RU2761983C2 - Method for determining frequencies of multiple signals in subsampling receiver - Google Patents
Method for determining frequencies of multiple signals in subsampling receiver Download PDFInfo
- Publication number
- RU2761983C2 RU2761983C2 RU2021110815A RU2021110815A RU2761983C2 RU 2761983 C2 RU2761983 C2 RU 2761983C2 RU 2021110815 A RU2021110815 A RU 2021110815A RU 2021110815 A RU2021110815 A RU 2021110815A RU 2761983 C2 RU2761983 C2 RU 2761983C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- channels
- channel
- signals
- frequency
- receiver
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R23/00—Arrangements for measuring frequencies; Arrangements for analysing frequency spectra
- G01R23/16—Spectrum analysis; Fourier analysis
-
- 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
- H04B1/74—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 for increasing reliability, e.g. using redundant or spare channels or apparatus
Abstract
Description
Способ относится к области радиотехники и может быть использован при широкополосном анализе радиоэлектронной обстановки. The method relates to the field of radio engineering and can be used for broadband analysis of the electronic situation.
Если частота принимаемого сигнала выше половины частоты дискретизации цифрового приемника, то такой приемник работает в режиме субдискретизации [1]. Преимущество использования субдискретизации заключается в многократном расширении диапазона обрабатываемых частот при сохранении или незначительном увеличении объема используемой аппаратуры. Однако в условиях сложной сигнальной обстановки сигналы на входе широкополосного приемника с большой вероятностью накладываются во времени. При этом даже в отсутствие наложения спектров сигналов возникает ошибка определения частоты. Характер этой ошибки зависит от конкретной схемы приемника с субдискретизацией.If the frequency of the received signal is higher than half the sampling frequency of a digital receiver, then such a receiver operates in the subsampling mode [1]. The advantage of using subsampling lies in the multiple expansion of the range of processed frequencies while maintaining or slightly increasing the amount of equipment used. However, in a complex signal environment, signals at the input of a wideband receiver are likely to overlap in time. In this case, even in the absence of aliasing of the signal spectra, an error occurs in determining the frequency. The nature of this error depends on the specific downsampling receiver circuitry.
Из технического уровня известен приемник с субдискретизацией, описанный в патенте [2]. Приемник содержит три канала, каждый из которых содержит АЦП. Один канал может измерять частоту в первой зоне Найквиста, т.е. если частота входного сигнала меньше половины частоты дискретизации. Соответственно, при использовании только одного канала для измерения частоты во второй и последующей зонах Найквиста возникает неоднозначность. Два канала используются для определения входной частоты, превышающей частоты дискретизации. Третий канал в широком диапазоне частот устраняет неоднозначность определения частоты, возникающую по причине соответствия одному кортежу (упорядоченному набору, в котором важен порядок следования элементов) частот в первой зоне Найквиста нескольких значений входной частоты.From the technical level known receiver with downsampling, described in the patent [2]. The receiver contains three channels, each containing an ADC. One channel can measure the frequency in the first Nyquist zone, i. E. if the frequency of the input signal is less than half the sampling frequency. Accordingly, when using only one channel for frequency measurement in the second and subsequent Nyquist zones, ambiguity arises. Two channels are used to detect an oversampling input frequency. The third channel in a wide frequency range eliminates the ambiguity in determining the frequency arising from the correspondence to one tuple (an ordered set, in which the order of elements is important) of frequencies in the first Nyquist zone of several values of the input frequency.
