Изобретение относится к радиотехнике, в частности к способам и устройствам приема многолучевых сигналов, и может быть использовано в системах цифровой радиосвязи.
Известны способы приема многолучевых сигналов и современные устройства связи, которые работают в условиях крайне выраженных эффектов многолучевости.
В городских районах многолучевость обусловлена отражением передаваемого сигнала от окружающих зданий, машин и других объектов.
Многолучевое распространение радиосигналов приводит к проблемам фединга и межсимвольной интерференции. Но с другой стороны, при использовании широкополосных сигналов многолучевое распространение используется, как правило, для повышения достоверности передачи информации за счет возможности корреляционного разделения сложных сигналов, пришедших по разным путям и суммирования их после демодуляции.
Методический обзор различных аспектов многолучевости, в частности применительно к широкополосным системам, а также анализ характеристик двух перспективных бинарных широкополосных систем, в которых предусмотрен ряд мер борьбы с многолучевостью рассмотрены Дж. Л. Туриным в статье [1, Дж. Л. Турин. Введение в широкополосные методы борьбы с многолучевостью распространения радиосигналов и их применение в городских системах цифровой связи ТИИЭР, т. 68, N 3, март 1980, с. 30 - 58.].
При поиске сигнала лучи могут быть обнаружены на нескольких смежных временных позициях области неопределенности (фиг. 1, где показаны: а) распределение плотности мощности лучей принимаемого сигнала; б) чип псевдослучайной последовательности). Совокупность таких лучей называется кластером лучей. Об актуальности этой проблемы можно прочитать [2, Саид С. Гассемзальде, Дональд Л. Шиллинг, Сион Хадад, К. Парса. "Статистика многолучевого фединга для CDMA-сигнала прямой последовательности на частоте 2 Ггц в микросотах и внутри помещений". IEEE, 1994, 0-7803-1828-5/94, стр. 604 - 607].
Известны различные способы приема многолучевых сигналов, например, способ [3, И. С. Андронов, Л.М. Финк. Передача дискретных сообщений по параллельным каналам. М. -1971. "Советское радио", с. 53 - 58], заключающийся в том, что формируют один опорный сигнал для каждого обнаруженного луча сигналов, определяют сигнал корреляции между лучом и соответствующим ему опорным сигналом на длительности каждого принимаемого символа, затем взвешивают сигналы взаимной корреляции путем умножения на весовые коэффициенты, которые формируют таким образом, что большему уровню сигнала корреляции соответствовал больший коэффициент и суммируют все взвешенные сигналы взаимной корреляции, соответствующие каждому принимаемому символу, формируя таким образом последовательность суммарных сигналов взаимной корреляции принимаемых символов, а затем используют ее для принятия решения о последовательности принимаемых символов.
Недостатками известного способа [3] является то, что, во-первых, упомянутый способ не предусматривает поиск лучей и поиск кластеров лучей на интервале многолучевости; во-вторых, прием как отдельного луча, так и кластеров лучей ведут одинаковым способом, поэтому из кластера лучей выделяют только часть энергии; в-третьих, не осуществляют временную подстройку опорных сигналов как отдельных лучей, так максимальных и дополнительных лучей, входящих в кластер сигналов, что также приводит к энергетическим потерям.
Эти существенные недостатки способа-аналога наглядно иллюстрирует фиг. 2, где показаны: а) распределение плотности мощности лучей при кластерной многолучевости; б) распределение плотности мощности отдельных лучей при обычной многолучевости; в) показан чип псевдослучайной последовательности. Видно, что при обычной многолучевости выделяется вся энергия луча, а при кластерной многолучевости выделяется только часть энергии кластера.
Наиболее близким техническим решением к заявляемому способу является способ приема многолучевых сигналов [4, Окунев Ю.Б., Яковлев Л.А. Широкополосные системы связи с составными сигналами. Связь. - М. - 1968, с. 86 - 91], заключающийся в том, что формируют один опорный сигнал для каждого обнаруженного луча сигналов, определяют сигналы корреляции между лучом и соответствующим ему опорным сигналом на длительности каждого принимаемого символа, затем взвешивают сигналы взаимной корреляции путем умножения на весовые коэффициенты, которые формируют таким образом, что большему уровню сигнала корреляции соответствовал больший коэффициент, и суммируют все взвешенные сигналы взаимной корреляции, соответствующие каждому принимаемому символу, формируя таким образом последовательность суммарных сигналов взаимной корреляции принимаемых символов, а затем используют ее для принятия решения о последовательности принимаемых символов.
Недостатками этого способа [4] также является то, что способ не предусматривает поиск лучей и поиск кластеров лучей на интервале многолучевости; прием как отдельного луча, так и кластеров лучей ведут одинаковым способом, т.е. из кластера лучей выделяют только часть энергии; не осуществляют временную подстройку опорных сигналов под отдельные лучи и максимальные и дополнительные лучи, входящие в кластер сигналов, что также приводит к энергетическим потерям.
Известны также устройства, осуществляющие прием многолучевых сигналов, так называемые Rake-приемники.
Одним из таких устройств является устройство приема многолучевых сигналов [5, патент США N 5, 309, 474 МКИ - 5 ред. H 04 L 27/30] в системе CDMA, содержащее приемники данных и приемники поиска, первые входы которых являются входами устройства, вторые входы соединены с блоком управления, выход которого соединен с соответствующим ему входом приемника данных, при этом второй выход каждого приемника данных соединен с блоком сложения лучей, выход которого является выходом устройства.
