Способ обработки сигнально-шумовой смеси в постшенноновских каналах Российский патент 2020 года по МПК H04L1/00 

Изобретение относиться к постшенноновским каналам преобразования дискретной информации любого функционального назначения, включая связь, телеметрию, локацию и другие применения.

Предлагаемый способ не имеет аналогов, по причине отсутствия актуальных постшенноновских каналов, только для которых он и предназначен, и может быть использован в них с получением заявленного эффекта.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа обработки в приемном устройстве (ПРМ) сигнально-шумовой смеси (СШС), перед ее поступлением на квантователь (аналого-цифровой преобразователь, АЦП), позволяющего обойти принципиальную зависимость между разрядностью используемого актуального АЦП и его разрешающей способностью, что позволяет уменьшить разрядность используемых актуальных АЦП, при всех прочих равных требованиях к нему и снизить требуемую вычислительную мощность цифрового спектроанализатора-детектора.

Технический результат настоящего изобретения заключается в возможности применения АЦП меньшей разрядности, при всех прочих равных требованиях к устройству преобразования СШС, обрабатываемой по предлагаемому способу, а при отсутствии актуальных квантователей с требуемыми характеристиками, в случаях СШС с сверхнизкими значениями отношения сигнал-шум (ОСШ), в возможности выполнять оцифровывание отсчетов, с принципиально любыми, сколь угодно малыми, значениями ОСШ.

Решение поставленной задачи достигают путем редуцирования по модулю в ПРМ СШС, перед ее дискретизацией и квантованием, до уровня не менее уровня потенциально содержащегося в ней сигнала, которую затем, усиливают до уровня, находящегося в пределах динамического диапазона АЦП, при этом, редуцирование исходной СШС осуществляют путем вычитания из нее вспомогательного сигнала с перестраиваемым уровнем, таким, чтобы остаток удовлетворял, приведенному выше, условию редуцирования.

При необходимости, процедуру «редуцирование-усиление» циклически повторяют, беря в каждом последующем цикле, в качестве исходной СШС, редуцированную и усиленную СШС, сформированную в предыдущем цикле. Описанную выше двухпроцессорную процедуру можно рассматривать как ограничение снизу пьедестала, представленного составляющей шума в СШС, при усилении уровня составляющей сигнала, потенциально присутствующего в ней, при этом, очевидно, информация, потенциально заложенная в СШС, сохраняется, что является обратным тому, что имеет место для шенноновских каналов. Таким образом, в конце каждого цикла обработки, ОСШ СШС и ее отсчетов увеличивается. Указанную процедуру повторяют столько раз, сколько требуется для гарантированного обнаружения потенциально присутствующего информационного сигнала в данной СШС, которое производится путем детектирования последовательности отсчетов СШС, и соответственно, потенциально присутствующих в них сигнальных чипов, образующих один бит информации, в цифровом квазиспектроанализаторе, по методу MUSUC.

Возможность реализации предлагаемого способа обработки отсчетов СШС, перед их подачей на АЦП, в постшенноновских каналах преобразования дискретной информации, показана ниже, на следующем, не снижающим общности рассмотрения, условном примере. Пусть имеется n-ый отсчет необработанной, по предлагаемому способу, СШС, имеющий исходный уровень (Un)исх, в котором уровень чипа сигнала составляет 10^(-5) часть, что соответствует значению (ОСШ) n=10^(-5)=минус 100 дБ. Выберем, по тем или иным причинам, уровень вспомогательного сигнала для редуцирования СШС и соответственно для любых ее отсчетов, равным Uвсп=0,999, в тех же условных единицах, что и для уровня сигнального чипа. Уровень остатка при вычитании, равен Uост=(Un)исх-Uвсп=(1+10^(-5))-0,999=0,00101, при неизменном значении уровня сигнала. Усилим остаток до исходного уровня (Un)исх (коэффициент усиления 1,00001/0,00101=990), при этом уровень чипа сигнала возрастает до 10^(-5)*990=0,99*10^(-2) (приблизительно в 1000 раз), а ОСШ (как отсчетов, так и самой СШС) увеличивается до 0,99*10^(-2)/1=0,0099=минус 40 дБ, вместо исходных минус 100 дБ. Далее, при необходимости увеличить уровень сигнального чипа, с целью дальнейшего снижения требования к разрядности АЦП, при всех прочих равных требованиях к нему, процедуру «редуцирование-усиление» можно повторить со значениями Uвсп = от 0,9 до приблизительно (в меньшую сторону) 0,99. Предложенный способ обработки СШС в приемном устройстве постшенноновских каналов, перед их оцифровыванием и квантованием, во-первых, позволяет снизить требования ко всем основным параметрам и характеристикам применяемых АЦП, при всех прочих равных требованиях к устройствам преобразования СШС. Во-вторых, при отсутствии актуальных АЦП для реализации поставленной задачи обнаружения сигнала (случай сверхнизких ОСШ) рассматриваемый способ является единственно возможным, позволяющим ее решить, как теоретически (принципиально), так и практически, учитывая наличие большого арсенала актуальных средств для реализации предлагаемого способа обработки СШС, таких как, разностные усилители, включая усилители и другие функциональные устройства на перспективных баллистических транзисторах ТГц-диапазона, источники опорного напряжения, резисторные матрицы и другие.

Изобретение относится к постшенноновским каналам преобразования дискретной информации. Технический результат изобретения заключается в возможности применения АЦП меньшей разрядности при всех прочих требованиях к устройству преобразования сигнально-шумовой смеси (СШС). Способ обработки СШС в постшенноновских каналах: в приемном устройстве СШС перед квантованием редуцируют по модулю до требуемого уровня, но не менее уровня потенциально содержащегося в ней сигнала, одновременно усиливая до уровня, находящегося в пределах динамического диапазона квантователя. Редуцирование осуществляют путем вычитания из исходной сигнально-шумовой смеси вспомогательного сигнала с требуемым уровнем, таким, чтобы остаток удовлетворял приведенному выше условию редуцирования. Процесс редуцирования-усиления обеспечивает соответствие разрешающей способности используемого квантователя уровню потенциально содержащегося в сигнально-шумовой смеси сигнала, при обработке низких по техническим критериям уровней сигналов, процедуру редуцирования-усиления циклически повторяют, беря в каждом последующем цикле в качестве исходной сигнально-шумовой смеси обработанную сигнально-шумовую смесь, полученную в предыдущем цикле.

Способ обработки сигнально-шумовой смеси в постшенноновских каналах, в приемном устройстве которых ее перед квантованием редуцируют по модулю до требуемого уровня, но не менее уровня потенциально содержащегося в ней сигнала, одновременно усиливая до уровня, находящегося в пределах динамического диапазона квантователя, при этом редуцирование осуществляют путем вычитания из исходной сигнально-шумовой смеси вспомогательного сигнала с требуемым уровнем, таким, чтобы остаток удовлетворял приведенному выше условию редуцирования, а в целом процесс редуцирования-усиления обеспечивал бы соответствие разрешающей способности используемого квантователя уровню потенциально содержащегося в сигнально-шумовой смеси сигнала, при обработке низких по техническим критериям уровней сигналов, процедуру редуцирования-усиления циклически повторяют, беря в каждом последующем цикле в качестве исходной сигнально-шумовой смеси обработанную сигнально-шумовую смесь, полученную в предыдущем цикле.