Принцип определения входной частоты
где
Согласно системе (1) любую входную частоту
Для определения реальной частоты входного сигнала
В частном случае решение системы сравнений (1) и, соответственно, определение частот выполняются на основе разворота амплитудных спектров сигналов, обнаруженных во всех каналах, на единую частотную ось во множество зон Найквиста в порядке, обратном их наложению при дискретизации. Сигналы считаются обнаруженными на тех частотах, которые соответствуют совпадению на единой частотной оси спектральных составляющих, обнаруженных во всех каналах. Такой подход используется в [5].In a particular case, the solution of the comparison system (1) and, accordingly, the determination of frequencies is performed based on the rotation of the amplitude spectra of the signals detected in all channels on a single frequency axis into a set of Nyquist zones in the reverse order of their superposition during sampling. Signals are considered detected at those frequencies that correspond to the coincidence on a single frequency axis of the spectral components detected in all channels. This approach is used in [5].
Определение частот наложенных во времени сигналов в таком приемнике затруднено. Так, в трехканальном приемнике одному сигналу в i-м канале соответствует своя частота в первой зоне Найквиста
Целью предлагаемого способа является обеспечение возможности определения частот наложенных во времени сигналов в приемнике с субдискретизацией при уменьшении количества каналов обработки.The purpose of the proposed method is to provide the ability to determine the frequencies of superimposed signals in time in the receiver with downsampling while reducing the number of processing channels.
Технический результат заключается в уменьшении массы и габаритных размеров приемника, а также повышении его надежности.The technical result consists in reducing the mass and overall dimensions of the receiver, as well as increasing its reliability.
Указанный результат достигается тем, что используется предлагаемый способ определения частоты в цифровом многоканальном приемнике с субдискретизацией. При этом в каждом канале выполняется аналого-цифровое преобразование, вычисление амплитудного спектра каждой оцифрованной последовательности и сравнение амплитуд спектральных составляющих с величиной заранее выбранного порога обнаружения. В каналах используются различные частоты дискретизации. Дополнительно в диапазоне рабочих частот приемника измеряют минимальное и максимальное значения коэффициента передачи каждого канала. Частоты обнаруженных спектральных составляющих развертывают во всех каналах во множество зон Найквиста на единую ось частот в порядке, обратном их наложению при дискретизации. Сравнивают между собой обнаруженные в каналах сигналы, развернутые во множество зон Найквиста, по частоте и амплитуде. При совпадении сигналов по частоте и амплитуде принимают решение об их существовании на этих частотах. Причем решение о совпадении сигналов по амплитуде принимают, если для каждой пары каналов выполняются два условия:This result is achieved by using the proposed method for determining the frequency in a digital multichannel receiver with downsampling. In this case, analog-to-digital conversion is performed in each channel, the amplitude spectrum of each digitized sequence is calculated and the amplitudes of the spectral components are compared with the value of the preselected detection threshold. The channels use different sampling rates. Additionally, in the range of operating frequencies of the receiver, the minimum and maximum values of the transmission coefficient of each channel are measured. The frequencies of the detected spectral components are swept in all channels into a plurality of Nyquist zones on a single frequency axis in the reverse order of their superposition during sampling. The signals detected in the channels, deployed in many Nyquist zones, are compared with each other in frequency and amplitude. When the signals coincide in frequency and amplitude, a decision is made about their existence at these frequencies. Moreover, the decision on the coincidence of the signals in amplitude is made if two conditions are met for each pair of channels:
- отношение амплитуд сигналов на выходах каналов не превышает отношения максимального значения коэффициента передачи одного канала к минимальному значению коэффициента передачи другого;- the ratio of signal amplitudes at the outputs of the channels does not exceed the ratio of the maximum value of the transmission coefficient of one channel to the minimum value of the transmission coefficient of the other;
- отношение амплитуд сигналов на выходах каналов не ниже отношения минимального значения коэффициента передачи одного канала к максимальному значению коэффициента передачи другого.- the ratio of the signal amplitudes at the outputs of the channels is not lower than the ratio of the minimum value of the transmission coefficient of one channel to the maximum value of the transmission coefficient of the other.
Сравнение по амплитуде может выполняться только для одного канала попарно с остальными.Amplitude comparison can be performed only for one channel in pairs with the others.
