ФОРМИРОВАТЕЛЬ ДИСКРЕТНЫХ ОРТОГОНАЛЬНЫХ ФУНКЦИЙ Российский патент 2015 года по МПК G06F1/25 

Область техники, к которой относится изобретение

Формирователь дискретных ортогональных функций относится к автоматике и вычислительной технике в частности к устройствам формирования дискретных ортогональных сигналов.

Уровень техники

Известен генератор ортогональных функций, содержащий задающий генератор, блок формирования функций Уолша, 2ⁿ коммутаторов (2ⁿ - число формируемых сигналов) и ограничитель уровня сигналов (см. патент Российской Федерации №2022331, G06F 1/025, 1994 г.).

Однако сигналы, формируемые этими генераторами, обладают низкой помехоустойчивостью, так как имеют плохие корреляционные свойства - боковые пики функции автокорреляции (ФАК) этих сигналов имеют большие значения.

Наиболее близким по технической сути к предлагаемому изобретению является генератор дискретных ортогональных функций, содержащий задающий генератор, делитель частоты, блок формирования функций Уолша, три группы умножителей, элемент НЕ, коммутатор, причем выход задающего генератора подключен к входу делителя частоты, выход делителя частоты подключен к тактовому входу блока формирования функций Уолша, к первому входу каждого умножителя первой группы, и через элемент НЕ к первому входу каждого умножителя второй группы, выход i-й (i=0, 2ⁿ-1) функции Уолша блока формирования функций Уолша подключен к первому входу i-го умножителя третьей группы, выход второй функции Уолша блока формирования функций Уолша подключен к управляющему входу коммутатора, выход 2ⁿ - 1-й функции Уолша блока формирования функций Уолша подключен к информационному входу коммутатора, выход коммутатора подключен ко вторым входам всех умножителей третьей группы, выход i-го умножителя третьей группы подключен к вторым входам i-x умножителей первой и второй групп, выходы умножителей первой и второй групп являются выходами генератора дискретных ортогональных функций (см. авторское свидетельство СССР №1783506, кл. G06F 1/02, 1992 г.).

Однако применение этих сигналов в системах передачи информации и радиолокации ограничено, поскольку боковые пики функций автокорреляции имеют большие значения, вследствие чего сигналы обладают маскирующим действием по отношению к близким по дальности целям.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является разработка устройства формирования дискретных ортогональных сигналов, которое позволит повысить помехоустойчивость формируемых сигналов, посредством уменьшения амплитуд боковых пиков ФАК этих сигналов.

Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемого изобретения, сводится к повышению помехоустойчивости формируемых дискретных ортогональных сигналов.

Технический результат достигается тем, что с помощью генератора дискретных ортогональных функций, содержащего задающий генератор, делитель частоты, блок формирования функций Уолша, группу умножителей, коммутатор, причем выход задающего генератора подключен к входу делителя частоты, выход делителя частоты подключен к тактовому входу блока формирования функций Уолша, выход i-й (i=0, 2ⁿ-1) функции Уолша блока формирования функций Уолша подключен ко второму входу каждого умножителя, добавлены два коммутатора и блок задержки сигнала, причем пятый выход блока формирования функций Уолша, на котором формируется четвертая функции Уолша, подключен к управляющим входам первого и второго коммутатора, пятый и пятнадцатый выходы блока формирования функций Уолша, на которых формируется четвертая и четырнадцатая функции Уолша, подключены к верхнему и нижнему информационным входам первого коммутатора соответственно, пятый и тринадцатый выходы блока формирования функций Уолша, на которых (формируется четвертая и двенадцатая функции Уолша, подключены к верхнему и нижнему информационным входам второго коммутатора соответственно, выход второго коммутатора подключен к входу блока задержки сигнала, второй выход блока формирования функций Уолша, на которых формируется первая функции Уолша, подключен к управляющим входу третьего коммутатора, выходы первого коммутатора и блока задержки сигнала подключены к информационным входам третьего коммутатора, выход третьего коммутатора подключен к первым входам всех умножителей, выход i-ой функции Уолша блока формирования функций Уолша подключен ко вторым входам всех умножителей, выходы умножителей являются выходами формирователя дискретных ортогональных функций.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 представлена структурная схема формирователя дискретных ортогональных функций; на фиг. 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования предлагаемым формирователем функции; на фиг. 3 - временные диаграммы функций, формируемых предлагаемым формирователем дискретных ортогональных функций.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 представлена структурная схема формирователя дискретных ортогональных функций, где изображены задающий генератор 1, делитель 2 частоты, блок 3 формирования функций Уолша, коммутаторы 4, 5, 7, блок 6 задержки сигнала, умножители 8.

