RU2782244C1 - Receiver - Google Patents
Receiver Download PDFInfo
- Publication number
- RU2782244C1 RU2782244C1 RU2022112356A RU2022112356A RU2782244C1 RU 2782244 C1 RU2782244 C1 RU 2782244C1 RU 2022112356 A RU2022112356 A RU 2022112356A RU 2022112356 A RU2022112356 A RU 2022112356A RU 2782244 C1 RU2782244 C1 RU 2782244C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- receivers
- fir filters
- receiver
- sound waves
- delay spread
- Prior art date
Links
- 230000003111 delayed Effects 0.000 claims abstract description 25
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 12
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 4
- 230000001902 propagating Effects 0.000 claims abstract description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 15
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- NRNCYVBFPDDJNE-UHFFFAOYSA-N Pemoline Chemical compound O1C(N)=NC(=O)C1C1=CC=CC=C1 NRNCYVBFPDDJNE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 7
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000004044 response Effects 0.000 description 6
- 230000003044 adaptive Effects 0.000 description 5
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 3
- 238000006011 modification reaction Methods 0.000 description 3
- 230000001702 transmitter Effects 0.000 description 3
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 2
- 102000005717 Myeloma Proteins Human genes 0.000 description 1
- 108010045503 Myeloma Proteins Proteins 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 230000000644 propagated Effects 0.000 description 1
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention belongs
[0001] Настоящее изобретение относится к технологии приема звуковых волн в воде.[0001] The present invention relates to technology for receiving sound waves in water.
Уровень техникиState of the art
[0002] В воде (особенно в море) поглощение и затухание электромагнитных волн является очень большим. По этой причине, звуковые волны, как правило, используются в качестве несущих волн для беспроводной передачи. Однако, звуковые полны имеют очень медленную скорость распространения по сравнению с электромагнитными волнами. Следовательно, возможный диапазон времени задержки между задержавшимися волнами, которые поступают после отражения от морской поверхности, дна, подводной структуры или т.п., и прямыми волнами, которые поступают без отражения (далее в данном документе называется "разброс задержки"), является очень большим. Сильное искажение формы волны возникает, когда накладываются друг на друга сигналы с большими временами задержки. Кроме того, низкая скорость распространения увеличивает разницу доплеровских частот (далее в данном документе называется "доплеровским разбросом") между прямыми волнами и задержавшимися волнами вследствие влияния морских течений и волн. Поскольку разность фаз между прямой волной и задержанной волной изменяется, характер искажения формы волны (далее в данном документе называется "характеристикой пути распространения") изменяется со временем. Как величина разброса задержки, так и величина доплеровского разброса являются пропорциональными обратной величине скорости распространения. Соответственно, разброс задержки и доплеровский разброс звуковых волн, используемых в воде, примерно в 200000 раз больше разброса задержки и доплеровского разброса электромагнитных волн, используемых в воздухе в тех же условиях. По этой причине, для того, чтобы предоставлять возможность передачи информации с помощью звуковых волн, требуется непрерывная компенсация искажения формы волны, которое быстро изменяется со временем.[0002] In water (especially in the sea), the absorption and attenuation of electromagnetic waves is very large. For this reason, sound waves are typically used as carrier waves for wireless transmission. However, sound waves have a very slow propagation speed compared to electromagnetic waves. Therefore, the possible delay time range between delayed waves that arrive after reflection from the sea surface, bottom, underwater structure, or the like, and direct waves that arrive without reflection (hereinafter referred to as "delay spread") is very big. Severe waveform distortion occurs when signals with large delay times overlap. In addition, low propagation speed increases the Doppler frequency difference (hereinafter referred to as "Doppler spread") between direct waves and delayed waves due to the influence of sea currents and waves. Since the phase difference between the direct wave and the delayed wave changes, the waveform distortion pattern (hereinafter referred to as "propagation path characteristic") changes with time. Both the amount of delay spread and the amount of Doppler spread are proportional to the reciprocal of the propagation velocity. Accordingly, the delay spread and Doppler spread of sound waves used in water are about 200,000 times greater than the delay spread and Doppler spread of electromagnetic waves used in air under the same conditions. For this reason, in order to be able to transmit information using sound waves, continuous compensation of waveform distortion, which changes rapidly with time, is required.
[0003] В качестве способа для решения такой проблемы, присущей подводной акустической связи, был предложен способ адаптивной компенсации, который адаптивно вычисляет и использует КИХ-фильтр с обратной характеристикой для характеристики пути распространения между передатчиками и приемниками (например, NPL 1).[0003] As a method for solving such a problem inherent in underwater acoustic communications, an adaptive compensation method has been proposed that adaptively calculates and uses an inverse FIR filter to characterize the propagation path between transmitters and receivers (eg, NPL 1).
