УСТРОЙСТВО ПОИСКА ШУМОПОДОБНЫХ СИГНАЛОВ Советский патент 2006 года по МПК H04B1/10 

Предлагаемое изобретение относится к области радиосвязи и может найти применение в системах связи с широкополосными сигналами.

Известны устройства двухэтапного поиска, в которых на первом этапе поиска производится накопление сегмента последовательности с помощью согласованного фильтра, а накопление всей последовательности осуществляется в том случае, если превышен порог по результату накопления сегмента. Такое устройство описано, например, в монографии "Шумоподобные сигналы в системах передачи информации" под ред. В.Б.Пестрякова М.: Сов. радио, 1973. Недостатком такого устройства является его низкая помехоустойчивость, обусловленная малым временем накопления на первом этапе поиска.

Известны также устройства поиска шумоподобных сигналов (авт.св. №264489, авт.св. №293,304, авт.св. №464981), обеспечивающие высокую помехозащищенность поиска. Однако они обладают недостатком - большое время поиска.

Наиболее близким по техническому решению к заявляемому объекту является устройство поиска шумоподобного сигнала, применяемое в серийно выпускаемой широкополосной аппаратуре "Кулон ШМ".

Структурная схема устройства прототипа представлена на фиг.1, где введены следующие обозначения:

1 - регистр сдвига,

2 - перемножитель,

3 - интегратор,

4 - амплитудный детектор,

5 - сдвигающий триггер.

6 - схема выбора максимальных значений,

7 - схема сравнения,

8 - ключ,

9 - формирователь порога,

10 - сумматор,

11 - схема сравнения,

12 - управляемый делитель точной дискретной системы ФАП,

13 - управляемый делитель грубой дискретной системы ФАП,

14 - схема управления,

15 - генератор псевдослучайных последовательностей (ГПСП),

16 - схема управления по задержке,

17 - генератор тактовых импульсов,

18 - схема принятия решения,

19 - схема фазирования по задержке генератора 20,

20 - ГПСП,

21 - регистр сдвига,

22 - схема сравнения,

23 - сдвигающий триггер.

В основу работы устройства прототипа положен двухэтапный параллельно-последовательный поиск. При этом для обеспечения высокой помехозащищенности информационного канала и одновременно для уменьшения времени поиска на передающей стороне излучаются два сигнала - информационный, который манипулирован псевдослучайной последовательностью (ПСП1) с большой базой и пилот-сигнал, манипулированный ПСП2, база которой значительно меньше базы ПСП1. Для передачи информационного и пилот-сигналов используется четырехфазная фазовая манипуляция, при этом в синфазном канале передается информационный канал, а в квадратурном - пилот-сигнал.

Для простоты объяснения работы устройства-прототипа на фиг.2 представлена более укрупненная его блок-схема, где введены следующие обозначения:

1 - блок корреляторов,

2 - ГПСП2,

3 - ГПСП1,

4 - коррелятор,

5 - решающая схема,

6 - устройство управления,

7 - схема сравнения,

8 - формирователь порога.

Изображенный на фиг.2 блок корреляторов 1 объединяет в себя линейки последовательно соединенных перемножителя 2, интегратора 3 и амплитудного детектора 4 изображенной на фиг.1.

Решающая схема 5 на фиг.2 - схемы выбора максимальных значений 6, схемы сравнения 7, 11, ключи 8, сумматор 10 на фиг.1.

Формирователь порога 8 на фиг.2 тождественен формирователю порога 9 на фиг.1.

Коррелятор 4 на фиг.2 объединяет последовательно соединенные перемножитель 2к, интегратор 3к и амплитудный детектор 4к на фиг.1.

Схема сравнения 7 на фиг.2 тождественна схеме сравнения 22 на фиг.1.

Генератор псевдослучайных последовательностей 3 на фиг.2 объединяет ГПСП 20, регистр сдвига 21, сдвигающий триггер 23 на фиг.1.

Генератор псевдослучайных последовательностей 2 на фиг.2 - ГПСП 15, регистр сдвига 1, сдвигающий триггер 5 с соответствующими связями, изображенные на фиг.1.

Устройство управления 6 на фиг.2 - управляемый делитель точной дискретной системы ФАП 12, управляемый делитель грубой дискретной системы ФАП 13, схема управления 14, схема управления по задержке 16, задающий генератор тактовых импульсов 17, схема принятия решения 18, схема фазирования по задержке 19 с соответствующими связями изображенные на фиг.1.

