Инвариантный многоканальный приемник

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: прием сигналов связи при недостатке априорной информации о вероятностных моделях и статических характеристиках сигналов и помех, поступающих на вход приемного устройства. Сущность изобретения: Устройство содержит М приемных каналов, каждый из которых содержит одноканальный оптимальный приемник, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), компаратор, сумматор, буферное запоминающее устройство, блок компараторов, делитель, дешифратор, пороговый блок, блок совпадения. Цель изобретения - повышение вероятности правильного обнаружения М ортогональных сигналов с априорно неизвестной амплитудой и начальной фазой в гауссовском стационарном шуме с априорно неизвестными дисперсией и корреляционной функцией - достигается за счет такой обработки принятых сигналов с помощью вновь введенных блоков АЦП, компаратора, сумматора , буферного ЗУ, блока компараторов, дешифратора, делителя и блока совпадений , при которой обеспечивается одновременное принятие решения об обнаружении и распознавании сигналов. 2 ил. ел С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 Н 04 В 1/10

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4778910/09 (22) 04.01.90 (46) 30.03.93. Бюл. М 12 (72) Н,Н.Левин и Ю.E.Ñèäoðoâ (56) Фалькович С,Е. Прием радиолокационных сигналов на фоне флюктуационных помех. М.: Советское радио, 1961, с. 293-294.

Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. M.: Радио и связь, 1983, с. 87, рис, 2.11. (54) ИНВАРИАНТНЫЙ МНОГОКАНАЛЬНЫЙ ПРИЕМНИК (57) Использование: прием сигналов связи при недостатке априорной информации о вероятностных моделях и статических характеристиках сигналов и помех, поступающих на вход приемного устройства.

Сущность изобретения: Устройство содержит Мприемных каналов,,каждый из которых содержит одноканальный оптимальный

Изобретение относится к области приема сигналов связи при недостатке априорной информации о вероятностных моделях и статистических характеристиках сигналов и помех, поступающих на вход приемного устройства.

Целью изобретения является повышение вероятности правильного обнаружения

M ортогональных сигналов с априорно неизвестными амплитудой и начальной фазой в гауссовском стационарном шуме с априорно неизвестными дисперсией и корреляционной функцией, Для достижения укаэанной цели в каждый из M каналов инвариантного приемника дополнительно введены: аналого-циф-.. ровой преобразователь (АЦП), компаратор, сумматор, буферное ЗУ, блок компараторов, дешифратор, делитель и блок совпадения.

„„5U,, 1805549 Al приемник, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), компаратор, сумматор, буферное запоминающее устройство, блок компараторов, делитель, дешифратор, пороговый блок, блок совпадения. Цель изобретения — повышение вероятности правильного обнаружения М ортогональных сигналов с априорно неизвестной амплитудой и начальной фазой в гауссовском стационарном шуме с априорно неизвестными дисперсией и корреляционной функцией — достигается за счет такой обработки принятых сигналов с помощью вновь введенных блоков АЦП, компаратора, сумматора. буферного ЗУ, блока компараторов, дешифратора, делителя и блока совпадений, при которой обеспечивается одновременное принятие решения об обнаружении и распознавании сигналов. 2 ил, Передаваемые сигналы имеют вид

0м e()(г) cos f cuoг+ ф((г)+

+ гр„о)) 0 г r

У(г) =

О,t<О,i> т, r е Цм — амплитуда, фо начальная фа а;

e — закон амплитудной модуляции; ф в закон фазовой модуляции; й)o — несущая частота; f = 1,в;

Правило приема таких ортогональных сигналов в гауссовском стационарном шуме с априорно неизвестными дисперсией и корреляционной функцией включает в себя установление надежности передачи сигнала (безразлично какого именно) и решение о том, какой именно сигнал передан. Правило приема имеет вид:

1805549

q(x,)1= (y,.(a;...;o),erne(x„ig J Q (хx, + j.) с.;, про всех k» 1,m >

ТП (О,...; ц„= ц О, ...; о, если (х + Я „1 Я(х; +Я; )

О i=i и(х +@1 X JJ при ьсех 1 f >> j = 1,m, Чl. 5 . где величины xi, yi при достаточно большом и (п = 2 ЬЛ1) пропорциональны косинусной и синусной сос гавляющим отклика фильтра, согласованного с сигналом S(t), 1= 1, m.

