RU2808097C1 - System for formation and processing of radio signals in short wave range - Google Patents

System for formation and processing of radio signals in short wave range Download PDF

Info

Publication number
RU2808097C1
RU2808097C1 RU2023116714A RU2023116714A RU2808097C1 RU 2808097 C1 RU2808097 C1 RU 2808097C1 RU 2023116714 A RU2023116714 A RU 2023116714A RU 2023116714 A RU2023116714 A RU 2023116714A RU 2808097 C1 RU2808097 C1 RU 2808097C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
digital
signal
radio
processing
ability
Prior art date
Application number
RU2023116714A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Андрей Андреевич Катанович
Александр Леонидович Кашин
Андрей Сергеевич Анохин
Евгений Александрович Рылов
Василий Дмитриевич Пашкевич
Константин Владимирович Гольдибаев
Александр Витальевич Шеремет
Вячеслав Александрович Цыванюк
Игорь Анатольевич Полковников
Original Assignee
Акционерное общество "Проектно-конструкторское бюро "РИО"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Проектно-конструкторское бюро "РИО" filed Critical Акционерное общество "Проектно-конструкторское бюро "РИО"
Application granted granted Critical
Publication of RU2808097C1 publication Critical patent/RU2808097C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: radio engineering.
SUBSTANCE: invention is used to construct circuit and design solutions for signal conditioners, solid-state power amplifiers and HF antenna-feeder systems. The result is achieved by proposing a system for generating and processing radio signals in the short-wave range, in which a digital computer is connected to user interfaces through a power amplifier with a receiver, and four analogue-to-digital converters are designed to operate synchronously from one master oscillator and the ability to select the conversion frequency in range from 65 to 250 MHz for operation in the main Nyquist window, while this architecture is designed to receive radio signals from four different antennas simultaneously to build a radio receiver and the ability to use adaptive processing algorithms.
EFFECT: improvement in the quality of information reception in conditions of fast and slow fading of signals present in the ionospheric radio channel, as well as compensation for interference and adaptation in frequency.
1 cl, 4 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к области радиотехники и связи, и может быть использовано для построения схемных и конструктивных решений по формирователям сигналов, твердотельным усилителям мощности и антенно-фидерным системам КВ-диапазона.The present invention relates to the field of radio engineering and communications, and can be used to construct circuit and design solutions for signal conditioners, solid-state power amplifiers and HF antenna-feeder systems.

В области передачи и обработки информации основную роль играют цифровые технологии. В радиосвязи наиболее заметное распространение цифровые технологии стали получать при использовании персональных компьютеров для модуляции и демодуляции радиосигналов. Таким образом, практически весь объем работ по обработке сигнала перекладывался на программное обеспечение, что и определило термин Software Defined Radio (SDR). Цель такого подхода - создать систему, которая может принимать и передавать практически любые радиосигналы с помощью программного обеспечения, которое априори является гибким и адаптивным. В настоящее время SDR технологии широко применяются в радио- и сотовой связи, где в режиме реального времени требуется поддержка разнообразных изменяющихся радиопротоколов.In the field of information transmission and processing, digital technologies play a major role. In radio communications, digital technologies have become most widespread when using personal computers to modulate and demodulate radio signals. Thus, almost the entire amount of signal processing work was transferred to software, which defined the term Software Defined Radio (SDR). The goal of this approach is to create a system that can receive and transmit almost any radio signal using software that is a priori flexible and adaptive. Currently, SDR technologies are widely used in radio and cellular communications, where real-time support for a variety of changing radio protocols is required.

Известны различные способы формирования и обработки сигналов. Например, патенты РФ №№2527943, 2305295, 2432580, 2001107088, 2110809, US 6469657 В1, 22.10.2002. US 6148195 А, 10.05.1998. WO 2005045459 A3, 07.07.2005. US 6903685 В1, 07.06.2005.Various methods for generating and processing signals are known. For example, RF patents No. 2527943, 2305295, 2432580, 2001107088, 2110809, US 6469657 B1, 10/22/2002. US 6148195 A, 05/10/1998. WO 2005045459 A3, 07/07/2005. US 6903685 B1, 06/07/2005.

