ГЕНЕРАТОР ОРТОГОНАЛЬНЫХ ФУНКЦИЙ Российский патент 1994 года по МПК G06F1/25 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для создания генераторного оборудования многоканальных систем связи.

Известен генератор функций Уолша, содержащий задающий генератор и блок формирования функций Уолша.

Однако сигналы, формируемые генератором функций Уолша, обладают низкой помехоустойчивостью, так как имеют плохие корреляционные свойства - амплитуды боковых пиков автокорреляционных функций этих сигналов близки к единице.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости формируемых сигналов посредством уменьшения амплитуды боковых пиков автокорреляционных функций этих сигналов.

На фиг. 1 представлена структурная схема генератора ортогональных функций; на фиг. 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования предлагаемым генератором функции С (6,θ ); на фиг. 3 - временные диаграммы функций, формируемых прототипом; на фиг. 4 - автокорреляционные функции сигналов, формируемых прототипом; на фиг. 5 - временные диаграммы функций, формируемых предлагаемым генератором; на фиг. 6 - автокорреляционные функции сигналов, формируемых предлагаемым генератором.

Генератор ортогональных функций содержит задающий генератор 1, блок 2 формирования функций Уолша, коммутаторы 3 и ограничитель 4 уровня сигналов.

Генератор ортогональных функций работает следующим образом.

При поступлении импульсов с выхода задающего генератора 1 на тактовый вход блока 2 формирования функций Уолша на выходах блока 2 формируются функции Уолша, поступающие на информационные входы соответствующих коммутаторов 3. На третьем выходе блока 2 формирования функций Уолша формируется функция Wal (2, θ) (функции Уолша на выходах блока 2 упорядочены по числу знакоперемен), которая поступает на вход ограничителя 4 уровня сигналов. Он может быть реализован в виде диода так, что на его выходе появляется только положительная часть функции Wal (2,θ), поступающая на управляющие входы всех коммутаторов 3.

Таким образом, если период функций Уолша, формируемых блоком 2, обозначить через Т, на управляющие входы коммутаторов 3 в течение времени [0,T/4] поступает "1", в течение времени ] T/4, 3T/4[ - "0", в течение времени [3T/4, T] - "1". Коммутаторы 3 представляют собой обычные двухвходовые коммутаторы, на выходах которых формируется сигнал, поступающий на первый информационный вход коммутатора, если на его управляющий вход поступает "1", и на выходах которых формируется сигнал, поступающий на второй информационный вход коммутатора, если на его управляющий вход поступает "0" (см. Основы дискретной техники АСУ и связи./Под ред. Гриненко Г.Ф., Л.: ВИКИ, 1980, с. 354, рис. 11.3). В результате в течение времени [0,T/4] на выходах коммутаторов 3 формируются сигналы, поступающие на их первые информационные входы, в течение времени ]T/4, 3T/4[ на выходах коммутаторов 3 формируются сигналы, поступающие на их вторые информационные входы, в течение времени [3T/4, T] на выходах коммутаторов 3 формируются сигналы, поступающие на их первые информационные входы.

На фиг. 2 показано временное состояние выхода задающего генератора 1 (а), седьмого выхода блока 2 формирования функций Уолша, на котором формируется функция Wal (6,θ ) (б), второго выхода блока 2 формирования функций Уолша, на котором формируется функция Wal (1,θ ) (в), третьего выхода блока 2 формирования функций Уолша, на котором формируется функция Wal (2,θ) (г), выхода ограничителя 4 уровня сигналов (д), выхода седьмого коммутатора, на котором формируется функция С (6,θ) (е).

На фиг. 5 представлены ортогональные функции, формируемые предлагаемым генератором.