По структуре и использованию в системах CDMA это устройство является аналогом заявляемому устройству.
Недостатком известного устройства [5] является то, что это устройство осуществляет прием как отдельного луча, так и кластеров лучей одинаковым способом на интервале многолучевости, используя L-приемников данных, каждый из которых настроен на обработку одного луча, следовательно он принимает один отдельный луч или максимальный луч кластера, в результате чего выделяется только часть энергии лучей, что приводит к энергетическим потерям.
Для понимания работы устройства в целом и выявления его недостатков, в качестве примера в структуре Rake-устройства необходимо рассмотреть работу приемника данных, который может быть выполнен по одному из известных вариантов построения функциональных схем цифровых радиоприемных систем, например описанных [6, Цифровые радиоприемные системы. Под ред. М.И. Жодзишского. М. - "Радио и связь". 1990, с. 25 - 27], В состав каждого из этих приемников данных входит схема слежения за задержкой. Эта схема обеспечивает, как правило, временную синхронизацию принятого и опорного сигнала с точностью до 1/4 - 1/16 чипа расширяющейся псевдослучайной последовательности.
Временная синхронизация осуществляется посредством временных сдвигов опорного сигнала относительно принимаемого. Решение о направлении сдвига опорного сигнала (задержке или опережении) принимается после сравнения выходных значений двух корреляторов схемы слежения за задержкой, псевдослучайные последовательности которых сдвинуты относительно опорного сигнала коррелятора демодулятора на половину чипа расширяющей псевдослучайной последовательности с опережением и запаздыванием соответственно.
Если выходное значение опережающего коррелятора больше выходного значения коррелятора с запаздыванием, то опорный сигнал демодулятора сдвигается в направлении опережения. Если большее значение имеет другой коррелятор, то сдвиг производится в противоположном направлении.
Наличие такой схемы синхронизации не позволяет эффективно выделять энергию кластера на приемной стороне, даже в том случае, когда для этого используется большое число приемников данных.
Для иллюстрации этого существенного недостатка рассмотрим фиг. 3, на которой:
а) показано распределение плотности мощности лучей в кластере и расстановка задержек приемников данных, при которой выделяется вся энергия кластера (в качестве примера взяты 6 приемников данных, обозначенных номерами с 1 по 6). Стрелками показаны направления смещения задержек приемников данных под воздействием схем слежения за задержкой;
б) показана расстановка задержек приемников данных под действием схем слежения за задержкой. Штриховкой показана доля энергии кластера, выделяемая приемниками данных;
в) показан чип псевдослучайной последовательности.
Таким образом существенным недостатком описанного выше устройства [5] является то, что это устройство на интервале многолучевости осуществляет прием отдельных лучей и лучей кластера, используя для этого приемники данных, которые не способны выделять всю энергию кластера, что приводит к энергетическим потерям и неэффективной работе приемников данных.
Известно также устройство для когерентного приема многолучевых сигналов [7, авторское свидетельство СССР N 1305892, МКИ - 4 редакция H 04 L 27/22], содержащее компенсатор помехи, блок опорного напряжения, демодулятор, блок формирования помехи, блок выделения лучей, блок вычитания, блок формирования составляющих помехи и блок восстановления параметров сигнала.
Недостатком этого устройства [7] также является то, что оно при приеме многолучевого сигнала не способно выделять всю энергию кластера, что приводит к энергетическим потерям.
Известно также устройство для когерентного приема многолучевых сигналов [8, авторское свидетельство СССР N 1570020, МКИ - 5 редакция H 04 L 27/22], содержащее основной и дополнительные компенсаторы помехи, основной и дополнительные блоки опорного напряжения, демодулятор, блок формирования помехи, блок выделения лучей, блок вычитающих устройств, блок формирования составляющих помехи, блок восстановления параметров сигнала, блок анализа и отключения и блок сложения лучей (сумматор).
Это схемное решение, по сравнению с предыдущим, является более совершенным решением. Однако оно, также не устраняет описанный выше существенный недостаток аналогичных устройств.
Наиболее близким техническим решением для приема многолучевых сигналов по структуре схемы и обработке сигнала является приемник, осуществляющий прием в многолучевом канале [4, Ю.Б. Окунев, Л.А. Яковлев. Широкополосные системы связи с составными сигналами. Связь. - М. - 1968, с. 90] в соответствии с фиг. 4 содержит L приемников данных 1-1 - 1-L и соответственно им схем умножения 2-1 - 2-L блок определения весовых коэффициентов 3, сумматоры 4-5 и схему сравнения 6.
В этом устройстве входной сигнал поступает на умножители 2-1 - 2-L и блок определения весовых коэффициентов 3. Затем выходные сигналы умножителей 2-1 - 2-L поступают на приемники данных 1-1 - 1-L, выходные сигналы которых поступают на сумматоры 4 и 5, а затем на схему сравнения 6, выход которой является выходом устройства. Одновременно блок определения весовых коэффициентов 3 формирует Мi - весовые коэффициенты таким образом, что большему сигналу соответствует больший коэффициент, и направляет на умножители 2-1 - 2-L.
Недостатком описанного выше устройства [4] также является то, что приемники данных не способны выделять всю энергию кластера, что приводит к энергетическим потерям и неэффективной работе приемников данных.
Поэтому в основу заявляемой группы изобретений, учитывая существенные недостатки аналогов и прототипов (для способа и устройства), была положена задача создания такого способа приема многолучевых сигналов и такого устройства для его реализации, которые в совокупности при использовании позволят существенно улучшить технические характеристики приемных устройств радиосвязи, используемых в условиях современного города, и, по сравнению с известными техническими решениями, обладают существенным энергетическим выигрышем.