Таким образом, функциональная схема прототипа, изображенная на фиг.1, сводится к более укрупненной блок-схеме на фиг.2. Устройство поиска - прототип состоит из двух параллельных каналов обработки - синхроканала и информационного. При этом синхроканал состоит из последовательно соединенного блока корреляторов 1 и решающей схемы 5, ко вторым входам блока корреляторов 1 подсоединен генератор псевдослучайных последовательностей 2. Информационный канал состоит из последовательного соединенных коррелятора 4 и схемы сравнения 7, второй вход коррелятора 4 при этом соединен с выходом ГПСП 3, тактовые входы ГПСП2 и ГПСП3 соединены с выходами устройства управления 6, входы которого соединены с выходами схемы сравнения 7 и решающей схемы 5, вторые входы которых соединены с выходами формирователя порога 8, входом соединенного со входами информационного и синхроканала.

Устройство прототип работает следующим образом.

На передающей стороне известным способом формируется 4-х фазный сигнал, при этом передаются одновременно пилот-сигнал в виде псевдослучайной последовательности ПСП1 с базой Б1 и информационная псевдослучайная последовательность ПСП2 с базой Б2=КБ₁, (где К≫1). Длительность элементарного символа ПСП1 равна длительности элементарного символа ПСП2 и равна Тн.

Таким образом, период ПСП2 в К раз длиннее периода ПСП1. В приемном устройстве после усиления и фильтрации принятого сигнала в высокочастотном тракте преобразованный таким образом входной сигнал поступает на входы двух параллельных каналов обработки - синхроканал и информационный.

В блоке корреляторов 1 происходит перемножение принятого сигнала с копиями пилот-сигнала (ПСП1 генерируемыми ГПСП2), интегрирование и детектирование полученного результата, т.е. происходит вычисление корреляционной функции. Полученные таким образом корреляционные функции входного и опорного сигналов с выхода блока корреляторов 1 поступают на вход решающей схемы 5, где происходит выбор максимальной из них и сравнение ее с порогом, сформированным в формирователе 8. В случае если порог не превышен, устройство управления 6 подает команду на ГПСП2 о генерации следующей копии ПСП1 (т.е. нового циклического сдвига ПСП1). Если же порог превышен, то с выхода решающей схемы 5 на вход устройства управления 6 поступает сигнал запрета, по которому изменение циклических сдвигов в ГПСП2 прекращается. Это означает, что данный опорный сигнал (циклический сдвиг ПСП1) совпал с входным сигналом, т.е. произошла синхронизация по пилот-сигналу. Время поиска при этом в случае если блок корреляторов 1 имеет всего один канал обработки, выражается в следующем виде (см. вышеуказанную монографию В.Б.Пестрякова) Т_1n=Б₁·Т_н.

При установлении синхронизма по пилот-сигналу для осуществления поиска по информации достаточно в корреляторе 4 вычислить не более К корреляционных функций входного сигнала с копиями ПСП2. При этом ГПСП3 вырабатывает копии ПСП2 так, что каждая последующая копия (циклический сдвиг ПСП2) отличается от предыдущей по временному сдвигу ровно на период ПСП1.

Таким образом, время поиска по информационному каналу, определяется выражением вида:

Недостатком известного устройства поиска является большое время поиска.

Поэтому целью предлагаемого изобретения является уменьшение времени поиска.

Поставленная цель достигается за счет введения в синхроканал дополнительно последовательно соединенных коммутатора, аналого-цифрового преобразователя (АЦП), оперативного запоминающего устройства (ОЗУ), перемножителя (сумматора по модулю 2), цифрового фильтра. При этом входы коммутатора соединены с выходами блока корреляторов 1, а выход цифрового фильтра - к входу решающей схемы 5. Кроме того, дополнительно введен ГПСП, тактовым входом подключенный к устройству управления 6, а выходом - ко второму входу перемножителя. Блок-схема предлагаемого устройства поиска представлена на фиг.3, где обозначения:

1-8 - те же, что и в прототипе,

9 - коммутатор,

10 - АЦП,

11 - ОЗУ,

12 - перемножитель,

13 - цифровой фильтр,

14 - ГПСП.