На фиг. 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие процесс формирования предлагаемым формирователем функции. На временных диаграммах показано временное состояние:

а) выхода задающего генератора 1;

б) второго выхода блока 3 формирования функций Уолша, на котором формируется функция Wal (1, θ);

в) пятого выхода блока 3 формирования функций Уолша, на котором формируется функция Wal (4, θ);

г) седьмого выхода блока 3 формирования функций Уолша, на котором формируется функция Wal (6, θ);

д) тринадцатого выхода блока 3 формирования функций Уолша, на котором формируется функция Wal (12, θ);

е) пятнадцатого выхода блока 3 формирования функций Уолша, на котором формируется функция Wal (14, θ);

ж) выхода коммутатора 4, на котором формируется функция С (1);

з) выхода коммутатора 5, па котором формируется функция С (2);

и) выхода коммутатора 8, на котором формируется функция С (3).

Формирователь дискретных ортогональных функций работает следующим образом.

При поступлении импульсов с выхода задающего генератора 1 через делитель 2 частоты на тактовый вход блока 3 формирования функций Уолша на выходах блока 3 формируются функции Уолша, на управляющие входы коммутаторов 4 и 5 поступает четвертая функция Уолша Wal (4, θ), на верхний информационный вход коммутатора 4 поступают четвертая функция Уолша Wal (4, θ) и на нижний поступает четырнадцатая функция Уолша Wal (14, θ), на верхний информационный вход коммутатора 5 поступают шестая функция Уолша Wal (6, θ) и на нижний информационный вход поступает двенадцатая функция Уолша Wal (12, θ), на вход блока 6 задержки сигнала поступает функция, формируемая коммутатором 5, на управляющий вход коммутатора 7 поступает первая функции Уолша Wal (1, θ), на верхний информационный вход коммутатора 7 поступает функция, формируемая коммутатором 4, и на нижний информационный вход с блока 6 задержки сигнала поступает функция, формируемая коммутатором 5, на каждый умножитель 8 поступают функция, формируемая коммутатором 7, и соответствующая функция блока 3 формирования функций Уолша. С выходов умножителей 8 поступают последовательности сигналов с улучшенными автокорреляционными свойствами.

Таким образом, если период функций Уолша, формируемых блоком 3, обозначить через Т, то в течение периода Т на выходе коммутатора 4 формируется знаковая функция под управлением сигнала функции Уолша Wal (4, θ), если функция Wal (4, θ) равна «1» то на выходе коммутатора появляется функция Уолта Wal (4, θ), если функция Wal (4, θ) равна «-1», то на выходе коммутатор 4 появляется функцию Уолта Wal (14, θ). Таким образом соответствии с функция Wal (4, θ) на выходе коммутатора на интервале [0, Т/8] будет сформирована функция Уолша Wal (4, θ), на интервале [Т/8, 3Т/8] будет сформирована функция Уолша Wal (14, θ), на интервале [3Т/8, 5Т/8] будет сформирована функция Уолша Wal (4, θ), на интервале [61/8, 7Т/8] будет сформирована функция Уолша Wal (14, θ), на интервале [7Т/8, Т] будет сформирована функция Уолша Wal (4, θ).

В течение периода Т на выходе коммутатора 5 формируется знаковая функция под управлением сигнала функции Уолша Wal (4, θ), если функция Wal (4, θ) равна «1» то на выходе коммутатора появляется функция Уолша Wal (6, θ), если функция Wal (4, θ) равна «-1», то на выходе коммутатор 5 появляется функцию Уолша Wal (12, θ). Таким образом соответствии с функция Wal (4, θ) на выходе коммутатора на интервале [0, Т/8] будет сформирована функция Уолша Wal (6, θ), на интервале [Т/8, 3Т/8] будет сформирована функция Уолша Wal (12, θ), на интервале [3Т/8, 5Т/8] будет сформирована функция Уолша Wal (6, θ), на интервале [6Т/8, 7Т/8] будет сформирована функция Уолша Wal (12, θ), на интервале [7Т/8, Т] будет сформирована функция Уолша Wal (6, θ).