Эта задача достигается тем, что в способ приема многолучевых сигналов, заключающемся в том, что формируют опорный сигнал для каждого обнаруженного луча, определяют сигналы взаимной корреляции между лучом и соответствующим ему опорным сигналом на длительности каждого принимаемого символа, затем взвешивают сигналы взаимной корреляции путем умножения на весовые коэффициенты, которые формируют таким образом, чтобы большему уровню сигнала корреляции соответствовал больший коэффициент и суммируют, все взвешенные сигналы взаимной корреляции, соответствующие каждому принимаемому символу, формируя таким образом последовательность суммарных сигналов взаимной корреляции принимаемых символов, а затем используют ее для принятия решения о последовательности принимаемых символов, дополнительно вводят следующую последовательность операций: проводят поиск лучей на интервале многолучевости, проводят поиск кластеров лучей, представляющих объединенные группы из обнаруженных лучей, для которых интервал задержки между любыми двумя смежными по задержке лучами менее шага или равен шагу поиска сигнала по задержке; обнаруживают в каждом кластере луч максимальной мощности определяют его как основной луч кластера, а остальные лучи определяют как дополнительные лучи кластера; осуществляют временную подстройку опорных сигналов лучей, не входящих в кластеры, а также основных лучей кластеров таким образом, чтобы получить наибольший уровень взаимной корреляции между опорными сигналами лучей и принимаемым сигналом; осуществляют временные подстройки опорных сигналов дополнительных лучей таким образом, чтобы сохранилась разность задержек между опорными сигналами дополнительных лучей и опорными сигналами соответствующих им основных лучей.
Эта задача достигается также и тем, что в устройство для приема многолучевых сигналов, содержащее L приемников данных и соответственно им схем умножения, схему определения весовых коэффициентов, каждый выход которой соединен с соответствующей ему схемой умножения, сумматор и решающую схему, вход которой соединен с выходом сумматора, а выход является выходом устройства, дополнительно введены: M приемников кластера лучей и соответственно им схем умножения; схема обнаружения и анализа кластера лучей; приемник поиска; коммутатор; схема управления и соответственно введены новые связи в схему: первые два входа каждого приемника данных, каждого приемника кластера лучей и приемника поиска одновременно являются входами устройства, а второй их вход соединен с соответствующими им первыми выходами блока управления; третий вход каждого приемника кластера лучей подключен к соответствующему ему выходу коммутатора; первые входы коммутатора соединены с соответствующими им первыми выходами каждого приемника данных, второй вход - с первым выходом схемы обнаружения и анализа кластера лучей, а третий вход - со вторым выходом блока управления; третий выход блока управления соединен с третьим входом приемника поиска, а четвертый и пятый выходы - соответственно с первым и вторым входами схемы обнаружения и анализа кластера лучей, при этом первый и второй входы блока управления соответственно подключены к первому выходу приемника поиска и второму выходу схемы обнаружения и анализа кластера лучей; оба выходы приемника поиска соединены с третьим и четвертым входами схемы обнаружения и анализа кластера лучей; выход каждого приемника данных одновременно соединен с соответствующими ему третьим входом блока управления, входом схемы определения весовых коэффициентов и умножителем; выход каждого приемника кластера лучей одновременно соединен с соответствующими ему входом схемы определения весовых коэффициентов и умножителем; выход каждого умножителя соединен с соответствующим ему входом сумматора.
Сопоставительный анализ заявляемого способа с прототипом показывает, что заявляемый способ отличается наличием новой существенной последовательности операций, которые позволяют получить новый технический эффект от использования способа - осуществлять прием многолучевого сигнала с максимальной эффективностью.
Кроме того, сопоставительный анализ заявляемого способа с другими известными в данной области аналогичными решениями [1-3] не позволил выявить признаки, заявленные в отличительной части формулы изобретения. Это позволяет сделать вывод о том, что техническое решение отвечает критериям "существенные отличия", "неочевидность" и соответствует изобретательскому уровню.
Сопоставительный анализ с прототипом заявляемого устройства показывает, что заявляемое устройство отличается наличием новых существенных признаков, а именно, введены M приемников кластера, которые обеспечивают прием M лучей кластера; введен приемник поиска, который последовательно просматривает интервал многолучевости, при этом на каждом шаге проводится операция обнаружения сигнала; введен блок управления, который выдает на приемник поиска последовательность команд, задающих временные сдвиги его генератору псевдослучайной последовательности, по этим командам псевдослучайная последовательность приемника поиска последовательно на величину, длительностью менее одного чипа или равную одному чипу, сдвигается влево, а затем вправо (т. е. запаздывает и опережает) относительно псевдослучайной последовательности приемника данных; введена схема обнаружения и анализа кластера лучей; а также соответственно введены новые связи, которые в совокупности с другими устройствами схемы позволили получить принципиально новый технический эффект, а именно вести поиск лучей и поиск кластеров лучей на интервале многолучевости, а также вести прием обнаруженных отдельных лучей и кластеров лучей с максимальной эффективностью.
Таким образом, сопоставительный анализ заявляемого устройства с прототипом показывает, что заявляемое устройство обладает новизной.
Сопоставительный анализ заявляемого устройства с другими известными техническими решениями [5-8] , доступными авторам, показывает, что признаки, заявленные в отличительной части формулы, не обнаружены. Следовательно, заявляемое устройство приема многолучевых сигналов отвечает критериям: "новизна", "существенные отличия", "неочевидность" и соответствует изобретательскому уровню.