[0004] Фиг. 5 является схемой, показывающей конкретный пример приемного устройства 90, которое использует способ адаптивного выравнивания АЧХ, описанный в NPL 1. Приемное устройство 10 включает в себя приемник 901, блок 902 преобразования, фильтр 903 с конечной импульсной характеристикой (КИХ), блок 904 оценки символов и блок 905 вычисления коэффициента фильтра. Приемник 901 преобразует звуковые волны в воде в электрические сигналы. Блок 902 преобразования дискретизирует сигналы, принятые приемником 901. КИХ-фильтр 903 выполняет операцию с формой волны по дискретизированному сигналу. Блок 904 оценки символов оценивает переданные символы на основе сигнала, который прошел через КИХ-фильтр 903. Блок 905 вычисления коэффициента фильтра адаптивно вычисляет коэффициент отвода КИХ-фильтра 903, так что минимизируется ошибка между сигналом, проходящим через КИХ-фильтр 903, и расчетными символами. КИХ-фильтр 903 имеет длину отвода, которая является достаточно длинной, чтобы покрывать разброс задержки. Т.е., когда разброс задержки равен σ_T секунд, а частота дискретизации КИХ-фильтра 903 равна f_s Герц, количество отводов N_tap выражается выражением (1) ниже.[0004] FIG. 5 is a diagram showing a specific example of a
[0005] Мат. 1[0005] Mat. one
[0006] Конструкция из множества отводов N_tap описывается на страницах 33 и 80 NPL 1, описанной выше.[0006] The N_tap multi-tap design is described on pages 33 and 80 of
[0007] Как описано выше, КИХ-фильтр 903, который охватывает интервал времени дольше разброса задержки, адаптивно оптимизируется. Эта оптимизация предоставляет возможность КИХ-фильтру 903 компенсировать искажение формы волны, создаваемое наложением прямой волны и задержанной волны. Т.е., возможно динамически конфигурировать выравнивающий фильтр, имеющий обратную характеристику для характеристики пути распространения. Такая обработка компенсирует сильное искажение формы волны, которое изменяется со временем.[0007] As described above, the
[0008] Как описано в NPL 1, конфигурация, использующая множество приемников 901 и множество КИХ-фильтров 903, соединенных с приемниками 901, также была предложена. В этой конфигурации число отводов КИХ-фильтров 903 также проектируется, чтобы удовлетворять выражению (1) как в вышеописанной конфигурации. Каждый КИХ-фильтр 903 работает, чтобы компенсировать искажение формы волны, создаваемое между соответствующим передатчиком и приемником. Т.е., каждый КИХ-фильтр 903 работает таким образом, чтобы формировать компенсирующий фильтр с обратной характеристикой для характеристики пути распространения, и множество приемников 901 используются с целью получения эффекта разнесения.[0008] As described in
Список библиографических ссылокList of bibliographic references
Непатентная литератураNon-Patent Literature
[0009] [NPL 1][0009] [NPL 1]
Hiroshi Ochi, "Research on Underwater High-Speed Acoustic Transmission of Digital Data Using Wideband Transducers", The University of Electro-Communications Doctoral thesis, март 2009Hiroshi Ochi, "Research on Underwater High-Speed Acoustic Transmission of Digital Data Using Wideband Transducers", The University of Electro-Communications Doctoral thesis, March 2009
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Техническая задачаTechnical task
[0010] В принципе, время, требуемое для оценки коэффициента фильтра, имеющего обратную характеристику для характеристики пути распространения, больше разброса задержки. С другой стороны, характеристика пути распространения изменяется со временем пропорционально обратной величине доплеровского разброса. Таким образом, когда доплеровский разброс и разброс задержки являются большими, характеристика пути распространения изменяется, в то время как коэффициент фильтра, имеющего обратную характеристику для характеристики пути распространения, оценивается. Компенсация искажения формы волны, следовательно, является трудно достижимой с помощью традиционного способа.[0010] In principle, the time required to estimate the coefficient of a filter having an inverse characteristic for the propagation path characteristic is larger than the delay spread. On the other hand, the propagation path characteristic changes with time in proportion to the reciprocal of the Doppler spread. Thus, when the Doppler spread and the delay spread are large, the propagation path characteristic is changed while the coefficient of a filter having an inverse characteristic of the propagation path characteristic is estimated. Compensation for waveform distortion is therefore difficult to achieve with the conventional method.