В течение периода Т на выходе коммутатора 7 формируется знаковая функция под управлением сигнала функции Уолша Wal (1, 9), если функция Wal (1, θ) равна «1» то на выходе коммутатора появляется функция, генерируемая коммутатором 4, если функция Wal (1, 0) равна «-1», то на выходе коммутатор 7 появляется функция, генерируемая коммутатором 5 со сдвигом блока задержки сигнала 6 на Т/2. Таким образом соответствии с функция Wal (1, θ) на выходе коммутатора на интервале [0, Т/2] будет сформирована функция, генерируемая коммутатором 4, на интервале [Т/2, Т] будет сформирована функция, генерируемая коммутатором 5 со сдвигом блока задержки сигнала 6 на Т/2.

Для сигналов, формируемых аналогом (см. патент Российской Федерации №2022331), прототипом (см. авторское свидетельство СССР №1783506, кл. G06F 1/02, 1992 г.) и заявляемым устройством были рассчитаны максимальные боковые пики автокорреляционных функций. Результаты расчетов представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Максимальные боковые пики автокорреляционной функции сигналов, формируемых аналогом, прототипом и заявляемым формирователем Показатель/Устройство Аналог Прототип Заявляемое изобретение Максимальный боковой пик АКФ 0,63 0,25 0,18

Как следует из таблицы 1, выигрыш по величине максимального бокового пика автокорреляционной функции у сигналов, формируемых заявляемым формирователем по отношению к сигналам, формируемым аналогом, составляет величину 0,45, а по отношению к сигналам, формируемым прототипом 0,07.

Значения боковых пиков функции автокорреляции, которые обычно меньше основного, зависят от реально используемой кодовой последовательности (в нашем случае сигнала на выходе генератора ортогональных функции) 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 ПЭВМ была синтезирована система сигналов, формируемая предлагаемым генератором ортогональных (функций, имеющая значительно меньшие по сравнению с аналогом и прототипом боковые пики автокорреляционные функций, что при их использовании обеспечит повышение помехоустойчивости формируемых сигналов.

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

Изобретение относится к формирователю дискретных ортогональных функций. Технический результат заключается в повышении помехоустойчивости формируемых дискретных ортогональных сигналов. Устройство формирования дискретных ортогональных многоуровневых сигналов содержит два коммутатора и блок задержки сигнала, причем пятый выход блока формирования функций Уолша подключен к управляющим входам первого и второго коммутатора, пятый и пятнадцатый выходы блока формирования функций Уолша подключены к верхнему и нижнему информационным входам первого коммутатора соответственно, пятый и тринадцатый выходы блока формирования функций Уолша подключены к верхнему и нижнему информационным входам второго коммутатора соответственно, выход второго коммутатора подключен к входу блока задержки сигнала, второй выход блока формирования функций Уолша подключен к управляющим входу третьего коммутатора, выходы первого коммутатора и блока задержки сигнала подключены к информационным входам третьего коммутатора, выход третьего коммутатора подключен к первым входам всех умножителей, выход i-ой функции Уолша блока формирования функций Уолша подключен ко вторым входам всех умножителей, выходы умножителей являются выходами формирователя дискретных ортогональных функций. 3 ил.

Устройство формирования дискретных ортогональных многоуровневых сигналов, содержащее задающий генератор, делитель частоты, блок формирования функций Уолша, группу умножителей, коммутатор, причем выход задающего генератора подключен к входу делителя частоты, выход делителя частоты подключен к тактовому входу блока формирования функций Уолша, выход i-й (i=0, 2ⁿ-1) функции Уолша блока формирования функций Уолша подключен к первому входу каждого умножителя, отличающееся тем, что добавлены два коммутатора и блок задержки сигнала, причем пятый выход блока формирования функций Уолша, на котором формируется четвертая функции Уолша, подключен к управляющим входам первого и второго коммутатора, пятый и пятнадцатый выходы блока формирования функций Уолша, на которых формируется четвертая и четырнадцатая функции Уолша, подключены к верхнему и нижнему информационным входам первого коммутатора соответственно, пятый и тринадцатый выходы блока формирования функций Уолша, на которых формируется четвертая и двенадцатая функции Уолша, подключены к верхнему и нижнему информационным входам второго коммутатора соответственно, выход второго коммутатора подключен к входу блока задержки сигнала, второй выход блока формирования функций Уолша, на которых формируется первая функции Уолша, подключен к управляющим входу третьего коммутатора, выходы первого коммутатора и блока задержки сигнала подключены к информационным входам третьего коммутатора, выход третьего коммутатора подключен к первым входам всех умножителей, выход i-ой функции Уолша блока формирования функций Уолша подключен ко вторым входам всех умножителей, выходы умножителей являются выходами формирователя дискретных ортогональных функций.