Изобретение поясняется чертежами.
На фиг. 1 показаны для способа-аналога: а) распределение плотности мощности лучей принимаемого сигнала; б) чип псевдослучайной последовательности.
На фиг. 2 показаны: а) распределение плотности мощности лучей при кластерной многолучевости; б) распределение плотности мощности отдельных лучей при обычной многолучевости; в) показан чип псевдослучайной последовательности.
На фиг. 3 показаны для устройства-аналога: а) распределение плотности мощности лучей в кластере и расстановка задержек приемников данных (обозначенные номерами с 1 по 6), при которой выделяется вся энергия кластера. Стрелками показаны направления смещения задержек приемников данных под воздействием схем слежения за задержкой; б) расстановка задержек приемников данных под действием схем слежения за задержкой. Штриховкой показана доля энергии кластера, выделяемая приемниками данных; в) показан чип псевдослучайной последовательности.
На фиг. 4 представлена блок-схема приемника, осуществляющего прием в многолучевом канале (прототип).
На фиг. 5 изображена схема устройства приема многолучевых сигналов (заявляемое устройство).
На фиг. 6 - схема приемника данных (приведена в качестве примера для понимания принципа работы устройства).
На фиг. 7 - схема приемника кластера лучей (приведена в качестве одного из вариантов исполнения для практической реализации).
На фиг. 8 - схема обнаружения и анализа кластера лучей (приведена в качестве одного из вариантов исполнения для практической реализации).
На фиг. 9 - схема приемника поиска (приведена в качестве примера для понимания работы заявляемого устройства).
На фиг. 10 - схема блока управления (приведена в качестве примера одного из вариантов исполнения для практической реализации заявляемого устройства приема многолучевых сигналов).
Блок-схема приемника, осуществляющего прием в многолучевом канале (прототип) в соответствии с фиг. 4 содержит L приемников данных 1-1 - 1-L и соответственно им схем умножения 2-1 - 2-L схему определения весовых коэффициентов 3, каждый выход которой соединен с соответствующей ему схемой умножения 2-1 - 2-L, сумматоры 4 и 5 и решающую схему 6.
Устройство приема многолучевых сигналов в соответствии с фиг. 5 (заявляемое техническое решение) содержит L приемников данных 1-1 - 1-L и соответственно им схем умножения 2-1 - 2-L, схему определения весовых коэффициентов 3, каждый выход которой соединен с соответствующей ему схемой умножения 2-1 - 2-L, сумматор 4 и решающую схему 5, вход которой соединен с выходом сумматора 4, а выход является выходом устройства. Кроме того, устройство содержит M приемников кластера лучей 6-1 - 6-M и соответственно им схем умножения 7-1 - 7-M, схему обнаружения и анализа кластера лучей 8, приемник поиска 9, коммутатор 10 и блок управления 11, при этом первые два входа каждого приемника, данных 1-1 - 1-L, каждого приемника кластера лучей 6-1 - 6-M и приемника поиска 9 одновременно являются входами устройства, второй их вход соединен с соответствующими им первыми выходами блока управления 11, третий вход каждого приемника кластера лучей 6-1 - 6-M подключен к соответствующему ему выходу коммутатора 10, первые входы которого соединены с соответствующими им первыми выходами каждого приемника данных 1-1 - 1-L, второй вход - с первым выходом схемы обнаружения и анализа кластера лучей 8, а третий вход - со вторым выходом блока управления 11, третий, четвертый и пятый выходы которого соответственно соединены с третьим входом приемника поиска 9 и первым и вторым входами схемы обнаружения и анализа кластера лучей 8, при этом первый и второй входы блока управления 11 соответственно подключены к первому выходу приемника поиска 9 и второму выходу схемы обнаружения и анализа кластера лучей 8, причем оба выхода приемника поиска 9 соединены с третьим и четвертым входами схемы обнаружения и анализа кластера лучей 8, а второй выход каждого приемника данных 1-1 - 1-L одновременно соединен с соответствующими ему третьим входом блока управления 11, входом схемы определения весовых коэффициентов 3 и умножителем 2-1 - 2-L, выход каждого приемника кластера лучей 6-1 - 6-M, одновременно соединен с соответствующими ему входом схемы определения весовых коэффициентов 3 и умножителем 7-1 - 7-M, при этом выход каждого умножителя 2-1 - 2-L и 7-1 - 7-M соединен с соответствующим ему входом сумматора 4.
Приемник данных (1-1 - 1-L выполнен по одному из известных вариантов построения функциональных схем цифровых радиоприемных систем, описанных [6, Цифровые радиоприемные системы. Под pед. М.И. Жодзишского. М. - "Радио и связь". 1990, с. 25 - 27]. Схема приемника доработана авторами для практической реализации в структуре заявляемого устройства для приема многолучевых сигналов [дополнительно введены в приемник данных схема управления и регистр] и приведена как один из вариантов исполнения в качестве примера.
