RU2315424C1 - Communication system with high speed information transfer in form of ultra-broadband signals - Google Patents
Communication system with high speed information transfer in form of ultra-broadband signals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2315424C1 RU2315424C1 RU2006119887/09A RU2006119887A RU2315424C1 RU 2315424 C1 RU2315424 C1 RU 2315424C1 RU 2006119887/09 A RU2006119887/09 A RU 2006119887/09A RU 2006119887 A RU2006119887 A RU 2006119887A RU 2315424 C1 RU2315424 C1 RU 2315424C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- signal
- input
- output
- noise
- narrow
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Mobile Radio Communication Systems (AREA)
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретениеFIELD OF THE INVENTION
Изобретение относится к радиотехнике, в частности к скоростным системам радиосвязи (устройствам), использующим импульсные сверхширокополосные (СШП) сигналы, у которых рабочая полоса и средняя частота сигнала сравнимы.The invention relates to radio engineering, in particular to high-speed radio communication systems (devices) using pulsed ultra-wideband (UWB) signals, in which the working band and average signal frequency are comparable.
Уровень техникиState of the art
Наиболее эффективное повышение скорости передачи информации во многих известных системах с импульсными сигналами достигается введением частотной избыточности, присущей сигналам со сверхширокой полосой. Однако в условиях воздействия естественных и преднамеренных помех частотная избыточность приводит к увеличению вероятности поражения помехами рабочей полосы СШП системы связи. Использование в известных системах связи при приеме/передаче таких методов, как повторный вызов, когерентное накопление и корреляционная обработка сигнала не дают положительного эффекта, существенно снижают скорость передачи информации, особенно при работе с большим потоком абонентов за счет увеличенного времени вхождения систем связи в синхронизм.The most effective increase in the information transfer rate in many known systems with pulsed signals is achieved by introducing the frequency redundancy inherent in ultra-wide band signals. However, under the influence of natural and deliberate interference, frequency redundancy leads to an increase in the likelihood of interference with the working band of the UWB communication system. The use of such methods as retrieval, coherent accumulation, and correlation signal processing in well-known communication systems for receiving / transmitting does not produce a positive effect, significantly reduce the information transfer rate, especially when working with a large flow of subscribers due to the increased time the communication systems enter synchronism.
Системы связи (устройства) с применением сверхширокополосных сигналов описаны в ряде статей и патентов. В основе таких систем связи лежит концепция применения СШП импульсных сигналов с малой длительностью. За счет уменьшения длительности излучаемого импульса появляется возможность при прохождении сигнала эффективно бороться с интерференцией и переотражениями сигналов, вызываемыми предметами, находящимися вблизи от антенн систем связи на линии прямой видимости между источником и приемником информации.Communication systems (devices) using ultra-wideband signals are described in a number of articles and patents. Such communication systems are based on the concept of using UWB pulsed signals with a short duration. By reducing the duration of the emitted pulse, it becomes possible, when a signal passes, to effectively combat interference and re-reflections of signals caused by objects located near the antennas of communication systems on the line of sight between the source and receiver of information.
Примерами могут служить устройства СШП импульсной системы связи, защищенные патентами США: [1. US 4641317 Spread Spectrum Radio Transmission System. Larry W. Fullerton. 03.12.84; 2. US 5677927 Ultra wide - Band Communication System and Method. Larry W. Fullerton; Ivan A.Cowie. 14.10.1997; 3. US 5687169 Full Duplex Ultra wide - Band Communication System and Method. Larry W. Fullerton. 24.11.1997]. Эти системы импульсной радиосвязи для передачи информации используют одну или несколько импульсных поднесущих. В импульсном радиоприемнике используется кросс-коррелятор, осуществляющий свертку близких по форме входного сигнала с эталонным сигналом, состоящих из ста пятидесяти-двухсот импульсов, засинхронизированных по времени с известным кодом передатчика. Выходное напряжение кросс-коррелятора интегрируется для восстановления сигнала из шума и помех. Однако при этом накладываются определенные ограничения на уровень искажения формы принимаемого сигнала, так как при распространении СШП сигнала форма его изменяется в зависимости от расстояния приемопередачи. Из-за широкой полосы частот и сверхкороткой длительности импульсов требования к точности синхронизации в этих системах необычайно высоки. В этих известных СШП системах сигналы синхронизации и автоподстройки связаны между собой и с основными информационными сигналами на одном энергетическом уровне, а так как спектральная плотность всех сигналов находится на уровне шумов, то система в значительной степени подвержена сбоям. Вхождение в синхронизм таких систем связи с СШП сигналами требует недопустимо большого времени, т.к. необходимо осуществлять перебор путем временного сдвига синхронизирующих импульсов с шагом, равным половине длительности СШП сигнала на всем периоде следования синхросигнала. Известны также высокоскоростные системы связи с СШП сигналами с использованием сверхбыстродействующего порогового обнаружения: [4. US 3662316 Shot Base - Band Pulse Receiver. Kenneth W. Robbins 09.05.1972; 5 US 3728632. Transmission and Reception System for Generation and Receiving Base-Band Duration Pulse Communication System/Gerald F. Ross. 17.04.1973]. В [4, 5] описаны простые одинаковые схемы импульсных радиоприемников с низкой чувствительностью, работающие только при больших отношениях сигнал/помеха.Examples are UWB devices of a pulsed communication system protected by US patents: [1. US 4,641,317 Spread Spectrum Radio Transmission System. Larry W. Fullerton. 12/03/84; 2. US 5677927 Ultra wide - Band Communication System and Method. Larry W. Fullerton; Ivan A. Cowie. 10/14/1997; 3. US 5687169 Full Duplex Ultra wide - Band Communication System and Method. Larry W. Fullerton. 11.24.1997]. These pulsed radio systems use one or more pulse subcarriers to transmit information. A pulsed radio receiver uses a cross-correlator that convolves a similar input signal with a reference signal, consisting of one hundred fifty to two hundred pulses synchronized in time with a known transmitter code. The cross-correlator output voltage is integrated to recover the signal from noise and interference. However, certain restrictions are imposed on the level of distortion of the shape of the received signal, since when the UWB signal propagates, its shape changes depending on the distance of the transceiver. Due to the wide frequency band and ultra-short pulse duration, the requirements for synchronization accuracy in these systems are unusually high. In these well-known UWB systems, synchronization and auto-tuning signals are interconnected with the main information signals at the same energy level, and since the spectral density of all signals is at the noise level, the system is significantly susceptible to malfunctions. Entering into synchronism of such communication systems with UWB signals requires an unacceptably long time, because it is necessary to carry out an exhaustive search by temporarily shifting the synchronizing pulses with a step equal to half the duration of the UWB signal over the entire period of the synchronization signal. Also known are high-speed communication systems with UWB signals using ultra-fast threshold detection: [4. US 3662316 Shot Base - Band Pulse Receiver. Kenneth W. Robbins 05/09/1972; 5 US 3,728,632. Transmission and Reception System for Generation and Receiving Base-Band Duration Pulse Communication System / Gerald F. Ross. 04/17/1973]. In [4, 5], simple identical circuits of pulsed radio receivers with low sensitivity are described that work only with large signal / noise ratios.
