and device for synchronization of pseudo-random sequences
RU2713218C1 (en) Demodulator
CN107846262B (en) Demodulation code rate detection method based on differential correlation operation
JP5742310B2 (en) Method determining apparatus and method determining method
CN112099059A (en) High-sensitivity satellite signal capturing method and device and computer storage medium
RU2766429C9 (en) Digital non-coherent amplitude-phase-shift keying signal demodulator
RU2736623C1 (en) System on chip for receiving messages of telemetric information over radio frequency channel
RU2626332C1 (en) Method of demodulation of signal
JPH09246917A (en) Frequency error estimation device
RU2776968C1 (en) Digital signal demodulator with multiple phase shift keying
Chang et al. High-accuracy carrier phase discriminator in one-bit quantized software-defined receivers
US8559483B1 (en) Signal quality monitor