RU2780819C1 - Device for evaluating the current signal-to-noise ratio - Google Patents

Device for evaluating the current signal-to-noise ratio Download PDF

Info

Publication number
RU2780819C1
RU2780819C1 RU2021137734A RU2021137734A RU2780819C1 RU 2780819 C1 RU2780819 C1 RU 2780819C1 RU 2021137734 A RU2021137734 A RU 2021137734A RU 2021137734 A RU2021137734 A RU 2021137734A RU 2780819 C1 RU2780819 C1 RU 2780819C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
output
inputs
multiplier
switch
Prior art date
Application number
RU2021137734A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Викторович Макарычев
Сергей Борисович Жиронкин
Андрей Александрович Пшеницын
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия воздушно-космической обороны имени Маршала Советского Союза Г.К. Жукова" Министерства обороны Российской Федерации
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия воздушно-космической обороны имени Маршала Советского Союза Г.К. Жукова" Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия воздушно-космической обороны имени Маршала Советского Союза Г.К. Жукова" Министерства обороны Российской Федерации
Application granted granted Critical
Publication of RU2780819C1 publication Critical patent/RU2780819C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: communication technology.
SUBSTANCE: invention relates to the field of digital signal reception and processing systems and can be used to improve the efficiency of soft decoding algorithms, power management and resource allocation implemented in multichannel orthogonal signal reception systems. The device for evaluating the current signal-to-noise ratio additionally contains a coherent heterodyne and two switches in each channel, and in the general part, a third switch and a divider by two.
EFFECT: expanding the scope of the device by providing an additional possibility of coherent reception of deterministic orthogonal signals.
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 multichannel systems for receiving orthogonal signals.

Известен способ и устройство оценки текущего отношения сигнал-шум [Патент США 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.A known method and device for estimating the current signal-to-noise ratio [US Patent US 7190741]. The device contains a quadrature mixer and a signal-to-noise ratio estimator. In the quadrature mixer, the in-phase and quadrature components of the complex envelope of the received signal are separated, from 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 gives significant errors in the region of low signal-to-noise ratios.

Известен способ оценки отношения сигнал-шум [Патент США US 6317456], включающий операции усреднения, извлечения квадратного корня и деления, выполняемые над синфазной и квадратурной компонентами принимаемого сигнала. Однако он предназначен для OFDM сигналов.There is a method for estimating the signal-to-noise ratio [US Patent US 6317456], including the operations of averaging, taking a square root and dividing, 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 2472167], 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.Also known is a "Digital meter of signal power and interference power in the bandwidth of a radio receiver channel in real time" [RF Patent RU 2472167], which contains a mixer, a bandpass filter, an analog-to-digital converter, multipliers, averaging units and storage registers. The device has two measurement channels, in the first of which coherent processing is carried out, and in the second - incoherent processing of the received signal. However, this device does not use the processing of the in-phase and quadrature components of the complex envelope of the received signal.

Известно также устройство для оценки текущего отношения сигнал-шум [Патент РФ RU 2598693 «Способ и устройство для оценки текущего отношения сигнал-шум»], первый вариант реализации которого и рассмотрен в качестве аналога.It is also known a device for estimating the current signal-to-noise ratio [RF Patent RU 2598693 "Method and device for estimating the current signal-to-noise ratio"], the first implementation of which is considered as an analogue.

Устройство включает в себя последовательно соединенные квадратурный смеситель, блок оценки отношения сигнал-шум и блок компенсации смещения.The device includes a quadrature mixer connected in series, a signal-to-noise ratio estimator, and an offset compensation unit.

В квадратурном смесителе выделяются синфазная и квадратурная компоненты комплексной огибающей принимаемого сигнала. 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 К канальных символов, определяются: средние по времени значения квадратов синфазной и квадратурной компонент; квадрат среднего модуля синфазной компоненты; квадрат среднего значения квадратурной компоненты; оценка текущего отношения сигнал-шум, которая при необходимости корректируется в блоке коррекции смещения.In the quadrature mixer, the in-phase and quadrature components of the complex envelope of the received signal are separated. The samples of these components are taken at the output of the quadrature mixer with the frequency of the channel symbols. Further, in the block for estimating the signal-to-noise ratio for a given sample duration, component K of the channel symbols, the following are determined: the time-averaged values of the squares of the in-phase and quadrature components; the square of the average modulus of the in-phase component; the square of the mean value of the quadrature component; estimation of the current signal-to-noise ratio, which, if necessary, is corrected in the offset correction block.

Таким образом, в рассматриваемом устройстве 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 устройства. Кроме того, устройство 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 device under consideration, this estimate is formed as a result of processing successive time samples of the signal-to-noise mixture over a sufficiently long period of time equal to the duration of K channel symbols, which is one of the disadvantages of the device. In addition, the device assumes the use of a binary signal S(t) with phase shift keying for message transmission, while systems using M different orthogonal signals are currently widespread.