[0011] Величина доплеровского разброса пропорциональна частоте и скорости перемещения, которые используются. Следовательно, когда высокочастотный диапазон используется для высокоскоростной связи, или когда передатчик или приемник движется с высокой скоростью, трудно в достаточной степени компенсировать искажение формы волны с помощью традиционного способа. В результате, информация не может быть передана. По этой причине, скорость связи традиционных подводных акустических устройств была ограничена несколькими десятками кбит/с. Следовательно, было трудно выполнять связь с помощью подводных акустических устройств в высокоскоростном движущемся окружении.[0011] The amount of Doppler spread is proportional to the frequency and speed of movement that are used. Therefore, when the high frequency band is used for high-speed communication, or when the transmitter or receiver moves at high speed, it is difficult to sufficiently compensate for waveform distortion by the conventional method. As a result, information cannot be transmitted. For this reason, the communication speed of traditional underwater acoustic devices has been limited to a few tens of kbps. Therefore, it has been difficult to communicate with underwater acoustic devices in a high-speed moving environment.
[0012] С учетом вышеупомянутых обстоятельств целью настоящего изобретения является предоставление способа, который может снижать влияние искажения формы волны, вызванного разбросом задержки.[0012] In view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a method that can reduce the effect of waveform distortion caused by delay spread.
Средство решения проблемыTroubleshooter
[0013] Один аспект настоящего изобретения является приемным устройством, включающим в себя: M приемников, сконфигурированных, чтобы принимать сигналы на основе звуковых волн, распространяющихся в воде; M КИХ-фильтров, сконфигурированных, чтобы выполнять операцию с формой волны по сигналам, принимаемым приемниками; объединяющее устройство, сконфигурированное, чтобы объединять выходные сигналы M КИХ-фильтров; и блок вычисления коэффициента фильтра, сконфигурированный, чтобы вычислять коэффициент отвода M КИХ-фильтров с тем, чтобы уменьшать ошибку выходных сигналов, объединенных посредством объединяющего устройства. M КИХ-фильтров имеют длину отвода, которая короче разброса задержки, т.е., возможного диапазона между временем прибытия прямой волны и временем прибытия задержанной волны из звуковых волн.[0013] One aspect of the present invention is a receiver including: M receivers configured to receive signals based on sound waves propagating in water; M FIR filters configured to perform a waveform operation on the signals received by the receivers; a combining device configured to combine the outputs of the M FIR filters; and a filter coefficient calculator configured to calculate a tap coefficient M of the FIR filters so as to reduce the error of the output signals combined by the combiner. The M FIR filters have a tap length that is shorter than the delay spread, i.e., the possible range between the time of arrival of the direct wave and the time of arrival of the delayed wave from the sound waves.
Преимущества изобретенияBenefits of the Invention
[0014] Настоящее изобретение может уменьшать влияние искажения формы волны, вызванного разбросом задержки.[0014] The present invention can reduce the effect of waveform distortion caused by delay spread.
Краткое описание чертежейBrief description of the drawings
[0015] Фиг. 1 является схематичной блок-схемой, показывающей основные принципы функциональной конфигурации приемного устройства 10 настоящего изобретения.[0015] FIG. 1 is a schematic block diagram showing the basic principles of the functional configuration of the
Фиг. 2 является схемой, показывающей принцип работы приемного устройства 10.Fig. 2 is a diagram showing the operation principle of the
Фиг. 3 является таблицей, показывающей рабочие условия для моделирований традиционного приемного устройства и приемного устройства 10 настоящего варианта осуществления.Fig. 3 is a table showing the operating conditions for the simulations of the conventional receiver and the
Фиг. 4 является графиком, показывающим результаты моделирований, выполненных в рабочих условиях, показанных на фиг. 3.Fig. 4 is a graph showing the results of simulations performed under the operating conditions shown in FIG. 3.
