RU2713379C1 - Apparatus for synchronizing a receiving and transmitting part of a radio link using short-pulse ultra-wideband signals - Google Patents
Apparatus for synchronizing a receiving and transmitting part of a radio link using short-pulse ultra-wideband signals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2713379C1 RU2713379C1 RU2019126190A RU2019126190A RU2713379C1 RU 2713379 C1 RU2713379 C1 RU 2713379C1 RU 2019126190 A RU2019126190 A RU 2019126190A RU 2019126190 A RU2019126190 A RU 2019126190A RU 2713379 C1 RU2713379 C1 RU 2713379C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- input
- output
- uwb
- threshold
- inputs
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L7/00—Arrangements for synchronising receiver with transmitter
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Synchronisation In Digital Transmission Systems (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое устройство относится к техническим средствам, реализующим захват состояния синхронизма приёмной и передающей части беспроводных линий для осуществления успешного радиообмена короткоимпульсными сверхширокополосными сигналами без несущей.The proposed device relates to technical means that implements the capture of the synchronism state of the receiving and transmitting parts of wireless lines for the successful radio exchange of short-pulse ultra-wideband signals without a carrier.
Из теории и практики использования сложных, в частности, сверхширокополосных (СШП) сигналов в системах радиосвязи известно [1 – 3], что эффективность функционирования систем и средств, использующих такие сигналы для передачи информации, в большой степени определяется качеством синхронизации передающего и приёмного устройств радиолиний, так как они, как правило, разнесены в пространстве на значительные расстояния, а также могут применяться в мобильных беспроводных системах. From the theory and practice of using complex, in particular, ultra-wideband (UWB) signals in radio communication systems, it is known [1 - 3] that the efficiency of the functioning of systems and tools using such signals to transmit information is largely determined by the quality of synchronization of the transmitting and receiving devices of radio lines , since they are usually spaced in space over considerable distances, and can also be used in mobile wireless systems.
В научно-технической литературе, которая посвящена исследованиям радиотехнических систем и средств данного направления, условно принято в приёмном устройстве выделять две части: первую решающую схему, основной функцией которой является обнаружение сигналов, осуществление захвата состояния синхронизма; и вторую решающую схему, основной задачей которой является организация процесса различения информационных нулей и единиц и декодирование информации при условии, что сигнал обнаружен и достигнута необходимая для начала приёма информации точность синхронизации. Вариантам и особенностям, как первой, так и второй решающих схем посвящено множество трудов - диссертаций и монографий. Например, в монографии [1] полностью, а в монографии [2] частично исследуются вопросы обнаружения и синхронизации сложных шумоподобных сигналов. В той же монографии [2] другая часть исследований, а в книге [4] большинство глав посвящены анализу вариантов второй решающей схемы и т.д. Изобретение направлено на реализацию свойств первой решающей схемы с учётом особенностей режима функционирования второй решающей схемы. In the scientific and technical literature, which is devoted to the research of radio engineering systems and means of this direction, it is conventionally accepted to distinguish two parts in the receiving device: the first crucial circuit, the main function of which is to detect signals, to capture the state of synchronism; and the second decisive scheme, the main task of which is to organize the process of distinguishing information zeros and ones and decode information, provided that the signal is detected and the synchronization accuracy necessary to start receiving information is achieved. Variations and features of both the first and second decision schemes are the subject of many works - dissertations and monographs. For example, the monograph [1] completely, and the monograph [2] partially investigates the detection and synchronization of complex noise-like signals. In the same monograph [2], another part of the research, and in the book [4] most of the chapters are devoted to the analysis of variants of the second decision scheme, etc. The invention is aimed at realizing the properties of the first decision scheme, taking into account the features of the functioning mode of the second decision scheme.
В патенте [5] предложена полезная модель приёмопередающего модуля, использующего для радиообмена сверхширокополосные сигналы, формируемые кодовыми последовательностями одинаковой длины, содержащими по десять логических единиц, отстоящих друг от друга на разное число отсчётов. Кодовые последовательности, модулирующие информационные нули и информационные единицы одинаковы по содержанию, но отличаются периодом расстановки импульсов. При этом импульсы заполняются высокочастотным колебанием, то есть в канал связи поступают СШП сигналы, представляющие собой потоки радиоимпульсов различной скважности для информационных нулей и информационных единиц. В режиме приёма осуществляется амплитудное детектирование радиоимпульсов, при котором происходит их ограничение снизу по уровню нуля. Далее выделяют огибающие ограниченных радиоимпульсов и усиливают получившиеся видеоимпульсы, которые поступают на вход компаратора с целью получения нормированных прямоугольных импульсов, которые после прохождение RS-триггера выравниваются по длительности и становятся пригодными для обработки в интерфейсе, в частности, в синхронизаторе. На одном из выходов синхронизатора формируется цифровая последовательность, которая записывается в сдвиговый регистр и используется для проверки совпадений с заранее установленными кодовыми последовательностями. При определённом значении величины сдвига записанная в этот регистр последовательность цифровых данных обеспечит на соответствующем выходе схемы обработки максимальное значение выходного сигнала. Момент регистрации этого максимума и будет означать захват состояния синхронизма.In the patent [5], a useful model of a transceiver module is proposed that uses ultra-wideband signals generated by code sequences of the same length containing ten logical units separated by a different number of samples for radio exchange. Code sequences modulating information zeros and information units are identical in content, but differ in the period of the arrangement of pulses. In this case, the pulses are filled with high-frequency oscillation, that is, UWB signals are received in the communication channel, which are streams of radio pulses of different duty cycle for information zeros and information units. In the reception mode, the amplitude detection of radio pulses is carried out, at which they are limited from below to zero. Next, envelopes of limited radio pulses are extracted and the resulting video pulses are amplified, which are fed to the input of the comparator in order to obtain normalized rectangular pulses that, after passing through the RS-trigger, are aligned in duration and become suitable for processing in the interface, in particular, in the synchronizer. At one of the outputs of the synchronizer, a digital sequence is generated, which is recorded in the shift register and used to verify matches with predefined code sequences. At a certain value of the shift value, the sequence of digital data recorded in this register will provide the maximum value of the output signal at the corresponding output of the processing circuit. The moment of registration of this maximum will mean the capture of the state of synchronism.