Наиболее близким к заявляемому устройству является «Устройство для оценки текущего отношения сигнал-шум» [Патент РФ RU 2732719], которое устраняет недостатки предыдущего аналога и выбрано в качестве прототипа.Closest to the claimed device is the "Device for estimating the current signal-to-noise ratio" [RF Patent RU 2732719], which eliminates the shortcomings of the previous analogue and is selected as a prototype.

Укрупненная блок-схема устройства - прототипа представлена на фиг. 1. Устройство является М-канальным (по числу сигналов, используемых для передачи сообщений), причем каждый канал содержит:An enlarged block diagram of the prototype device is shown in Fig. 1. 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 block for evaluating the square of the envelope 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 evaluating 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 - key, the information input of which is connected to the output of the block for evaluating the square of the envelope, 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 channel of the device and is connected to the corresponding input of the signal-to-noise ratio evaluation block 4 common for the device.

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

4 - блок оценки отношения сигнал-шум на М входов, каждый из которых подключен к выходу соответствующего ключа (канала устройства), и один дополнительный вход. Выход блока 4 является выходом устройства.4 - signal-to-noise ratio evaluation unit for M inputs, each of which is connected to the output of the corresponding key (device channel), and one additional input. The output of block 4 is the output of the device.

Квадратурный смеситель 1 и блок оценки квадрата огибающей 2 являются типовыми блоками корреляционного оптимального различителя М сигналов 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].The quadrature mixer 1 and the squared envelope estimator 2 are typical blocks of the correlation optimal discriminator of M signals with random initial phases [Information technology in radio engineering systems: Tutorial / V.A. Vasin, I.B. Vlasov, Yu.M. Egorov and others - M .: Publishing house of MSTU im. N.E. Bauman, 2003. - S. 180].

Блок-схема блока оценки отношения сигнал-шум 4 представлена на фиг. 2. В состав блока входят:The block diagram of the signal-to-noise ratio estimator 4 is shown in FIG. 2. 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;- common adder 10 M inputs, each of which is connected to the output of the corresponding key 3 (device channel), and the output of the total 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 корня 11;- the first adder 9, the second input of which is connected to the output of the total adder 10, the first input - to the output of the fifth multiplier 5, and the output - to the input of the square root 11;

- блок извлечения квадратного корня 11, вход которого соединен с выходом первого сумматора 9, а выход - с первым входом блока вычитания 12;- block extracting the square root 11, the input of which is connected to the output of the first adder 9, and the output - with 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 is connected 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

Figure 00000001
сигнала
Figure 00000002
(одного из М ортогональных сигналов
Figure 00000003
и белого гауссовского шума
Figure 00000004
В квадратурном смесителе 1 i-го канала выделяются синфазная
Figure 00000005
и квадратурная
Figure 00000006
компоненты комплексной огибающей принимаемого сигнала, поступающие на входы блока оценки квадрата огибающей 2, с выхода которого
Figure 00000007
поступает на информационный вход своего ключа 3 (фиг. 1).The device works as follows. The additive mixture enters the input of the device
Figure 00000001
signal
Figure 00000002
(one of M orthogonal signals
Figure 00000003
and white Gaussian noise
Figure 00000004
In quadrature mixer 1 of the i-th channel, in-phase
Figure 00000005
and quadrature
Figure 00000006
components of the complex envelope of the received signal, coming to the inputs of the block for estimating the square of the envelope 2, from the output of which
Figure 00000007
enters the information input of its key 3 (Fig. 1).

В момент времени T, 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 00000008
Каждый отсчет
Figure 00000009
поступает на свой вход общего сумматора блока оценки отношения сигнал-шум 4 (фиг. 2). Значение М с дополнительного входа устройства подается на второй вход блока вычитания 12 и объединенные входы пятого умножителя 5, с выхода которого значение М2 поступает на первый вход первого сумматора 9.At time T, corresponding to the duration of the channel symbol, a signal is sent from the control input of the device to the control inputs of all switches 3, as a result of which the readings of the squares of the envelopes are simultaneously formed at their outputs
Figure 00000008
Every countdown
Figure 00000009
arrives at its input to the total adder block evaluation of the signal-to-noise ratio 4 (Fig. 2). 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 the value of M 2 is fed to the first input of the first adder 9.

