Способ декодирования сигналов связи

В качестве прототипа рассматривается способ декодирования [1]. Его недостаток сформулирован выше.

Целью заявляемого способа является преодоление указанного недостатка прототипа. Для достижения этой цели в способ декодирования сигналов связи, включающий операцию взаимно-корреляционной обработки принимаемых сигналов в каждом из М 2 каналов декодирования, а также операцию принятия решения по результатам взаимно-корреляционной обработки не менее чем в М-1 каналах декодирования, причем не менее чем в одном из каналов декодирования операция взаимно-корреляционной обработки принимаемых сигналов выполняется многоканальным по доплеровской скорости носителя передатчика (и/или приемника - в дальнейшем это «и/или » может не оговариваться, но при этом подразумевается), по результатам этой операции выполняется операция измерения доплеровского сжатия масштаба времени в принимаемом сигнале, а по результатам этого измерения реализуется операция коррекции масштаба времени опорной функции, используемой при осуществлении каждой из операций взаимно-корреляционной обработки принимаемых сигналов в не менее чем М-1 каналах декодирования.

Блок-схема заявляемого способа представлена на фиг.1, где обозначены:

- 1-1 1-М - операции взаимно-корреляционной обработки в каждом из М каналов декодирования (здесь и далее значок «-» есть дефис; операции же вычитания или тире соответствует значок «-»);

- 2 - операция принятия решения;

- 3-1 3-(М-1) - операция коррекции масштаба времени опорных функций в М-1 каналах декодирования;

- 4 - операция измерения доплеровского сжатия масштаба времени в принимаемом сигнале.

Каждая из операций взаимно-корреляционной обработки 1-1 1-М выполняется по принципу высокоскоростной свертки, поясненному, например, в [7, блок-схема на рис.5.14, с.295]. При этом сигнальным входом реализующего эту операцию коррелятора является нижний на указанном рис.5.14 вход, на который подается принимаемый сигнал х(n). Опорная же функция этого коррелятора (на указанном рис.5.14 она обозначена как h(n)) хранится в его долговременной памяти, на рис.5.14 для простоты не показанной. Далее обозначаем опорную функцию коррелятора, выполняющего операцию взаимно-корреляционной обработки в i-м (i=0 М) канале декодирования, как h_i(n)=S_i (n) (здесь и далее n - аргумент дискретного времени, которому соответствует момент t_n=n/f_д, где f _д - частота дискретизации; S_i(n) - сигнал, соответствующий передаче i-го символа из М-арного алфавита).

При реализации каждого коррелятора, выполняющего соответствующую операцию взаимно-корреляционной обработки, над его опорной функцией, дополненной с целью формирования апериодической свертки нулевыми отсчетами (см. [8, разделы 2.24 и 2.25]) выполняется операция дискретного преобразования Фурье (ДПФ), и массив результата ДПФ (результат его комплексного сопряжения) запоминается в долговременной памяти соответствующего коррелятора. Над массивами отсчетов входного сигнала х(n) также выполняется ДПФ, далее выполняется поэлементное перемножение (т.е. перемножение одноименных отсчетов) массивов результатов ДПФ над опорной функцией и над входным сигналом и обратное ДПФ (ОДПФ) от массива результатов указанного перемножения. Период обновления массива отсчетов входного сигнала при смежных по времени циклах вычисления корреляции в каждом из корреляторов обычно выбирается равным длительности каждого из сигналов S _i(n) (длительности всех сигналов S_i(n) при i=0 М между собой совпадают), при этом длина окна ДПФ составляет несколько более чем двойную длительность каждого из этих сигналов. М независимо выполняемых операций взаимно-корреляционной обработки показаны на фиг.1 условно. При их реализации в спектральной области входящая в состав выполняющих эти операции корреляторов процедура ДПФ от входного сигнала может быть для всех корреляторов общей.

Возможен также эквивалентный рассмотренному вариант блок-схемы реализующего каждую операцию 1-1 1-М коррелятора во временной области; описание этого варианта коррелятора приведено в [7, рис.6.18б, с.418], где (в соответствии с сегодняшним уровнем техники) вместо рециркулирующей линии задержки, хранящей массив временных отсчетов опорного сигнала при его жестком ограничении, реализуется многоразрядный регистр сдвига, хранящий те же отсчеты, представленные многоразрядными кодовыми словами или соответствующее оперативное запоминающее устройство.