К недостаткам такого подхода можно отнести следующее. Ограничение радиоимпульсов снизу будет характеризоваться соответствующими энергетическими потерями. Различная скважность СШП сигналов приводит к более жёстким требованиям по обеспечению стабильности синхронизации. Проверка на каждом сдвиге условия совпадения полученной цифровой последовательности с известными кодовыми последовательностями приводит к увеличению времени захвата состояния синхронизма. Кроме того, заявленные качества обеспечиваются достаточно большим усложнением алгоритма обработки СШП сигналов. The disadvantages of this approach include the following. The limitation of radio pulses from below will be characterized by corresponding energy losses. Different duty cycle of UWB signals leads to more stringent requirements to ensure the stability of synchronization. Checking at each shift the condition for matching the obtained digital sequence with the known code sequences leads to an increase in the time for capturing the synchronism state. In addition, the claimed qualities are provided by a sufficiently large complication of the algorithm for processing UWB signals.
В патентах [6 – 8] для захвата и удержания состояния синхронизма предложено использовать два независимых канала, один из которых служит для обработки СШП синхросигнала, второй – для обеспечения ускорения процесса синхронизации. Так в [6] временные интервалы между импульсами СШП синхросигнала, поступающего в первый канал, кратны периоду гармонического сигнала, приходящего одновременно на вход второго канала. При этом они синхронизированы в максимумах этого гармонического сигнала. Выделенный гармонический сигнал по цепи, сформированной в режиме приёма, синхронизирует частоту блока синхронизации с помощью встроенной системы импульсно-фазовой автоподстройке частоты (ИФАПЧ) с точностью до фазы, осуществляя захват состояния синхронизма. Основным недостатком здесь является тот факт, что такая система становится неработоспособной при воздействии внешних помех (заградительных, сосредоточенных, особенно гармонических с близкой частотой) на вход второго канала.In patents [6 - 8], it is proposed to use two independent channels for capturing and maintaining the state of synchronism, one of which serves to process the UWB clock signal, the second - to accelerate the synchronization process. So in [6] the time intervals between UWB pulses of the clock signal entering the first channel are multiples of the period of the harmonic signal coming simultaneously to the input of the second channel. Moreover, they are synchronized at the maxima of this harmonic signal. The selected harmonic signal along the circuit formed in the reception mode synchronizes the frequency of the synchronization unit using the built-in pulse-phase-locked loop (PLL) with phase accuracy, capturing the synchronism state. The main drawback here is the fact that such a system becomes inoperative when exposed to external noise (barrage, concentrated, especially harmonic with a close frequency) at the input of the second channel.
В [7] второй канал обеспечивает одновременный с СШП синхросигналом приём широкополосного (ШП) частотно- или фазоманипулированного радиосигнала. При этом моменты изменения частоты или фазы ШП сигнала соответствуют началу и концу временных окон, по центру которых располагаются импульсы СШП синхросигнала. Захват состояния синхронизма и его поддержание через заданные промежутки времени обеспечивается соответствующей обработкой ШП сигнала. Недостатком такой системы является нарушение её работоспособности в присутствии многолучёвости (в городах, пригородах, горах, предгорьях и т.д.). In [7], the second channel simultaneously with a UWB sync signal receives a broadband (NW) frequency or phase-shifted radio signal. In this case, the moments of change in the frequency or phase of the NW signal correspond to the beginning and end of time windows, in the center of which are the UWB pulses of the clock signal. The capture of the state of synchronism and its maintenance at predetermined intervals of time is provided by the corresponding processing of the signal signal. The disadvantage of such a system is a violation of its performance in the presence of multipath (in cities, suburbs, mountains, foothills, etc.).