Фиг. 5 является схемой, показывающей конкретный пример приемного устройства 90, которое использует способ адаптивного выравнивания АЧХ, описанный в NPL 1.Fig. 5 is a diagram showing a specific example of a
Подробное описание вариантов осуществленияDetailed description of embodiments
[0016] Обращаясь к чертежам, вариант осуществления приемного устройства настоящего изобретения теперь описывается подробно.[0016] Referring to the drawings, an embodiment of the receiver of the present invention is now described in detail.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Фиг. 1 является схематичной блок-схемой, показывающей основные принципы функциональной конфигурации приемного устройства 10 настоящего изобретения. Приемное устройство 10 настоящего изобретения включает в себя множество КИХ-фильтров 103, имеющих длину отвода, достаточно более короткую по сравнению с предполагаемым разбросом σ_T задержки. Длина отвода является значением, полученным умножением интервала времени дискретизации на число отводов. Поскольку КИХ-фильтры 103 имеют такую длину отвода, КИХ-фильтры 103 не могут формировать фильтры с обратной характеристикой искажения формы волны. Однако, приемное устройство 10 настоящего изобретения приспособлено для пространственного удаления задержанной волны, которая является коренной причиной искажения формы волны. Таким образом, возможно уменьшать влияние искажения формы волны, вызванного большим разбросом задержки. Подробности приемного устройства 10 настоящего изобретения теперь описываются.Fig. 1 is a schematic block diagram showing the basic principles of the functional configuration of the
[0017] Подробности[0017] Details
Приемное устройство 10 включает в себя M приемников 101 (101_1 по 101_M), M блоков 102 (102_1 по 102_M) преобразования, M КИХ-фильтров 103 (103_1 по 103_M), объединяющее устройство 104, блок 105 оценки символов и блок 106 вычисления коэффициента фильтра. M является целым числом больше или равным 2. Является желательным, чтобы одинаковое число приемников 101, блоков 102 преобразования и КИХ-фильтров 103 было предоставлено. В последующем описании, когда конфигурация, общая для M компонентов одинакового названия описывается, каждый компонент указывается без использования ссылки "_1", например. Например, приемник указывается как "приемник 101" вместо "приемник 101_1".The
[0018] Приемник 101 принимает звуковые волны, распространяющиеся в воде, и преобразует принятые звуковые волны в электрические сигналы.[0018] The
[0019] Блок 102 преобразования дискретизирует электрический сигнал, преобразованный приемником 101. В частности, это выполняется следующим образом. Блок 102 преобразования выполняет аналогово-цифровое преобразование по электрическому сигналу, преобразованному приемником 101. Затем, блок 102 преобразования выполняет частотное преобразование по цифровому сигналу, полученному посредством аналогово-цифрового преобразования. Другие конфигурации (модификации) могут быть использованы для блока 102 преобразования, и модификации будут описаны ниже.[0019] The conversion unit 102 samples the electrical signal converted by the
[0020] КИХ-фильтр 103 выполняет операцию с формой волны по сигналу, дискретизированному посредством блока 102 преобразования. Число отводов КИХ-фильтра 103 задается так, что длина отвода может быть достаточно более короткой по сравнению с предполагаемым разбросом σ_T задержки. Т.е., число отводов КИХ-фильтра 103 задается на основе интервала времени дискретизации и предполагаемого разброса σ_T задержки.[0020] The FIR filter 103 performs a waveform operation on the signal sampled by the transform block 102 . The number of taps of the FIR filter 103 is set such that the tap length can be quite short compared to the expected delay spread σ_T. That is, the number of taps of the FIR filter 103 is set based on the sampling time interval and the estimated delay spread σ_T.
[0021] Объединяющее устройство 104 объединяет M сигналов, по которым операции с формой волны выполняются посредством КИХ-фильтров 103.[0021] The
[0022] Блок 105 оценки символов оценивает символы, включенные в звуковые волны, которые распространились в воде, на основе сигналов, объединенных посредством объединяющего устройства 104. Другими словами, он оценивает символы, включенные в принятую звуковую волну во время, когда звуковая волна была отправлена.[0022] The
[0023] Блок 106 вычисления коэффициента фильтра адаптивно вычисляет коэффициент отвода M КИХ-фильтров 103. Коэффициент отвода адаптивно вычисляется, так что ошибка минимизируется между символами, указанными посредством выходного сигнала объединяющего устройства 104, и символами, оцененными посредством блока 105 оценки символов.[0023] The