Не менее чем одна из операций взаимно-корреляционной обработки (на фиг.1 она обозначена как операция 1-М), реализуется многоканальной по доплеровской скорости (имеется в виду скорость сближения или расхождения носителей приемника и/или передатчика, т.е. выполняющий ее коррелятор содержит К_д 0/µ областей долговременной памяти, в которых хранятся К_д опорных функций S_M(n, _k), где _k - k-я альтернатива сжатия (растяжения) масштаба времени принимаемого сигнала, происходящего вследствие в общем случае ненулевой доплеровского скорости носителей приемника и/или передатчика (далее для краткости именуем это параметр как k-я доплеровская альтернатива); _k=k· , где 0 - шаг между смежными доплеровскими альтернативами (целесообразно выполнение условия =(0.5 07)· 0.

Каждая k-я опорная функция указанного 1-М-го канала декодирования (т.е. опорная функция, соответствующая k-й альтернативе доплеровской скорости) определяется как S _M(n, _k)=S_M[ ( _k)], где при малых доплеровских скоростях справедливо соотношение . Доплеровскую скорость V_k считаем положительной при сближении точек передачи и приема. Доплеровская скорость V_k является малой при V_k·с^-1 <<1, где с - скорость распространения сигнала в канале связи.

Многоканальная по доплеровской скорости корреляция выполняется путем вычисления ДПФ от входного сигнала и от всех Кд опорных функций, векторного (т.е. поэлементного) перемножения результата ДПФ от входного сигнала и результата ДПФ от каждой опорной функции в отдельности и вычисления ОДПФ от каждого из результатов указанного векторного перемножения. В итоге выполнения операции 1-М формируется совокупность из К _д результатов взаимно-корреляционной обработки.

Динамика обновления входных и выходных данных при выполнении операций 1-1 1-М иллюстрируется, например, в [8, с.76-78].

Операция принятия решения 2 выполняется решающим блоком, представляющим собой схему сравнения каждого текущего уровня сигнала на его входе с заданным порогом, хранящимся в его долговременной памяти. В случае превышения уровнем i-го сигнала (т.е. результата взаимно-корреляционной обработки в i-м канале декодирования) порога на выходе решающего блока формируется, например, код «i», свидетельствующий о принятии сигнала S_i(n).

Следует заметить, что все операции взаимно-корреляционной обработки (с оговоркой относительно реализации такой операции в не менее чем одном канале декодирования в многоканальном по доплеру варианте), а также операция принятия решения по своему содержанию и выполнению в заявляемом объекте и в прототипе полностью совпадают.

Совокупность операций 3-1 3-(М-1) коррекции масштаба времени опорных функций в не менее чем М-1 каналах декодирования выполняется следующим образом. При сформированном выполнении операции 4 результата измерения величины доплеровского сжатия масштаба времени (описание содержания этой операции приведено ниже) все опорные функции S_i(n) не менее чем М-1 каналов декодирования пересчитываются как

S_i(n, )=S_i[ ( )], где ( )=n·(1- ·f₀ ^-1).

Операция измерения доплеровского сжатия масштаба времени (оси времени) в принимаемом сигнале 4 реализуется следующим образом. При выполнении операции взаимно-корреляционной обработки в не менее чем одном канале декодирования (а именно операции 1-М) сформированы К_д результатов этой операции в К_д доплеровских каналах. При выполнении операции 4 находится максимальный по уровню из этих результатов и определяется номер соответствующей ему доплеровской альтернативы, т.е. номер «k0» той опорной функции S_M(n, _k), результат взаимно-корреляционной обработки принимаемого сигнала с которой оказался максимальным по уровню. Указанный уровень обозначается как Y_k0. Наряду с этим уровнем также фиксируются уровни результатов взаимно-корреляционной обработки принимаемого сигнала с опорными функциями S_M (n, _k-1) и S_M(n, _k+1); эти уровни обозначаются соответственно как Y_k0-1 и Y_k0+1. Далее искомое значение результата измерения доплеровского сжатия масштаба времени вычисляется по формуле (что следует из [7, с.325, ф-ла (5.39)])

={k0+[0.5·(Y_k0-1-Y_k0+1)/(Y _k0+1-2·Y_k0-Y_k0-1)]}· .