В [8] предложена радиолиния с двумя приёмопередатчиками, расположенными на её противоположных концах. На основе собственных цифровых синтезаторов частот (ЦСЧ) с помощью ИФАПЧ передатчики и приёмники корреспондентов взаимно синхронизируют свои временные интервалы для передачи и приёма информации с точностью до фазы путём обработки каждый в своём временном интервале СШП синхросигналов, излучённых противоположными передатчиками. Повышенная точность взаимной синхронизации обеспечивается благодаря тому, что передатчик одного корреспондента и приёмник второго корреспондента начинают работать от одного генератора опорной частоты. Существенным недостатком работы такой объединённой системы является достаточно большое время вхождения в состояние синхронизма. In [8], a radio link was proposed with two transceivers located at its opposite ends. Based on their own digital frequency synthesizers (DSC), IFAPC transmitters and correspondent receivers mutually synchronize their time intervals for transmitting and receiving information accurate to the phase by processing each in its own time interval of UWB clock signals emitted by opposite transmitters. The increased accuracy of mutual synchronization is ensured due to the fact that the transmitter of one correspondent and the receiver of the second correspondent begin to work from one reference frequency generator. A significant drawback of the operation of such an integrated system is a rather long time to enter the state of synchronism.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является приёмная часть приёмопередающего модуля, описанная в [9], на стр. 12, рис. 8 и рис.9, принятая за прототип.The closest in technical essence to the proposed one is the receiving part of the transceiver module described in [9], on
Функциональная схема устройства-прототипа представлена на фиг. 1, где обозначено: The functional diagram of the prototype device is shown in FIG. 1, where indicated:
1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5 – управляемые формирователи временных окон (УФВО); 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5 - managed shapers of time windows (UVVO);
5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5 – с 1-го по 5-й импульсные энергетические накопители (ИЭН);5.1, 5.2, 5.3, 5.4, 5.5 - from the 1st to the 5th pulsed energy storage devices (IEN);
6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5 – с 1-го по 5-й формирователи порогов (ФП);6.1, 6.2, 6.3, 6.4, 6.5 - from the 1st to the 5th threshold formers (FP);
7.1, 7.2 7.3, 7.4, 7.5 – с 1-го по 5-й пороговые устройства (ПУ);7.1, 7.2 7.3, 7.4, 7.5 - from the 1st to the 5th threshold devices (PU);
9 – блок обработки и управления (БОУ);9 - processing and control unit (BOW);
10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5 – с 1-го по 5-й накопители канальных энергий синхроимпульсов (НКЭСИ);10.1, 10.2, 10.3, 10.4, 10.5 - from the 1st to the 5th drives of channel energies of sync pulses (NKESI);
11 – управляемый генератор тактовых импульсов (УГТИ);11 - controlled clock generator (UGTI);
12 – аналого-цифровой преобразователь (АЦП).12 - analog-to-digital Converter (ADC).
Устройство-прототип содержит пять идентично организованных сигнальных временных каналов (СВК), (первый из которых обозначен пунктирным прямоугольником), которые присутствуют в каждой ветви. Каждый из пяти СВК состоит из соответствующих последовательно соединенных УФВО 1.1 – 1.5, ИЭН 5.1 – 5.5, НКЭСИ 10.1 – 10.5 и ПУ 7.1 – 7.5. При этом первые входы УФВО 1.1 – 1.5 объединены и являются входом устройства, подсоединенным к антенному переключателю (на фиг. 1 не обозначен). Вторые входы каждого из пяти УФВО 1.1 – 1.5 подключены к соответствующим выходам УГТИ 11 и вторым входам соответствующих ИЭН 5.1 – 5.5 и НКЭСИ 10.1 – 10.5. При этом выходы ПУ 7.1 – 7.5 соединены с соответствующими входами АЦП 12, выход которого соединен с входом БОУ 9. Пять выходов БОУ 9 через соответствующие ФП 6.1 – 6.5 соединены со вторыми входами ПУ 7.1 – 7.5 соответственно. Шестой выход БОУ 9 соединен с входом УГТИ 11. Седьмой выход БОУ 9 является выходом устройства. The prototype device contains five identically organized signal time channels (ICS), (the first of which is indicated by a dashed rectangle), which are present in each branch. Each of the five ICS consists of the corresponding series-connected UVBO 1.1 - 1.5, IEN 5.1 - 5.5, NKESI 10.1 - 10.5 and PU 7.1 - 7.5. In this case, the first inputs of UVBO 1.1 - 1.5 are combined and are the input of the device connected to the antenna switch (not indicated in Fig. 1). The second inputs of each of the five UVVO 1.1 - 1.5 are connected to the corresponding outputs of
Устройство-прототип работает следующим образом. Для обнаружения СШП сигнала и захвата состояния синхронизма используются первые три СВК. Полагаем, что после включения питания калибровка проведена и канальные ФП 6.1 – 6.5 выставили в ПУ 7.1 – 7.5 соответствующий энергетический порог. Далее смесь синхроимпульсов СШП сигнала и канального шума или одного канального шума с выхода антенного переключателя поступает на первые входы УФВО 1.1 – 1.5. Одновременно на вторые входы УФВО 1.1 – 1.5, вторые входы ИЭН 5.1 – 5.5 и вторые входы НКЭСИ 10.1 – 10.5 с соответствующих выходов УГТИ 11 поступают тактовые импульсы с известными задержками для формирования текущих временных окон УФВО 1.1 – 1.5 и тактирования временных промежутков, в течение которых осуществляется накопление смеси энергий синхроимпульсов СШП сигнала и канального шума или одного канального шума в НКЭСИ 10.1 – 10.5 СВК. Накопленная в НКЭСИ 10.1 – 10.5 на длительности СШП сигнала энергия синхроимпульсов поступает соответственно на входы ПУ 7.1 – 7.5, с выходов которых на соответствующие входы АЦП 12 поступают надпороговые накопленные в канальных энергетических накопителях энергии либо смеси синхроимпульсов СШП сигнала с канальным шумом, либо одного канального шума. Если СШП сигнал отсутствует, то накопленные в НКЭСИ 10.1 – 10.5 энергии не преодолеют выставленный в ПУ 7.1 – 7.5 энергетический порог, следовательно, с выхода АЦП 12 на вход БОУ 9 на этом такте поступит нуль, тогда с шестого выхода БОУ 9 на вход УГТИ 11 поступит сигнал, по которому УГТИ 11 осуществит заданную задержку тактовых импульсов, поступающих на вторые входы УФВО 1.1 – 1.5, ИЭН 5.1 – 5.5 и вторые входы НКЭСИ 10.1 – 10.5, и поиск СШП сигнала с целью его обнаружения и захвата состояния синхронизма продолжится так, как описано выше. Проделанные действия будут повторяться при каждой вновь введённой задержке тактовых импульсов УГТИ 11 до тех пор, пока на первые входы УФВО 1.1 – 1.5 не поступит смесь СШП сигнала с канальным шумом и величина энергии смеси синхроимпульсов СШП сигнала и канального шума, накопленной одним из трёх канальных энергетических накопителей за время, равное длительности СШП сигнала, не