Известна более современная система: [6. US 6925108. Ultrawide bandwidth system and method for fast synchronizaton. Timothy R. Miller. 02.08.2005]. Метод идентификации фазы входного СШП сигнала заключается в следующем: на многоканальный коррелятор поступают принимаемые импульсы и импульсы с различными временными промежутками между ними, которые соответствуют отдельным временным промежуткам опорной кодовой последовательности. При совпадении любого указанного промежутка (фазовый интервал) один из корреляторов формирует первый максимум. При очередном совпадении на втором фазовом интервале второй коррелятор формирует второй максимум. Если второй максимум выше первого максимума, то применяется решение о запуске опорной импульсной последовательности, и система входит в синхронизм. К недостаткам можно отнести - работоспособность синхронизации этой системы связи только при большом отношении сигнал/помеха на входе приемного устройства.Known more modern system: [6. US 6925108. Ultrawide bandwidth system and method for fast synchronizaton. Timothy R. Miller. 08/02/2005]. The method for identifying the phase of the input UWB signal is as follows: the received pulses and pulses with different time intervals between them, which correspond to individual time intervals of the reference code sequence, are fed to the multichannel correlator. If any specified interval coincides (phase interval), one of the correlators forms the first maximum. At the next coincidence in the second phase interval, the second correlator forms a second maximum. If the second maximum is higher than the first maximum, then the decision to start the reference pulse sequence is applied, and the system enters into synchronism. The disadvantages include the performance of synchronization of this communication system only with a large signal / noise ratio at the input of the receiving device.
Метод быстрой синхронизации [7. US 6967993. Ultrawide bandwidth system and method for fast synchronization using sub-code spins. Timothy R. Miller. 22.11.2005] заключается в том, что контроллер проверяет выход коррелятора, на входы которого поступает входной СШП сигнал с достаточным отношением сигнал/помеха и опорная импульсная последовательность, которая циклически смещается во времени. Контроллер генерирует управляющий сигнал, принуждающий синхрогенератор опорной кодово-импульсной последовательности останавливаться или следить за входным СШП сигналом всякий раз при совпадении с опорной кодовой последовательностью. Недостатком предлагаемого технического решения является также необходимость для работоспособности системы наличия большого отношения сигнал/помеха на входе приемника.The method of fast synchronization [7. US 6967993. Ultrawide bandwidth system and method for fast synchronization using sub-code spins. Timothy R. Miller. November 22, 2005] consists in the fact that the controller checks the output of the correlator, the inputs of which receive an input UWB signal with a sufficient signal / noise ratio and a reference pulse sequence, which cyclically shifts in time. The controller generates a control signal, forcing the sync generator of the reference pulse code sequence to stop or monitor the input UWB signal whenever it matches the reference code sequence. The disadvantage of the proposed technical solution is the need for the system to have a large signal / noise ratio at the receiver input.
Известен патент [8. US 6925109. Method and system for fast acquisition of ultra-wideband signals. James L. Richards, Mark D. Roberts. 02.08.2005], сущность метода в котором состоит в использовании любой части многолучевого распространения кодовой последовательности импульсного радиосигнала. За счет увеличенного импульсного потока многолучевого радиосигнала возникает возможность корреляционной обработки с образцовым импульсным потоком и при их совпадении система входит в синхронизм. При пороговой обработке, по крайней мере, одной отраженной части многолучевости после проверки на синхронизм система осуществляет быстрый захват.Known patent [8. US 6925109. Method and system for fast acquisition of ultra-wideband signals. James L. Richards, Mark D. Roberts. 08/02/2005], the essence of the method in which is to use any part of the multipath propagation of the code sequence of a pulsed radio signal. Due to the increased pulsed flux of the multipath radio signal, it becomes possible to correlate with the standard pulsed flux, and when they coincide, the system enters into synchronism. With threshold processing of at least one reflected part of the multipath after checking for synchronism, the system performs a quick capture.
К недостатку предлагаемой системы можно отнести неработоспособность в мобильном исполнении, так как условие многолучевости непредвиденно изменяется в зависимости от дальности и относительного положения приемника и передатчика.The disadvantage of the proposed system can be attributed to inoperability in the mobile version, since the multipath condition unexpectedly varies depending on the range and relative position of the receiver and transmitter.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является система связи (устройство): [9. I.J.Immoreev, A.A.Sudakov, "Ultra-Wideband Interference Resistant System for Secure Radio Communication with High Data Rate", ICCSC'02, St. Petersburg, Russian Federation, June 2002] («Сверхширокополосная помехоустойчивая система скрытой связи с высокой скоростью передачи данных»), взятая за прототип.Closest to the claimed technical solution is a communication system (device): [9. I.J. Immmoreev, A.A. Sudakov, "Ultra-Wideband Interference Resistant System for Secure Radio Communication with High Data Rate", ICCSC'02, St. Petersburg, Russian Federation, June 2002] ("Ultra-wideband noise-immunity system of covert communications with a high data transfer rate"), taken as a prototype.
