Спосіб прийому коротких імпульсних радіосигналів та пристрій, що його реалізує

Реферат: Спосіб прийому коротких імпульсних радіосигналів та пристрій, що його реалізує належить до радіолокації, безпровідних персональних мереж та інших областей, і може бути використаний в системах та мережах зв'язку. Спосіб здійснює кореляційну обробку сигналу за допомогою пасивного погодженого фільтра. Імпульси, що приймаються, виділяють, порівнюють їх амплітуди з усередненим рівнем шумів і завад, фронти виділених імпульсів загострюють, генерують високоенергетичні імпульси заданої амплітуди і тривалості та здійснюють селекцію сигналу. Пристрій містить вхідний фільтр, підсилювач і пасивний погоджений фільтр, виконаний як лінія затримки з відводами, і суматор. Додатково містить випрямляч, підключений до входів диференціюючої і інтегруючо-пропорціональної схем, виходи яких підключені до протилежних входів диференційного підсилювача. Вихід диференційного підсилювача через амплітудний обмежувач підключений до запускаючого входу одновібратора. Вихід одновібратора підключений до входу лінії затримки з відводами, а останні підключені до входу суматора, вихід якого підключений до порогового пристрою. Також відводи ліній затримки з відводами, які відповідають часовим позиціям імпульсів кожного із ортогональних сигналів, підключають до окремих суматорів, виходи яких підключають до протилежних входів диференційного підсилювача. Технічним результатом є зниження вимог до точності виконання елементів приймача та підвищення ефективності прийому імпульсів. UA 97705 C2 (12) UA 97705 C2 UA 97705 C2 5 10 15 20 25 30 35 Винахід належить до електрозв'язку і може бути використаний в системах та мережах зв'язку для прийому коротких імпульсних радіосигналів, зокрема радіолокації, безпровідних персональних мережах та інших областях. В понадширокосмугових системах зв'язку для передачі кожного біта інформації використовують не окремі імпульси, а псевдовипадкові послідовності імпульсів. Це необхідно для селекції сигналів по їх часовому коду на фоні інших імпульсних сигналів та завад при множинному доступі до середовища передачі, оскільки інформація про символ, що передається, закладена в часовому положенні імпульсів, а також для здійснення прийому при низькому відношенні сигнал-шум шляхом накопичення енергії імпульсів, які представляють біти інформації. Найближчим аналогом запропонованого способу є спосіб прийому, який оснований на застосуванні пасивного погодженого фільтра [1]. Він включає в себе застосування смугового фільтра, лінії затримки з відводами, що застосовується для селекції сигналів по їх часовому коду на фоні інших сигналів і завад, підсилювачів та фазообертачів. Недоліками цього способу є велика складність реалізації точності відводів лінії затримки з відводами, оскільки імпульси, що приймаються, мають малу тривалість, тому допустима похибка точок відводів є дуже малою величиною. Задачею запропонованого способу є зниження вимог до точності виконання елементів приймача, а також підвищення ефективності прийому імпульсів шляхом реалізації нового принципу прийому імпульсних радіосигналів. Поставлена задача вирішується тим, що в способі прийому коротких імпульсних радіосигналів, який здійснює кореляційну обробку сигналу за допомогою пасивного погодженого фільтра, новим є те, що імпульси, що приймаються, виділяють, порівнюють їх амплітуди з усередненим рівнем шумів і завад, фронти виділених імпульсів загострюють, генерують високоенергетичні імпульси заданої амплітуди і тривалості та здійснюють селекцію сигналу. В запропонованому способі імпульси сигналу використовуються не стільки як носії енергії сигналу, скільки як високоамплітудні, проте низькоенергетичні синхроімпульси, що вказують на часове положення імпульсів коду сигналу. Тобто оцінюється не відношення сигнал-шум, а порівнюються їх пікові рівні з усередненим значенням суміші сигналу і завад, виконується "відбір" імпульсів, амплітуда яких перевищує певний поріг. Відібрані імпульси викликають генерацію потоку "високоенергетичних" імпульсів заданої тривалості - стандартних імпульсів постійного струму достатньої тривалості і потрібної амплітуди. Тривалість імпульсів вибирається меншою, ніж тривалість мінімальних пауз між короткими імпульсами в коді сигналу. Потік згенерованих імпульсів певною мірою відображає сигнали, що приймаються, а також і завад, амплітуда імпульсів котрих перевищила заданий поріг. Умовним відношенням, що визначає ймовірність помилки, можна виразити як відношення енергії суми всіх імпульсів, які розпізнані погодженим фільтром до енергії всіх інших імпульсів, які генеруються одновібратором в