Связи между блоками в заявленном устройстве те же, что и в прототипе за исключением: выходы блока корреляторов 1 соединены с коммутатором 9, выходом соединенные с последовательно соединенными АЦП10, ОЗУ11, перемножителем 12, цифровым фильтром 13, выход которого соединен со входом решающей схемы 5, второй вход коммутатора 9 соединен с устройством управления 6, второй вход перемножителя 12 через ГПСП 14 соединен с устройством управления 6.

Заявляемое устройство поиска работает аналогично устройству-прототипу, отличие проявляется лишь в том, что на передающем конце пилот-сигнал (ПСП1) дополнительно манипулируется ПСП3, база которой равна Б₃=К=Б₂/Б₁, а тактовая частота f₃=f₁/Б₁, где f₁ - тактовая частота ПСП1 и ПСП2.

Таким образом, длительность элементарного символа ПСП3 Тзн равна периоду ПСП1-Т1. В результате манипуляции ПСП1 последовательностью ПСП3 пилот-сигнал, излучаемый с передающей конца заявляемой системы, представляет собой составную ПСПс в которой в качестве несущей ПСП используется ПСП1, а в качестве модулирующей - ПСП3 (см. вышеуказанную монографию под ред. В.Б.Пестрякова).

Период ПСПс, следовательно, равен

Таким образом, период ПСПс равен периоду ПСП2 и, следовательно, для того, чтобы осуществить поиск по информации достаточно войти в синхронизм по пилот-сигналу.

В приемном устройстве входной сигнал после обработки в блоке корреляторов 1 через коммутатор 9 попадает в АЦП10, где квантуется по времени и уровню и с выхода АЦП10 в цифровой форме записывается побитно в ячейки ОЗУ11. Таким образом реализация входного сигнала после снятия манипуляции ПСП1, в цифровом виде записана в ячейках ОЗУ11. Для того, чтобы войти в синхронизм по пилот-сигналу необходимо снять ПСП3 корреляционным образом, поэтому для ускорения поиска содержимое ячеек ОЗУ11 считывается и перемножается в перемножителе 12 в сжатом масштабе времени со всеми циклическими сдвигами ПСП3. ГПСП14, вырабатывает копии ПСП3 в сжатом масштабе времени, так, что за время длительности входной реализации (период ПСП1) Т1 ГПСП14 должен вырабатывать все циклические сдвиги ПСП3, с выхода перемножителя 12 преобразованный таким образом сигнал поступает в цифровой фильтр 13, где происходит интегрирование полученных произведений. С выхода цифрового фильтра 13 корреляционные функции, вычисленные цифровыми методами, поступают на вход решающей схемы 5, где происходит выбор максимальной и сравнение ее с порогом. В случае превышения порога решающая схема 5 вырабатывает сигнал на устройство управления 6, по которому ГПСП14 переводится в реальный масштаб времени и прекращается изменение задержки генерируемых ГПСП1 и ГПСП2 псевдослучайных последовательностей. Это означает, что произошел захват и установление синхронизации в синхроканале, но так как в заявляемом объекте период пилот-сигнала равен периоду информационного, то, следовательно, произошел захват и установление синхронизма в информационном канале (т.к. ПСП1 и ПСП2 жестко привязаны друг к другу во временной области).

Для доказательства поставленной цели определим время поиска в заявляемом объекте, полагая при этом, что, как и у прототипа, рассматривается худший случай, когда блок корреляторов 1 содержит всего один корреляционный канал. Для снятия манипуляции ПСП1, т.е. фактически определения в составном сигнале несущей последовательности, требуется время (см. монографию под ред. В.Б.Пестрякова) Т_1n=Б₁Тн.

Для вхождения в синхронизм по модулирующей последовательности требуемое время поиска не превышает Т_1n, так как каждая реализация входного сигнала после обработки в блоке корреляторов 1 и записи в ОЗУ11 перемножается со всеми копиями ПСП3 за период ПСП1. Таким образом, время поиска составной последовательности в заявленном объекте не превышает

Т_cn=Б₁·Тн (2)

Следовательно в предлагаемом устройств время поиска меньше в сравнении с прототипом на величину

Для Тн=10 мсек, Б₂=10⁶, Б₁=10³ получаем выигрыш во времени поиска 10 сек.

Остановимся подробнее на аппаратурной реализации вновь введенных блоков.