Для лучшего понимания заявленного изобретения необходимо более детально рассмотреть работу устройства-прототипа.For a better understanding of the claimed invention, it is necessary to consider in more detail the operation of the prototype device.
Функциональная схема устройства-прототипа приведена на Фиг.1 и содержит в передающей части: буферное устройство 1, генератор 2 сверхширокополосных (СШП) импульсов; в приемо-передающей части: переключатель 3 прием/передача, полосовой фильтр 4, антенну 5; в приемной части: малошумящий усилитель 6, аттенюатор 7, делитель 8 мощности, устройство 9 временного окна канала сигнала, пороговое устройство 10 канала сигнала, буферное устройство 11 канала сигнала, формирователь 12 порогового напряжения канала сигнала, устройство 13 временного окна канала шума, пороговое устройство 14 канала шума, буферное устройство 15 канала шума, формирователь 16 порогового напряжения канала шума, блок 17 обработки и управления, блок 18 синхронизации.The functional diagram of the prototype device is shown in figure 1 and contains in the transmitting part:
Передающая часть прототипа содержит последовательно соединенные буферное устройство 1, генератор 2 СШП импульсов. Вход буферного устройства 1 соединен с первым выходом блока 17 обработки и управления, а выход генератора 2 СШП импульсов подключен к входу переключателя 3 прием/передача.The transmitting part of the prototype contains a serially connected
Приемо-передающая часть содержит последовательно соединенные переключатель 3 прием/передача, полосовой фильтр 4 и антенну 5; управляющий вход переключателя 3 прием/передача соединен со вторым выходом блока 17 обработки и управления.The transceiver part contains a series-connected
Приемная часть содержит последовательно соединенные малошумящий усилитель 6, вход которого подключен к выходу переключателя 3 прием/передача, аттенюатор 7, делитель 8 мощности, первый выход которого подключен к последовательно соединенным устройству 9 временного окна сигнала, пороговому устройству 10 канала сигнала, буферному устройству 11 канала сигнала; второй выход делителя 8 мощности подключен к последовательно соединенным устройству 13 временного окна шума, пороговому устройству 14 канала шума и буферному устройству 15 канала шума. Выходы буферных устройств 11 и 15 каналов сигнала и шума подключены к первому и второму входам блока 17 обработки и управления. Выходы формирователей 12 и 16 порогового напряжения каналов сигнала и шума подключены соответственно ко вторым входам пороговых устройств 10 и 14 каналов сигнала и шума. Первый выход блока 18 синхронизации подключен ко второму входу устройства 9 временного окна сигнала, второй выход блока 18 синхронизации подключен ко второму входу устройства 13 временного окна шума. Второй выход блока 17 обработки и управления подключен к управляющим входам формирователей 12 и 16 порогового напряжения каналов сигнала и шума, к управляющему входу блока 18 синхронизации и к управляющему входу аттенюатора 7.The receiving part contains a low-
Устройство-прототип - Фиг.1 - работает следующим образом. Информация, поступающая на ввод «Вх/Вых» блока 17 обработки и управления кодируется в последовательность импульсов, которые через буферное устройство 1 запускают генератор 2 СШП импульсов. СШП импульсы поступают через переключатель 3 прием/передача и полосовой фильтр 4 в антенну 5, которая излучает сигнал в эфир. Два канала приемного устройства осуществляют параллельный прием. Один канал служит для приема сигнала, второй для оценки уровня внешних шумов и сигналов переотражений от препятствий, расположенных на пути распространения СШП сигнала. Основу каждого канала составляет чувствительное пороговое устройство 10 канала сигнала и чувствительное пороговое устройство 14 канала шума, выполненные на базе ключевых туннельных диодов, предназначенных для работы в диапазоне СВЧ. Прием в сигнальном и шумовом каналах осуществляется в соответствующих временных интервалах (временных окнах). Прием сигнала в окне, длительность которого не намного превышает длительность информационного сигнала, позволяет обеспечить повышенную помехозащищенность. Сигнал, принимаемый антенной 5 абонентской станции, после усиления малошумящим усилителем 6 подается через аттенюатор 7, делитель 8 мощности на пороговое устройство 10 канала сигнала и пороговое устройство 14 канала шума. С выхода пороговых устройств 10 канала сигнала и 14 канала шума через соответствующие буферные устройства 11 и 15 сигналы поступают на обработку в цифровой сигнальный процессор (ЦСП) блока 17 обработки и управления. Сигнальный процессор анализирует принимаемый сигнал и принимаемые шумы. Анализ внешнего шума заключается в критерийной обработке сигнала, получаемого в шумовом канале. В зависимости от результатов обработки осуществляется регулировка чувствительности приемника путем подстройки порогов сигнала и шума пороговыми устройствами 12, 16. Регулировка динамического диапазона приемника производится с помощью аттенюатора 7. По результатам анализа осуществляется также управление работой блока 18 синхронизации. Перед началом работы осуществляется калибровка приемника по внешним шумам. Основные задачи калибровки - установка опорных напряжений, подаваемых на пороговые устройства 10, 14 сигнального и шумового каналов. При калибровке уровень порога в сигнальном канале устанавливается выше, чем опорное напряжение в шумовом канале на величину, необходимую для достижения требуемой вероятности ошибки на бит. Калибровка осуществляется после включения питания приемника и после потери сигнала в рабочем режиме. После завершения калибровки приемник переходит в режим поиска сигнала. Поиск сигнала - это режим, обеспечивающий вхождение в синхронизм приемника и передатчика системы связи. Передатчик излучает специальный сигнал, который служит для установления связи между ним и приемником. В этом режиме устройством 9 производится поиск сигнального окна приемника сигнала передатчика. Принятый сигнал устанавливается по центру окна. Процедура поиска сигнала осуществляется системой синхронизации и так же, как и калибровка, производится после включения питания приемника и после потери сигнала в рабочем режиме. В рабочем режиме постоянно осуществляется оценка уровня шумов в шумовых окнах. При изменении измеренного уровня шума изменяются значения порогов в шумовом и соответственно сигнальном канале, а также происходит регулировка уровня сигнала входным аттенюатором 7. Наряду с этим в рабочем режиме производится постоянное слежение за положением принимаемого сигнала в сигнальном окне. При отклонении положения сигнала от центра окна на заданный минимальный временной интервал система синхронизации формирует команду на смещение сигнального окна на необходимый временной интервал. В случае потери сигнала (отсутствие импульсов в сигнальном окне) система связи выходит из рабочего режима и переходит в режим калибровки и поиска сигнала.The prototype device - Figure 1 - works as follows. The information received at the input “I / O” of the processing and