превысит величину энергетического порога, выставленного в ПУ 7.1 – 7.5. Очевидно, что каждый канальный энергетический накопитель представляет собой коррелятор, на выходе которого формируется соответствующая автокорреляционная функция (АКФ), максимум которой соответствует энергии всех обнаруженных и накопленных синхроимпульсов СШП сигнала. В последнем случае с выхода этого СВК на соответствующий вход АЦП 12 поступит накопленная надпороговая энергия принятой смеси синхроимпульсов СШП сигнала и канального шума, соответствующая максимуму АКФ, а на остальные его входы – нули. При этом с выхода АЦП 12 на вход БОУ 9 поступит оцифрованное значение АКФ соответствующего СВК. В БОУ 9 будет зафиксирован момент отсчёта максимума АКФ и определена величина и знак задержки в этом СВК, при которой получен этот отсчёт, а с шестого выхода БОУ 9 на вход УГТИ 11 поступит команда, по которой найденная задержка с соответствующих его выходов будет передана на вторые входы двух остальных СВК из трёх первых, а также четвёртого и пятого приёмных СВК с учётом их текущих задержек. На этом процесс захвата состояния синхронизма заканчивается и начинается процесс приёма СШП сигналов в четвёртом и пятом приёмных СВК. При этом, если СШП сигнал переходит из среднего из трёх первых СВК в предыдущий или последующий СВК, то БОУ 9 осуществляет подстройку фазы и частоты УГТИ 11 для компенсации полученного ухода, обеспечивая тем самым удержание состояния синхронизма. Четвёртый и пятый приёмные СВК находятся на фиксированных временных позициях, определяемых позициями модуляции информационных СШП сигналов.The prototype device operates as follows. To detect the UWB signal and capture the state of synchronism, the first three ICS are used. We believe that after the power was turned on, the calibration was completed and the channel FPs 6.1–6.5 set the corresponding energy threshold in PU 7.1–7.5. Next, a mixture of clock pulses of UWB signal and channel noise or one channel noise from the output of the antenna switch is fed to the first inputs of the UVBO 1.1 - 1.5. At the same time, clock pulses with known delays arrive at the second inputs of the UHFW 1.1 - 1.5, the second inputs of the IEN 5.1 - 5.5 and the second inputs of the NKESI 10.1 - 10.5 from the corresponding outputs of the
Основным недостатком устройства-прототипа является достаточно большое время захвата состояния синхронизма, гораздо большее длительности СШП сигнала. The main disadvantage of the prototype device is a sufficiently long time to capture the state of synchronism, a much longer duration of the UWB signal.
Задача – повышение скорости и точности обработки сверхширокополосных сигналов при упрощении устройства.The task is to increase the speed and accuracy of processing ultra-wideband signals while simplifying the device.
Для решения поставленной задачи в устройство, содержащее пять управляемых формирователей временных окон (УФВО), первые входы которых объединены и являются входом устройства, первый и второй импульсные энергетические накопители (ИЭН), формирователь порога, выход которого соединен со вторым входом первого порогового устройства, а также второе пороговое устройство и блок обработки и управления (БОУ), соответствующий выход которого соединен с входом формирователя порога, согласно изобретению, введены (n-5) управляемых формирователей временных окон, первые входы которых подсоединены к входу устройства, блок синхронизации, n выходов которого соединены со вторыми входами n УФВО соответственно, выходы n УФВО соединены с соответствующими входами мультиплексора, выход которого подсоединен к первому входу управляемого переключателя на два положения, первый и второй выходы которого соединены с первыми входами первого и второго импульсных энергетических накопителей (ИЭН) соответственно, выходы первого и второго ИЭН соединены с первыми входами первого и второго пороговых устройств соответственно, выходы первого и второго пороговых устройств подключены к первому и второму входам схемы объединения сигналов соответственно, при этом выход формирователя порога соединен со вторым входом второго порогового устройства, кроме того, выходы с первого по n-й блока обработки и управления соединены с третьими входами n УФВО соответственно, (n+1)-й выход БОУ соединен с входом блока синхронизации, (n+1)-й выход которого соединен с первым входом БОУ, второй вход которого подключен к выходу схемы объединения сигналов; (n+2)-й выход БОУ соединен со вторым входом управляемого переключателя на два положения, (n+3)-й выход соединен со вторым входом первого ИЭН, (n+4)-й выход – со вторым входом второго ИЭН, третий вход блока обработки и управления является входом-выходом устройства.To solve this problem, in a device containing five controllable shapers of time windows (UHFW), the first inputs of which are combined and are the input of the device, the first and second pulsed energy storage devices (IEN), a threshold shaper whose output is connected to the second input of the first threshold device, and also a second threshold device and a processing and control unit (BOW), the corresponding output of which is connected to the input of the threshold shaper, according to the invention, (n-5) controlled shapers of the time are introduced windows, the first inputs of which are connected to the input of the device, the synchronization unit, n outputs of which are connected to the second inputs n UVBO, respectively, the outputs n UVBO are connected to the corresponding inputs of the multiplexer, the output of which is connected to the first input of the controlled switch to two positions, the first and second outputs which are connected to the first inputs of the first and second pulse energy storage devices (IEN), respectively, the outputs of the first and second IEN are connected to the first inputs of the first and second threshold devices accordingly, the outputs of the first and second threshold devices are connected to the first and second inputs of the signal combining circuit, respectively, while the output of the threshold shaper is connected to the second input of the second threshold device, in addition, the outputs from the first to the nth processing and control unit are connected to the third inputs n UVBO, respectively, the (n + 1) -th output of the BOW is connected to the input of the synchronization unit, the (n + 1) -th output of which is connected to the first input of the BOW, the second input of which is connected to the output of the signal combining circuit; (n + 2) -th output of the BOW is connected to the second input of the controlled switch in two positions, (n + 3) -th output is connected to the second input of the first IEN, (n + 4) -th output - with the second input of the second IEN, the third the input of the processing and control unit is the input-output of the device.