При сравнении амплитуд сигналов на выходах каналов отношение максимального значения коэффициента передачи одного канала к минимальному значению коэффициента передачи другого и отношение минимального значения коэффициента передачи одного канала к максимальному значению коэффициента передачи другого выбираются с запасами с учетом предполагаемых погрешностей измерения.When comparing the signal amplitudes at the channel outputs, the ratio of the maximum value of the transfer coefficient of one channel to the minimum value of the transfer coefficient of the other and the ratio of the minimum value of the transfer coefficient of one channel to the maximum value of the transfer coefficient of the other are chosen with margins, taking into account the assumed measurement errors.
На практике в широком частотном диапазоне на вход приемника поступают случайные сигналы от различных источников радиоизлучения, находящихся на разных расстояниях от приемника и имеющих различные мощность и другие параметры излучения. Поэтому при широком динамическом диапазоне приемника, который на практике обеспечивается использованием соответствующих АЦП, сигналы на входе приемника значительно различаются по мощности. Соответственно, для определения принадлежности сигнала в первой зоне Найквиста тому или иному входному сигналу можно выполнять сравнение сигналов в первой зоне Найквиста по амплитуде. Таким образом, возможность определения частот наложенных во времени сигналов обеспечивается различением сигналов по амплитуде. In practice, in a wide frequency range, random signals from various sources of radio emission, located at different distances from the receiver and having different power and other radiation parameters, arrive at the input of the receiver. Therefore, with a wide dynamic range of the receiver, which in practice is ensured by the use of appropriate ADCs, the signals at the receiver input differ significantly in power. Accordingly, to determine whether the signal in the first Nyquist zone belongs to one or another input signal, it is possible to compare the signals in the first Nyquist zone in amplitude. Thus, the possibility of determining the frequencies of the signals superimposed in time is ensured by distinguishing the signals by their amplitude.
Однако на практике приемник имеет разноканальность, вызванную разницей коэффициентов передачи каналов, и неравномерность коэффициента передачи в каждом канале, вызванную работой в широкой частотной полосе. При сравнении по амплитуде требуется учет разноканальности и неравномерности.In practice, however, the receiver has channel diversity caused by the difference in gains of the channels, and unevenness in the gain in each channel, caused by operation in a wide frequency band. When comparing in amplitude, it is required to take into account the diversity of channels and unevenness.
Для этого до проведения частотных измерений измеряют минимальное
Рассмотрим два канала приемника, на входы которых поступает сигнал с амплитудой А. На выходе первого канала амплитуда сигнала составляет A1изм, на выходе второго - амплитуда составляет A2изм.Consider two receiver channels, the inputs of which receive a signal with amplitude A. At the output of the first channel, the signal amplitude is A 1meas , at the output of the second, the amplitude is A 2meas .
Возможны два крайних случая, которым соответствует наибольшая разница коэффициентов передачи в каналах 1 и 2. В первом случае отношение амплитуд сигналов на выходах каналов определяется, как:Two extreme cases are possible, which correspond to the largest difference in the transmission coefficients in
Во втором случае:In the second case:
Таким образом, если выполняется условие:Thus, if the condition is met:
то можно считать, что сигналы на выходах каналов Aизм1 и Aизм2 относятся к одному входному сигналу.then we can assume that the signals at the outputs of channels A meas1 and A meas2 refer to the same input signal.
В общем виде с учетом взятия запаса на погрешность измерения это условие можно сформулировать как:In general terms, taking into account the margin for the measurement error, this condition can be formulated as:
где
При условии совпадения по частоте составляющих спектра входного сигнала, развернутых во множество зон Найквиста, и отношении амплитуд на выходах каналов, удовлетворяющем условию (2), принимается решение о том, что сигналы на выходах каналов соответствуют одному входному сигналу. При несоблюдении этого условия принимается решение о том, что сравниваемые по амплитуде сигналы соответствуют разным сигналам на входе приемника. Provided that the frequency of the components of the spectrum of the input signal, deployed in a plurality of Nyquist zones, and the ratio of the amplitudes at the outputs of the channels, satisfying condition (2), the decision is made that the signals at the outputs of the channels correspond to one input signal. If this condition is not met, a decision is made that the signals compared in amplitude correspond to different signals at the receiver input.