При выполнении условия, записанного в верхней строке выражения (1), принимается решение о надежной передаче сигнала (устанавливается факт передачи на приемном конце); при одновременном выполнении условий, записанных во 2-й и 3-й:;. строках выражения (1}, принимается решение о приеме именно k-го из m возможных сигналов. То есть предлагаемое устройство, 20 работающее в соответствйи с йриведенным правилом (1), одновременно решает задачу обнаружения сигнала и задачу распознавания (т.е. какой из m возможных сигналов принят).

Предлагаемое устройство обладает: минимальной полной вероятностью ошибки;независимостью(инвариантностью) вероятности а решения о передаче сигнала, когда в действительности его нет, от априорно 30 неизвестных характеристик шума; наибольшей вероятностью правильного приема при любых отношениях сигнал/шум, оптимальностью (по критерию Неймана-Пирсона) в классе инвариантных к изменениям пара- 35 метров сигнала и шума устройств, а также устройство свободно от недостатков, присущих прототипу.

На фиг. 1 изображено предлагаемое в качестве изобретения устройство. 40

Каждый из m приемных каналов содержит:

1 — одноканальный оптимальный приемник;

2-АЦП; 45

3 — компаратор;

4 — сумматор;

5 — буферное запоминающее устройство (ЗУ);

6 — блок компараторов; 50

7 — делитель;

8 — дешифратор;

9 — пороговый блок;

10 — блок совпадения.

Выход приемника 1 соединен со входом 55

АЦП 2, выход которого одновременно соединен: с первым входом компаратора 3; с первым входом сумматора 4; первыми входами всех компараторов в блоке компараторов 6; с записывающим входом буферного

3У 5, а также с соответствующими входами сумматоров и блоков компараторов во всех других каналах многоканального приемника. Выход сумматора 4, другие входы кото,рого соответственно соединены с выходами

АЦП всех других каналов, соединен с первым входом делителя, второй вход которого соединен с выходом порогового блока, а выход делителя 7 соединен со вторым входом компаратора 3, первый выход которого (логическая "1") соединен с первым входом блока совпадения 10, а второй выход компаратора 3 (логический "0") соединен.со стирающим входом буферного ЗУ 5. Другие входы блока компараторов 6 соответственно соединены с выходами АЦП из 2...m-го каналов.

Выходы блока компараторов 6 соединены с соответствующими входами дешифратора

8, первый выход которого (логическая "1") одновременно соединен со вторым входом блока совпадения 10 и входом порогового блока 9, а второй выход дешифратора 8 (логический "0") соединен со стирающим входом буферного ЗУ 5. Выход блока совпадения соединен со считывающим входом буферного

ЗУ 5, выход которого является выходом заявляемого устройства.

Заявляемый приемник работает следующим образом.

На вход каждого из m одноканальных оптимальных приемников поступают сигналы от антенного усилителя. Количество одноканалbных оптимальных приемников (число каналов) определяется в общем случае размерностью алфавита используемых сигналов. Одноканальный оптимальный приемник выполняет функцию некогерентного квадратурного приема со случайной фазой аналогично прототипу. Поступающий с выхода приемника 1 аналоговый сигнал оцифровывается (дискретизируется) АЦП 2.