Известно устройство оптимальной обработки последовательностей сигналов с модуляцией несущей частоты. Патент РФ №2237908 10.10.2004 г. (Прототип). Устройство оптимальной обработки последовательностей широкополосных сигналов с модуляцией несущей частоты содержит параллельные каналы, каждый из которых включает полосовой фильтр, квадратурный фазовый детектор, фазовращатель на 90 градусов, линию задержки, аналого-цифровой преобразователь, буферное запоминающее устройство, фильтровой блок селекции движущихся целей, N блоков задержки, N коммутаторов, выходные каналы, каждый из которых содержит фильтр сжатия, блок определения модуля, пороговый блок.A device for optimal processing of signal sequences with carrier frequency modulation is known. RF Patent No. 2237908 October 10, 2004 (Prototype). A device for optimal processing of sequences of wideband signals with carrier frequency modulation contains parallel channels, each of which includes a bandpass filter, a quadrature phase detector, a 90-degree phase shifter, a delay line, an analog-to-digital converter, a buffer memory device, a moving target selection filter unit, N blocks delays, N switches, output channels, each of which contains a compression filter, a module determination block, a threshold block.

Однако ни аналоги, ни прототип не обеспечивают улучшения приема информации в условиях замирания сигнала, вследствие его распространения по радиоканалу, а также компенсации помех и адаптации их по частоте.However, neither analogues nor the prototype provide improved information reception in conditions of signal fading, due to its propagation over the radio channel, as well as compensation for interference and adaptation to frequency.

Целью изобретения является улучшение приема информации в условиях замирания сигнала, вследствие его распространения по радиоканалу, а также компенсации помех и адаптации их по частоте.The purpose of the invention is to improve the reception of information in conditions of signal fading, due to its propagation over a radio channel, as well as compensation for interference and adaptation in frequency.

Поставленная цель заключается в том, что система формирования и обработки сигналов, выполнена в виде двух модулей, при этом первый модуль преобразования частоты представляет собой четырех канальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который содержит фильтр нижней частоты (ФНЧ), усилитель с цифровым управлением, полосовой фильтр (ПФ), аналого-цифровой преобразователь и опорный генератор, причем ФНЧ последовательно соединен с усилителем с цифровым управлением, ПФ и АЦП, второй модуль представляет собой блок цифровой обработки сигнала (ЦОС) и управления, в который входит цифровой вычислитель состоящий из цифрового сигнального процессора и ядра процессора при этом цифровой вычислитель соединен своими входами с АЦП а выходом с интерполирующим цифроаналоговым преобразователем (ЦАП), который соединен с опорным генератором, причем цифровой вычислитель соединен с пользовательскими интерфейсами и через усилитель мощности с приемником, при этом четыре аналого-цифровых преобразователя, работают синхронно от одного задающего генератора, а для устранения межсимвольной интерференции и работы в основном окне Найквиста частота преобразования выбирается в диапазоне от 65 до 250 МГц, при этом такая архитектура позволяет принимать сигнал от четырех антенн одновременно для построения радиоприемного устройства, причем синхронный прием сигналов от четырех различных антенн позволяет реализовать современные алгоритмы адаптивной обработки.The goal is that the signal generation and processing system is made in the form of two modules, while the first frequency conversion module is a four-channel analog-to-digital converter (ADC), which contains a low-pass filter (LPF), a digitally controlled amplifier , bandpass filter (PF), analog-to-digital converter and reference oscillator, with the low-pass filter connected in series with a digitally controlled amplifier, PF and ADC, the second module is a digital signal processing (DSP) and control unit, which includes a digital computer consisting of digital signal processor and processor core, while the digital computer is connected by its inputs to an ADC and its output to an interpolating digital-to-analog converter (DAC), which is connected to a reference oscillator, and the digital computer is connected to user interfaces and through a power amplifier to a receiver, with four analogue digital converters, operate synchronously from one master oscillator, and to eliminate intersymbol interference and work in the main Nyquist window, the conversion frequency is selected in the range from 65 to 250 MHz, while this architecture allows receiving a signal from four antennas simultaneously to build a radio receiver, and synchronous Reception of signals from four different antennas allows the implementation of modern adaptive processing algorithms.

Таким образом система формирования и обработки сигналов (СФОС) в отличии от аналогов и прототипа обеспечивает улучшение приема информации в условиях замирания сигнала при распространении его по радиоканалу, а также компенсацию помех и адаптацию их по частоте.Thus, the signal generation and processing system (SFOS), in contrast to analogs and the prototype, provides improved information reception in conditions of signal fading as it propagates over a radio channel, as well as interference compensation and frequency adaptation.

Структурная схема предлагаемой СФОС представлена на фиг.1.The block diagram of the proposed SFOS is presented in Fig.1.