С выхода общего сумматора 10 значение

Figure 00000010
поступает на второй вход первого сумматора 9, с выхода которого значение
Figure 00000011
подается на вход блока извлечения квадратного корня 11, с выхода которого значение
Figure 00000012
поступает на первый вход блока вычитания 12. Результат вычитания
Figure 00000013
с выхода блока вычитания 12 поступает на выход устройства в качестве искомой оценки отношения сигнал-шум
Figure 00000014
From the output of the total adder 10 value
Figure 00000010
enters the second input of the first adder 9, from the output of which the value
Figure 00000011
is fed to the input of the square root extraction block 11, from the output of which the value
Figure 00000012
enters the first input of the subtraction block 12. The result of the subtraction
Figure 00000013
from the output of the subtractor 12 goes to the output of the device as the desired estimate of the signal-to-noise ratio
Figure 00000014

Таким образом, прототип реализует полученное методом максимального правдоподобия выражение для оценки сигнал-шумThus, the prototype implements the expression obtained by the maximum likelihood method for estimating the signal-to-noise

Figure 00000015
Figure 00000015

При этом отсчеты величин

Figure 00000016
берутся одновременно в момент времени Т, соответствующий длительности канального символа, что позволяет устранить недостаток предыдущего аналога - в К раз сократить время, затрачиваемое на получение оценки сигнал-шум.At the same time, the readings of the values
Figure 00000016
are taken simultaneously at time T, corresponding to the duration of the channel symbol, which makes it possible to eliminate the disadvantage of the previous analogue - to reduce the time spent on obtaining the signal-to-noise estimate by K times.

К недостатку прототипа следует отнести возможность его работы только при некогерентном приеме передаваемых сигналов (сигналов с неизвестной начальной фазой), тогда как в перспективе ожидается использование когерентного приема детерминированных сигналов (сигналов с известной, после измерения в устройстве фазовой автоподстройки частоты, начальной фазой).The disadvantage of the prototype should include the possibility of its operation only with incoherent reception of transmitted signals (signals with an unknown initial phase), while in the future it is expected to use coherent reception of deterministic signals (signals with a known initial phase after measurement in a phase locked loop device).

При оптимальном когерентном приеме в каждом из М каналов устройства различения сигналов

Figure 00000017
находится коррелятор или согласованный фильтр, на выходах которых формируются корреляционные интегралыWith optimal coherent reception in each of the M channels of the signal discrimination device
Figure 00000017
a correlator or a matched filter is found, at the outputs of which correlation integrals are formed

Figure 00000018
Figure 00000018

Величины qi имеют гауссовское распределение и при различении М ортогональных сигналов статистически независимы. Их математические ожидания равны нулю при

Figure 00000019
а дисперсии равны Q [Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. - М.: Радио и связь, 1983, С. 78]The values q i have a Gaussian distribution and are statistically independent when distinguishing M orthogonal signals. Their mathematical expectations are equal to zero for
Figure 00000019
and the dispersions are equal to Q [Tikhonov V.I. Optimal signal reception. - M .: Radio and communication, 1983, S. 78]

Figure 00000020
Figure 00000020

где j- номер принимаемого сигнала;where j is the number of the received signal;

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

Е - энергия сигнала;E - signal energy;

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

При i=j величина qj также имеет гауссовское распределение с равными Q математическим ожиданием и дисперсиейFor i=j, the quantity q j also has a Gaussian distribution with equal Q mathematical expectation and variance

Figure 00000022
Figure 00000022

Покажем, что, обрабатывая совокупность q1, q2, …,qM, 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 by processing the set q 1 , q 2 , …,q M , we can obtain 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 видThe likelihood function of the unknown quantities Q and j has the form

Figure 00000023
Figure 00000023

Функция правдоподобия интересующего нас параметра Q находится из (2) известным способомThe likelihood function of the parameter Q of interest to us is found from (2) in a known way

Figure 00000024
Figure 00000024

где

Figure 00000025
- вероятность приема сигнала с номером j.where
Figure 00000025
- the probability of receiving a signal with number j.

Применяя этот способ, получимApplying this method, we get

Figure 00000026
Figure 00000026

где

Figure 00000027
- оценка номера принимаемого сигнала (результат решения задачи различения).where
Figure 00000027
- estimation of the number of the received signal (the result of solving the discrimination problem).

Для отыскания оптимальной по критерию максимума правдоподобия оценки Q необходимо решить уравнениеTo find the optimal estimate of Q according to the maximum likelihood criterion, it is necessary to solve the equation

Figure 00000028
Figure 00000028

которое является очень громоздким. Поскольку вероятность ошибки при различении сигналов очень мала, то, полагая в (4)

Figure 00000029
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 (4)
Figure 00000029
we obtain a simpler expression for finding a quasi-optimal estimate of the signal-to-noise ratio

Figure 00000030
Figure 00000030

Figure 00000031
Figure 00000031

После взятия частной производной от выражения (7) уравнение (5) принимает видAfter taking the partial derivative of expression (7), equation (5) takes the form