результаті дії шумів і завад в паузах між інформаційними імпульсами M 45 50 55 N 1 40 0  Ei /  Ei  AMi / AN(Tc iN)  Mi / N(Tc  iM) , де А - амплітуда імпульсів, що генеруються одновібратором; i - тривалість імпульсів; М кількість імпульсів в сигналі; N - кількість імпульсів, викликаних шумами і завадами; Тс тривалість сигналу. Таким чином, вимоги до точності розміщення відводів в такому фільтрі значно нижча, ніж у разі селекції коротких імпульсів, і похибка точок відводів лінії затримки від ідеального положення може знаходитись в межах половини тривалості згенерованих імпульсів, що суттєво спрощує конструкцію фільтра. Також підвищується достовірність прийому інформації, оскільки вона визначається не відношенням енергії сигналу до спектральної густини шумів та завад на вході пристрою, що приймає рішення, а відношенням амплітуд імпульсів сигналу до імпульсів достатньо високої крутизни в спектрі шумів і завад, і наявністю сигналів інших абонентів в мережі з достатньою амплітудою імпульсів. Спосіб може бути реалізований на пристрої для прийому коротких імпульсних радіосигналів. Найближчим аналогом пристрою є "гібридний приймач коротких імпульсів з погодженими фільтрами і імпульсним корелятором" [2], який містить погоджений фільтр, блок затримки, блок комплексного спряження, помножувач та пристрій прийняття рішення. Використовується передача опорного імпульсу, зсунутого на певний інтервал часу від інформаційного. До недоліків пристрою належать - необхідна велика точність реалізації блока затримки для точного перемноження опорного і інформаційного сигналів. Достовірність прийому інформації визначається відношенням накопиченої енергії імпульсів до енергії шумів і завад. 1 UA 97705 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Задачею пристрою є покращення достовірності передачі інформації, а також зменшення вимог до точності виконання вузлів та елементів приймача шляхом введення нових елементів конструкції. Поставлена задача вирішується тим, що в пристрої для прийому коротких імпульсних радіосигналів, який містить вхідний фільтр, підсилювач і пасивний погоджений фільтр, виконаний як лінія затримки з відводами, і суматор, новим є те, що пристрій додатково містить випрямляч, диференціюючу і інтегруючо-пропорціональну схеми, виходи яких підключені до протилежних входів диференційного підсилювача, вихід диференційного підсилювача через амплітудний обмежувач підключений до запускаючого входу одновібратора, вихід одновібратора підключений до входу лінії затримки з відводами, останні підключені до входу суматора, вихід якого підключений до порогового пристрою; відводи ліній затримки з відводами, які відповідають часовим позиціям імпульсів кожного із ортогональних сигналів, підключають до окремих суматорів, виходи яких підключають до протилежних входів диференційного підсилювача. Суть винаходу пояснюється кресленнями, де на Фіг. 1 зображена схема приймача коротких імпульсних радіосигналів. На Фіг. 2 зображена схема приймача коротких ортогональних імпульсних радіосигналів. Фігура 1 зображає структуру приймача коротких імпульсних радіосигналів. Пристрій складається з вхідного фільтра 1, вихід якого підключений до входу підсилювача 2, вихід якого, в свою чергу, підключено до входу випрямляча 3, вихід якого підключено до входів диференціюючої 4 і інтегруючо-пропорціональної 5 схем, виходи яких підключені до протилежних входів диференційного підсилювача 6, вихід диференційного підсилювача через амплітудний обмежувач 7 підключений до запускаючого входу одновібратора 8, вихід одновібратора підключений до входу пасивного погодженого фільтра 9, що складається з лінії затримки з відводами 10 і суматора 11, що з'єднані між собою, вихід якого підключений до порогового пристрою 12. Приймач коротких імпульсних радіосигналів працює наступним чином. Прийнятий сигнал з прийомної антени надходить на вхід вхідного фільтра 1, який певною мірою знижує шуми та завади, що лежать поза межами діапазону, що використовується, і через підсилювач 2, що підіймає рівень суміші сигналу та шуму для нормальної роботи подальшого елемента, надходить на вхід випрямляча 3, який випрямляє напругу суміші сигнал-шум. Отриманий сигнал надходить на вхід диференціюючої схеми 4, що додатково збільшує крутизну переднього фронту імпульсів, задній фронт від'ємної полярності усувається діодом, що вводиться до диференціюючої схеми, яка зв'язана з першим входом диференційного підсилювача 6, і також надходить на вхід інтегруючо-пропорціональної схеми 5, вихідний сигнал грає роль сигналу автоматичного регулювання підсилення, яка зв'язана з другим входом диференційного підсилювача 6. Далі