1 - модуль преобразования частоты;1 - frequency conversion module;

2 - модуль цифровой обработки сигнала и управления;2 - digital signal processing and control module;

3 - пользовательские интерфейсы;3 - user interfaces;

4 - опорный генератор;4 - reference generator;

5 - радиоприемник;5 - radio receiver;

6 - усилитель мощности;6 - power amplifier;

7 - фильтры нижних частот;7 - low pass filters;

8 - усилитель с цифровым управлением;8 - amplifier with digital control;

9 - полосовые фильтры;9 - bandpass filters;

10- аналого-цифровой преобразователь;10- analog-to-digital converter;

11 - цифроаналоговый преобразователь;11 - digital-to-analog converter;

12 - цифровой вычислитель.12 - digital computer.

Модуль преобразования частоты 1 содержит в своем составе: фильтр нижних частот 7, усилитель с цифровым управлением 8, полосовой фильтр 9, аналого-цифровой преобразователь 10, цифроаналоговый преобразователь 11 и опорный генератор 4.The frequency conversion module 1 contains: a low-pass filter 7, a digitally controlled amplifier 8, a bandpass filter 9, an analog-to-digital converter 10, a digital-to-analog converter 11 and a reference oscillator 4.

Модуль ЦОС и управления 2 обеспечивает высокоскоростной интерфейс для связи по волоконно-оптическим линиям связи (ВОЛС) нескольких аппаратных платформ СФОС. В этом случае одна из платформ устанавливается в непосредственной близости от антенн. После предварительной обработки сигналы транслируются на значительные расстояния на другую платформу. На этой платформе модуль аналого-цифровой преобразования 10 можно не устанавливать, или вместо него установить модуль с дополнительными оптическими интерфейсами.DSP and control module 2 provides a high-speed interface for communication via fiber-optic communication lines (FOCL) of several SFOS hardware platforms. In this case, one of the platforms is installed in close proximity to the antennas. After pre-processing, the signals are transmitted over considerable distances to another platform. On this platform, analog-to-digital conversion module 10 can be omitted, or a module with additional optical interfaces can be installed instead.

Четырехканальный входной и выходной фильтры нижней частоты 7 обеспечивают селекцию сигналов, т.е. перенос спектра сигналов, поступающих от антенных элементов в область низких частот. Входные аналоговые фильтры представляют собой ФНЧ 7 с частотой среза 30 МГц, имеющий уровень подавления не хуже 80 дБ.Four-channel input and output low-pass filters 7 provide signal selection, i.e. transfer of the spectrum of signals coming from antenna elements to the low frequency region. The input analog filters are a low-pass filter 7 with a cutoff frequency of 30 MHz, having a suppression level of no worse than 80 dB.

Усилитель с цифровым управлением 8 преобразует уровень поступающего на его вход сигнала до значения, необходимого для последующего преобразования и цифровой обработки (в приемном тракте) или для излучения (в тракте передачи). Аналоговые усилители с цифровым управлением 8 имеют линейную амплитудно-числовую характеристику (АЧХ) в полосе от 0 до 30 МГц с возможностью изменения коэффициента усиления в пределах от 0 до 100 дБ.The digitally controlled amplifier 8 converts the level of the signal arriving at its input to the value necessary for subsequent conversion and digital processing (in the receiving path) or for radiation (in the transmitting path). Analogue amplifiers with digital control 8 have a linear amplitude-number characteristic (AFC) in the band from 0 to 30 MHz with the ability to change the gain in the range from 0 to 100 dB.

Полосовые фильтры 9 обеспечивают полосу пропускания в зависимости от вида использующейся манипуляции с , где - ширина полосы занимаемая сигналом и - частота несущей; АЦП 10 и ЦАП 11 обеспечивают шаг квантования по уровню не более 1,5×10-5 и работают от опорного генератора с тактовой частотой ~168 МГц и частотой опорного генератора оптического интерфейса ~125 МГц. Применение ЦАП 11 с интерполирующими фильтрами при частоте поступления входных отсчетов 250 МГц и четырехкратной интерполяции позволит достичь частоты цифроаналогового преобразования в 1 ГГц. В результате формируемый сигнал, даже на верхней границе КВ-диапазона, будет обладать хорошими спектральными характеристиками. Применение современного ЦАП с интерполирующими фильтрами при частоте поступления входных отсчетов 250 МГц и четырехкратной интерполяции позволит достичь частоты цифроаналогового преобразования в 1 ГГц. В результате формируемый сигнал, даже на верхней границе КВ-диапазона, будет обладать хорошими спектральными характеристиками.Bandpass filters 9 provide bandwidth depending on the type of manipulation used , Where - bandwidth occupied by the signal and - carrier frequency; ADC 10 and DAC 11 provide a quantization step of no more than 1.5×10 -5 and operate from a reference oscillator with a clock frequency of ~168 MHz and a reference oscillator frequency of the optical interface of ~125 MHz. The use of DAC 11 with interpolating filters at an input sampling frequency of 250 MHz and quadruple interpolation will make it possible to achieve a digital-to-analog conversion frequency of 1 GHz. As a result, the generated signal, even at the upper limit of the HF range, will have good spectral characteristics. The use of a modern DAC with interpolating filters at an input sampling frequency of 250 MHz and quadruple interpolation will make it possible to achieve a digital-to-analog conversion frequency of 1 GHz. As a result, the generated signal, even at the upper limit of the HF range, will have good spectral characteristics.