Каждый отсчет огибающей с выхода АЦП 2 одновременно поступает: на первый .вход компаратора 3; на первый вход сумматора

4; на первые входы каждого из m-1 компараторов в блоке компараторов 6; записывается в буферное ЗУ 5, а также поступает на соответствующие входы сумматоров и вторые входы компараторов в блоках компараторов всех других каналов. Очевидно, что на все указанные блоки поступает отсчет соответствующий мгновенной величине хк + ук, Дальнейшее описание работы заявляемого устройства будет вестись применительно к первому каналу, имея ввиду, что в остальных каналах параллельно и одновременно реализуется тот же алгоритм обработки сигналов и принятия решений, 1805549 х + у > — Х (х + yi2) Co

xk + У > х1 + У1 (где k = 1 для первого канала), Нэ другие входы сумматора 4 поступэют мгновенные отсчеты х + у с выходов

АЦП 2„. m-ro каналов, которые одновременно поступают и нэ вторые входы соответствующих компэрэторов в блоке 5 компэрэторов 6. В блоке компэрэторов 6, таким образом, происходит сравнение отсчета первого канала с аналогичными отсчетами остальных каналов, т,е. оеэлизуется проверка нерэвенствэ x1 + у1 > х1 + у1 . 10

Если во всех компэрэторэх блока 6 выполняется условие "А" > "В" (т.е, отсчет первого канала больше отсчетов любого другого кэнала), то нэ выходах всех компэрэторов блокэ 6 образуются сигналы "логическая "1". В 15 результате нэ выходе блока 6 образуется кодированный сигнал "все 1", который является разрешенным для дешифрэторэ 8. Дешифратор 8 декодирует сигнал "все 1" и нэ одном из его выходов появляется сигнал 20

"логическая "1". Этот сигнал поступает нэ считывающий вход порогового блока 9 и, одновременно, нэ один из входов блока совпадения 10.

В пороговом блоке 9 заранее зэписывэ- 25 ется в цифровой форме рассчитанное значение порога Со для достижения заданных вероятностных характеристик приема информации, Это значение по сигналу от дешифратора 8 считывается в делитель 7 в 30 качестве делителя. В качестве делимого в делитель 7 поступает двоичное число с выхода сумматора 4. Не трудно убедиться, что это число представляет собой значение вывЂ,2 -,2

35 рэжения Z(x + у ). Результат деления это= 1 го числа нэ значение порогэ (Co) поступает нэ второй вход компэрэторэ 3, где происходит его сравнение с величиной ранее зэпи- 40 сэнного отсчета x> + у1, Если выполняется условие "А" > "В" (т.е. отсчет в первом канале больше частного от деления суммы всех отсчетов, взятых в данный момент времени в других кэнэлэх, нэ заданное значение riopora), что следует из выражения х + у >

1 —,2 —,2

> — Х(х; + у ), то нэ одном из выходов

Со компэрэторэ 3 формируется сигнал "логическэя "1", который поступает нэ другой вход 50 блока совпадения 10. Таким образом, при одновременном выполнении условий; нэ обэ входа блока совпэдения 10 поступят сигналы "логическая "1". В этом случае на выходе блока совпадения 10 формируется сигнал, который поступает нэ считывающий вход буферного ЗУ 5 и отсчет, ранее зэписанный в нем, считается в регистрирующее устройство для дальнейшего использовэния.

В том случае, если условие х 2+ yi2 >

> x + у не выполняется, нэ выходе блока компэрэторов 6 появится кодовая комбинэция, отличная от комбинации "все 1". Естественно, что в этом случае дешифратор 8 не дешифрирует эту комбинацию и нэ одном из его выходов появится сигнал "логический

"0", который поступает нэ стирающий вход буферного ЗУ5. Аналогичным образом, если в компарэторе 3 не выполнится условие

"А" > "В" (т.е. не выполняется неравенство х1 + у1 > — Х (х + у; ), то нэ одном из

-2 — 2 1 -2 2 -о 1 выходов компэрэторэ 3 формируется сигнал

"логический "0", который также поступает нэ стирающий вход буферного ЗУ 5. Синхронно с первым каналом аналогичным обрэзом рэботэют устройствэ и в остальных m-1 каналах заявляемого устройства.