[0024] Например, когда расстояние, которое является наибольшим среди расстояний между парами приемников 101, равно d [м], и скорость звука вводе равна c [м/с], число отводов Ntap каждого из КИХ-фильтров 103_1 по 103_M задается выражением 2 ниже. Поскольку d является наибольшим расстоянием среди расстояний между каждыми парами приемников 101, как описано выше, если все расстояния между каждыми парами приемников 101 являются единообразными, единообразное расстояние является значением d.[0024] For example, when the distance which is the largest among the distances between the pairs of
[0025] Мат. 2[0025] Mat. 2
[0026] Т.е., множество отводов проектируется так, что длина отвода является достаточно более короткой по сравнению с возможным диапазоном времени задержки между прямой волной и задержанной волной (разброс задержки) и более длинной по сравнению с разницей во времени прибытия между приемниками 101. Это число отводов может быть общим для всех M КИХ-фильтров 103. Длина, которая является "достаточно более короткой по сравнению с разбросом (σ_T) задержки", может быть, например, одной десятой разброса задержки или одной сотой разброса задержки. Например, длина отвода может быть определена как являющаяся достаточно более короткой по сравнению с разбросом задержки, когда она ближе к значению d/c, чем к медианному значению между разбросом задержки и значением d/c.[0026] That is, a plurality of taps is designed such that the tap length is sufficiently short compared to the possible delay time range between the forward wave and the delayed wave (delay spread) and longer than the arrival time difference between the
[0027] Множество отводов теперь описывается подробно. В приемном устройстве 10 настоящего варианта осуществления множество приемных систем (сочетаний, каждое из которых включает в себя приемник 101, блок 102 преобразования и КИХ-фильтр 103) предоставляются. Длина отвода каждого КИХ-фильтра 103 задается в достаточной степени более короткой по сравнению с разбросом задержки, как описано выше. Блок 106 вычисления коэффициента фильтра адаптивно оптимизирует КИХ-фильтры 103 этих приемных систем. Поскольку длина отвода КИХ-фильтров 103_1 по 103_M является в достаточной степени более короткой по сравнению с разбросом задержки, эти фильтры не формируют фильтры с обратной характеристикой искажения формы волны. С другой стороны, приемное устройство 10 настоящего варианта осуществления использует подход с выравниванием АЧХ формы волны, который полностью отличается от традиционного подхода, и пространственно устраняет задержанную волну, которая является коренной причиной искажения формы волны.[0027] The plurality of taps are now described in detail. In the
[0028] Детали приведены ниже. Фиг. 2 является схемой, показывающей принцип работы приемного устройства 10. В примере на фиг. 2 предполагается, что передаваемый сигнал является импульсным сигналом, число приемников 101 равно двум (101_a и 101_b), и число задержанных волн равно одной, ради интуитивного понимания. Также, для удобства, описывается конфигурация, в которой дополнительный КИХ-фильтр 103_c подключается на последующей стадии объединяющего устройства 104. В этой конфигурации каждый из КИХ-фильтров 103_1 по 103_M делится на два КИХ-фильтра 103a и 103b и помещается на стадии, следующей за объединяющим устройством 104. Т.е., конфигурация, показанная на фиг. 2, может выполнять операцию, эквивалентную операции приемного устройства 10.[0028] Details are given below. Fig. 2 is a diagram showing the principle of operation of the receiving
[0029] Как показано на фиг. 2, КИХ-фильтр 103_a и КИХ-фильтр 103_b на предыдущем этапе выполняют, в качестве операции с формой волны, сдвиг по времени и инверсию фазы, так что две задержанные волны имеют одинаковую временную точку и противоположные фазы. Эта операция с формой волны удаляет компонент задержанной волны в объединенных сигналах. В результате, только искажение формы волны, вызванное наложением прямых волн, принятых двумя приемниками 101_a и 101_b, остается. Затем, КИХ-фильтр 101_c на последующем этапе компенсирует искажение формы волны, вызванное наложением прямых волн. Выравнивание АЧХ формы волны завершается вышеописанной обработкой.[0029] As shown in FIG. 2, the FIR filter 103_a and the FIR filter 103_b in the previous step perform, as a waveform operation, a time shift and a phase inversion so that the two delayed waves have the same time point and opposite phases. This waveform operation removes the delayed wave component in the combined signals. As a result, only the waveform distortion caused by the superposition of the direct waves received by the two receivers 101_a and 101_b remains. Then, the FIR filter 101_c in a subsequent step compensates for waveform distortion caused by superposition of direct waves. The alignment of the frequency response of the waveform is completed by the above processing.