Сравнение по амплитуде должно выполняться для всех каналов попарно. Т.е. для трехканального приемника сравниваются амплитуды в каналах 1 и 2, 1 и 3, 2 и 3. Amplitude comparison should be performed for all channels in pairs. Those. for a three-channel receiver, the amplitudes in
Сравнение по амплитуде может выполняться только для одного канала попарно с остальными. Один из каналов считается первым, соответственно, для (2) получаем:
Поскольку количество каналов цифрового приемника N не зависит от количества одновременно обрабатываемых сигналов M, то N может быть минимальным. Соответственно, в отличие от прототипа, с увеличением количества сигналов не возрастают масса и габаритные размеры приемника, а также не снижается его надежность. Таким образом, достигается технический результат, на который направлен предлагаемый способ.Since the number of digital receiver channels N does not depend on the number of simultaneously processed signals M, then N can be minimal. Accordingly, unlike the prototype, with an increase in the number of signals, the mass and overall dimensions of the receiver do not increase, and its reliability does not decrease either. Thus, the technical result, which the proposed method is aimed at, is achieved.
На фиг. 1 для трехканального приемника представлен сигнал в первой зоне Найквиста, а также соответствующий ему истинный входной сигнал.FIG. 1 shows the signal in the first Nyquist zone for a three-channel receiver, as well as the corresponding true input signal.
На фиг. 2 рассмотрен случай, аналогичный представленному на фиг. 1, но для двух сигналов.FIG. 2, a case similar to that shown in FIG. 1, but for two signals.
Фиг. 3 иллюстрирует нахождение ложной частоты при наличии двух сигналов на входе.FIG. 3 illustrates finding the false frequency when there are two signals at the input.
На фиг. 4 приведена схема приемника, реализующего предлагаемый способ.FIG. 4 shows a diagram of a receiver that implements the proposed method.
Пример осуществления предлагаемого способа поясняется на основе схемы цифрового многоканального приемника (фиг. 4). Приемник содержит N каналов. В каждом канале последовательно включены АЦП 1, устройство вычисления спектра (УВС) 2 и устройство обнаружения (УО) 3. Каналы подключены к решающему устройству 4.An example of implementation of the proposed method is illustrated on the basis of a digital multichannel receiver circuit (Fig. 4). The receiver contains N channels. In each channel, ADC 1, a spectrum calculator (UVS) 2 and a detection device (ID) 3 are connected in series. The channels are connected to a
Диапазон рабочих частот приемника превышает половину самой высокой частоты дискретизации, т.е. приемник работает в режиме субдискретизации. Предварительно, до приема сигналов, в диапазоне рабочих частот приемника измеряют минимальное и максимальное значения коэффициента передачи каждого канала. При работе приемника смесь входных сигналов с частотами
- отношение амплитуд сигналов на выходах каналов не превышает отношения максимального значения коэффициента передачи одного канала к минимальному значению коэффициента передачи другого;- the ratio of signal amplitudes at the outputs of the channels does not exceed the ratio of the maximum value of the transmission coefficient of one channel to the minimum value of the transmission coefficient of the other;
- отношение амплитуд сигналов на выходах каналов не ниже отношения минимального значения коэффициента передачи одного канала к максимальному значению коэффициента передачи другого. - the ratio of the signal amplitudes at the outputs of the channels is not lower than the ratio of the minimum value of the transmission coefficient of one channel to the maximum value of the transmission coefficient of the other.