Приемник данных 1-1 - 1-L в соответствии с фиг. 6 содержит: фильтр 12, аналого-цифровой преобразователь 13, синтезатор несущей частоты 14, первый 15 и второй 16 умножители, первый 17 и второй 18 накопители, микроЭВМ 19, схему управления 20, синтезатор тактовой частоты 21, генератор псевдослучайной последовательности 22, регистр 23 и схему слежения за задержкой 24, при этом вход фильтра 12 является входом этого устройства, а выход соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя 13, вторые два входа которого соединены с синтезатором несущей частоты 14, а первый и второй выходы его одновременно соединены соответственно с первым входом первого умножителя 15, первым входом второго умножителя 16 и первыми входами схемы слежения за задержкой 24, при этом вторые входы первого 15 и второго 16 умножителей соединены с первым выходом генератора псевдослучайной последовательности 22, а выходы умножителей 15 и 16 соответственно подключены к первым входам первого 17 и второго 18 накопителей, выходы которых соединены с первым и вторым входами микроЭВМ 19, а вторые входы накопителей 17 и 18 соединены с первым выходом схемы управления 20, вход которой является входом управляющего сигнала, а второй выход ее подключен к первому входу генератора псевдослучайной последовательности 22, второй вход которого соединен с выходом синтезатора тактовой частоты 21, а выходы его соединены с входом регистра 23 и вторым входом схемы слежения за задержкой 24, выходы которой подключены к третьим входам микроЭВМ 19, один выход которой является выходом устройства, второй выход соединен с синтезатором несущей частоты 14, а третий выход - с синтезатором тактовой частоты 21.
Введение в приемник данных схемы управления 20 и регистра 23 вызвано следующей необходимостью.
Схема управления 20 по сигналу с блока управления 11 осуществляет временной сдвиг генератора псевдослучайной последовательности 22 так, чтобы опорная псевдослучайная последовательность по времени совпадала с принимаемым сигналом. После сдвига генератора псевдослучайной последовательности 22, схема управления 20 формирует периодический сигнал, по которому микроЭВМ 19 считывает выходные данные с накопителей 17 и 18, а затем эти накопители устанавливаются в начальное состояние (обнуляются).
С помощью регистра 23 формируются сдвинутые относительно друг друга на величину, равную длительности менее одного чипа (например, 1/2 чипа) или длительности одного чипа, копии опорного сигнала.
Схема приемника кластера лучей (6-1 - 6-M) предложена как один из вариантов исполнения и приведена в качестве примера использования. Приемник кластера лучей в соответствии с фиг. 7 содержит фильтр 25, аналого-цифровой преобразователь 26, синтезатор несущей частоты 27, первый 28 и второй 29 умножители, первый 30 и второй 31 накопители, микроЭВМ 32 и схему управления 33, при этом вход фильтра 25 является входом устройства, выход его соединен с первым входом аналого-цифрового преобразователя 26, вторые два входа которого соединены с синтезатором несущей частоты 27, а первый и второй выходы его соединены соответственно с первыми входами первого 28 и второго 29 умножителей, вторые входы которых подключены к коммутатору 10, а выходы соответственно к первым входам первого 30 и второго 31 накопителей, вторые входы которых соединены с выходом схемы управления 33, вход которой является входом управляющего сигнала, а выходы накопителей 30 и 31 - соответственно к первому и второму входам микроЭВМ 32, один выход которой является выходом устройства, а второй выход соединен с входом синтезатора несущей частоты 27. Схема обнаружения и анализа кластера лучей 8 предложена как один из вариантов исполнения и приведена в качестве примера использования. Схема обнаружения и анализа кластера лучей в соответствии с фиг. 8 содержит Q регистров 34-1 - 34-Q, мультиплексор 35, схему управления 36, первую 37, вторую 38 и третью 39 схемы сравнения, первый 40 и второй 41 счетчики и логический элемент ИЛИ 42, при этом входы регистров 34-1 - 34-Q и первый вход схемы управления 36 являются входами устройства, выходы регистров 34-1 - 34-Q соединены с соответствующими им первыми входами мультиплексора 35, второй вход которого подключен к первому выходу схемы управления 36, а выход мультиплексора 35 - с первым входом первой схемы сравнения 37, второй вход которой является входом порогового сигнала, а выход ее - одновременно соединен с первыми входами первого 40 и второго 41 счетчиков и вторым входом схемы управления 36, третий вход которой является входом управляющего сигнала, а два выхода которой соответственно соединены со вторыми входами первого 40 и второго 41 счетчиков, выходы которых одновременно являются первым выходом устройства на коммутатор 10 и соединены с входами второй 38 и третьей 39 схем сравнения, выходы которых соединены с логическим элементом ИЛИ 42, выход которого является вторым выходом устройства.
Схема приемника поиска 9 приведена в качестве примера исполнения и в соответствии с фиг. 9 содержит: K-квадратурных корреляторов 43-1 - 43-K, генератор псевдослучайной последовательности 44, схему формирования порога 45, схему управления 46 и мультиплексор 47, при этом первые два входа каждого квадратурного коррелятора 43-1 - 43-K и схемы формирования порога 45 являются входами устройства, второй вход каждого квадратурного коррелятора 43-1 - 43-K соединен с соответствующим ему выходом генератора псевдослучайных последовательностей 44, третий вход каждого квадратурного коррелятора 43-1 - 43-K соединен с соответствующим ему одним выходом схемы управления 46, другой выход которой соединен с генератором псевдослучайных последовательностей 44, при этом вход схемы управления 46 является входом управляющего сигнала, выход схемы формирования порога 45 является выходным сигналом порога, а выход каждого квадратурного коррелятора 43-1 - 43-K соответственно соединен с первым и вторым входами мультиплексора 47, а выход является выходом устройства.