[0030] Среди приемников 101 разница между прямыми волнами во времени прибытия и разница между задержанными волнами во времени прибытия зависят только от расстояний передаваемых и принимаемых волн и, таким образом, являются значительно более короткими по сравнению с временной разницей между прямой волной и задержанной волной (разброс задержки). По существу, операция с формой волны, описанная со ссылкой на фиг. 2, может быть осуществлена с помощью КИХ-фильтра 103, имеющего очень короткую длину отвода. Дополнительно, среди приемников 101, разница во времени прибытия и разница фаз между прямыми волнами и разница во времени прибытия и разница фаз между задержанными волнами являются постоянными, пока направления прибытия прямых волн и задержанных волн не изменяются. Таким образом, они являются более стабильными по сравнению с временной разницей и разницей фаз между прямой волной и задержанной волной. По этой причине, в отличие от традиционного приемного устройства, которое оценивает обратную характеристику для пути распространения, которая зависит от временной разницы и разницы фаз между прямой волной и задержанной волной, выравнивание АЧХ формы волны может быть осуществлено в значительной степени устойчивым образом, даже когда путь распространения имеет большой доплеровский разброс.[0030] Among 101 receivers, the difference between direct waves in arrival time and the difference between delayed waves in arrival time depend only on the distances of transmitted and received waves and are thus much shorter compared to the time difference between direct wave and delayed wave ( delay spread). As such, the waveform operation described with reference to FIG. 2 can be implemented with a FIR filter 103 having a very short tap length. Additionally, among the
[0031] Блок 106 вычисления коэффициента фильтра не должен использовать новую конфигурацию для выполнения операции, явно описанной со ссылкой на фиг. 2, и является достаточным, чтобы блок 106 вычисления коэффициента фильтра имел традиционную функцию блока вычисления коэффициента фильтра. Т.е., длина отвода КИХ-фильтра 103 намеренно задается достаточно более короткой по сравнению с разбросом задержки, а также более длинной по сравнению с разницей во времени прибытия между приемниками 101, приводя в результате к КИХ-фильтру 103, который выполняет операцию, описанную со ссылкой на фиг. 2. Причина состоит в том, что такая конфигурация может теоретически выполнять операцию, описанную со ссылкой на фиг. 2, и ошибка сигнала, выводимого посредством выполнения операции, минимизируется.[0031] The
[0032] Как описано со ссылкой на фиг. 2, операция, эквивалентная операции для конфигурации на фиг. 1, может быть теоретически выполнена с помощью конфигурации, в которой КИХ-фильтр 103_c дополнительно подключается на последующей стадии объединяющего устройства 104. По существу, либо конфигурация на фиг. 1, либо конфигурация на фиг. 2 может быть использована. Однако, в каскадной конфигурации КИХ-фильтра 103, как показано на фиг. 2, характеристическая поверхность ошибки подразумевает функцию четвертого порядка, так что конфигурация имеет локальное минимальное решение. Следовательно, адаптивный алгоритм, такой как LMS или RLS может вызывать схождение к ошибочному коэффициенту фильтра. Это также описывается в следующей справочной литературе.[0032] As described with reference to FIG. 2, an operation equivalent to that of the configuration in FIG. 1 could theoretically be done with a configuration in which the FIR filter 103_c is further connected in a subsequent stage of the
[0033] Справочная литература: Kazunori Hayashi, Shinsuke Hara, "A Spatio-Temporal Equalization Method with Cascade Configuration of an Adaptive Antenna Array and a Decision Feedback Equalizer", The transactions of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers. B, Vol.J85-B, No.6, pp.900-909[0033] References: Kazunori Hayashi, Shinsuke Hara, "A Spatio-Temporal Equalization Method with Cascade Configuration of an Adaptive Antenna Array and a Decision Feedback Equalizer", The transactions of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers. B, Vol.J85-B, No.6, pp.900-909
[0034] По этой причине, на практике, желательно иметь конфигурацию, которая не подразумевает каскадное подключение КИХ-фильтра 103 на последующей стадии, как показано на фиг. 1. Каждый КИХ-фильтр 103 в конфигурации на фиг. 1 имеет функции КИХ-фильтра 103 на предыдущей стадии (103_a или 103_b) и КИХ-фильтра 103 на последующей стадии (103_c) на фиг. 2.[0034] For this reason, in practice, it is desirable to have a configuration that does not involve cascading the FIR filter 103 in a subsequent stage, as shown in FIG. 1. Each FIR filter 103 in the configuration of FIG. 1 has the functions of the FIR filter 103 in the previous stage (103_a or 103_b) and the FIR filter 103 in the subsequent stage (103_c) in FIG. 2.