При совпадении по частотному положению и амплитуде для соответствующих оценок частот
Для осуществления способа используется представленный на фиг. 4 приемник. Входящие в приемник АЦП 1.1 - 1.N выбираются в соответствии с диапазоном рабочих частот. УВС 2.1 - 2.N, УО 3.1 - 3.N и решающее устройство 4 на практике могут быть реализованы программно, например, на базе ПЛИС. Таким образом, реализация способа возможна с использованием доступной электронной компонентной базы.The method shown in FIG. 4 receiver. The ADCs 1.1 - 1.N included in the receiver are selected according to the operating frequency range. UVS 2.1 - 2.N, UO 3.1 - 3.N and
Список источниковList of sources
1. Кондаков Д. В., Лавров А. П. Определение частотного спектра многокомпонентного радиосигнала в цифровом приемнике с субдискретизацией // Радиотехника. 2019. Т. 83, № 9(13). С. 52-61.1. Kondakov DV, Lavrov AP Determination of the frequency spectrum of a multicomponent radio signal in a digital receiver with subsampling // Radiotekhnika. 2019.Vol. 83, No. 9 (13). S. 52-61.
2. Патент US 5099194 A. Digital frequency measurement receiver with bandwidth improvement through multiple sampling of real signals / Richard B. Sanderson, James B. Y. Tsui. № 672310; заявл. 06.03.1991; опубл. 24.03.1992.2. Patent US 5099194 A. Digital frequency measurement receiver with bandwidth improvement through multiple sampling of real signals / Richard B. Sanderson, James B. Y. Tsui. No. 672310; declared 03/06/1991; publ. 03.24.1992.
3. Huang X., Bai R., Jin X., Fu H. Robust and Efficient Frequency Estimator for Undersampled Waveforms Based on Frequency Offset Recognition / PLoS ONE. 2016. Vol. 11, № 10. e0163871. doi:10.1371/journal.pone.0163871.3. Huang X., Bai R., Jin X., Fu H. Robust and Efficient Frequency Estimator for Undersampled Waveforms Based on Frequency Offset Recognition / PLoS ONE. 2016. Vol. 11, no. 10. e0163871. doi: 10.1371 / journal.pone.0163871.
4. Xiao L., Xia X. G. Frequency Determination from Truly Sub-Nyquist Samplers Based on Robust Chinese Remainder Theorem // Signal Processing. 2018. Vol. 150, p. 248-258.4. Xiao L., Xia X. G. Frequency Determination from Truly Sub-Nyquist Samplers Based on Robust Chinese Remainder Theorem // Signal Processing. 2018. Vol. 150, p. 248-258.
5. Патент RU 2516763 C1. Приемное устройство / А. Н. Кренев и др. № 2012143923/08; заявл. 15.10.2012; опубл. 20.05.2014, Бюл. № 14.5. Patent RU 2516763 C1. Receiving device / A. N. Krenev et al. No. 2012143923/08; declared 10/15/2012; publ. 05/20/2014, Bul. No. 14.