Цифровой вычислитель 12 реализуется на ПЛИС технологии и обеспечивает различные пользовательские интерфейсы (Ethernet, асинхронный последовательный интерфейс и т.д.), при этом тактовая частота опорного генератора схем ЦОС составляет -200 МГц.Digital computer 12 is implemented on FPGA technology and provides various user interfaces (Ethernet, asynchronous serial interface, etc.), while the clock frequency of the reference oscillator of the DSP circuits is -200 MHz.

Если ширина спектра сигнала, в котором осуществляется передача информации, не превышает десятков килогерц то, как уже отмечалось, алгоритмы формирования и приема модемных сигналов целесообразно реализовать на сигнальном процессоре. Алгоритмы реализуются для сигналов, представленных в комплексной форме с центром спектра, расположенным на нулевой частоте (так называемый смещенный сигнал - BaseBand). Перенос спектра сигнала из BaseBand в диапазон частот, в котором осуществляется передача по радиоканалу, не требует большой алгоритмической сложности, но вычислительные ресурсы требуются довольно значительные. Если частота радиосигнала не превышает нескольких сотен мегагерц, имеется возможность непосредственной работы с таким сигналом в цифровом виде. Необходимо осуществить перенос сигнала для передачи вверх по спектру и для приема - вниз. Для этого служат цифровые блоки - преобразователи DUC (Digital Up Converter) и DDC (Digital Down Converter) соответственно.If the width of the signal spectrum in which information is transmitted does not exceed tens of kilohertz, then, as already noted, it is advisable to implement algorithms for generating and receiving modem signals on a signal processor. The algorithms are implemented for signals presented in complex form with the center of the spectrum located at zero frequency (the so-called shifted signal - BaseBand). Transferring the signal spectrum from BaseBand to the frequency range in which radio transmission occurs does not require much algorithmic complexity, but the computational resources are quite significant. If the frequency of the radio signal does not exceed several hundred megahertz, it is possible to directly work with such a signal in digital form. It is necessary to transfer the signal for transmission up the spectrum and down for reception. For this purpose, digital blocks are used - converters DUC (Digital Up Converter) and DDC (Digital Down Converter), respectively.

Имеется обширная номенклатура микросхем DUC/DDC, однако все они предназначены для узкой или специализированной области применения. Некоторые приложения могут потребовать более высокую вычислительную точность, больший динамический диапазон или более глубокой фильтрации, что могут обеспечить существующие специализированные интегральные микросхемы. Получить полностью конфигурируемое решение позволяет применение ПЛИС. При таком подходе блоки DUC/DDC реализуются с любыми характеристиками, и что самое ценное, вариант реализации не будет «заморожен», а может подвергаться модернизации и модификации под другие области применения. Например, при достаточных ресурсах ПЛИС возможна реализация одновременного многоканального приема и передачи.There is a wide range of DUC/DDC ICs available, but they are all designed for a narrow or specialized application. Some applications may require higher computational accuracy, greater dynamic range, or deeper filtering, which existing ASICs can provide. The use of FPGA allows you to obtain a fully configurable solution. With this approach, DUC/DDC blocks are implemented with any characteristics, and what is most valuable, the implementation option will not be “frozen”, but can be upgraded and modified for other applications. For example, with sufficient FPGA resources, it is possible to implement simultaneous multi-channel reception and transmission.

Алгоритмы собственно модуляции и демодуляции для каналов КВ-диапазонов характеризуются относительно низкой информационной скоростью и высокой вычислительной сложностью, большой разветвленностью, а также присутствием элементов нечеткой логики. Такие алгоритмы хорошо реализуются в программном виде на сигнальных процессорах, однако часть рутинных операций можно реализовать на ПЛИС.Algorithms for modulation and demodulation proper for HF channels are characterized by relatively low information speed and high computational complexity, large branching, and the presence of fuzzy logic elements. Such algorithms are well implemented in software on signal processors, but some routine operations can be implemented on FPGAs.