Блок управления 11 приведен в качестве примера исполнения для практической реализации устройства. Блок управления 11 в соответствии с фиг. 10 содержит схемы выбора максимума 48 и выбора минимума 49, мультиплексор 50, схему сравнения 51, схему управления сдвигами приемников 52 и схему управления обнаружением кластера лучей 53, при этом вход схемы выбора максимума 48 и первые входы мультиплексора 50 являются входами устройства, выход мультиплексора 50 соединен с входом схемы выбора минимума 49, выход которой соединен с одним входом схемы сравнения 51, другой вход которой соединен с выходом схемы выбора максимума 48, а выход схемы сравнения 51 подключен к схеме управления сдвигами приемников 52, первые выходы которой являются первыми выходами устройства, второй выход которой соединен со вторым входом мультиплексора 50, а третий выход - с первым входом схемы управления обнаружением кластера лучей 53, второй вход которой является входом сигнала обнаружения кластера лучей, а выходы ее являются вторыми выходами устройства.
Способ приема многолучевых сигналов осуществляют следующим образом (используя устройство, изображенное на фиг. 5).
Входной сигнал поступает на входы L приемников данных 1-1 - 1-L, где формируют опорный сигнал для каждого обнаруженного луча. Определяют сигналы взаимной корреляции между лучом и соответствующим ему опорным сигналом на длительности каждого принимаемого символа.
При этом определение сигнала корреляции входного сигнала с опорным сигналом может осуществляться когерентным и не когерентным способом.
В случае когерентного определения корреляции, оценка фазы известна, и корреляция равна интегралу от произведения входного и опорного сигналов. Интегрирование производят на длительность принимаемого символа.
В случае некогерентного определения корреляции, фаза принимаемого сигнала не известна. Поэтому в начале определяется синфазная и квадратурная составляющие входного сигнала, а уже затем определяются интегралы от произведений квадратурных составляющих на опорный сигнал. Коррекция равна корню квадратному из суммы квадратов полученных интегралов.
Выходные сигналы приемников данных 1-1 - 1-L поступают на схемы умножения 2-1 - 2-L, где взвешивают сигналы взаимной корреляции путем умножения их на весовые коэффициенты, сформированные блоком определения весовых коэффициентов 3. Суммируют сумматором 4 все взвешенные сигналы корреляции, соответствующие каждому принимаемому символу, формируя таким образом последовательность суммарных сигналов корреляции принимаемых символов. При этом весовые коэффициенты формируют таким образом, что большему уровню сигнала корреляции соответствует больший коэффициент, и подают на вход решающей схемы 5, где используют последовательность суммарных сигналов корреляции для принятия решения о последовательности информационных символов.
Алгоритм принятия решения о последовательности принимаемых символов определяется размером алфавита сообщения и способом обработки сигнала.
Так, например, если используется m-ичный алфавит, то истинным считается максимальный из принятых сигналов.
В случае когерентного приема бинарного сигнала:
- принятым считается единичный символ, если суммарный сигнал корреляции больше нуля;
- принятым считается нулевой символ, если суммарный сигнал корреляции меньше нуля.
Поиск отдельных лучей на интервале многолучевости осуществляют приемником поиска 9, который последовательно просматривает интервал многолучевости. Максимальный из обнаруженных сигналов поступает на блок управления 11, где сравнивается с минимальным выходным сигналом соответствующего приемника данных. Если максимальный сигнал приемника поиска 9 больше минимального выходного сигнала одного из приемников данных 1-1 - 1-L, то этот приемник данных переходит на обработку луча, выделенного приемником поиска. Для этого блок управления 11 выдает на соответствующий приемник данных 1-1 - 1L сигнал, по которому осуществляют перестройку генератора псевдослучайных последовательностей этого приемника, обеспечивающую прием выделенного луча.
Проводят на интервале многолучевости поиск кластеров лучей, представляющих объединенные группы из обнаруженных лучей, для которых интервал задержки между любыми двумя смежными по задержке лучами менее шага или равен шагу поиска сигнала по задержке. Обнаруживают в каждом кластере луч максимальной мощности и определяют его как основной луч кластера, а остальные лучи определяют как дополнительные лучи кластера. Эти операции реализуют следующим образом.
После захвата приемником данных 1-1 - 1-L сигнала отдельного луча, проводят проверку наличия у этого луча кластера лучей. Для этого блок управления 11 выдает на приемник поиска 9 последовательность команд, задающих временные сдвиги его генератору псевдослучайных последовательностей. По этим командам псевдослучайная последовательность приемника поиска 9 последовательно на величину, менее длительности одного чипа или равную одному чипу, сдвигается влево, а затем вправо (запаздывает и опережает) относительно псевдослучайной последовательности приемника данных.
Влево псевдослучайная последовательность приемника поиска 9 сдвигается на Qn чипов, а вправо на Qm чипов.
Всего для просмотра временных сдвигов (Q = Qn + Qm) псевдослучайных последовательностей потребуется Q/K параллельных временных сдвигов K корреляторов приемника поиска 9.
При каждом сдвиге происходит накопление сигнала в корреляторах приемника поиска 9.
В схеме обнаружения и анализа кластера лучей 8 выходные значения корреляторов приемника поиска 9 сравниваются с порогом, сформированным в приемнике поиска 9. Превышение порога означает обнаружение сигнала.
Если при временном сдвиге на один чип вправо или влево происходит обнаружение сигнала, то это означает обнаружение кластера лучей.
Если обнаружен кластер Q лучей, то схема обнаружения и анализа кластера лучей 8 выдает на блок управления 11 сигнал обнаружения кластера лучей, а на коммутатор 10 его размер. Размер кластера определяется двумя величинами: числом правых и числом левых сдвигов (Qn и Qm).