В заявляемом устройстве предлагается осуществить специфическую обработку СШП сигнала, в основу которой положен следующий алгоритм оконного накопления энергии:The inventive device proposes to carry out specific processing of UWB signal, which is based on the following window energy storage algorithm:
Здесь
Из анализа (3) следует, что длительность временного окна, в котором осуществляется накопление энергии смеси импульса СШП синхросигнала с канальным шумом или одного канального шума, равна 2τ0. Временные окна в блоке УФВО сдвинуты друг относительно друга во времени на длительность одного окна 2τ0 и образуют стек, время одного цикла работы которого равно Tcp. Очевидно, что количество УФВО в стеке определяется следующим образом: n = Tcp/2τ0, где
Функциональная блок-схема заявляемого устройства представлена на фиг. 2, где обозначено:A functional block diagram of the inventive device is shown in FIG. 2, where indicated:
1.1 – 1.n – управляемые формирователи временных окон (УФВО);1.1 - 1.n - controlled shapers of temporary windows (UFVO);
2 – мультиплексор (М);2 - multiplexer (M);
3 – блок синхронизации (БС);3 - block synchronization (BS);
4 – управляемый переключатель на два положения (УП);4 - controlled switch to two positions (UP);
5.1, 5.2 – первый и второй импульсные энергетические накопители (ИЭН);5.1, 5.2 - the first and second pulsed energy storage devices (IEN);
6 – формирователь порога (ФП);6 - threshold shaper (FP);
7.1, 7.2 – первое и второе пороговые устройства (ПУ);7.1, 7.2 - the first and second threshold devices (PU);
8 – схема объединения сигналов (СО);8 is a signal combining scheme (CO);
9 – блок обработки и управления (БОУ).9 - processing and control unit (BOW).
Предлагаемое устройство содержит блок УФВО, состоящий из n управляемых формирователей временных окон (УФВО) 1.1 – 1.n, первые входы которых объединены и являются входом устройства. Выходы n УФВО 1.1 – 1.n подключены к соответствующим входам мультиплексора 2, выход которого соединен с первым входом управляемого переключателя на два положения 4, два выхода которого подсоединены к первым входам первого 5.1 и второго 5.2 ИЭН соответственно. Выходы первого 5.1 и второго 5.2 ИЭН через соответствующие первое 7.1 и второе 7.2 пороговые устройства соединены с первым и вторым входом схемы объединения сигналов 8 соответственно. При этом n выходов блока синхронизации 3 соединены со вторыми входами соответствующих УФВО 1.1 – 1.n, третьи входы которых подсоединены к n выходам блока обработки и управления 9 соответственно. Причем (n+1)-й выход БОУ 9 соединен с входом блока синхронизации 3, (n+1)-й выход которого соединен с первым входом БОУ 9. Кроме того, (n+2)-й выход БОУ 9 соединен со вторым входом УП 4, (n+3)-й выход – со вторым входом первого ИЭН 5.1, (n+4)-й выход соединен со вторым входом второго ИЭН 5.2, (n+5)-й выход – с входом формирователя порога 6, выход которого соединен со вторыми входами первого 7.1 и второго 7.2 ПУ. Выход СО 8 подключен ко второму входу БОУ 9, третий вход-выход является выходом-входом устройства. The proposed device comprises a UVBO unit, consisting of n controlled time window formers (UVBO) 1.1 - 1.n, the first inputs of which are combined and are the input of the device. The outputs n UVBO 1.1 - 1.n are connected to the corresponding inputs of
Заявляемое устройство работает следующим образом. С момента поступления на вход-выход БОУ 9 сигнала включения питания приёмной части по заданному алгоритму осуществляется процесс калибровки, основной задачей которого является установка начальных (опорных) энергетических порогов в первом 7.1 и втором 7.2 ПУ. При этом с n+2-го выхода БОУ 9 на второй вход УП 4 поступает команда, по которой УП 4 начинает чередовать для разнесения во времени (осуществления задержки) два крайних положения, которым соответствуют первый и второй его выходы, с которых на первые входы первого 5.1 и второго 5.2 ИЭН через промежутки времени, равные длительности временных окон 2τ0 будет поступать смесь импульсов СШП синхросигнала и канального шума, либо одного шума также длительностью 2τ0. Чередование переключений в процессе поиска СШП синхросигнала учитывает факт инертности процессов энергетического накопления в первом 5.1 и втором 5.2 ИЭН, что гарантирует минимизацию взаимного влияния этих процессов на длительности соседних временных окон стека УФВО. Одновременно на вторые входы первого 5.1 и второго 5.2 ИЭН поступает команда, по которой в них синхронно с открытием и закрытием соответствующих временных окон, формируемых УФВО 1.1 – 1.n, будет осуществляться операция накопления оконной энергии в соответствии с формулой (3). Накопленные за время длительности соответствующих временных окон энергии с выходов первого 5.1 и второго 5.2 ИЭН начнут поступать на первые входы первого 7.1 и второго 7.2 ПУ, у которых энергетические пороги имеют нулевое значение. С выходов первого 7.1 и второго 7.2 ПУ эти накопленные оконные энергии будут поступать на первый или второй входы схемы объединения сигналов 8 соответственно, с выхода которого они в виде развёрнутой во времени регулярной последовательности накопленных оконных энергий будут поступать на второй вход БОУ 9. В БОУ 9 осуществляются следующие операции: производится запись величин этих энергий в регистр заданной длины m и одновременно осуществляется оценка величины отношения последующего элемента последовательности к предыдущему. The inventive device operates as follows. From the moment of receipt of the power supply signal of the receiving part at the input-output of the