Предлагается функциональная схема модуля ЦОС и управления с распределенной обработкой на ПЛИС (FPGA) и процессором (фиг.2) в составе:A functional diagram of a DSP and control module with distributed processing on an FPGA (FPGA) and a processor (Fig. 2) is proposed, consisting of:

13- блока DDC;13- DDC blocks;

14 - регулируемой линии задержки;14 - adjustable delay line;

15 - адаптивного фильтра;15 - adaptive filter;

16- децемирующего фильтра;16-decemation filter;

17 - цифрового АРУ;17 - digital AGC;

18 - системы тактовой сигнализации;18 - clock signaling systems;

19- модуля корреляционной обработки сигнала и фреймирования;19- module for correlation signal processing and framing;

20 - модуля оператора;20 - operator module;

21 - модуля настройки, мониторинга и управления;21 - configuration, monitoring and control module;

22 - набора демодуляторов, декодеров;22 - a set of demodulators, decoders;

23 - набора модуляторов, кодеров;23 - a set of modulators, encoders;

24 - модуля формирования DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum -метод прямой последовательности для расширения спектра);24 - DSSS generation modules (Direct Sequence Spread Spectrum - direct sequence method for expanding the spectrum);

25 - регулятора уровня сигналов блока переноса сигнала на несущую;25 - signal level regulator of the signal transfer block to the carrier;

26 -блока DUC;26 DUC blocks;

27 - перенос на несущую;27 - transfer to carrier;

28 - генератора несущей передачи;28 - carrier transmission generator;

29 - генератора символьной скорости;29 - symbol rate generator;

30 - модуля приема/передачи данных и команд управления по ВОЛС;30 - module for receiving/transmitting data and control commands via fiber-optic communication lines;

31 - интерфейса приема/передачи потока данных, команд управления и мониторинга.31 - interface for receiving/transmitting data flow, control and monitoring commands.

Сигнал, поступающий на вход приемного тракта, подается на блок DDC 13. Блок подавляет помеху по зеркальному каналу приема более, чем на 100 дБ и полностью устраняет помеху на нулевой частоте. Принцип цифрового преобразования в блоке DDC 13 сводится к получению из широкополосного комплексного цифрового сигнала (при очень высокой частоте дискретизации) единственного целевого сигнала, полоса которого существенно уже полосы исходного сигнала. Архитектура блока, обеспечивающая выполнение цифровой фильтрации на высокой скорости потока данных, требует большого вычислительного ресурса и выполняется только аппаратно. Она реализована на ПЛИС Digital Signal Processing (DSP) со встроенными аппаратными умножителями.The signal arriving at the input of the receiving path is fed to the DDC 13 block. The block suppresses interference in the mirror reception channel by more than 100 dB and completely eliminates interference at zero frequency. The principle of digital conversion in the DDC 13 block comes down to obtaining from a broadband complex digital signal (at a very high sampling rate) a single target signal, the band of which is significantly narrower than the band of the source signal. The architecture of the block, which ensures the implementation of digital filtering at a high data flow rate, requires a large computing resource and is performed only in hardware. It is implemented on a Digital Signal Processing (DSP) FPGA with built-in hardware multipliers.

Регулируемая линия задержки 14 позволяет скорректировать фазовые сдвиги сигнала, возникшие в результате прохождения сигнала через канал передачи. Адаптивный фильтр 15 производит операцию свертки входных отсчетов с коэффициентами. Децимирующий фильтр 16 позволяет понизить частоту следования отсчетов сигнала.The adjustable delay line 14 allows you to correct the phase shifts of the signal resulting from the passage of the signal through the transmission channel. Adaptive filter 15 performs the operation of convolving input samples with coefficients. Decimation filter 16 allows you to reduce the signal sampling frequency.

Блок цифрового АРУ 17 осуществляет автоматическую установку уровня сигнала для последующей его обработки.The digital AGC block 17 automatically sets the signal level for its subsequent processing.

Система тактовой синхронизации 18 обеспечивает равенство скоростей обработки сигналов (кодирование и декодирование отсчетов, объединение и разделение цифровых потоков) на передающей и приемной станциях.The clock synchronization system 18 ensures equal signal processing speeds (encoding and decoding of samples, combining and dividing digital streams) at the transmitting and receiving stations.