Figure 00000032
Figure 00000032

или после преобразований

Figure 00000033
or after transformation
Figure 00000033

Одно из решений полученного приведенного квадратного уравнения (8), соответствующее Q>0, и дает искомое выражение для квазиоптимальной оценки отношения сигнал-шум при когерентном способе приема сигналаOne of the solutions of the obtained reduced quadratic equation (8), corresponding to Q>0, gives the desired expression for the quasi-optimal estimate of the signal-to-noise ratio for the coherent method of signal reception

Figure 00000034
Figure 00000034

В предлагаемом устройстве, как и в прототипе, отсчеты величин

Figure 00000035
берутся одновременно в момент времени Т, соответствующий длительности канального символа.In the proposed device, as in the prototype, the values
Figure 00000035
are taken simultaneously at time T corresponding to the duration of the channel symbol.

Целью изобретения является расширение области применения устройства путем обеспечения дополнительной возможности когерентного приема детерминированных ортогональных сигналов, то есть устранение указанного недостатка прототипа.The aim of the invention is to expand the scope of the device by providing an additional possibility of coherent reception of deterministic orthogonal signals, that is, the elimination of this drawback of the prototype.

Поставленная цель достигается тем, что в многоканальное устройство, содержащее в каждом канале квадратурный смеситель, вход которого является входом устройства, 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 общая часть устройства, представленная блоком оценки отношения сигнал-шум, содержит 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 ко 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, в отличие от прототипа, в каждый канал устройства дополнительно введеныкоге-рентный гетеродин, первый и второй коммутаторы, а в общую часть устройства - третий коммутатор и делитель на два, причем первый и второй входы первого коммутатора соединены с выходом соответственно когерентного гетеродина и генератора, входящего в состав квадратурного смесителя, третий вход - с переключающим входом устройства, а выход первого коммутатора соединен со вторым входом первого умножителя, входящего в состав квадратурного смесителя; первый вход и выход второго коммутатора соединены соответственно с выходом четвертого умножителя и вторым входом сумматора, которые входят в состав блока оценки квадрата огибающей, а второй вход второго коммутатора - с переключающим входом устройства; дополнительный вход устройства непосредственно и через делитель на два подключен соответственно к первому и второму входам третьего коммутатора, выход которого соединен с объединенными входами пятого умножителя, а третий вход - с переключающим входом устройства.This goal is achieved by the fact that in a multi-channel device containing in each channel a quadrature mixer, the input of which is the input of the device, the squared envelope estimation unit, the first and second inputs of which 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 squared envelope estimator, the control input is an external input of the device and is connected to the control inputs of all other switches, and the common part of the device, represented by the signal-to-noise ratio estimator, contains the common and first adders, the fifth multiplier, the square root extraction block, and the block subtraction, moreover, the general 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 the output of the fifth multiplier, which has combined inputs connected to the second input of the subtractor, the first entrance to 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 the output of the device, unlike the prototype, a coherent local oscillator, the first and second switches are additionally introduced into each channel of the device, and - a third switch and a divider by two, wherein the first and second inputs of the first switch are connected to the output of the coherent local oscillator and generator, respectively, which is part of the quadrature mixer, the third input is connected to the switching input of the device, and the output of the first switch is connected to the second input of the first multiplier, which is part in the composition of the quadrature mixer; the first input and output of the second switch are connected respectively to the output of the fourth multiplier and the second input of the adder, which are part of the envelope square estimation unit, and the second input of the second switch is connected to the switching input of the device; the additional input of the device is connected directly and through a divider by two, respectively, to the first and second inputs of the third switch, the output of which is connected to the combined inputs of the fifth multiplier, and the third input is connected to the switching input of the device.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что заявляемое устройство отличается тем, что в каждый из М каналов дополнительно введены когерентный гетеродин и два коммутатора, а в общую часть устройства - третий коммутатор и делитель на два.A comparative analysis with the prototype shows that the claimed device differs in that a coherent local oscillator and two switches are additionally introduced into each of the M channels, and a third switch and a divider by two are added to the common part of the device.

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; Петровский И.И., Прибыльский А.В., Троян А.А., Чувелев B.C. Логические интегральные схемы ЮР 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. СВ. Якубовского. - М.: Радио и связь, 1989].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: a Handbook. - M.: Radio and communication, 1988; Ugryumov E.P. Digital circuitry. - St. Petersburg: BHV-Petersburg, 2005; Petrovsky I.I., Pribylsky A.V., Troyan A.A., Chuvelev B.C. Logic integrated circuits YuR 1533, 1554. Handbook. In two parts. - M.: LLP "BINOM", 1993; Digital devices on integrated circuits. - 3rd ed. revised and additional M .: Radio and communication, 1991 - (Mass radio library. Issue 1159); Digital and analog integrated circuits. Handbook / under. ed. ST. 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 (дает возможность осуществлять не только некогерентный прием ортогональных сигналов со случайной начальной фазой, но и когерентный прием детерминированных ортогональных сигналов). Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию «существенные отличия».However, when they are introduced in this connection with other elements in the claimed device, it exhibits new properties, which leads to an expansion of its scope (makes it possible to carry out not only incoherent reception of orthogonal signals with a random initial phase, but also coherent reception of deterministic orthogonal signals). This allows us to conclude that the technical solution meets the criterion of "significant differences".