Если в текущих временных окнах стека присутствует только канальный шум, то величина текущего отношения оконных энергий будет колебаться в небольших пределах. При заполнении всех m ячеек регистра шумовыми энергиями с их использованием осуществляется оценка величины опорного энергетического порога П0, и по команде, поступающей с выхода n+5 БОУ 9 посредством ФП 6 в первый 7.1 и второй 7.2 ПУ будет введён этот опорный порог. Если СШП синхросигнал в канале отсутствует, то с заданной периодичностью опорный порог обнуляется, описанная выше процедура повторяется путём перезаписи новых данных в m ячеек регистра и новой оценки величины опорного порога, которая вводится в первом 7.1 и втором 7.2 ПУ. Далее могут реализоваться две ситуации: If only current noise is present in the current time windows of the stack, then the magnitude of the current ratio of window energies will fluctuate within small limits. When all m cells of the register are filled with noise energies, they are used to estimate the value of the reference energy threshold P 0 , and by the command received from the output n + 5 of the
- в течение перезаписи данных в m ячеек регистра, когда пороги в первом 7.1 и втором 7.2 ПУ обнулены, величина текущего отношения оконных энергий резко увеличилась;- during the rewriting of data in m register cells, when the thresholds in the first 7.1 and second 7.2 PUs are reset, the value of the current ratio of window energies sharply increased;
- после записи (перезаписи) данных в m ячеек регистра, когда выставлен текущий опорный порог в первый 7.1 и второй 7.2 ПУ, в какой-то момент величина текущего отношения оконных энергий резко увеличилась, а порог был превышен либо в первом 7.1, либо во втором 7.2 ПУ.- after recording (overwriting) data in m register cells, when the current reference threshold is set to the first 7.1 and second 7.2 controllers, at some point the value of the current window energy ratio sharply increased, and the threshold was exceeded either in the first 7.1 or in the second 7.2 PU.
Оба варианта означают, что в течение текущего временного окна стека в смеси с канальным шумом появился импульс СШП синхросигнала, который назовём опорным. При этом в первом случае дополнительной операцией будет выставка в первый 7.1 и второй 7.2 ПУ предыдущего уровня опорного порога. Далее в обоих случаях, операции совпадают и выполняются одновременно:Both options mean that during the current time window of the stack mixed with channel noise, an UWB clock pulse appeared, which we will call the reference. Moreover, in the first case, an additional operation will be an exhibition in the first 7.1 and second 7.2 PU of the previous level of the reference threshold. Further in both cases, the operations coincide and are performed simultaneously:
- оцифровка поступившей с выхода СО 8 на второй вход БОУ 9 величины;- digitization received from the output of
- определение временной позиции опорного импульса СШП синхросигнала.- determination of the time position of the reference pulse UWB sync signal.
Одновременно с выхода СО 8 на второй вход БОУ 9 поступает последовательность накапливаемых надпороговых энергий смеси импульсов СШП синхросигнала и канального шума. Её элементы также оцифровываются и превращаются в энергетические отсчёты, величина, количество и временные позиции которых фиксируются. Simultaneously with the output of
Если количество энергетических отсчётов, соответствующих надпороговым энергиям смеси импульсов СШП синхросигнала и канального шума и их местоположение при любых временных сдвигах не совпадают с количеством и местоположением импульсов в имеющейся копии СШП синхросигнала, то осуществляется переход в исходное состояние поиска СШП синхросигнала, которое было описано выше. В противном случае оцифрованная последовательность надпороговых энергий подвергается соответствующей обработке, в результате которой в БОУ 9 осуществляется определение величины и знака временной задержки δt с использованием алгоритма оценки и сравнения величин надпороговых энергий, попадающих в соседние временные окна стека. Найденная задержка вводится в выбранный УФВО стека для захвата состояния синхронизма и приёма в текущих временных окнах этого УФВО информационных СШП сигналов.If the number of energy samples corresponding to the above-threshold energies of the mixture of UWB pulses of the clock signal and channel noise and their location at any time shifts do not coincide with the number and location of pulses in the existing copy of the UWB clock signal, then the transition to the initial search state of the UWB clock signal is performed, which was described above. Otherwise, the digitized sequence of suprathreshold energies is subjected to appropriate processing, as a result of which the value and sign of the time delay δt are determined in the
На этом основную задачу, возлагаемую на устройство синхронизации можно считать решённой. On this, the main task assigned to the synchronization device can be considered solved.
На фиг. 3 в качестве примера представлены результаты моделирования некоторых этапов процесса захвата состояния синхронизма, реализуемых предлагаемым устройством при среднем оконном энергетическом отношении сигнал/шум
Статистический анализ ситуаций, аналогичных представленным на фиг. 3, в условиях меняющейся помеховой обстановки совместно с описанием работы предлагаемого устройства показывает, что среднее время с момента обнаружения опорного импульса СШП синхросигнала до момента начала приёма информационных СШП сигналов составляет величину около (N+1)Тср с, что гораздо меньше, чем у прототипа и меньше, чем у любого из приведённых выше аналогов и, таким образом, подтверждает, что достижение заявленного технического результата предлагаемым устройством обеспечивается.Statistical analysis of situations similar to those presented in FIG. 3, in a changing interference environment, together with a description of the operation of the proposed device, it shows that the average time from the moment of detection of the UWB reference pulse of the clock signal to the moment of reception of the UWB information signals is about (N + 1) T cfr , which is much less than prototype and less than any of the above analogues and, thus, confirms that the achievement of the claimed technical result by the proposed device is ensured.