Блоки заявляемого устройства, реэлизующие его основные отличительные признэки, выполняются нэ стандартных элементах цифровой техники: компэрэтор 3 и компэрэторы в блоке компэрэторов 6 — в аиде устройств сравнения кодов; суммэтор

4 — в виде счетчика импульсов; буферное ЗУ

5 — в виде регистра памяти со стиранием при считывании; дешифрэтор 8 — в виде дешифрэторэ кодовых комбинаций; АЦП 2; делитель 7 — нэ элементах логической арифметики; блок совпадения 10 — в виде схемы И; пороговый блок — в виде регистра памяти без стирания при считывании.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого инвариантного многокэнэльного приемника заключается в следующем. Одинэковэя с прототипом вероятность правильного приемэ (обнэружения)/3 достигэется при меньших отношениях сигнэл/шум нэ входе приемника (см, фиг, 2), Рэсчеты проводились с помощью таблиц рэспределения Релея-Рэйсэ, Значения вероятности ложного решения а принимэлись равными 10 и 10 при одном сигнале вида 0ч cos(Nt+g+p>) нэ фоне гауссовской стационарной помехи, Заявляемый обьект в этих расчетах оценивался только кэк обнэружитель (верхняя строка в выражении 1). Из фиг. 2 видно, например, что при а = 10 4 для достижения P = 0,9 необходимо иметь отношение сигнэл/шум q, равное 12,5

1805549

Г К СЦRff0 ПОРОИ l ЙЕЖСМ кп7 парагпсП032... m- zz (т- и) Ианаг: конало1 для прототипа. Для заявляемого устройства эта величина снижается до 10, Такое же увеличение вероятности правильного обнаружения у заявляемого устройства при одинаковых с прототипом q наблюдается и при 5 других значениях а.

Формула изобретения

Инвариантный многоканальный приемник, состоящий из Мканалов приема,,каждый иэ которых содержит одноканальный 10 оптимальный приемник сигналов со случайной начальной фазой, а также пороговый блок, отличающийся тем,4To,сцелью повышения вероятности правильного обнаружения M ортогональных сигналов, в каж- 15 дый из М каналов приема введены аналого-цифровой преобразователь (АЦП), компаратор, сумматор, буферное запоминающее устройство (ЗУ), блок компараторов, дешифратор, делитель, блок совпадения, .20 при этом вход АЦП соединен с выходом одноканального оптимального приемника сигналов со случайной фазой, выход АЦП— с первым входом компаратора, с первым входом сумматора, с записывающим вхо- 25 дом буферного ЗУ, с первыми входами компараторов в блоках компараторов всех М каналов приема, а также с первыми входами сумматоров всех других каналов приема, другие М-1 входов сумматора каждого канала соединены с соответствующими M — 1 входами АЦП других каналов приемника, а выход сумматора соединен с первым входом делителя, второй вход которого соединен с выходом порогового блока, а выход— с вторым входом компаратора, первый выход которого соединен с первым входом блока совпадения, а второй выход — со стирающим входом буферного ЗУ, вторые входы компараторов блока компараторов соответственно соединены с выходами АЦП всех других каналов приема, M — 1 выходов блока компараторов соединены с соответствующими входами дешифратора, первый выход которого соединен с входом порогового блока и вторым входом блока совпадения, а второй выход- со стирающим входом буферного ЗУ, считывающий вход буферно- . го ЗУ соединен с выходом блока совпадения, а выходы буферного ЗУ каждого из каналов приема являются выходами приемника.

1805549

Ф

7,0

09

0.8

0,4

РРЯ/Ы

/770/7

10 72 фри

Составитель И.Левин

Техред М.Моргентал

Редактор

Корректор О.Кравцова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 947 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5