Укрупненная блок-схема устройства представлена на фиг. 3.An enlarged block diagram of the device is shown in Fig. 3.

Устройство является М-канальным (по числу сигналов, используемых для передачи сообщений), причем каждый канал содержит (фиг. 4):The device is M-channel (according to the number of signals used to transmit messages), and each channel contains (Fig. 4):

13 - первый и второй коммутаторы. Первый и второй входы первого-коммутаторасоединены соответственно с выходом когерентного гетеродина 14 и выходом генератора 8, третий вход - спереключающим входом устройства, а выход подключен ко второму входу первого умножителя 5. Первый вход второго коммутаторасоединен с выходом четвертого умножителя 5, а второй вход - с переключающим входом устройства.13 - the first and second switches. The first and second inputs of the first switch are connected respectively to the output of the coherent local oscillator 14 and the output of the generator 8, the third input is connected to the switching input of the device, and the output is connected to the second input of the first multiplier 5. The first input of the second switch is connected to the output of the fourth multiplier 5, and the second input is connected to switching input of the device.

14 - когерентный гетеродин, выход которого соединен с первым входом первого коммутатора 13.14 - coherent local oscillator, the output of which is connected to the first input of the first switch 13.

1 - квадратурный смеситель, содержащий последовательно соединенные первый умножитель 5 и первый фильтр низких частот (ФНЧ) 6, последовательно соединенные второй умножитель 5 и второй ФНЧ 6, генератор 8 и фазовращатель 7. При этом вход квадратурного смесителя 1 соединен с первыми входами первого и второго умножителей 5, выход генератора 8 подключен ко второму входу первого коммутатора 2 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.1 - quadrature mixer containing the first multiplier 5 and the first low-pass filter (LPF) 6 connected in series, the second multiplier 5 and the second low-pass filter 6, the generator 8 and the phase shifter 7 connected in series. 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 switch 2 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 the outputs of the first and second LPF 6, respectively, which are connected respectively to the first and to the second input of the squared envelope estimator.

2 - блок оценки квадрата огибающей, первый и второй входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами квадратурного смесителя 1. Блок 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 к первым входам соответственно сумматора 9 и второго коммутатора 13. Второй вход второго коммутатора 13 соединен с переключающим входом устройства, авыход - со вторым входом сумматора 9, выход которого является выходом блока оценки квадрата огибающей 2 и 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. The block contains the third and fourth multipliers 5, as well as the adder 9. The first and second inputs of the block for estimating the square of the envelope are the combined inputs of the third and the fourth multiplier 5, the outputs of which are connected to the first inputs of the adder 9 and the second switch 13, respectively. key input 3.

Блок-схемы квадратурного смесителя 1 и блока оценки квадрата огибающей 2 полностью идентичны соответствующим блок-схемам прототипа.The block diagrams of the quadrature mixer 1 and the squared envelope estimator 2 are completely identical to the corresponding block diagrams of the prototype.

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 - key, the information input of which is connected to the output of the block for evaluating the square of the envelope, 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 channel of the device and is connected to the corresponding input of the signal-to-noise ratio evaluation block 4 common for the device.

В общую часть устройства, объединяющую все М каналов, входят (фиг. 3):The common part of the device, which combines all M channels, includes (Fig. 3):

4 - блок оценки отношения сигнал-шум, который включает в себя:4 - signal-to-noise ratio estimation block, which 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;- common adder 10 M inputs, each of which is connected to the output of the corresponding key 3 (device channel), and the output of the total 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 корня 11;- the first adder 9, the second input of which is connected to the output of the total adder 10, the first input - to the output of the fifth multiplier 5, and the output - to the input of the square root 11;

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

- пятый умножитель 5, объединенные входы которого соединены с выходом третьего коммутатора 13 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 output of the third switch 13 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 И, второй вход - с выходом третьего коммутатора 13, а выход является выходом устройства.- subtraction unit 12, the first input of which is connected to the output of the square root extraction unit AND, the second input is connected to the output of the third switch 13, and the output is the output of the device.