Реализация заявляемого устройства не вызывает затруднений, так как функциональные узлы, входящие в блоки устройства, общеизвестны, широко используются в отечественных и зарубежных патентах, а также описаны в технической литературе. Практически все блоки, кроме мультиплексора 2, СО 8, УП 4 описаны в [6] и [9]. Варианты исполнения мультиплексоров приведены, например, в [10], схем объединения сигналов – в [11], а варианты реализации блоков переключения с управлением представлены, в частности, в [12, 13]. The implementation of the inventive device does not cause difficulties, since the functional units included in the device blocks are well known, widely used in domestic and foreign patents, and are also described in the technical literature. Almost all blocks except
Источники информации.Sources of information.
1. Журавлёв, В.И. Поиск и синхронизация в широкополосных системах / В.И. Журавлёв. – М.: Радио и связь, 1986. – 240 с. 1. Zhuravlev, V.I. Search and synchronization in broadband systems / V.I. Zhuravlev. - M .: Radio and communications, 1986. - 240 p.
2. Варакин, Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами / Л.Е. Варакин. – М.: Радио и связь, 1985. – 384 с.2. Varakin, L.E. Communication systems with noise-like signals / L.E. Varakin. - M .: Radio and communications, 1985 .-- 384 p.
3. Иванов, М.М. Методы синхронизации в сверхширокополосных системах связи. / М.М. Иванов и др. // 51-я научная конференция аспирантов, магистров и студентов БГУИР, Новополоцк. – 2015, с. 43, 44.3. Ivanov, M.M. Synchronization methods in ultra-wideband communication systems. / M.M. Ivanov et al. // 51st Scientific Conference of Graduate Students, Masters and Students, BSUIR, Novopolotsk. - 2015, p. 43, 44.
4. Зюко, А.Г. Помехоустойчивость и эффективность систем передачи информации. / А.Г. Зюко, А.И. Фалько, И.П. Панфилов, В.Л. Банкет, П.В. Иващенко. – М.: Радио и связь, 1985. – 272 с.4. Zyuko, A.G. Immunity and efficiency of information transmission systems. / A.G. Zyuko, A.I. Falco, I.P. Panfilov, V.L. Banquet, P.V. Ivashchenko. - M .: Radio and communications, 1985 .-- 272 p.
5. Патент 157935 (РФ). Приёмопередающий модуль для обмена данными с помощью сверхширокополосных сигналов. МПК Н04В 1/38, H04L 9/00 / Зайцев А.В., Митрофанов Д.Г., Тимофеев И.А., Красавцев О.О., Кичулкин Д.А., Терещенко А.А., Азаров В.С., Черников А.К., Чижов А.А. Заявка №2014147229/08 от 24.11.2014. Опубл. 20.12.2015 г. 5. Patent 157935 (RF). Transceiver module for data exchange using ultra-wideband signals.
6. Патент 2315424 (РФ). Система связи с высокой скоростью передачи информации сверхширокополосными сигналами. МПК Н04B 1/69, H04L 5/26 / Бондаренко В.В., Кыштымов Г.А., Бондаренко В.В., Кыштымов С.Г. Заявка №2006119887/09 от 06.06.2006. Опубл. 20.01.2008 г. 6. Patent 2315424 (RF). A communication system with a high speed information transmission by ultra-wideband signals.
7. Патент 2354048 (РФ). Способ и система связи с быстрым вхождением в синхронизм сверхширокополосными сигналами. МПК Н04B 7/00 / Кыштымов Г.А., Бондаренко В.В., Кыштымов С.Г. Заявка №2007144256/09 от 28.11.2007. Опубл. 27.04.2009 г. 7. Patent 2354048 (RF). Method and communication system with fast entry into synchronism by ultra-wideband signals.
8. Патент 2441320 (РФ). Система связи сверхширокополосными сигналами с повышенной точностью и стабильностью синхронизации. МПК Н04B 7/00 / Кыштымов Г.А., Усачёв И.П., Кыштымов С.Г., Стецура Е.И. Заявка №2010119288/08 от 13.05.2010. Опубл. 27.01.2012 г.8. Patent 2441320 (RF). Communication system with ultra-wideband signals with increased accuracy and stability of synchronization.
9. Корниенко А.В. Алгоритмы синтеза и обработки короткоимпульсных сверхширокополосных сигналов в радиосистемах передачи информации с учётом мешающих факторов. / Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук. – Рязань. – 2008. – С. 17.9. Kornienko A.V. Algorithms for the synthesis and processing of short-pulse ultra-wideband signals in radio transmission systems, taking into account interfering factors. / Abstract of dissertation for the degree of candidate of technical sciences. - Ryazan. - 2008 .-- S. 17.
10. Гольденберг, Л.М. Импульсные устройства / Л.М. Гольденберг. – М.: Радио и связь, 1981. – 224 с.10. Goldenberg, L.M. Pulse devices / L.M. Goldenberg. - M .: Radio and communications, 1981. - 224 p.
11. Мэндл, М. 200 избранных схем. Пер. с англ. под ред. д-ра техн. наук Я.С. Ицхоки / М. Мэндл. – М.: Мир, 1980. – 344 с.11. Mandle, M. 200 Selected Schemes. Per. from English under the editorship of Dr. tech. Sciences Ya.S. Yitzhoki / M. Mandle. - M .: Mir, 1980 .-- 344 p.