В ортогональности функций, формируемых предлагаемым генератором, можно убедиться путем перемножения любых формируемых сигналов и интегрирования результата перемножения за время Т. Известно, что автокорреляционная функция сигнала S(t) определяется выражением
R(τ) = S(t)S(t-τ)dt,
(1) где τ- величина временного сдвига сигнала. Из выражения (1) видно, что R(τ) характеризует степень связи (корреляции) сигнала S(t) с его копией, сдвинутой на величинуτ по оси времени. Функция τ=0 достигает максимума тогда, когда любой сигнал полностью коррелирован с самим собой. При этом
R(0) = S²(t)dt=E, т.е. максимальное значение автокорреляционной функции равно энергии сигнала (Гоноровский И.С., Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Советское радио, 1971, с. 68).

Для случая сигналов, пронормированных по энергии с учетом Е = 1, автокорреляционная функция ФМ ШПС состоит из центрального пика с амплитудой 1, размещенного на интервале (-τ_o, τ_o), и боковых пиков, распределенных на интервалах (-Т, -τ_o) и ( τ_o, Т). Амплитуды боковых пиков принимают различные значения, но у сигналов с хорошими корреляционными свойствами они малы, т. е. существенно меньше амплитуды центрального пика, равной I (Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985, с. 30). Сигналы, обладающие меньшими по амплитуде боковыми пиками АКФ, являются более помехоустойчивыми.

Значения боковых пиков функции автокорреляции, которые обычно меньше основного, зависят от реально используемой кодовой последовательности (в нашем случае сигнала на выходе генератора ортогональных функций) и являются следствием частичной корреляции кодовой последовательности с той же кодовой последовательностью, сдвинутой во времени. При возникновении таких боковых пиков функции корреляции способность приемника системы (система связи, использующей сигналы определенного класса) к установлению надежной синхронизации ухудшается, так как в этом случае он должен различать основной и максимальный боковой пики функции корреляции (Диксон Р.К. Широкополосные системы. - М.: Связь, 1979, с. 67).

Функция автокорреляции представляет наибольший интерес при выборе кодовых последовательностей для получения наименьшей вероятности установления ложной синхронизации (Диксон Р. К. Широкополосные системы. - М.: Связь, 1979, с. 64).

Корреляционные свойства кодовой последовательности (сигнала) характеризует показатель различимости (ПР), определяемый как разность значений функции автокорреляции, соответствующих основному и максимальному боковому пикам. Очевидно чем больше ПР, тем лучше кодовая последовательность (Диксон Р. К. Широкополосные системы. - М.: Связь, 1979, с. 65, а также с. 66, рис. 3.11).

С использованием ЭЦВМ была синтезирована система сигналов, формируемая предлагаемым генератором ортогональных функций, имеющая значительно лучшие по сравнению с аналогом и прототипом автокорреляционные функции и показатели различимости, повышающие,помехоустойчивость формируемых сигналов.

Использование изобретения позволяет создавать генераторное оборудование многоканальных систем связи, обеспечивающее формирование ортогональных функций, обладающих более высокой помехоустойчивостью по сравнению с аналогом и прототипом за счет улучшения корреляционных свойств сигналов посредством уменьшения амплитуды боковых пиков автокорреляционных функций этих сигналов.

Генератор ортогональных функций относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для создания генераторного оборудования многоканальных систем связи. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости формируемых сигналов посредством уменьшения амплитуды боковых пиков автокорреляционных функций этих сигналов. Генератор ортогональных функций содержит задающий генератор, блок формирования функций Уолша, 2ⁿ коммутаторов (2ⁿ - число формируемых сигналов) и ограничитель уровня сигналов. 6 ил.

ГЕНЕРАТОР ОРТОГОНАЛЬНЫХ ФУНКЦИЙ, содержащий задающий генератор и блок формирования функций Уолша, причем выход задающего генератора соединен с тактовым входом блока формирования функций Уолша, отличающийся тем, что в него введены ограничитель уровня сигналов и 2ⁿ коммутаторов, причем вход ограничителя уровня сигналов соединен с третьим выходом блока формирования функций Уолша, а выход - с управляющими входами всех коммутаторов, I-й и (2ⁿ + 1 =i)-й выходы (i = ) блока формирования функций Уолша соединены соответственно с первым и вторым информационными входами i-го коммутатора, выходы коммутаторов являются выходами генератора.