Недостатком устройства-прототипа является неэффективное использование высокой пропускной способности канала радиосвязи из-за длительного времени вхождения системы в синхронизм:The disadvantage of the prototype device is the inefficient use of high bandwidth radio channels due to the long time the system enters synchronism:
гдеWhere
τСИНХ - время вхождения в синхронизм;τ SYNCH - time of entry into synchronism;
Т- период синхросигнала;T is the period of the clock signal;
τ - длительность СШП импульса.τ is the duration of the UWB pulse.
Время вхождения системы связи в синхронизм τСИНХ определяется перебором временного сдвига синхронизирующих импульсов с шагом, равным половине длительности СШП сигнала τ во всем промежутке следования синхроимпульсов Т. Так как длительность СШП импульса τ много меньше Т, (в 100 и более раз), то реальное время вхождения в синхронизм, даже при соотношении сигнал/помеха, равном 10 дБ, может достигать от 0,5 до 5 с.The time of the communication system entering synchronism τ SINH is determined by sorting the time shift of the synchronizing pulses with a step equal to half the duration of the UWB signal τ in the entire interval of the synchronization pulses T. Since the duration of the UWB pulse τ is much less than T, (100 times or more), then the real the time of entering synchronism, even with a signal to noise ratio of 10 dB, can reach from 0.5 to 5 s.
Заявляемое же техническое решение свободно от этого недостатка.The claimed technical solution is free from this drawback.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Технический результат, на получение которого направлено изобретение, - уменьшение в 100 и более раз времени вхождения в синхронизм (синхронизацию сигналов) системы радиосвязи с импульсными сверхширокополосными сигналами, улучшение качества синхронизации сигналов при работе с мобильными объектами, повышение эффективности использования высокой пропускной способности при работе с большим количеством абонентов.The technical result, which the invention is directed to, is a reduction by 100 or more times of synchronization (signal synchronization) of a radio communication system with pulsed ultra-wideband signals, improving the quality of signal synchronization when working with mobile objects, increasing the efficiency of using high bandwidth when working with a large number of subscribers.
Сущностью изобретения является система связи с высокой скоростью передачи информации сверхширокополосными сигналами, содержащая в приемопередающей части последовательно соединенные переключатель прием/передача, полосовой фильтр и антенну, управляющий вход переключателя прием/передача присоединен к шине блока обработки и управления; в передающей части последовательно соединенные буферное устройство, генератор сверхширокополосных импульсов, выход которого подключен к сигнальному входу переключателя прием/передача, а вход буферного устройства подключен к первому выходу блока обработки и управления; в приемной части последовательно соединенные малошумящий усилитель, вход которого подключен к выходу переключателя прием/передача, аттенюатор, делитель мощности, первый выход которого подключен к каналу сигнала, состоящего из последовательно соединенных устройства временного окна, порогового устройства, буферного устройства; второй выход делителя мощности подключен к каналу шума, состоящего из последовательно соединенных устройства временного окна, порогового устройства и буферного устройства; выходы буферных устройств каналов сигнала и шума подключены к первому и второму входам блока обработки и управления; выходы формирователей порогового напряжения каналов сигнала и шума подключены соответственно ко вторым входам пороговых устройств каналов сигнала и шума; первый выход блока синхронизации подключен ко второму входу устройства временного окна канала сигнала, второй выход блока синхронизации подключен ко второму входу устройства временного окна канала шума; управляющая шина блока обработки и управления подключена к входам формирователей порогового напряжения каналов сигнала и шума, к управляющему входу блока синхронизации и к управляющему входу аттенюатора, отличающаяся тем, что приемопередающая часть содержит первый узкополосный фильтр, второй узкополосный фильтр и переключатель этих узкополосных фильтров, при этом первый и второй узкополосные фильтры соединены с одной стороны с антенной, а с другой стороны с соответствующими выводами переключателя первого и второго узкополосных фильтров, управляющий вход переключателя первого и второго узкополосных фильтров присоединен к шине блока обработки и управления, а сигнальный выход переключателя первого и второго узкополосных фильтров соединен с сигнальным входом блока синхронизации; в передающую часть включен синтезатор гармонического сигнала и усилитель гармонического сигнала, выход которого подключен к сигнальному входу переключателя первого и второго узкополосных фильтров, выход синтезатора гармонического сигнала подключен к входу усилителя гармонического сигнала и к третьему сигнальному входу блока обработки и управления, при этом управляющая шина выхода блока обработки и управления соединена с управляющим входом синтезатора гармонического сигнала.The essence of the invention is a communication system with a high speed