Принцип действия заявляемого способа состоит в следующем. Сообщение сопровождается (а, возможно, и начинается) передачей серии испытательных или синхроимпульсов, т.е. импульсов заранее известной формы, не несущих информации, а служащих только для установления связи или для контроля импульсной характеристики канала [2]. Пусть, например, этот сигнал передается эпизодически (см. [2, с.108, рис.3.1]). При этом информационные сигналы передаются при (М-1)-арном кодировании. В результате выполнения функции взаимно-корреляционной обработки каждого из испытательных сигналов (операция 1-М) и измерения доплеровского сжатия масштаба времени в этих сигналах (операция 4) формируется параметр . Принцип его формирования основан на параболической интерполяции зависимости уровня результата взаимно-корреляционной обработки от расстройки частоты принимаемого сигнала (см. [7, с.325]). В результате выполнения совокупности операций 3-1 3-(М-1) коррекции масштаба времени опорных функций в М-1 каналах декодирования происходит настройка реализующих операции взаимно-корреляционной обработки 1-1 1-(M-1) корреляторов на мгновенную доплеровскую скорость сближения (расхождения) носителей передатчика и приемника, чем обеспечивается классический (т.е. как в аналогах и прототипе) вариант работы декодера, рассчитанного на декодирование сигналов связи при неподвижных носителях передатчика и приемника. А именно в каждом i-м из М-1 каналов декодирования реализуется одноканальная по доплеру взаимно-корреляционная обработка одного (соответствующего этому каналу, т.е. i-му) из сигналов передаваемого алфавита S, (n), среди всех М-1 результатов этой обработки как правило (т.е. в смысле статистической тенденции) максимальным будет сигнал на выходе именно того канала декодирования, опорная функция в котором совпадает с фактически переданным сигналом, что и будет зафиксировано при выполнении операции 4.

Возможен вариант реализации способа декодирования, эквивалентный описанному и состоящий в коррекции масштаба времени не опорных функций, а принимаемого сигнала. При этом коррекция масштаба времени в принимаемом сигнале х(n) математически описывается как

x(n, )=x[ ( )], где ( )=n·(1+ ·f₀ ^-1).

Таким образом, заявляемый способ, в отличие от прототипа, обеспечивает решение задачи декодирования при наличии относительного движения носителей передатчика и приемника, причем практически без увеличения вычислительных затрат аппаратных средств сигнальной обработки, необходимых для реализации функции декодирования в сравнении с прототипом, в котором декодирование в таких условиях невозможно.

Литература

1. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. 2-е издание. М.: Изд. дом «Вильяме», 2003. 1098 с., ил.

2. Д.Д. Кловский. Передача дискретных сообщений по радиоканалам. М.: Связь. 1969. 375 с., ил.

3. Устройство приема дискретных сигналов в многолучевом канале связи. Пат. РФ 2048701.

4. Цифровое устройство для демодуляции дискретных сигналов в многолучевом канале связи. Пат. РФ 2267230.

5. Устройство для передачи дискретных сигналов в многолучевом канале связи. Пат. РФ 959291.

6. Sussman S.M. A matched filter com-munication system for multipath channels // IEEE Trans. IT - 6. N 3. June 1960.

7. «Применение цифровой обработки сигналов» под ред. Э. Оппенгейма. М.: Мир. 1980. 552 с., ил.

8. Л. Рабинер, Б. Гоулд. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.: Мир. 1978. 848 с., ил.

Формула изобретения

Способ декодирования сигналов связи, включающий операцию взаимно-корреляционной обработки принимаемых сигналов в каждом из М 2 каналов декодирования, а также операцию принятия решения по результатам взаимно-корреляционной обработки не менее чем в М-1 каналах декодирования, отличающийся тем, что не менее чем один из каналов декодирования выполняется многоканальным по доплеровской скорости носителя передатчика относительно носителя приемника, по результатам взаимно-корреляционной обработки в этом канале декодирования осуществляется измерение доплеровского сжатия масштаба времени в принимаемом сигнале и по результатам этого измерения осуществляется коррекция масштаба времени опорных функций, используемых при осуществлении операций взаимно-корреляционной обработки в не менее чем М-1 каналах декодирования.

Имя изобретателя: Голубев Анатолий Геннадиевич (RU), Молчанов Павел Александрович (RU)
Имя патентообладателя: Открытое акционерное общество "Камчатский гидрофизический институт" (ОАО "КГФИ") (RU)
Почтовый адрес для переписки: 194156, Санкт-Петербург, пр. Энгельса, 21, кв. 113, Голубеву А.Г.
Дата начала отсчета действия патента: 19.11.2013

Разместил статью: miha111
Дата публикации:  28-10-2015, 11:12

html-cсылка на публикацию		⇩ Разместил статью ⇩ Имя не указано  Его публикации  Нужна регистрация Отправить сообщение
BB-cсылка на публикацию
Прямая ссылка на публикацию

Огромное Спасибо за Ваш вклад в развитие отечественной науки и техники!