Блок-схема блока оценки отношения сигнал-шум 4 полностью идентична соответствующей блок-схеме прототипа;The block diagram of the signal-to-noise ratio 4 is completely identical to the corresponding block diagram of the prototype;

13 - третий коммутатор, первый вход которого соединен с дополнительным входом устройства, второй вход - с выходом делителя на два 15, третий вход - с переключающим входом устройства, а выход - с объединенными входами пятого умножителя 5 и вторым входом блока вычитания 12;13 - the third switch, the first input of which is connected to the additional input of the device, the second input - with the output of the divider by two 15, the third input - with the switching input of the device, and the output - with the combined inputs of the fifth multiplier 5 and the second input of the subtractor 12;

15 - делитель на два, вход которого подключен к дополнительному входу устройства, а выход - ко второму входу третьего коммутатора 13.15 - a divider by two, the input of which is connected to the additional input of the device, and the output - to the second input of the third switch 13.

Устройство работает следующим образом. Перед началом работы задается вид приема путем подачи управляющего сигнала («1» - некогерентный прием, «0» - когерентный прием) с переключающего входа устройства на управляющие входы первого, второго и третьего коммутатора (третий, второй и третий входы соответственно). При некогерентном приеме:The device works as follows. Before starting work, the type of reception is set by applying a control signal ("1" - non-coherent reception, "0" - coherent reception) from the switching input of the device to the control inputs of the first, second and third switches (the third, second and third inputs, respectively). With incoherent reception:

- второй вход первого коммутатора соединяется с его выходом;- the second input of the first switch is connected to its output;

- первый вход второго коммутатора соединяется с его выходом;- the first input of the second switch is connected to its output;

- первый вход третьего коммутатора соединяется с его выходом.- the first input of the third switch is connected to its output.

В результате схема предлагаемого устройства полностью совпадает со схемой прототипа, работа которого рассмотрена выше. Поэтому имеет смысл рассмотреть работу устройства при когерентном приеме, при котором:As a result, the scheme of the proposed device completely coincides with the scheme of the prototype, the operation of which is discussed above. Therefore, it makes sense to consider the operation of the device with coherent reception, in which:

- первый вход первого коммутатора соединяется с его выходом;- the first input of the first switch is connected to its output;

- первый вход второго коммутатора отсоединяется от его выхода;- the first input of the second switch is disconnected from its output;

- второй вход третьего коммутатора соединяется с его выходом. Результатом указанных действий является отключение блоков устройства, обеспечивающих обработку квадратурной составляющей принимаемого сигнала, и подключение когерентного гетеродина 14 вместо генератора 8, входящего в состав квадратурного смесителя 1.- the second input of the third switch is connected to its output. The result of these actions is to turn off the device blocks that provide processing of the quadrature component of the received signal, and connect the coherent local oscillator 14 instead of the generator 8, which is part of the quadrature mixer 1.

При когерентном приеме на вход устройства (фиг. 4) поступает аддитивная смесь

Figure 00000036
сигнала Sj(t). (одного из М детерминированных ортогональных сигналов) и белого гауссовского шума n(t) В первом умножителе 5i-го канала производится умножение принимаемого сигнала y(t) на опорный сигнал Si(t) с выхода когерентного гетеродина 14. Результат перемножения y(t)Si(t) поступает на вход первого фильтра низких частот 6, с выхода которого значение корреляционного интеграла
Figure 00000037
подается на объединенные входы третьегоумножителя 5, с выхода которого значение
Figure 00000038
через сумматор 9 поступает на информационный вход ключа 3.With coherent reception, the input of the device (Fig. 4) receives an additive mixture
Figure 00000036
signal S j (t). (one of the M deterministic orthogonal signals) and white Gaussian noise n(t) )S i (t) is fed to the input of the first low-pass filter 6, from the output of which the value of the correlation integral
Figure 00000037
is fed to the combined inputs of the third multiplier 5, from the output of which the value
Figure 00000038
through the adder 9 enters the information input of the key 3.

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

Figure 00000039
Каждый отсчет
Figure 00000040
поступает на свой вход блока оценки отношения сигнал-шум 4, каждый из которых представляет собой вход общего сумматора 10 (фиг. 3). Значение М с дополнительного входа устройства подается на вход делителя на два 15, с выхода которого значение
Figure 00000041
через третий коммутатор поступает на второй вход блока вычитания 12 и объединенные входы пятого умножителя 5, с выхода которого значение
Figure 00000042
поступает на первый вход первого сумматора 9. С выхода общего сумматора 10 значение
Figure 00000043
поступает на второй вход первого сумматора 9, с выхода которого значение
Figure 00000044
подается на вход блока извлечения квадратного корня 11, с выхода которого значение
Figure 00000045
поступает на первый вход блока вычитания 12.At time T, corresponding to the duration of the channel symbol, a signal is sent from the control input of the device to the control inputs of all switches 3, as a result of which samples are simultaneously formed at their outputs
Figure 00000039
Every countdown
Figure 00000040
arrives at its input block signal-to-noise ratio 4, each of which is the input of the total adder 10 (Fig. 3). The value of M from the additional input of the device is fed to the input of the divider by two 15, from the output of which the value
Figure 00000041
through the third switch enters the second input of the subtraction block 12 and the combined inputs of the fifth multiplier 5, from the output of which the value
Figure 00000042
enters the first input of the first adder 9. From the output of the total adder 10, the value
Figure 00000043
enters the second input of the first adder 9, from the output of which the value
Figure 00000044
is fed to the input of the square root extraction block 11, from the output of which the value
Figure 00000045
enters the first input of the subtraction block 12.