сигнал надходить на вхід амплітудного обмежувача 7, який обмежує рівень сигналу як знизу, так і зверху, для нормування амплітуди імпульсів, і через одновібратор 8, що генерує імпульси постійного струму фіксованої довжини та амплітуди у відповідь на отримані імпульси, надходить на вхід пасивного погодженого фільтра 9, який розраховує кореляційну функцію між сигналом і комплексно пов'язаною імпульсною функцією лінії затримки з відводами 10 в будь-який момент часу, сигнал надходить на вхід суматора 11, і далі на вхід порогового пристрою 12, який забезпечує вибір порогу для правильного прийому імпульсів. Фігура 2 зображає структуру приймача коротких ортогональних імпульсних радіосигналів. Пристрій складається з вхідного фільтра 1, вихід якого підключений до входу підсилювача 2, вихід якого, в свою чергу, підключено до входу випрямляча 3, вихід якого підключено до входів диференціюючої 4 і інтегруючо-пропорціональної 5 схем, виходи яких підключені до протилежних входів диференційного підсилювача 6, вихід диференційного підсилювача через амплітудний обмежувач 7 підключений до запускаючого входу одновібратора 8, вихід одновібратора підключений до входу пасивного погодженого фільтра 9, що складається з лінії затримки з відводами 10, суматора 11 та суматора 13, що з'єднані між собою, виходи яких підключені до диференційного підсилювача 14. При прийомі ортогональних імпульсних радіосигналів принцип роботи приймача є аналогічним, однак відводи лінії затримки з відводами 10, які відповідають часовим позиціям імпульсів кожного із ортогональних радіосигналів, подаються на окремі суматори 11, 13, виходи яких підключаються до протилежних входів диференційного підсилювача 14, полярність напруги на виході якого буде вказувати на ймовірність прийому одного з них. Таким чином, в запропонованих пристроях достовірність інформації, що приймається, збільшується, оскільки, вона визначається не відношенням енергії сигналу до спектральної густини шумів та завад на вході пристрою, що приймає рішення, а відношенням амплітуд 2 UA 97705 C2 5 10 15 імпульсів сигналу до імпульсів достатньо високої крутизни в спектрі шумів і завад і наявністю сигналів інших абонентів в мережі з достатньою амплітудою імпульсів. Також запропоновані пристрої прийому значно знижують вимоги до точності відводів лінії затримки з відводами, оскільки імпульси, які генеруються одновібратором, мають більшу тривалість, ніж імпульси, що надходять на вхід приймача, а також похибка може сягати більших значень, проте не повинна перевищувати половину тривалості згенерованого імпульсу. Джерела інформації: 1. Варакин Л.Е. Системы связи с шумоподобными сигналами. - М.: Радио и связь, 1985. 384с., ил. 2. Пат. US 7,305,052 В2 США, МКИ H04L 27/08, H04L 27/00, Н04В 1/00, Н04В 7/165, H01Q 11/12, UWB Communication receiver feedback loop. Alex Spiridon (US), Dave Benzel (US), Farid U.Dowla, Faranak Nekoogar (US), Erwin T.Rosenbury (US) - Заявлено 31.30.2004. Опубл. 04.12.2007. 3. Пат. US 2005/0013390 A1 США, МКИ H04L 27/06 Hybrid UWB receiver with matched filters and pulse correlator. Anders Fredrik Tufvesson (SE) - Заявлено 14.07.2003. Опубл. 20.01.2005. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 30 35 1. Спосіб прийому коротких імпульсних радіосигналів, за яким здійснюють кореляційну обробку сигналу за допомогою пасивного погодженого фільтра, який відрізняється тим, що імпульси, що приймаються, виділяють, порівнюють їх амплітуди з усередненим рівнем шумів і завад, фронти виділених імпульсів загострюють, генерують високоенергетичні імпульси заданої амплітуди і тривалості та здійснюють селекцію сигналу. 2. Пристрій для прийому коротких імпульсних радіосигналів, який містить вхідний фільтр, підсилювач і пасивний погоджений фільтр, виконаний як лінія затримки з відводами, і суматор, який відрізняється тим, що додатково містить випрямляч, підключений до входів диференціюючої і інтегруючо-пропорціональної схем, виходи яких підключені до протилежних входів диференційного підсилювача, вихід диференційного підсилювача через амплітудний обмежувач підключений до запускаючого входу одновібратора, вихід одновібратора підключений до входу лінії затримки з відводами, останні підключені до входу суматора, вихід якого підключений до порогового пристрою. 3. Пристрій за п. 2, який відрізняється тим, що відводи ліній затримки з відводами, які відповідають часовим позиціям імпульсів кожного із ортогональних сигналів, підключають до окремих суматорів, виходи яких підключають до протилежних входів диференційного підсилювача. 3 UA 97705 C2 Комп’ютерна верстка Л.Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4