of information transmission by ultra-wideband signals, comprising, in the transceiving part, a receive / transmit switch, a bandpass filter and an antenna, a control input of the receive / transmit switch connected to a bus of the processing and control unit; in the transmitting part, a buffer device, an ultra-wideband pulse generator, the output of which is connected to the signal input of the receive / transmit switch, and the input of the buffer device is connected to the first output of the processing and control unit; in the receiving part, a low-noise amplifier, the input of which is connected to the output of the receive / transmit switch, an attenuator, a power divider, the first output of which is connected to a signal channel consisting of a time window device, a threshold device, a buffer device, is connected in series; the second output of the power divider is connected to a noise channel consisting of serially connected time window devices, a threshold device, and a buffer device; the outputs of the buffer devices of the signal and noise channels are connected to the first and second inputs of the processing and control unit; the outputs of the threshold voltage generators of the signal and noise channels are connected respectively to the second inputs of the threshold devices of the signal and noise channels; the first output of the synchronization unit is connected to the second input of the device of the time window of the signal channel, the second output of the synchronization unit is connected to the second input of the device of the time window of the noise channel; the control bus of the processing and control unit is connected to the inputs of the threshold voltage generators of the signal and noise channels, to the control input of the synchronization unit and to the control input of the attenuator, characterized in that the transceiver part contains a first narrow-band filter, a second narrow-band filter and a switch of these narrow-band filters, while the first and second narrow-band filters are connected on one side with the antenna, and on the other hand with the corresponding terminals of the switch of the first and second narrow-band filters trov, the control input of the switch of the first and second narrow-band filters is connected to the bus of the processing and control unit, and the signal output of the switch of the first and second narrow-band filters is connected to the signal input of the synchronization unit; the transmitting part includes a harmonic signal synthesizer and a harmonic signal amplifier, the output of which is connected to the signal input of the switch of the first and second narrow-band filters, the output of the harmonic signal synthesizer is connected to the input of the harmonic signal amplifier and to the third signal input of the processing and control unit, while the output control bus the processing and control unit is connected to the control input of the harmonic signal synthesizer.
Включение в передающую часть приемопередатчика синтезатора гармонического сигнала, усилителя гармонического сигнала и включение в приемопередающую часть приемопередатчика первого и второго узкополосных фильтров, входящих в триплексер, и переключателя узкополосных фильтров позволяет уменьшить в сто и более раз время поиска абонента и время вхождения системы в связь, а также улучшает качество синхронизации при работе с мобильными объектами. Время вхождения системы в синхронизм (синхронизацию) не превышает двух периодов следования синхронизирующего сигнала. Так как условия синхронизма поддерживаются непрерывно во время сеанса связи, а не в дискретных точках, что характерно для известных импульсных систем, то высокое качество синхронизации сохраняется и при взаимных перемещениях объектов.The inclusion of a harmonic signal synthesizer, a harmonic signal amplifier in the transceiver part of the transceiver and the inclusion of the first and second narrow-band filters included in the triplexer and the narrow-band filter switch in the transceiver part of the transceiver makes it possible to reduce the search time of the subscriber and the time the system enters into communication, also improves the quality of synchronization when working with mobile objects. The time the system enters synchronism (synchronization) does not exceed two periods of the synchronization signal. Since the conditions of synchronism are maintained continuously during a communication session, and not at discrete points, which is characteristic of known pulse systems, a high quality of synchronization is maintained during mutual movements of objects.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На чертежах изображено:The drawings show:
на Фиг.1 - сверхширокополосная помехоустойчивая система скрытой связи с высокой скоростью передачи данных - прототип,figure 1 - ultra-wideband noise-immunity system of covert communications with a high data rate - prototype,
на Фиг.2 - структурная схема системы связи с высокой скоростью передачи информации сверхширокополосными сигналами - заявленная система.figure 2 is a structural diagram of a communication system with a high speed information transmission ultra-wideband signals - the claimed system.
В чертежах, прилагаемых к описанию, на Фиг.1 изображена структурная схема прототипа для наглядного сравнения со структурной схемой заявленного изобретения.In the drawings attached to the description, in Fig.1 shows a structural diagram of a prototype for visual comparison with the structural diagram of the claimed invention.
В обоих чертежах блоки и устройства, выполняющие одинаковые функции, обозначены одинаковыми номерами. На Фиг.2 показана структурная схема заявленного изобретения. Эта схема отличается от прототипа тем, что в нее включены дополнительные устройства, которые обозначены отличительными номерами.In both drawings, blocks and devices performing the same functions are denoted by the same numbers. Figure 2 shows the structural diagram of the claimed invention. This scheme differs from the prototype in that it includes additional devices that are indicated by distinctive numbers.