Модуль корреляционной обработки сигнала и фреймирования сигнала 19 позволяет разделить входной поток на отдельные информационные слова. После фреймирования каждое информационное слово, в зависимости от поступившего сигнала, поступает на блок цифровой демодуляции и декодирования 22.The correlation signal processing and signal framing module 19 allows you to divide the input stream into separate information words. After framing, each information word, depending on the received signal, is sent to the digital demodulation and decoding unit 22.

Модуль оператора 20 позволяет, в зависимости от типа сообщения, производить коммутацию внутри блока процессора на модули пользовательских интерфейсов 3.The operator module 20 allows, depending on the type of message, switching within the processor unit to user interface modules 3.

При передаче сигнала операции выполняются в обратном порядке с изменением, при необходимости, частоты дискретизации для увеличения скорости передачи.When transmitting a signal, the operations are performed in reverse order, changing the sampling rate if necessary to increase the transmission speed.

Управление схемой, представленной на фиг.2, выполняется по ВОЛС 30 с помощью ПЛИС фирмы Xilinx. Состояние системы выводиться на интерфейс приема/передачи потока данных, команд управления и мониторинга 31.The circuit shown in Fig. 2 is controlled via fiber optic link 30 using an FPGA from Xilinx. The system state is displayed on the interface for receiving/transmitting data flow, control and monitoring commands 31.

Распределение функциональной нагрузки между ПЛИС и процессором делается с учетом алгоритмической сложности, требуемой скорости работы, а также расположения функционального элемента в общей схеме конвейера обработки данных и сигналов.The distribution of the functional load between the FPGA and the processor is done taking into account the algorithmic complexity, the required speed of operation, as well as the location of the functional element in the overall scheme of the data and signal processing pipeline.

При реализации предлагаемой системы предусмотрена конфигурация т.е. в тракте передачи и приема установлены мультиплексоры, позволяющие изменять состав функциональных элементов в конвейере обработки, например, в тракте приема «обойти» систему тактовой синхронизации или исключить из тракта передачи модуль формирования DSSS сигнала.When implementing the proposed system, a configuration is provided i.e. Multiplexers are installed in the transmission and reception path, allowing you to change the composition of functional elements in the processing pipeline, for example, in the reception path, “bypass” the clock synchronization system or exclude the DSSS signal generation module from the transmission path.

На схеме не показаны логические связи между процессором и функциональными элементами в ПЛИС, по которым производится их конфигурирование, настройка, управление и мониторинг 21. Так, например, адаптивный фильтр 15 производит операцию свертки входных отсчетов с коэффициентами на довольно высокой скорости, а сами коэффициенты в более медленном темпе рассчитываются в подпрограмме адаптации и загружаются в фильтр под управлением процессора.The diagram does not show the logical connections between the processor and the functional elements in the FPGA, which are used to configure, configure, control and monitor them 21. For example, the adaptive filter 15 performs the operation of convolving input samples with coefficients at a fairly high speed, and the coefficients themselves are at a slower rate are calculated in the adaptation subroutine and loaded into the filter under processor control.

Сложные алгоритмы, такие как демодуляция, декодирование 22, сжатие речи и т.д. с учетом низкой информационной скорости реализуются в виде программных модулей для процессора. На процессор возлагаются также функции работы с пользовательскими интерфейсами и общее управление системой.Complex algorithms such as demodulation, 22 decoding, speech compression, etc. taking into account the low information speed, they are implemented in the form of software modules for the processor. The processor is also responsible for working with user interfaces and general system management.

С целью увеличения устойчивости канала связи к физическим явлениям среды распространения, введена фреймовая структура модулированного сигнала, сохраняя при этом его непрерывность. Вариант формата кадра представлен на фиг.3.In order to increase the stability of the communication channel to the physical phenomena of the propagation environment, a frame structure of the modulated signal has been introduced, while maintaining its continuity. A variant of the frame format is presented in Fig. 3.

Здесь служебные поля Header и Pilots не несут пользовательских данных, а предназначены для облегчения и улучшения качества демодуляции полей с пользовательскими данными PayLoad Blocks. Достигается это благодаря следующему:Here, the Header and Pilots service fields do not carry user data, but are intended to facilitate and improve the quality of demodulation of PayLoad Blocks user data fields. This is achieved thanks to the following:

- вид модуляции полей Header и Pilots позволяет их демодулировать при достаточно низком качестве канала передачи;- the type of modulation of the Header and Pilots fields allows them to be demodulated at a fairly low quality of the transmission channel;

- поля Pilots имеют предопределенные значения;- Pilots fields have predefined values;

- поле Header имеет сильные автокорреляционные свойства и несет закодированную информацию о виде модуляции и помехоустойчивом кодировании полей PayLoad Blocks.- the Header field has strong autocorrelation properties and carries encoded information about the type of modulation and noise-resistant coding of PayLoad Blocks fields.