Коммутатор 9 предназначен для поочередного включения каналов блока корреляции 1 для дальнейшей обработки результатов интегрирования и может быть выполнен любым известным способом.

ГПСП14 предназначен для генерации ПСП3 и может быть выполнен аналогично ГПСП2 и ГПСП3 в виде регистра сдвига с тактовым генератором или любым другим известным способом (см. например Р.Диксон "Широкополосные системы" М., "Связь", 1979 и др.).

АЦП10, ОЗУ11, перемножитель (сумматор по модулю 2) 12 являются типовыми элементами микроэлектроники и выпускаются промышленностью, например, в виде соответствующих микросхем серий 133, 134, 564, 541, 530, 100 и др.

Цифровой фильтр 1 предназначен для интегрирования результатов перемножения входного сигнала с ПСП3 и может быть выполнен любыми известными способами (см. например Вайрадян А.С. Зарубежная радиоэлектроника 1982 г., №3, с.3-35; Бахтиаров Г.Д. Зарубежная радиоэлектроника, 1975 №9, с.71-99, вышеупомянутая монография под ред. В.Б.Пестрякова, Гольдберг Л.М. и др. "Цифровые фильтры" М., "Связь", 1974 и др.) и в простейшем случае представляет собой арифметический сумматор и ОЗУ.

Устройство и назначение остальных блоков то же, что и у прототипа (выпускаемая серийно аппаратура ″Кулон-ШМ″) с той лишь разницей, что устройство управления 6 помимо функций выполняемых в прототипе должно обеспечивать переключение коммутатора 9 и выдавать тактовую частоту ГПСП14, поэтому в отличие от прототипа устройство управления 6 в заявляемом объекте должно быть дополнено соответствующими делителями частоты (цифровые счетчики на любых сериях микросхем, например, 564ИЕ14, 133ИЕ4 и др.).

Изобретение относится к радиосвязи и может быть использовано в системах связи с широкополосными сигналами. Технический результат заключается в сокращении времени поиска. Устройство содержит корреляционный синхроканал, состоящий из последовательно соединенных первого генератора псевдослучайных последовательностей (ПСП) и блока корреляторов, а также решающего блока. Корреляционный информационный канал состоит из последовательно соединенных коррелятора и блока сравнения, к другому входу которого подключен выход формирователя порога, вход которого объединен с сигнальным входом блока корреляторов корреляционного синхроканала и коррелятора, к опорному входу которого подключен выход второго генератора ПСП. Выход решающего блока корреляционного синхроканала и выход блока сравнения корреляционного информационного канала подключен к соответствующим входам блока управления, выходы которого подключены к управляющим входам первого и второго генераторов ПСП. Согласно изобретению в корреляционный синхроканал введены последовательно соединенные коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, оперативный запоминающий блок, перемножитель, ко входу опорного сигнала которого подключен выход дополнительного генератора ПСП и фильтр. Выходы блока корреляторов подключены к соответствующим входам коммутатора, а выход фильтра ко входу решающего блока. К управляющим входам коммутатора и дополнительного генератора подключены соответствующие выходы блока управления. 3 ил.

Устройство поиска шумоподобных сигналов, содержащее корреляционный синхроканал, состоящий из последовательно соединенных первого генератора псевдослучайных последовательностей (ПСП) и блока корреляторов, а также решающего блока, и корреляционный информационный канал, состоящий из последовательно соединенных коррелятора и блока сравнения, к другому входу которого подключен выход формирователя порога, вход которого объединен с сигнальным входом блока корреляторов корреляционного синхроканала и коррелятора, к опорному входу которого подключен выход второго генератора ПСП, причем выход решающего блока корреляционного синхроканала и выход блока сравнения корреляционного информационного канала подключен к соответствующим входам блока управления, выходы которого подключены к управляющим входам первого и второго генераторов ПСП, отличающееся тем, что, с целью сокращения времени поиска, в корреляционный синхроканал введены последовательно соединенные коммутатор, аналого-цифровой преобразователь, оперативный запоминающий блок, перемножитель, ко входу опорного сигнала которого подключен выход дополнительного генератора ПСП, и фильтр, при этом выходы блока корреляторов подключены к соответствующим входам коммутатора, а выход фильтра подключен ко входу решающего блока, причем к управляющим входам коммутатора и дополнительного генератора подключены соответствующие выходы блока управления.