Сверхширокополосная помехоустойчивая система скрытой связи с высокой скоростью передачи данных на Фиг.1 содержит в передающей части: буферное устройство 1, генератор 2 сверхширокополосных (СШП) импульсов; в приемопередающей части: переключатель 3 прием/передача, полосовой фильтр 4, антенну 5; в приемной части: малошумящий усилитель 6, аттенюатор 7, делитель 8 мощности, устройство 9 временного окна канала сигнала, пороговое устройство 10 канала сигнала, буферное устройство 11 канала сигнала, формирователь 12 порогового напряжения канала сигнала, устройство 13 временного окна канала шума, пороговое устройство 14 канала шума, буферное устройство 15 канала шума, формирователь 16 порогового напряжения канала шума, блок 17 обработки и управления, блок 18 синхронизации.The ultra-wideband noise-resistant covert communication system with a high data transfer rate in FIG. 1 contains in the transmitting part: a
Структурная схема системы связи с высокой скоростью передачи информации сверхширокополосными сигналами, на Фиг.2, содержит в передающей части: буферное устройство 1, генератор 2 сверхширокополосных (СШП) импульсов, синтезатор 19 гармонического сигнала, усилитель 20 гармонического сигнала; в приемо-передающей части: переключатель 3 прием/передача, полосовой фильтр 4, антенну 5, первый узкополосный фильтр 21, второй узкополосный фильтр 22, переключатель 23 первого и второго узкополосных фильтров; в приемной части: малошумящий усилитель 6, аттенюатор 7, делитель 8 мощности, устройство 9 временного окна канала сигнала, пороговое устройство 10 канала сигнала, буферное устройство 11 канала сигнала, формирователь 12 порогового напряжения канала сигнала, устройство 13 временного окна канала шума, пороговое устройство 14 канала шума, буферное устройство 15 канала шума, формирователь 16 порогового напряжения канала шума, блок 17 обработки и управления, блок 18 синхронизации.The structural diagram of a communication system with a high information transfer rate by ultra-wideband signals, in FIG. 2, comprises in a transmitting part: a
В заявленном изобретении, на Фиг.2, приемо-передающая часть состоит из антенны 5, подключенной к антенным выводам полосового фильтра 4, первого и второго узкополосных фильтров 21, 22, объединенных в триплексер. С противоположной стороны выводы узкополосных фильтров 21, 22 подключены соответственно к первому и второму выводам переключателя 23 узкополосных фильтров, управляющий вход которого соединен с шиной блока 17 обработки и управления. Другой вывод полосового фильтра 4 подключен ко второму выводу переключателя 3 прием/передача, управляющий вход которого соединен с шиной блока 17 обработки и управления.In the claimed invention, figure 2, the transceiver part consists of an
Передающая часть содержит последовательно соединенные буферное устройство 1 и генератор 2 СШП импульсов, выход которого подключен ко входу переключателя 3 прием/передача, вход буферного устройства 1 подключен к первому выходу блока 17 обработки и управления. Последовательно соединенные синтезатор 19 гармонического сигнала и усилитель 20 гармонического сигнала, выход которого подключен к входу переключателя 23 узкополосных фильтров, управляющий вход синтезатора 19 гармонического сигнала соединен с шиной блока 17 обработки и управления, а выход синтезатора 19 гармонического сигнала подключен к третьему входу блока 17 обработки и управления.The transmitting part comprises a
Приемная часть содержит последовательно соединенные малошумящий усилитель 6, вход которого подключен к выходу переключателя 3 прием/передача, аттенюатор 7, делитель 8 мощности, первый выход которого подключен к каналу сигнала, состоящему из последовательно соединенных устройства 9 временного окна канала сигнала, порогового устройства 10 канала сигнала, буферного устройства 11 канала сигнала; второй выход делителя 8 мощности подключен к каналу шума, состоящему из последовательно соединенных устройства 13 временного окна канала шума, порогового устройства 14 канала шума и буферного устройства 15 канала шума. Выходы буферных устройств 11 канала сигнала и 15 канала шума подключены к первому и второму входам блока 17 обработки и управления. Выходы формирователей 12 порогового напряжения канала сигнала и 16 порогового напряжения канала шума подключены соответственно ко вторым входам пороговых устройств 10, 14 канала сигнала и канала шума. Первый выход блока 18 синхронизации подключен ко второму входу устройства 9 временного окна канала сигнала, второй выход блока 18 синхронизации подключен ко второму входу устройства 13 временного окна канала шума. Шина блока 17 обработки и управления соединена с управляющими входами формирователей 12, 16 порогового напряжения канала сигнала и канала шума, с управляющим входом блока 18 синхронизации и с управляющим входом аттенюатора 7. Сигнальный вход первого блока 18 синхронизации подключен к выходу переключателя 23 узкополосных фильтров.The receiving part contains a low-
Заявленное устройство работает следующим образом. Передатчик излучает в свободное пространство сложный сигнал, состоящий из импульсного сверхширокополосного сигнала и гармонического сигнала, частота которого расположена ниже границы рабочей полосы СШП сигнала. Сигнал в виде закодированной последовательности импульсов соответствующих служебным данным, а также иной аудио- и видеоинформации подается на ввод «Вх/Вых» блока 17 обработки и управления. Блок 17 обработки и управления устанавливает по шине управления коды частот приема и передачи в блоке 18 синхронизации и синтезаторе 19 гармонического сигнала. После анализа помеховой обстановки устанавливаются коды порогового напряжения канала сигнала и канала шума, код переключателя 3 прием/передача и код переключателя 23 узкополосных фильтров в режим «передача». В режиме «передача» выход генератора 2 СШП импульсов подключается к полосовому фильтру 4, выход усилителя 20 гармонического сигнала подключается через переключатель 23 узкополосных