6. Патент US 5293114 A. Frequency measurement receiver with means to resolve an ambiguity in multiple frequency estimation / William S. McCormick, James B. Y. Tsui. № 997262; заявл. 24.12.1992; опубл. 08.03.1994.6. Patent US 5293114 A. Frequency measurement receiver with means to resolve an ambiguity in multiple frequency estimation / William S. McCormick, James B. Y. Tsui. No. 997262; declared 12.24.1992; publ. 03/08/1994.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021110815A RU2761983C2 (en) | 2021-04-16 | 2021-04-16 | Method for determining frequencies of multiple signals in subsampling receiver |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021110815A RU2761983C2 (en) | 2021-04-16 | 2021-04-16 | Method for determining frequencies of multiple signals in subsampling receiver |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2021110815A RU2021110815A (en) | 2021-06-17 |
RU2021110815A3 RU2021110815A3 (en) | 2021-11-01 |
RU2761983C2 true RU2761983C2 (en) | 2021-12-14 |
Family
ID=76377274
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021110815A RU2761983C2 (en) | 2021-04-16 | 2021-04-16 | Method for determining frequencies of multiple signals in subsampling receiver |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2761983C2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114296629A (en) * | 2021-12-28 | 2022-04-08 | 五邑大学 | Signal acquisition method and system |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101825660A (en) * | 2010-05-05 | 2010-09-08 | 天津大学 | High-efficiency measurement method for sinusoidal signal frequency in undersampling and implementation device |
WO2012049680A1 (en) * | 2010-10-14 | 2012-04-19 | Elbit Systems Ltd. | Wideband signal analyzer |
US8902365B2 (en) * | 2007-03-14 | 2014-12-02 | Lance Greggain | Interference avoidance in a television receiver |
RU2682562C2 (en) * | 2017-08-25 | 2019-03-19 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Брянский государственный технический университет" | Method of determining frequency in a matrix receiver |
-
2021
- 2021-04-16 RU RU2021110815A patent/RU2761983C2/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8902365B2 (en) * | 2007-03-14 | 2014-12-02 | Lance Greggain | Interference avoidance in a television receiver |
CN101825660A (en) * | 2010-05-05 | 2010-09-08 | 天津大学 | High-efficiency measurement method for sinusoidal signal frequency in undersampling and implementation device |
WO2012049680A1 (en) * | 2010-10-14 | 2012-04-19 | Elbit Systems Ltd. | Wideband signal analyzer |
RU2682562C2 (en) * | 2017-08-25 | 2019-03-19 | ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Брянский государственный технический университет" | Method of determining frequency in a matrix receiver |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2021110815A3 (en) | 2021-11-01 |
RU2021110815A (en) | 2021-06-17 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8116709B2 (en) | Frequency measuring broadband digital receiver | |
EP0125838A2 (en) | Direction finding | |
US4408284A (en) | Signal processing system | |
RU2761983C2 (en) | Method for determining frequencies of multiple signals in subsampling receiver | |
US10386397B2 (en) | Method for detecting signals in a frequency-ambiguous digital receiver, and digital receiver implementing such a method | |
US7266465B1 (en) | Wideband digital IFM receiver with frequency confirmation | |
Helton et al. | FPGA-based 1.2 GHz bandwidth digital instantaneous frequency measurement receiver | |
RU2382495C1 (en) | Method for automatic detection of narrow-band signals | |
Max | Testing high speed high accuracy analog to digital converters embedded in systems on a chip | |
US7738598B1 (en) | Detection and time-of-arrival estimation using an IFM receiver | |
JP6361546B2 (en) | Signal processing device | |
RU2682562C2 (en) | Method of determining frequency in a matrix receiver | |
US11418422B1 (en) | Received-signal rate detection | |
RU2429494C1 (en) | Detection method of multiple narrow-band radio signals in broad band of frequencies | |
US20040161028A1 (en) | Method and apparatus for use in DSP-based testing | |
RU2294546C2 (en) | Method for identification of radio-radiation | |
RU2763583C2 (en) | Method for determining the frequency in a receiver with subsampling | |
JPH1130661A (en) | Receiver | |
Pawłowski | A simulation investigation into the signal reconstruction accuracy of the transducer with pulse frequency output | |
Khalid et al. | A novel approach for robust instantaneous frequency measurement of simultaneous complex signals | |
Liou et al. | Wideband signal detection by employing differential sampling rates | |
KR102538624B1 (en) | Method of measuring phase difference for frequency measurement and interferometer direction finding and wideband digital receiver including the same | |
RU2768238C1 (en) | Method for two-stage selection of spectral components of radio signals in multichannel radio monitoring equipment | |
RU2806655C2 (en) | Method for detecting narrow band signals | |
CN114337614B (en) | Comparator-based high-precision edge detection method and system |