Затем осуществляют временную подстройку опорных сигналов лучей, не входящих в кластеры, а также основных лучей кластеров таким образом, чтобы получить наибольший уровень взаимной корреляции между опорными сигналами лучей и принимаемым сигналом, осуществляют временные подстройки опорных сигналов дополнительных лучей таким образом, чтобы сохранилась разность задержек между опорными сигналами дополнительных лучей и опорными сигналами соответствующих им основных лучей. Эти операции осуществляют следующим образом.
По сигналу обнаружения кластера лучей, блок управления 11 устанавливает коммутатор 10 таким образом, что опорные сигналы с приемника данных 1-1 - 1-L, относительно опорного сигнала которого обнаружен кластер лучей, поступают на M-приемников кластера лучей 6-1 - 6-M. Причем каждому обнаруженному кластеру лучей соответствует опорный сигнал приемника данных, по времени эти сигналы совпадают.
Далее осуществляют формирование весовых коэффициентов таким образом, что большему уровню сигнала корреляции соответствует больший коэффициент. Эти операции способа осуществляют следующим образом.
Выходные сигналы приемников кластера лучей 6-1 - 6-M поступают на схемы умножения 7-1 - 7-M, где умножаются на весовые коэффициенты, которые формирует блок определения весовых коэффициентов 3 таким образом, что большему уровню сигнала корреляции соответствует больший коэффициент. Затем суммируют в сумматоре 4 все взвешенные сигналы взаимной корреляции, соответствующие каждому принимаемому символу, формируя таким образом последовательность суммарных сигналов взаимной корреляции принимаемых символов, и подают на вход решающей схемы 5 для принятия решения о последовательности принимаемых символов.
Устройство приема многолучевых сигналов (устройство для реализации способа) в соответствии с фиг. 5 работает следующим образом. Входной сигнал поступает на входы L приемников данных 1-1 - 1-L и приемник поиска 9, при этом каждый приемник данных обрабатывает отдельный луч (один из L лучей). Выходные сигналы приемников данных 1-1 - 1-L поступают на схемы умножения 2-1 - 2-L где умножаются на весовые коэффициенты, которые формирует блок определения весовых коэффициентов 3 таким образом, что большему сигналу соответствует больший коэффициент. Затем выходные сигналы схем умножения суммируются сумматором 4 и подаются на вход решающей схемы 5, которая принимает решение о принятом информационном сигнале и выход которой является выходом устройства. Приемник поиска 9 последовательно просматривает интервал многолучевости, при этом на каждом шаге проводится операция обнаружения сигнала. Максимальный из обнаруженных сигналов поступает на блок управления 11, где сравнивается с минимальным выходным сигналом соответствующего приемника данных. Если максимальный сигнал приемника поиска 9 больше минимального выходного сигнала одного из приемников данных, то этот приемник данных переходит на обработку луча, выделенного приемником поиска. Для этого блок управления 11 выдает на соответствующий приемник данных 1-1 - 1-L сигнал, по которому осуществляется перестройка генератора псевдослучайных последовательностей этого приемника, обеспечивающая прием выделенного луча.
После захвата приемником данных 1-1 - 1-L сигнала отдельного луча производится проверка наличия у него кластера лучей. Для этого блок управления 11 выдает на приемник поиска 9 последовательность команд, задающих временные сдвиги его генератору псевдослучайных последовательностей. По этим командам псевдослучайная последовательность приемника поиска 9 последовательно на величину, длительностью менее одного чипа или равную одному чипу, сдвигается влево, а затем вправо (запаздывает и опережает) относительно псевдослучайной последовательности приемника данных 1-1 - 1-L.
Влево псевдослучайная последовательность приемника поиска 9 сдвигается на Qn чипов, а вправо на Qm чипов.
Всего для просмотра временных сдвигов (Q = Qn + Qm) псевдослучайных последовательностей потребуется Q/K параллельных временных сдвигов K корреляторов приемника поиска 9.
При каждом сдвиге происходит накопление сигнала в корреляторах приемника поиска 9.
В схеме обнаружения и анализа кластера лучей 8 выходные значения корреляторов приемника поиска 9 сравниваются с порогом, сформированным в приемнике поиска 9. Превышение порога означает обнаружение сигнала.
Если при временном сдвиге на величину, длительностью менее одного чипа или равную одному чипу, происходит обнаружение сигнала, то это означает обнаружение кластера лучей.
Если обнаружен кластер Q лучей, то схема обнаружения и анализа кластера лучей выдает на блок управления 11 сигнал обнаружения кластера лучей, а на коммутатор 10 его размер. Размер кластера лучей определяется двумя величинами: числом правых и числом левых сдвигов (Qn и Qm).
По сигналу обнаружения кластера лучей блок управления 11 устанавливает коммутатор 10 таким образом, что опорные сигналы с приемника данных 1-1 - 1-L, относительно опорного сигнала которого обнаружен кластер лучей, поступают на M-приемников кластера лучей 6-1 - 6-M. Причем каждому обнаруженному кластеру лучей соответствует опорный сигнал приемника данных, по времени эти сигналы совпадают.
Выходные сигналы приемников кластера лучей 6-1 - 6-M умножаются на весовые коэффициенты, которые формируются таким образом, что большему сигналу соответствует больший коэффициент. Затем выходные сигналы суммируются сумматором 4 и подаются на вход решающей схемы 5.
Схема обнаружения и анализа кластера лучей 8 в соответствии с фиг. 8 работает следующим образом.