Результат вычитания

Figure 00000046
с выхода; блока вычитания 12 поступает на выход устройства в качестве искомой оценки отношения сигнал-шум
Figure 00000047
subtraction result
Figure 00000046
from the exit; subtractor 12 is fed to the output of the device as the desired estimate of the signal-to-noise ratio
Figure 00000047

Claims (1)

Устройство для оценки текущего отношения сигнал-шум, являющееся многоканальным, содержащее в каждом канале квадратурный смеситель, вход которого является входом устройства, 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 общая часть устройства, представленная блоком оценки отношения сигнал-шум, содержит 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 ко 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, отличающееся тем, что в каждый канал устройства дополнительно введены когерентный гетеродин, первый и второй коммутаторы, а в общую часть устройства - третий коммутатор и делитель на два, причем первый и второй входы первого коммутатора соединены с выходом соответственно когерентного гетеродина и генератора, входящего в состав квадратурного смесителя, третий вход - с переключающим входом устройства, а выход первого коммутатора соединен со вторым входом первого умножителя, входящего в состав квадратурного смесителя; первый вход и выход второго коммутатора соединены соответственно с выходом четвертого умножителя и вторым входом сумматора, которые входят в состав блока оценки квадрата огибающей, а второй вход второго коммутатора - с переключающим входом устройства; дополнительный вход устройства непосредственно и через делитель на два подключен соответственно к первому и второму входам третьего коммутатора, выход которого соединен с объединенными входами пятого умножителя, а третий вход - с переключающим входом устройства; квадратурный смеситель содержит последовательно соединенные первый умножитель и первый фильтр низких частот, последовательно соединенные второй умножитель и второй фильтр низких частот, причем вход квадратурного смесителя соединен с первыми входами первого и второго умножителей, выход генератора подключен ко входу фазовращателя, выход которого подключен ко второму входу второго умножителя, а первым и вторым выходами квадратурного смесителя являются выходы соответственно первого и второго фильтра низких частот; блок оценки квадрата огибающей содержит третий умножитель, а первый и второй входы блока оценки квадрата огибающей являются объединенными входами соответственно третьего и четвертого умножителей, выходы которых подключены к первым входам соответственно сумматора и второго коммутатора.A device for estimating the current signal-to-noise ratio, which is multi-channel, containing in each channel a quadrature mixer, the input of which is the input of the device, an envelope square estimator, the first and second inputs of which are connected respectively to the first and second outputs of the quadrature mixer, and a key, an information input which is connected to the output of the squared envelope estimator, the control input is an external input of the device and is connected to the control inputs of all other switches, and the common part of the device, represented by the signal-to-noise ratio estimator, contains the common and first adders, the fifth multiplier, the square root extractor and a subtractor, wherein the common 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, the first input of which is connected to the output of the fifth multiplier, which has combined inputs connected to the second input of the subtractor , ne 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 the output of the device, characterized in that a coherent local oscillator, the first and second switches are additionally introduced into each channel of the device, and in the common part of the device - a third switch and a divider by two, wherein the first and second inputs of the first switch are connected to the output of the coherent local oscillator and generator, respectively, which is part of the quadrature mixer, the third input is connected to the switching input of the device, and the output of the first switch is connected to the second input of the first multiplier, which is part in the composition of the quadrature mixer; the first input and output of the second switch are connected, respectively, to the output of the fourth multiplier and the second input of the adder, which are part of the envelope square estimator, and the second input of the second switch is connected to the switching input of the device; additional input of the device directly and through a divider by two connected respectively to the first and second inputs of the third switch, the output of which is connected to the combined inputs of the fifth multiplier, and the third input to the switching input of the device; the quadrature mixer contains the first multiplier and the first low-pass filter connected in series, the second multiplier and the second low-pass filter connected in series, wherein the input of the quadrature mixer is connected to the first inputs of the first and second multipliers, the output of the generator is connected to the input of the phase shifter, the output of which is connected to the second input of the second multiplier, and the first and second outputs of the quadrature mixer are the outputs of the first and second low-pass filter, respectively; the squared envelope estimator contains a third multiplier, and the first and second inputs of the squared envelope estimator are the combined inputs of the third and fourth multipliers, respectively, the outputs of which are connected to the first inputs of the adder and the second switch, respectively.
RU2021137734A 2021-12-17 Device for evaluating the current signal-to-noise ratio RU2780819C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2780819C1 true RU2780819C1 (en) 2022-10-04

