RU2654566C2

RU2654566C2 - Method of generating noise-immune ultra-wideband signals

Info

Publication number: RU2654566C2
Application number: RU2016145534A
Authority: RU
Inventors: Роман Валерьевич Антипенский; Борис Филиппович Змий; Андрей Павлович Любавский
Priority date: 2016-11-21
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2018-05-22
Also published as: RU2016145534A; RU2016145534A3

Abstract

FIELD: radio engineering and communications.

SUBSTANCE: invention relates to radio engineering and can be used in the development of high-speed noise-immune radio communication systems. In the method of generating noise-immune ultra-wideband signals, information unit and zero are represented by bursts of N pulses of opposite polarity with increasing and decreasing pause between pulses, respectively. In the method of generating noise-immune signals, by varying the rate of rise (decrease) of the pause between UWB pulses, it is possible to achieve significant reduction in the level of side lobes of the received signal, which leads to an increase in noise immunity of reception.

EFFECT: higher noise immunity in data transmission in communication systems using ultra-wideband signals.

1 cl, 5 dwg

Description

Способ формирования помехоустойчивых сверхширокополосных сигналов относится к радиотехнике и может быть использован при создании систем помехоустойчивой радиосвязи.The method of generating noise-resistant ultra-wideband signals relates to radio engineering and can be used to create noise-immune radio communication systems.

Известен способ двоичной фазовой манипуляции СШП сигналов, в котором для передачи единичной посылки используется СШП импульс положительной полярности, для передачи нулевой посылки СШП импульс отрицательной полярности (см., например, Арслан X., Чен Чж. Н., Бенедетто М. Сверхширокополосная беспроводная связь. М.: Техносфера, 2012, с. 119).A known method of binary phase manipulation of UWB signals is used, in which a UWB pulse of positive polarity is used to transmit a single package; a UWB pulse of negative polarity is transmitted (see, for example, Arslan X., Chen Zh. N., Benedetto M. Ultra-wideband wireless communication M.: Technosphere, 2012, p. 119).

Недостатками такого способа формирования СШП сигналов является низкая помехоустойчивость в сложной помеховой обстановке. В заявленном способе для устранения недостатков известного способа двоичной фазовой манипуляции СШП сигналов предлагается дополнительно осуществлять модуляцию единичных и нулевых посылок последовательностью импульсов с линейно возрастающей и линейно убывающей паузой между импульсами и на приемной стороне осуществлять согласованную фильтрацию передаваемых последовательностей СШП импульсов.The disadvantages of this method of forming UWB signals is low noise immunity in a complex jamming environment. In the inventive method, in order to eliminate the disadvantages of the known method of binary phase manipulation of UWB signals, it is proposed to additionally modulate single and zero transmissions by a pulse train with a linearly increasing and linearly decreasing pause between pulses and, on the receiving side, to perform coordinated filtering of the transmitted UWB pulse sequences.

Достигаемым техническим результатом является повышение помехоустойчивости приема сигнала.Achievable technical result is to increase the noise immunity of signal reception.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе, изменяя скорость нарастания (убывания) паузы между СШП импульсами, можно добиться значительного снижения уровня боковых лепестков принимаемого сигнала, что ведет к повышению помехоустойчивости приема.The technical result is achieved in that in the proposed method, by changing the rate of rise (decrease) of the pause between UWB pulses, it is possible to achieve a significant decrease in the level of the side lobes of the received signal, which leads to an increase in the noise immunity of the reception.

Сущность способа формирования поясняется математическими выкладками, основанными на известной модели СШП импульса:The essence of the method of formation is illustrated by mathematical calculations based on the well-known model of UWB pulse:

где τ - длительность импульса.where τ is the pulse duration.

Для формирования пачки импульсов с возрастающей паузой (для передачи логической единицы) просуммируем импульсы, сдвинутые на функцию времени в соответствии с выражением (2):To form a burst of pulses with an increasing pause (for transmitting a logical unit), we sum the pulses shifted by the time function in accordance with expression (2):

где p - коэффициент сдвига, Δt₁ - время сдвига второго импульса относительно первого, k - номер импульса в пачке.where p is the shear coefficient, Δt ₁ is the shear time of the second pulse relative to the first, k is the number of the pulse in the packet.