Выходные сигналы приемника поиска 9 по сигналам с блока управления 11 последовательно записываются в регистры 34-1 - 34-Q. Затем по сигналу с блока управления 11 схема управления 36 формирует команды, по которым последовательно переключается мультиплексор 35, и его выходные значения сравниваются с порогом. Если порог превышен, то значение одного из двух счетчиков 40 или 41 увеличивается на единицу, причем в первый счетчик 40 записывается число превышений порога, соответствующих левым сдвигам генератора псевдослучайных последовательностей приемника поиска, а во второй 41 - правым сдвигам.
Если порог не превышен, то схема управления 36 переходит от анализа левых сдвигов к анализу правых. Если порог не превышен на каком-то правом сдвиге, то анализ данного кластера лучей заканчивается.
Затем числа, записанные в счетчиках 40 и 41, поступают на выход устройства и схемы сравнения с нулем 38 и 39. При этом, если хотя бы одно из двух чисел не равно нулю, на выход устройства поступает сигнал обнаружения кластера лучей.
Приемник поиска 9 в соответствии с фиг. 9 работает следующим образом.
Входной сигнал поступает одновременно на K параллельных квадратурных корреляторов 43-1 - 43-K, где перемножается с опорными сигналами, сформированными генератором псевдослучайной последовательности 44, а затем результаты перемножения накапливаются.
Выходные данные квадратурных корреляторов 43-1 - 43-K через схему мультиплексора 47 поступают на выход приемника поиска 9.
Схема управления 46 по сигналу с блока управления 11 осуществляет временной сдвиг генератора псевдослучайной последовательности 44 и соответственно со сдвигом обнуляет квадратурные корреляторы 43-1 - 43-K.
Схема формирования порога 45 формирует порог для обнаружения кластера лучей.
Блок управления 11 в соответствии с фиг. 10 работает следующим образом.
Выходные значения приемника поиска 9 поступают на схему выбора максимума 48, а выходные значения приемников данных 1-1 - 1-L через мультиплексор 50 - на схему выбора минимума 49.
Если максимальное значение приемника поиска 9 больше минимального значения приемников данных 1-1 - 1-L, то схема сравнения 51 выдает команду на схему управления сдвигами приемников 52. По этой команде схема управления сдвигами приемников 52 выдает команду на приемник данных с минимальным значением на выходе и устанавливает сдвиг его генератора псевдослучайной последовательности 22, равный сдвигу генератора псевдослучайной последовательности 44 приемника поиска 9 с максимальным значением на выходе.
Со схемы управления сдвигами приемников 52 на выход схемы управления обнаружением кластера лучей 53 поступают сигналы, определяющие временные сдвиги приемника поиска 9 и моменты считывания его квадратурных корреляторов 43-1 - 43-K.
Со схемы управления сдвигами приемников 52 выдается также сигнал на схему управления обнаружением кластера лучей 53, по которому проводится следующая процедура обнаружения кластеров.
Вначале выдается Q команд на схему обнаружения и анализа кластера лучей 8, по которым осуществляется запись выходных значений приемника поиска 9 в ее регистры 34-1 - 34-Q. Затем выдается команда на проведение обнаружения кластера лучей.
Если кластер лучей обнаружен, то на вход схемы управления обнаружением кластера лучей 53 поступает команда со схемы обнаружения и анализа кластера лучей 8, по которой эта схема, в свою очередь, формирует команды, определяющие номер приемника данных 1-1 - 1-L, которому соответствует кластер лучей, и сдвиги приемников, обрабатывающих этот кластер лучей.
Таким образом, проанализировав заявляемые способ приема многолучевых сигналов и устройство для его реализации, очевидно, что заявляемая группа изобретений в отличие от известных технических решений обладает существенным преимуществом, так как позволяет вести прием многолучевых сигналов с максимальным выделением энергии кластеров лучей, исключая энергетические потери. Кроме того, в отличие от известных решений предлагается универсальное техническое решение, которое позволяет использовать как некогерентные, так и когерентные приемники данных, максимально расширяя при этом возможности пользователя.
Изобретение относится к радиотехнике, в частности к способам и устройствам приема многолучевых сигналов, и может быть использовано в системах цифровой радиосвязи. Предложен способ приема многолучевых сигналов. Новым в способе является то, что проводят поиск лучей на интервале многолучевости, проводят поиск кластеров лучей, представляющих объединенные группы из обнаруженных лучей, для которых интервал задержки между любыми двумя смежными по задержке лучами менее шага или равен шагу поиска сигнала по задержке, обнаруживают в каждом кластере луч максимальной мощности и определяют его как основной луч кластера, а остальные лучи определяют как дополнительные лучи кластера, осуществляют временную подстройку опорных сигналов лучей, не входящих в кластер, а также основных лучей кластеров таким образом, чтобы получить наибольший уровень взаимной корреляции между опорными сигналами лучей и принимаемым сигналом, осуществляют временные подстройки опорных сигналов дополнительных лучей таким образом, чтобы сохранилась разность задержек между опорными сигналами дополнительных лучей и опорными сигналами соответствующих им основных лучей. Предложено устройство для реализации способа, которое содержит L приемников данных и соответственно им схем умножения, схему определения весовых коэффициентов, сумматор и решающую схему. Кроме того, в устройство дополнительно введены M приемников кластера лучей и соответственно им схем умножения, схема обнаружения и анализа кластера лучей, приемник поиска, коммутатор и блок управления. Технический результат заключается в улучшении качества приема в условиях города, т.к. при приеме многолучевых сигналов максимально выделяется энергия кластеров лучей. 2 с. и 1 з.п. ф-лы, 10 ил.