12. Горшков, Б.И. Радиоэлектронные устройства / Б.И. Горшков. – М.: Радио и связь, 1984. – 400 с.12. Gorshkov, B.I. Radio electronic devices / B.I. Gorshkov. - M .: Radio and communications, 1984. - 400 p.
13. Пухальский, Г.И. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах. Справочник. / Пухальский Г.И., Новосельцева Т.Я. – М.: Радио и связь, 1990. – 304 с.13. Pukhalsky, G.I. Design of discrete devices on integrated circuits. Directory. / Pukhalsky G.I., Novoseltseva T.Ya. - M .: Radio and communications, 1990. - 304 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019126190A RU2713379C1 (en) | 2019-08-20 | 2019-08-20 | Apparatus for synchronizing a receiving and transmitting part of a radio link using short-pulse ultra-wideband signals |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2019126190A RU2713379C1 (en) | 2019-08-20 | 2019-08-20 | Apparatus for synchronizing a receiving and transmitting part of a radio link using short-pulse ultra-wideband signals |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2713379C1 true RU2713379C1 (en) | 2020-02-05 |
Family
ID=69624979
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2019126190A RU2713379C1 (en) | 2019-08-20 | 2019-08-20 | Apparatus for synchronizing a receiving and transmitting part of a radio link using short-pulse ultra-wideband signals |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2713379C1 (en) |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1614122A2 (en) * | 1988-10-28 | 1990-12-15 | Ленинградский Электротехнический Институт Связи Им.Проф.М.А.Бонч-Бруевича | Slocking device |
US5778010A (en) * | 1996-06-27 | 1998-07-07 | Fujitsu Ltd. | Method and device for correcting packet data error and packet receiver |
US5969631A (en) * | 1996-06-14 | 1999-10-19 | Temic Telefunken Microelectronic Gmbh | Method and control system for the synchronized transmission of digital data |
RU2242093C2 (en) * | 2002-12-16 | 2004-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" | Sync signal receiver |
RU2006102581A (en) * | 2006-01-31 | 2007-08-20 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. (KR) | ULTRABAND RADIO FREQUENCY FOR SHORT RADIUS RADAR |
RU2306674C1 (en) * | 2006-03-06 | 2007-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Temporary group forming device |
WO2008020879A2 (en) * | 2006-01-30 | 2008-02-21 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Ultra-wideband radar sensors and networks |
-
2019
- 2019-08-20 RU RU2019126190A patent/RU2713379C1/en active
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1614122A2 (en) * | 1988-10-28 | 1990-12-15 | Ленинградский Электротехнический Институт Связи Им.Проф.М.А.Бонч-Бруевича | Slocking device |
US5969631A (en) * | 1996-06-14 | 1999-10-19 | Temic Telefunken Microelectronic Gmbh | Method and control system for the synchronized transmission of digital data |
US5778010A (en) * | 1996-06-27 | 1998-07-07 | Fujitsu Ltd. | Method and device for correcting packet data error and packet receiver |
RU2242093C2 (en) * | 2002-12-16 | 2004-12-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Ростовский-на-Дону научно-исследовательский институт радиосвязи" | Sync signal receiver |
WO2008020879A2 (en) * | 2006-01-30 | 2008-02-21 | Lawrence Livermore National Security, Llc | Ultra-wideband radar sensors and networks |
RU2006102581A (en) * | 2006-01-31 | 2007-08-20 | Самсунг Электроникс Ко., Лтд. (KR) | ULTRABAND RADIO FREQUENCY FOR SHORT RADIUS RADAR |
RU2306674C1 (en) * | 2006-03-06 | 2007-09-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Ульяновский государственный технический университет" | Temporary group forming device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6385232B1 (en) | Synchronization detection device and its method | |
EP0583241B1 (en) | Spread spectrum correlator | |
US5719900A (en) | Dual-threshold spread spectrum correlator | |
US4280222A (en) | Receiver and correlator switching method | |
US5084901A (en) | Sequential chirp modulation-type spread spectrum communication system | |
CN101351962B (en) | Method and device for adjusting a pulse detection threshold, and pulse detection method and device, and corresponding receiver | |
CN100415029C (en) | Apparatus and method for estimating initial frequency offset in an asynchronous mobile communication system | |
RU2731369C1 (en) | Apparatus for processing short-pulse ultra-wideband signals at a receiving side | |
CN106802424B (en) | A kind of quick guiding and tracking method of multifrequency satellite navigation neceiver and device | |
RU2713379C1 (en) | Apparatus for synchronizing a receiving and transmitting part of a radio link using short-pulse ultra-wideband signals | |
RU2277760C2 (en) | Method for transferring information in communication systems with noise-like signals and a software product | |
RU2723269C1 (en) | Method for synchronizing receiving and transmitting devices of a radio link using short-pulse ultra-wideband signals | |
RU2286017C2 (en) | Method for transferring information in communication system with noise-like signals | |
US5157695A (en) | Variable pulse rate circuit | |
RU2625171C2 (en) | System for measuring spacecraft distance | |
EP0035564B1 (en) | Binary coincidence detector | |
SU873438A1 (en) | Matched radio link with noise-like signals | |
RU2109406C1 (en) | Signal transmitter of frequency-matrix type | |
JP2567253B2 (en) | Code hopping spread spectrum communication system | |
RU2012143C1 (en) | Data transmission system with multiple access and time sharing of distant stations | |
SU869074A1 (en) | Clock synchronization device | |
SU1658413A1 (en) | Pulse communication system | |
EP1788717A1 (en) | Method and apparatus for acquiring a received impulse radio signal | |
US3622886A (en) | Synchronization system | |
JP2537634B2 (en) | Synchronous holding method for spread spectrum receiver |