Для передачи логического нуля будем уменьшать паузу между импульсами, начав с максимальной паузы. Тогда выражение для возрастающей и убывающей модулирующих функций сверхширокополосного сигнала может быть записано в следующем виде:To transmit a logical zero, we will reduce the pause between pulses, starting with a maximum pause. Then the expression for the increasing and decreasing modulating functions of the ultra-wideband signal can be written in the following form:

где [ ] означает выбор целой части выражения,

- условная функция вида:where [] means the choice of the integer part of the expression,

- conditional function of the form:

Выражение для формирования пачки СШП импульсов с возрастающей паузой с учетом (1) и (3) можно представить в виде:The expression for the formation of a pack of UWB pulses with an increasing pause, taking into account (1) and (3), can be represented as:

где τ - временной сдвиг, необходимый для соответствия второй производной гауссова моноимпульса длительности элементарной посылки.where τ is the time shift necessary to match the second derivative of the Gaussian monopulse of the duration of the elementary premise.

Для задания пачки СШП импульсов отрицательной полярности с убывающей паузой s0(t) в выражении (4) следует заменить предел суммирования импульсов от k=[N/2] до N и перед операндом

поставить знак «-».To specify a UWB burst of pulses of negative polarity with a decreasing pause s0 (t) in expression (4), it is necessary to replace the summation limit of pulses from k = [N / 2] to N and before the operand

put a “-" sign.

На фиг. 1 представлены временные диаграммы помехоустойчивого СШП сигнала, сформированного пятью импульсами с возрастающей скважностью (логическая единица исходного сигнала) и пятью импульсами с убывающей скважностью, передающими логический ноль.In FIG. Figure 1 shows the time diagrams of a noise-resistant UWB signal generated by five pulses with increasing duty cycle (the logical unit of the original signal) and five pulses with decreasing duty cycle, transmitting a logical zero.

Огибающие амплитудных спектров одиночного импульса и пачки из 5 импульсов с возрастающей паузой показаны на фиг. 2, из которых видно, что СШП сигнал, сформированный предложенным способом, имеет ту же спектральную эффективность, что и сигнал прототипа.The envelopes of the amplitude spectra of a single pulse and a burst of 5 pulses with increasing pause are shown in FIG. 2, from which it is seen that the UWB signal generated by the proposed method has the same spectral efficiency as the signal of the prototype.

На фиг. 3 показаны сигналы на выходе согласованного фильтра, сформированные предлагаемым способом для различных значений параметра p, видно, что варьируя глубиной временного сдвига в пачке, можно добиться значительного уменьшения уровня боковых лепестков сжатого сигнала на выходе согласованного фильтра.In FIG. Figure 3 shows the signals at the output of the matched filter generated by the proposed method for various values of the parameter p, it can be seen that by varying the depth of the time shift in the packet, it is possible to achieve a significant decrease in the level of the side lobes of the compressed signal at the output of the matched filter.

На фиг. 4 представлены рассчитанные с использованием известного и заявленного способов кривые помехоустойчивости приема СШП сигналов в канале с рэлеевскими замираниями, из которых видно, что предлагаемый способ позволяет повысить помехоустойчивость на 10 дБ.In FIG. 4 shows the noise-immunity curves of UWB signals reception calculated in the channel with Rayleigh fading, calculated using the known and claimed methods, from which it can be seen that the proposed method allows to increase the noise immunity by 10 dB.