Используя эти свойства на приемной стороне, улучшается качество демодуляции, оценивая по известным параметрам частоту и фазу сигнала, символьную скорость, отношение сигнал/шум и т.д. Кроме того, установка и поддержание связи проще и надежнее реализуется, когда известны параметры сигнала, передаваемые в поле Header.Using these properties on the receiving side, the quality of demodulation is improved by estimating the frequency and phase of the signal, symbol rate, signal-to-noise ratio, etc., using known parameters. In addition, establishing and maintaining communication is easier and more reliable when the signal parameters transmitted in the Header field are known.

Принцип передачи дополнительной служебной информации в надежном информационном контейнере позволяет также реализовать адаптацию по скорости передачи пользовательских данных в зависимости от условий приема.The principle of transmitting additional service information in a reliable information container also makes it possible to implement adaptation in the transmission speed of user data depending on reception conditions.

Конструктивно аппаратная платформа СФОС реализуется на шести отдельных платах (фиг.4).Structurally, the SFOS hardware platform is implemented on six separate boards (Fig. 4).

Модули ЦОС и управления для приемного и передающего трактов представляют собой две независимые платы Xilinx Virtex-7, содержащие до двух миллионов логических ячеек каждая, со скоростью внутреннего обмена до 2,8 Tb/s.The DSP and control modules for the receiving and transmitting paths are two independent Xilinx Virtex-7 boards, each containing up to two million logical cells, with an internal exchange rate of up to 2.8 Tb/s.

Платы АЦП 10 и ЦАП 11 для приемного и передающих трактов представляют собой две независимые 16 разрядные платы FMC144 размером 85×60 мм, позволяющие реализовать до четырех независимых каналов со скоростью преобразования 370 Msps для АЦП и 2,5 Gsps для ЦАП.ADC 10 and DAC 11 boards for the receiving and transmitting paths are two independent 16-bit FMC144 boards measuring 85x60 mm, allowing up to four independent channels with a conversion speed of 370 Msps for the ADC and 2.5 Gsps for the DAC.

Таким образом система формирования и обработки сигналов обеспечивает улучшение приема информации в условиях замирания сигнала при распространении его по радиоканалу, а также компенсацию помех и адаптацию их по частоте.Thus, the signal generation and processing system provides improved information reception in conditions of signal fading as it propagates over a radio channel, as well as compensation for interference and adaptation in frequency.

Claims (1)

Система формирования и обработки радиосигналов в коротковолновом диапазоне, выполненная в виде двух модулей, при этом первый модуль представляет собой четырехканальный аналого-цифровой преобразователь (АЦП), который содержит фильтр нижней частоты (ФНЧ), усилитель с цифровым управлением, полосовой фильтр (ПФ), аналого-цифровой преобразователь и опорный генератор, причем ФНЧ последовательно соединен с усилителем с цифровым управлением, ПФ и АЦП, второй модуль представляет собой блок цифровой обработки сигнала и управления, в который входит цифровой вычислитель, состоящий из цифрового сигнального процессора и ядра процессора, при этом цифровой вычислитель соединен своими входами с АЦП, а выходом с интерполирующим цифроаналоговым преобразователем, который соединен с опорным генератором, причем цифровой вычислитель соединен с пользовательскими интерфейсами и через усилитель мощности с приемником, при этом четыре аналого-цифровых преобразователя выполнены с возможностью синхронной работы от одного задающего генератора и возможностью выбора частоты преобразования в диапазоне от 65 до 250 МГц для работы в основном окне Найквиста, при этом такая архитектура выполнена с возможностью приема радиосигналов от четырех различных антенн одновременно для построения радиоприемного устройства и возможностью применения алгоритмов адаптивной обработки.A system for generating and processing radio signals in the short-wave range, made in the form of two modules, the first module being a four-channel analog-to-digital converter (ADC), which contains a low-pass filter (LPF), a digitally controlled amplifier, a band-pass filter (PF), an analog-to-digital converter and a reference oscillator, with a low-pass filter connected in series with a digitally controlled amplifier, a filter filter and an ADC, the second module is a digital signal processing and control unit, which includes a digital computer consisting of a digital signal processor and a processor core, while The digital computer is connected by its inputs to the ADC, and by its output to an interpolating digital-to-analog converter, which is connected to a reference oscillator, and the digital computer is connected to user interfaces and through a power amplifier to the receiver, while four analog-to-digital converters are configured to operate synchronously from one master generator and the ability to select a conversion frequency in the range from 65 to 250 MHz for operation in the main Nyquist window, while this architecture is designed with the ability to receive radio signals from four different antennas simultaneously to build a radio receiver and the ability to use adaptive processing algorithms.
RU2023116714A 2023-06-23 System for formation and processing of radio signals in short wave range RU2808097C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2808097C1 true RU2808097C1 (en) 2023-11-23