Family

ID=

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1287048A1 (en) * 1984-11-10 1987-01-30 Предприятие П/Я Г-4056 Device for measuring signal-to-noise ratio for signals with phase modulation
RU2472167C1 (en) * 2011-10-07 2013-01-10 Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" Digital metre of signal capacity and noise capacity in radio receiver channel pass band in real time
RU2598693C1 (en) * 2015-03-25 2016-09-27 ООО "Топкон Позишионинг Системс" Method and apparatus for estimating current signal-noise ratio
US9503219B2 (en) * 2013-10-28 2016-11-22 Topcon Positioning Systems, Inc. Method and device for measuring the current signal-to-noise ratio when decoding LDPC codes
US9960867B1 (en) * 2017-04-18 2018-05-01 Topcon Positioning Systems, Inc. Method and apparatus for estimating the current signal-to-thermal noise ratio and signal-to-pulse noise ratio
US10027430B1 (en) * 2017-04-18 2018-07-17 Topcon Positioning Systems, Inc. Method and apparatus for estimating the current signal-to-thermal noise ratio and signal-to-pulse noise ratio
RU2732719C1 (en) * 2020-02-12 2020-09-22 Игорь Юрьевич Котенко Device for estimating current signal-to-noise ratio

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1287048A1 (en) * 1984-11-10 1987-01-30 Предприятие П/Я Г-4056 Device for measuring signal-to-noise ratio for signals with phase modulation
RU2472167C1 (en) * 2011-10-07 2013-01-10 Открытое акционерное общество "Концерн "Созвездие" Digital metre of signal capacity and noise capacity in radio receiver channel pass band in real time
US9503219B2 (en) * 2013-10-28 2016-11-22 Topcon Positioning Systems, Inc. Method and device for measuring the current signal-to-noise ratio when decoding LDPC codes
RU2598693C1 (en) * 2015-03-25 2016-09-27 ООО "Топкон Позишионинг Системс" Method and apparatus for estimating current signal-noise ratio
US9960867B1 (en) * 2017-04-18 2018-05-01 Topcon Positioning Systems, Inc. Method and apparatus for estimating the current signal-to-thermal noise ratio and signal-to-pulse noise ratio
US10027430B1 (en) * 2017-04-18 2018-07-17 Topcon Positioning Systems, Inc. Method and apparatus for estimating the current signal-to-thermal noise ratio and signal-to-pulse noise ratio
RU2732719C1 (en) * 2020-02-12 2020-09-22 Игорь Юрьевич Котенко Device for estimating current signal-to-noise ratio

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103634065B (en) The generation and processing of CDMA signals
Vila-Valls et al. Are PLLs dead? A tutorial on Kalman filter-based techniques for digital carrier synchronization
JP3271504B2 (en) Frequency estimation circuit and AFC circuit using the same
JP2004215022A (en) Spread spectrum receiving system
RU2598693C1 (en) Method and apparatus for estimating current signal-noise ratio
US20160381581A1 (en) Carrier frequency offset estimation for wireless communication
US8995576B2 (en) Method and module for estimating frequency bias in a digital-telecommunications system
RU2656577C1 (en) Digital coherent demodulator of four-position signal with phase manipulation
JP5241057B2 (en) L2C signal tracking device and GPS receiver using the same
RU2780819C1 (en) Device for evaluating the current signal-to-noise ratio
JP2019174418A (en) Distance measuring system
JP7250271B2 (en) POSITION DETECTION SYSTEM AND POSITION DETECTION METHOD
WO2008019601A1 (en) Receiver and receiving wireless signal method
US9528243B1 (en) Iterative method, and apparatus for acquiring time and frequency synchronization in a DSSS receiver
RU2732719C1 (en) Device for estimating current signal-to-noise ratio
Falletti et al. Assessment on low complexity C/No estimators based on M-PSK signal model for GNSS receivers
EP1517501A1 (en) Receiver device
CN102141624B (en) Method for eliminating phase noise and global positioning system receiver
US8279975B2 (en) Method to suppress undesired sidebands in a receiver
JP4945747B2 (en) Asynchronous code modulation signal receiver
RU2691380C1 (en) Device for high-accuracy signal frequency estimation in broadband communication systems
RU2713218C1 (en) Demodulator
US20020097819A1 (en) Circuit and method for symbol timing recovery using phase demodulation
JPH09246917A (en) Frequency error estimation device
US5313497A (en) Method of detecting a disturbing signal for a digital data demodulator, and apparatus implementing such a method