[0035] Приемное устройство 10 настоящего варианта осуществления имеет способность удалять задержанные волны, которых на одну меньше по сравнению с M приемниками 101. По существу, натуральное число "M" для числа приемников 101 и КИХ-фильтров 103 (число приемных систем) предпочтительно является положительным целым больше числа задержанных волн, которые, как предполагаются, должны прибывать в приемники 101 (задержанные волны, которые должны быть обработаны для удаления).[0035] The
[0036] Фиг. 3 является таблицей, показывающей рабочие условия для моделирований традиционного приемного устройства и приемного устройства 10 настоящего варианта осуществления. Фиг. 4 является графиком, показывающим результаты моделирований, выполненных в рабочих условиях, показанных на фиг. 3. В частности, фиг. 4 показывает частоту битовых ошибок после определения символа относительно скорости перемещения, в результате моделирований. Как очевидно из фиг. 4, при высокоскоростной связи 400 кбит/с (200 кбод, QPSK), традиционное приемное устройство не может обновлять фильтр во время, когда скорость перемещения превышает приблизительно 0,001 м/с, и частота битовых ошибок начинает дозволяться. Соответственно, невозможно следовать небольшим изменениям в пути распространения, таким как волны и приливно-отливные течения, указывающие, что связь трудно использовать на практике даже в неподвижном окружении. Напротив, приемное устройство 10 согласно настоящему варианту осуществления может поддерживать частоту битовых ошибок, равную 0,1% или менее даже в сверхвысокоскоростном движущемся окружении, превышающем 10 м/с. Результаты моделирования подсказывают, что традиционное приемное устройство имеет лучшие характеристики частоты битовых ошибок, когда скорость перемещения является очень низкой. Причина состоит в том, что традиционное приемное устройство может выполнять идеальное выравнивание АЧХ формы волны посредством компенсации с помощью фильтра, имеющего обратную характеристику для пути распространения, пока оно может обновлять фильтр своевременным образом.[0036] FIG. 3 is a table showing the operating conditions for the simulations of the conventional receiver and the
[0037] Как описано выше, в приемном устройстве 10 настоящего варианта осуществления, длина отвода, достаточно более короткая по сравнению с разбросом задержки, используется в КИХ-фильтрах 103, подключенных к множеству приемников 101. Также, применяется конфигурация, в которой коэффициент фильтра для КИХ-фильтров 103 адаптивно оптимизируется. Такая конфигурация может пространственно удалять задержанную волну, которая является коренной причиной искажения формы волны. Пространственное удаление задержанной волны предоставляет возможность высокоскоростной связи в подводном высокоскоростном движущемся окружении.[0037] As described above, in the
[0038] Модификации[0038] Modifications
В настоящем варианте осуществления блоки 102 преобразования могут быть сконфигурированы, чтобы выполнять только аналогово-цифровое преобразование. Блоки 102 преобразования могут быть сконфигурированы, чтобы выполнять преобразование частоты по аналоговому сигналу и затем выполнять аналогово-цифровое преобразование.In the present embodiment, conversion units 102 may be configured to perform only A/D conversion. Converters 102 may be configured to perform frequency conversion on an analog signal and then perform analog to digital conversion.
[0039] Физические интервалы M приемников 101 могут все быть равны или могут отличаться друг от друга.[0039] The physical intervals M of the
[0040] Кроме того, может быть использована конфигурация, в которой фильтр обратной связи для удаления остаточной ошибки КИХ-фильтра (фильтра прямой связи), как описано в NPL 1, подключается на последующей стадии.[0040] In addition, a configuration can be used in which a feedback filter for removing the residual error of the FIR filter (feedforward filter) as described in
[0041] Блок 105 оценки символов и блок 106 вычисления коэффициента фильтра приемного устройства 10 конфигурируются с помощью процессора, такого как CPU, и памяти. Блок 105 оценки символов и блок 106 вычисления коэффициента фильтра работают, когда процессор считывает и исполняет программу, сохраненную в запоминающем устройстве. Программа может быть записана на компьютерно-читаемом носителе записи. Компьютерно-читаемый носитель записи является долговременным носителем хранения, который может быть съемным носителем, таким как гибкий диск, магнитно-оптический диск, ROM, или CD-ROM, или запоминающим устройством и т.п., таким как жесткий диск, встроенный в компьютерную систему. Программа может быть передана по телекоммуникационной линии. Часть или все операции блока 105 оценки символов и блока 106 вычисления коэффициента фильтра могут быть реализованы в аппаратных средствах, включающих в себя электронную схему, использующую LSI, ASIK, PLD, FPGA или т.п.[0041] The
[0042] Некоторые варианты осуществления настоящего изобретения описываются выше подробно со ссылкой на чертежи, но конкретные конфигурации не ограничиваются этими вариантами осуществления и включают в себя проекты и т.п. в диапазоне, который не отклоняется от сути настоящего изобретения.[0042] Some embodiments of the present invention are described above in detail with reference to the drawings, but specific configurations are not limited to these embodiments and include designs and the like. in a range that does not deviate from the essence of the present invention.
Промышленная применимостьIndustrial Applicability
[0043] Настоящее изобретение применимо к связи с помощью звуковых волн в воде.[0043] The present invention is applicable to communication using sound waves in water.