фильтров ко второму узкополосному фильтру 22, а сигнальный вход блока 18 синхронизации через переключатель 23 узкополосных фильтров подключается к первому узкополосному фильтру 21. Код частоты передачи соответствует адресу абонента, а код частоты приема соответствует собственному адресу передающего устройства. Усиленный гармонический сигнал синтезатора 19 гармонического сигнала с выхода усилителя 20 гармонического сигнала через цепь, сформированную в режиме «передача», поступает в антенну 5 и излучается в эфир. Этот же гармонический сигнал поступает с выхода синтезатора 19 гармонического сигнала на третий вход блока 17 обработки и управления для формирования кодовой последовательности синхросигнала, содержащий коды синхронизации и собственного адреса передающего устройства. Временные интервалы между импульсами синхросигнала кратны периоду гармонического сигнала, при этом они засинхронизированы в его максимумах. Сформированный синхросигнал через буферное устройство 1 запускает генератор 2 СШП импульсов и через сформированную в режиме «передача» цепь возбуждает антенну 5, которая излучает СШП сигнал в эфир совместно с гармоническим сигналом. Процесс передачи синхросигнала повторяется еще один раз, и затем в запрашивающем приемопередающем устройстве блок 17 обработки и управления коммутирует переключатель 3 прием/передача в состояние «прием», то есть антенна 5 и полосовой фильтр 4 подключаются к входу малошумящего усилителя 6.The claimed device operates as follows. The transmitter emits into the free space a complex signal consisting of a pulsed ultra-wideband signal and a harmonic signal, the frequency of which is located below the boundary of the working band of the UWB signal. The signal in the form of an encoded sequence of pulses corresponding to service data, as well as other audio and video information is fed to the input "I / O" of the
Аналогичное абонентское приемопередающее устройство находится в режиме «прием», в котором аналогичный блок 17 обработки и управления устанавливает код частоты приема в блоке 18 синхронизации и коды в формирователях 12, 16 порогового напряжения канала сигнала и канала шума, коммутирует переключатель 3 прием/передача и переключатель 23 узкополосных фильтров. В этом режиме «прием» первый узкополосный фильтр 21 подключен к выходу усилителя 20 гармонического сигнала, второй узкополосный фильтр 22 подключен к входу блока 18 синхронизации, а полосовой фильтр 4 к входу малошумящего усилителя 6. Принятый антенной 5 сложный сигнал, состоящий из гармонического сигнала, СШП сигнала и помех, разделяется полосовым фильтром 4 и вторым узкополосным фильтром 22. Выделенный гармонический сигнал по цепи, сформированной в режиме «прием», синхронизирует частоту блока 18 синхронизации с помощью встроенной в него (блок 18) системы фазовой автоматической подстройки частоты (ФАПЧ) с точностью до фазы. Первый выход блока 18 синхронизации стробирует временное окно канала сигнала в максимумах амплитуды принятого гармонического сигнала. При попадании принятого и усиленного импульса СШП сигнала во временное окно канала сигнала, пороговое устройство 10 канала сигнала срабатывает и пропускает сигнал через буферное устройство 11 канала сигнала на первый вход блока 17 обработки и управления. При повторном совпадении кодовой последовательности импульсов СШП сигнала с кодом синхронизации и последующем определении кода адреса (частоты) запрашивающего приемопередающего устройства блоком 17 обработки и управления. Этот блок устанавливает частоту, соответствующую адресу запрашивающего устройства, в синтезаторе 19 гармонического сигнала и коммутирует переключатель 3 прием/передача в состояние «передача». Усиленный гармонический сигнал синтезатора 19 гармонического сигнала через цепь, сформированную в режиме «прием», поступает в антенну 5 и излучается в эфир. Одновременно этот же гармонический сигнал поступает в блок 17 обработки и управления для формирования квитанции «синхронизма системы» в виде кодовой последовательности импульсов. И в этом случае временные интервалы между импульсами синхросигнала кратны периоду этого гармонического сигнала и при этом они засинхронизированы в его максимумах. Импульсы квитанции «синхронизма системы» через буферное устройство 1 запускает генератор 2 СШП импульсов и через переключатель 3 прием/передача и полосовой фильтр 4 возбуждает антенну 5, которая излучает данный СШП сигнал в эфир совместно с гармоническим сигналом. Процесс передачи синхросигнала повторяется еще один раз, и затем в абонентском устройстве блок обработки и управления коммутирует переключатель 3 прием/передача в состояние «прием», то есть антенна 5 и полосовой фильтр 4 подключаются к входу малошумящего усилителя 6. Аналогичным образом, как и в абонентском устройстве, принятые гармонический сигнал и СШП импульсы квитанции «синхронизма системы» принимаются, усиливаются, обрабатываются и выделяются в приемнике запрашиваемого приемопередающего устройства. После двукратного выделения квитанции блок 17 обработки и управления разрешает передачу информации в виде кодовой последовательности.A similar subscriber transceiver device is in the “receive” mode, in which a similar processing and
Время вхождения в синхронизм предлагаемой системы связи невелико, не зависит от скважности СШП импульсов 
гдеWhere
τСИНХ - время вхождения в синхронизм;τ SYNCH - time of entry into synchronism;
Т - период синхросигнала.T is the period of the clock signal.
Из формул (1,2) следует, что время вхождения в синхронизм τСИНХ предлагаемой системы по длительности в 100-200 раз меньше, чем время вхождения в синхронизм системы связи, взятой за прототип, при одинаковых длительностях СШП импульса τ и периодах синхросигнала Т.It follows from formulas (1.2) that the synchronization time τ SYNC of the proposed system is 100-200 times shorter than the synchronization time of the communication system taken as a prototype for the same UWB pulse durations τ and clock periods T.