На фиг. 5 представлена блок-схема устройства, с помощью которого может быть реализован предлагаемый способ. Устройство включает в себя дискриминатор входного сигнала (1), формирователь последовательности прямоугольных импульсов (2), формирователь нулевой последовательности прямоугольных импульсов (3), генератор СШП импульсов положительной полярности (4), генератор СШП импульсов отрицательной полярности (5), сумматор (6). Устройство функционирует следующим образом. На вход устройства поступает исходный модулирующий сигнал в двоичном виде. Дискриминатор (1) разделяет входной сигнал на единичный и нулевой потоки, каждый из которых затем поступает на формирователи (2) и (3) соответственно. Формирователь (2) формирует последовательность прямоугольных импульсов с линейно возрастающей паузой, а формирователь (3) - последовательность прямоугольных импульсов с линейно убывающей паузой. Длительности этих последовательностей соответствуют длительностям входных импульсов модулирующего сигнала. С выходов формирователей (2) и (3) последовательности прямоугольных импульсов поступают на генераторы СШП импульсов (4) и (5), которые по фронту прямоугольного формируют СШП импульс заданной полярности и с заданной паузой между импульсами. Сумматор (6) суммирует выходные сигналы генераторов, формируя выходной сигнал устройства, показанный на фиг. 1.In FIG. 5 shows a block diagram of a device with which the proposed method can be implemented. The device includes an input signal discriminator (1), a rectangular pulse train generator (2), a rectangular pulse train generator (3), a UWB pulse generator of positive polarity (4), a UWB pulse generator of negative polarity (5), an adder (6) . The device operates as follows. At the input of the device receives the original modulating signal in binary form. The discriminator (1) divides the input signal into single and zero streams, each of which then goes to the shapers (2) and (3), respectively. Shaper (2) generates a sequence of rectangular pulses with a linearly increasing pause, and shaper (3) forms a sequence of rectangular pulses with a linearly decreasing pause. The durations of these sequences correspond to the durations of the input pulses of the modulating signal. From the outputs of the shapers (2) and (3), the sequences of rectangular pulses are fed to UWB generators of pulses (4) and (5), which form a UWB pulse along the front of a rectangular pulse of a given polarity and with a given pause between pulses. The adder (6) summarizes the output signals of the generators, forming the output signal of the device shown in FIG. one.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить помехоустойчивость приема СШП сигналов на 10 дБ и тем самым устраняет недостатки прототипа.Thus, the proposed method improves the noise immunity of UWB signals by 10 dB and thereby eliminates the disadvantages of the prototype.

Предлагаемое техническое решение является новым, поскольку из общедоступных сведений не известен способ формирования помехоустойчивого СШП сигнала на основе передачи единичной посылки последовательностью из N СШП импульсов положительной полярности с линейно возрастающей паузой между импульсами, передачи нулевой посылки - последовательностью из N СШП импульсов отрицательной полярности с линейно убывающей паузой между импульсами.The proposed technical solution is new because there is no known method for generating a noise-resistant UWB signal based on the transmission of a single packet by a sequence of N UWB pulses of positive polarity with a linearly increasing pause between pulses, transmission of a zero transmission by a sequence of N UWB pulses of negative polarity with a linearly decreasing pause between pulses.

Предлагаемое техническое решение практически применимо, так как для его реализации могут быть использованы типовые радиоэлектронные узлы и устройства. Так формирователи наносекундных импульсов (2) и (3) могут быть реализованы по известным схемам на лавинных транзисторах (см., например, Арслан X., Чен Чж. Н., Бенедетто М. Сверхширокополосная беспроводная связь. М.: Техносфера, 2012, с. 146), а генераторы СШП импульсов (4) и (5) с помощью схем изложенных в Дьяконов В.П. Генерация и генераторы сигналов. М.: ДМК Пресс, 2009, с. 111.The proposed technical solution is practically applicable, since for its implementation typical radio electronic components and devices can be used. So the nanosecond pulse shapers (2) and (3) can be implemented according to well-known schemes on avalanche transistors (see, for example, Arslan X., Chen Zh. N., Benedetto M. Ultra-wideband wireless communication. M .: Technosphere, 2012, p. 146), and UWB pulse generators (4) and (5) using the schemes described in V.P. Dyakonov Generation and signal generators. M .: DMK Press, 2009, p. 111.

Claims

Способ формирования помехоустойчивых сверхширокополосных сигналов, основанный на передаче единичной посылки последовательностью из N сверхширокополосных импульсов положительной полярности с линейно возрастающей паузой между импульсами, передаче нулевой посылки - последовательностью из N сверхширокополосных импульсов отрицательной полярности с линейно убывающей паузой между импульсами.A method for generating noise-resistant ultra-wideband signals based on the transmission of a single transmission by a sequence of N ultra-wideband pulses of positive polarity with a linearly increasing pause between pulses, the transmission of a zero transmission by a sequence of N ultra-wideband pulses of negative polarity with a linearly decreasing pause between pulses.