Список ссылочных знаковList of reference marks
[0044] 10 Приемное устройство[0044] 10 Receiver
101 Приемник101 receiver
102 Блок преобразования102 Conversion block
103 КИХ-фильтр103 FIR filter
104 Объединяющее устройство104 Uniting device
105 Блок оценки символов105 Symbol evaluation block
106 Блок вычисления коэффициента фильтра106 Filter coefficient calculation block
Claims (10)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2782244C1 true RU2782244C1 (en) | 2022-10-25 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220393778A1 (en) * | 2019-11-12 | 2022-12-08 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Receiving apparatus |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1244801A2 (en) * | 1984-12-17 | 1986-07-15 | Северо-Западный Заочный Политехнический Институт | Telephone communication device for underwater swimmers |
US4736431A (en) * | 1986-10-23 | 1988-04-05 | Nelson Industries, Inc. | Active attenuation system with increased dynamic range |
US5757931A (en) * | 1994-06-15 | 1998-05-26 | Sony Corporation | Signal processing apparatus and acoustic reproducing apparatus |
JP2001257627A (en) * | 2000-03-13 | 2001-09-21 | Kawasaki Steel Corp | Wireless receiver |
JP2002026780A (en) * | 2000-06-20 | 2002-01-25 | Samsung Electronics Co Ltd | Method and device for adjusting length of filter tap for adaptive equalizer employing training sequence |
RU57536U1 (en) * | 2006-03-16 | 2006-10-10 | Оао "Научно-Производственное Предприятие "Дальняя Связь" | COMMUNICATION SYSTEM WITH UNDERWATER OBJECTS |
RU2297641C1 (en) * | 2005-11-21 | 2007-04-20 | Вячеслав Адамович Заренков | Radio hydro-acoustic device for remote disconnection of underwater product and for monitoring its position on sea surface |
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1244801A2 (en) * | 1984-12-17 | 1986-07-15 | Северо-Западный Заочный Политехнический Институт | Telephone communication device for underwater swimmers |
US4736431A (en) * | 1986-10-23 | 1988-04-05 | Nelson Industries, Inc. | Active attenuation system with increased dynamic range |
US5757931A (en) * | 1994-06-15 | 1998-05-26 | Sony Corporation | Signal processing apparatus and acoustic reproducing apparatus |
JP2001257627A (en) * | 2000-03-13 | 2001-09-21 | Kawasaki Steel Corp | Wireless receiver |
JP2002026780A (en) * | 2000-06-20 | 2002-01-25 | Samsung Electronics Co Ltd | Method and device for adjusting length of filter tap for adaptive equalizer employing training sequence |
RU2297641C1 (en) * | 2005-11-21 | 2007-04-20 | Вячеслав Адамович Заренков | Radio hydro-acoustic device for remote disconnection of underwater product and for monitoring its position on sea surface |
RU57536U1 (en) * | 2006-03-16 | 2006-10-10 | Оао "Научно-Производственное Предприятие "Дальняя Связь" | COMMUNICATION SYSTEM WITH UNDERWATER OBJECTS |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20220393778A1 (en) * | 2019-11-12 | 2022-12-08 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Receiving apparatus |
US11888538B2 (en) * | 2019-11-12 | 2024-01-30 | Nippon Telegraph And Telephone Corporation | Receiving apparatus |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4038536A (en) | Adaptive recursive least mean square error filter | |
Meng et al. | Sparsity-aware affine projection adaptive algorithms for system identification | |
JP6714095B2 (en) | Optical receiver, optical receiving method, and optical communication system | |
US7680266B2 (en) | System and method for adaptive reduced-rank parameter estimation using an adaptive decimation and interpolation scheme | |
US8804794B2 (en) | Adjustable latency transceiver processing | |
CN108574459B (en) | Efficient time domain broadband beam forming circuit and method | |
JP2009206809A (en) | Radio communication device, equalizer, equalizer weighting coefficient operation program, and equalizer weighting coefficient operation method | |
Kari et al. | Robust adaptive algorithms for underwater acoustic channel estimation and their performance analysis | |
US11888538B2 (en) | Receiving apparatus | |
RU2782244C1 (en) | Receiver | |
Lin et al. | High throughput concurrent lookahead adaptive decision feedback equaliser | |
KR100748642B1 (en) | Interference signal cancellation method for mobile communication repeaters | |
US20240187113A1 (en) | Receiving Apparatus | |
Sireesha et al. | Adaptive filtering based on least mean square algorithm | |
Krysik et al. | Reference channel equalization in FM passive radar using the constant magnitude algorithm | |
JP6783201B2 (en) | Tap coefficient update method and judgment feedback type equalization circuit | |
Prasad et al. | Implementation of Optimized Adaptive LMS Noise Cancellation System to Enhance Signal to Noise Ratio | |
US9419826B2 (en) | Adaptive filtering method and system based on error sub-band | |
Ling | Achievable performance and limiting factors of echo cancellation in wireless communications | |
Bhoyar et al. | Implementation of adaptive filter for channel estimation | |
JP4324676B2 (en) | Adaptive filter | |
Im et al. | A pipelined adaptive NEXT canceller | |
Bhimavarapu | An Efficient VLSI Architecture of Adaptive Filter for Noise Reduction and Echo Cancellation | |
Ali | Implementation of a Least Mean Square (LMS) Algorithm for Adaptive Channel Equalization using HDL Coder | |
US20040053588A1 (en) | Decision feedback equalizer with embedded coherent signal combiner |