Заявленная система связи работает с временным разделением передачи и приема. Учитывая то, что блок 18 синхронизации синхронизируется принимаемым гармоническим сигналом с точностью до фазы в течение 5-10 периодов гармонического сигнала и в дальнейшем сохраняет условие синхронизации длительное время, то можно прерывать излучение гармонического сигнала на оставшееся время приема сообщения. Это позволит существенно уменьшить потребляемую энергию усилителем 20 гармонического сигнала. Полосовой фильтр 4 и узкополосные фильтры 21, 22, объединенные в триплексер, обеспечивают параллельную работу с заданной неравномерностью коэффициента передачи в полосе рабочих частот и заданный уровень развязки между выводами фильтров, и суммирование гармонического и СШП сигналов.The claimed communication system operates with a time division of transmission and reception. Given that the
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006119887/09A RU2315424C1 (en) | 2006-06-06 | 2006-06-06 | Communication system with high speed information transfer in form of ultra-broadband signals |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006119887/09A RU2315424C1 (en) | 2006-06-06 | 2006-06-06 | Communication system with high speed information transfer in form of ultra-broadband signals |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2315424C1 true RU2315424C1 (en) | 2008-01-20 |
Family
ID=39108827
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006119887/09A RU2315424C1 (en) | 2006-06-06 | 2006-06-06 | Communication system with high speed information transfer in form of ultra-broadband signals |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2315424C1 (en) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2555864C2 (en) * | 2013-11-12 | 2015-07-10 | Открытое акционерное общество "Воронежский научно-исследовательский институт "Вега" (ОАО "ВНИИ "Вега") | Communication system with high rate of information transfer with ultrabandwidth signals |
| RU2616863C2 (en) * | 2010-03-11 | 2017-04-18 | Фраунхофер-Гезелльшафт цур Фёрдерунг дер ангевандтен Форшунг Е.Ф. | Signal processor, window provider, encoded media signal, method for processing signal and method for providing window |
| RU191376U1 (en) * | 2019-05-13 | 2019-08-02 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | A device for distinguishing ultra-wideband short-pulse signals during radio exchange |
| RU2723269C1 (en) * | 2019-08-20 | 2020-06-09 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method for synchronizing receiving and transmitting devices of a radio link using short-pulse ultra-wideband signals |
| RU2731207C1 (en) * | 2019-12-02 | 2020-08-31 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method for increasing processing efficiency of ultra-wideband short pulse signals at a receiving side |
| RU2731369C1 (en) * | 2019-12-02 | 2020-09-02 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Apparatus for processing short-pulse ultra-wideband signals at a receiving side |
| RU2733628C1 (en) * | 2020-01-28 | 2020-10-05 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации имени Маршала Советского Союза А.М. Василевского" Министерства обороны Российской Федерации | Method for multiparameter encoding of information transmitted using ultra-wideband pulses |
-
2006
- 2006-06-06 RU RU2006119887/09A patent/RU2315424C1/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| IMMOREEV I.J., SUDAKOV A.A. Ultra-Wideband Interference Resistant System for Secure Radio Communication with High Data Rate, ICCSC 02, St. Petersburg, Russian Federation, June 2002. * |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2616863C2 (en) * | 2010-03-11 | 2017-04-18 | Фраунхофер-Гезелльшафт цур Фёрдерунг дер ангевандтен Форшунг Е.Ф. | Signal processor, window provider, encoded media signal, method for processing signal and method for providing window |
| RU2555864C2 (en) * | 2013-11-12 | 2015-07-10 | Открытое акционерное общество "Воронежский научно-исследовательский институт "Вега" (ОАО "ВНИИ "Вега") | Communication system with high rate of information transfer with ultrabandwidth signals |
| RU191376U1 (en) * | 2019-05-13 | 2019-08-02 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | A device for distinguishing ultra-wideband short-pulse signals during radio exchange |
| RU2723269C1 (en) * | 2019-08-20 | 2020-06-09 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method for synchronizing receiving and transmitting devices of a radio link using short-pulse ultra-wideband signals |
| RU2731207C1 (en) * | 2019-12-02 | 2020-08-31 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Method for increasing processing efficiency of ultra-wideband short pulse signals at a receiving side |
| RU2731369C1 (en) * | 2019-12-02 | 2020-09-02 | Акционерное общество "Концерн "Созвездие" | Apparatus for processing short-pulse ultra-wideband signals at a receiving side |
| RU2733628C1 (en) * | 2020-01-28 | 2020-10-05 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия войсковой противовоздушной обороны Вооруженных Сил Российской Федерации имени Маршала Советского Союза А.М. Василевского" Министерства обороны Российской Федерации | Method for multiparameter encoding of information transmitted using ultra-wideband pulses |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2354048C1 (en) | Method and communication system with fast acquisition by ultra-wideband signals | |
| RU2315424C1 (en) | Communication system with high speed information transfer in form of ultra-broadband signals | |
| O’Donnell et al. | An integrated, low power, ultra-wideband transceiver architecture for low-rate, indoor wireless systems | |
| CN100438519C (en) | RF modem utilizing SAW device and pulse shaping | |
| US6914949B2 (en) | Method and system for reducing potential interference in an impulse radio | |
| US20030108133A1 (en) | Apparatus and method for increasing received signal-to-noise ratio in a transmit reference ultra-wideband system | |
| KR100939276B1 (en) | UWB distance measurement system and driving method thereof | |
| US20020018514A1 (en) | Method and system for fast acquisition of pulsed signals | |
| RU2527487C2 (en) | Apparatus for ultra-broadband radio communication with high noise-immunity | |
| Guvenc et al. | Multiscale energy products for TOA estimation in IR-UWB systems | |
| US5629639A (en) | Correlation peak detector | |
| WO2006054405A1 (en) | Transmission device, reception device, and communication system | |
| US20070291834A1 (en) | Wireless Data Transmission Method And Apparatus | |
| JP2003530002A (en) | System and method for using multiple correlator receivers in an impulse radio system | |
| RU2334361C2 (en) | Coupler with increased noise protection and high speed information transmission | |
| US7342972B1 (en) | Timing synchronization using dirty templates in ultra wideband (UWB) communications | |
| KR20100009981A (en) | Synchronizing methods through synchronizing at first component among multi-path components in ultra wideban receiver and ultra wideban receiver using the same | |
| KR20080110790A (en) | Non-data-aided channel estimators for multipath and multiple antenna wireless systems | |
| RU2433532C1 (en) | Method of communication by ultra-wideband signals with high stability of synchronisation | |
| CN101741405B (en) | Receiving method suitable for impulse radio ultra wide band system | |
| US7801260B2 (en) | Peak detection accuracy | |
| US5745529A (en) | Post detection intergration (PDI) receiver | |
| CN1492596A (en) | Super wide band communication system and method using direct extension and pulse polarizing modulation | |
| US20080019461A1 (en) | Receiving a Signal in a Communication System | |
| Cheong et al. | Detection of time-hopped DS-CDMA signal for pseuodolite-based positioning system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20100607 |