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6469657B1 (en) * 2000-10-17 2002-10-22 Itt Manufacturing Enterprises, Inc. FFT-based filtering for low-quality signal direction finding
RU2237908C2 (en) * 1990-10-26 2004-10-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Нижегородский Научно-Исследовательский Институт Радиотехники" Device for optimum processing of sequences of wideband signals with modulation of carrier frequency
RU2584496C1 (en) * 2014-12-15 2016-05-20 Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Производственное объединение "Старт" им. М.В. Проценко" (ФГУП ФНПЦ ПО "Старт" им. М.В. Проценко") Radio wave device for alarm signalling with continuous radiation of frequency-modulated oscillations
US10605921B2 (en) * 2015-08-17 2020-03-31 Shanghai Jiao Tong University Full-spectrum covering ultra wideband all photonics-based radar system
RU2726281C1 (en) * 2019-08-26 2020-07-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Active phased antenna array

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2237908C2 (en) * 1990-10-26 2004-10-10 Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Нижегородский Научно-Исследовательский Институт Радиотехники" Device for optimum processing of sequences of wideband signals with modulation of carrier frequency
US6469657B1 (en) * 2000-10-17 2002-10-22 Itt Manufacturing Enterprises, Inc. FFT-based filtering for low-quality signal direction finding
RU2584496C1 (en) * 2014-12-15 2016-05-20 Федеральное государственное унитарное предприятие федеральный научно-производственный центр "Производственное объединение "Старт" им. М.В. Проценко" (ФГУП ФНПЦ ПО "Старт" им. М.В. Проценко") Radio wave device for alarm signalling with continuous radiation of frequency-modulated oscillations
US10605921B2 (en) * 2015-08-17 2020-03-31 Shanghai Jiao Tong University Full-spectrum covering ultra wideband all photonics-based radar system
RU2726281C1 (en) * 2019-08-26 2020-07-10 Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации Active phased antenna array

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6998908B1 (en) Adaptive interference cancellation receiving system using synthesizer phase accumulation
KR100593176B1 (en) Analog Baseband Processing Apparatus used to Multi-mode and Method of the Signal Processing using the same
EP1154589A2 (en) Multiple branch receiver system and method
CN109150215B (en) Digital-analog hybrid adaptive interference cancellation device
WO2018098634A1 (en) Transceiver, base station, and signal processing method
JPWO2011105505A1 (en) Interference wave suppressing device, relay device, relay system, and interference wave suppressing method
CN109412628B (en) X-waveband broadband multi-beam digital receiving system and signal processing method thereof
CN102694557A (en) Multi-channel demodulation signal processing platform based on CPCI (compact programmable communication interface)
CN111641445B (en) Satellite communication and navigation integrated processing system and method
CN115022148A (en) Four-channel single-bit frequency measurement system and method
EP2109937B1 (en) A digital multi-channel system for processing radio signals, in particular of the very wide band type
RU2808097C1 (en) System for formation and processing of radio signals in short wave range
CN111585606B (en) Coherent FFH/DS mixed spread spectrum system
CN111464228B (en) Multichannel VDES receiving and dispatching preprocessing system based on satellite-borne DBF
JPH0888588A (en) Spread spectrum communication equipment
CN212413151U (en) Under-sampling device for high-speed frequency hopping communication
CN214851230U (en) Multichannel satellite communication receiver
RU2289202C2 (en) Digital multi-channel reprogrammable reception path
CN111683028B (en) Digital equal-amplitude cw signal demodulation method
CN115766363A (en) Frequency offset estimation method based on multi-path selection and spatial coherent laser communication system
US7062241B2 (en) Signal processor and method for the system-independent digital evaluation of mobile communications reception signals of various mobile phone standards
KR100959229B1 (en) Data receiving device
KR100360012B1 (en) Apparatus for transmitting a volume of digital optical signals
Chamberlain A software defined HF radio
CN217770060U (en) Universal broadband digital-analog hybrid tracking receiver device